Da die Leiterbahnen auf Leiterplatten (Printed Circuit Boards, PCB), die für die SMT‑(Surface Mount Technology)‑Bestückung bereitstehen, immer feiner werden, die Bauteile miniaturisiert sind und SMDs (Surface Mount Devices) in hoher Dichte bestückt werden, ist die visuelle Inspektion bei weitem nicht mehr ausreichend, um den Qualitätsanforderungen der SMT‑Bestückungsprüfung gerecht zu werden. Infolgedessen wird AOI (Automated Optical Inspection) in der SMT‑Bestückung zunehmend als Schlüsselverfahren zur Prüfung der Qualität der in der SMT‑Bestückung gebildeten Lötstellen eingesetzt. Darüber hinaus findet AOI in immer breiteren Anwendungsfeldern Verwendung, und seine Prüftechnologie wird schrittweise weiterentwickelt und optimiert. Derzeit entwickelt sich das AOI‑System als in der SMT‑Bestückung eingesetztes Prüfverfahren in Richtung Intelligentisierung.
Arbeitslogik der AOI-Technologie
Obwohl AOI-Technologie in unterschiedlichen Formen in der SMT-Bestückung eingesetzt wird, beruht sie auf derselben Arbeitslogik, nämlich dass optische Verfahren verwendet werden, um das Bild des zu prüfenden Objekts zu erfassen und auf bestimmte Weise Prüfungen, Analysen und Beurteilungen durchzuführen. Die in AOI-Systemen häufig verwendeten Prüf-, Analyse- und Beurteilungsmethoden umfassen die DRC-Methode (Design Rule Check) und die CAD-Datenvergleichsmethode (Computer-Aided Design).
•DRC-Methode
Die DRC-Methode wird verwendet, um ein Designmuster anhand vorgegebener Regeln zu überprüfen. Beispielsweise wird das Leiterplatten-Schaltungsmuster gemäß der Regel geprüft, dass alle Leiterbahnen an Lötstellen enden müssen, alle Leiterbahnen die gleiche Breite aufweisen und die Abstände gleich oder größer als ein festgelegter Wert sein müssen. Die DRC-Methode ist in der Lage, die Gültigkeit des Musters algorithmisch zu gewährleisten. Darüber hinaus weist die DRC-Methode einige Vorteile auf, darunter einfache Einrichtung, hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit, geringes Programmieraufkommen und geringer Speicherbedarf für Daten. Daher stützt sich das AOI-System größtenteils auf die DRC-Methode.
Der offensichtliche Nachteil von DRC liegt in seiner Schwäche bei der Bestimmung der Grenzfähigkeit, und die Grenzposition sollte durch die Entwicklung einer speziellen Methode festgelegt werden.
•Methode zum Vergleich von CAD-Daten
Das CAD-Datenvergleichsverfahren wird verwendet, um die im AOI-System gespeicherten digitalen Bildmuster mit den erfassten realen Bildmustern zu vergleichen, um das Prüfergebnis zusammenzufassen. Die Genauigkeit dieses Verfahrens hängt von der Prüfgenauigkeit, der Auflösung und allen Prüfabläufen ab und kann hoch sein. Nachteile dieses Verfahrens sind jedoch das hohe Volumen der erfassten Daten und die hohen Anforderungen an die Echtzeitdatenverarbeitung.
Beim Vergleich der DRC-Methode mit der CAD-Datenvergleichsmethode weist letztere mehr Vorteile auf.
Inspektionsfunktionen der AOI-Technologie
Mit AOI-Technologie können Inspektionen an nackten Leiterplatten, Lötpasten-Druck, Bauteilen und Lötstellen durchgeführt werden.
Die Inspektion von unbestückten Leiterplatten und Lötstellen hängt in der Regel von eigenständigen AOI-Geräten ab, und diese Prüfungen erfolgen nicht in Echtzeit. Die Inspektion von Lotpaste und Bauteilen stützt sich normalerweise auf AOI-Systeme, die mit Lotpastendruckern und Bestückungsautomaten gekoppelt sind, und diese Prüfungen erfolgen in Echtzeit. Beispielsweise ist ein moderner Lotpastendrucker derzeit in der Lage, mithilfe des zugehörigen AOI-Systems Echtzeitprüfungen der Druckschichtdicke und des Druckkantenversatzes durchzuführen.
AOI-Prüfpunkte für nackte Leiterplatten umfassen Unterbrechungen, Leitungsanzapfungen, Kratzer, Lunker, Leiterbahnabstände und -verfolgung, Kantenrauhigkeit sowie Flächen- und Massenfehler. AOI-Prüfpunkte für Lötstellen umfassen die Anordnung und Biegung der Anschlüsse, fehlende Bauteile, Fehlplatzierungen, Bauteilorientierung, Bauteilanzahl, Lötstellenqualität usw. Wenn das AOI-System nicht qualifizierte Bauteile erkennt, werden in der Regel Signale an die Bediener gesendet, die diese durch qualifizierte Bauteile ersetzen können und so verhindern, dass Fehler in der Serienfertigung zu schwerwiegenden Problemen führen.
Struktur eines typischen AOI-Systems
•AOI-System für unbestückte Leiterplatten
Das Bild 1 unten zeigt das AOI-System für unbestückte Leiterplatten.
Basierend auf AOI-Designregeln fügt dieses System eine Vergleichsfunktion hinzu und stellt zwei Kameras bereit. Das Prüfteilsystem verwendet einen 1D-Bildsensor, um Bilder der Leiterbahnen auf Leiterplatten aufzunehmen, und die Bildsignale werden nach Korrektur und Hochgeschwindigkeits-A/D-Umwandlung an das Steuersubsystem gesendet. Das Steuersubsystem beurteilt anschließend die Defekte, und das Scannen erfolgt durch die Bewegung der Prüfeinheiten entlang einer geraden Linie von vorne nach hinten, sodass die Bildsensoren 2D-Bildausgangssignale erhalten können. Defekte auf der Leiterplatte werden in Echtzeit mit Tinte markiert, und die Defekte können vergrößert und auf einem Monitor angezeigt werden, sodass eine visuelle Inspektion zur Überprüfung eingesetzt werden kann.
Der Systembetrieb kann in Form eines Dialogs auf dem Monitor erfolgen, und das Ausgabesubsystem besteht aus einem digitalen Bildmonitor, einem Realbildmonitor, einem Drucker und einem Synchroskop. Das System ermöglicht es, digitale Farbbilder und Realbilder jeweils auf Monitoren anzuzeigen und die Ausgabe auszudrucken. Zusätzlich können die Verläufe der Bildsignale und das digitale Cliplevel über das Synchroskop beobachtet werden. Die Prüfgeschwindigkeit dieses Systemtyps kann bis zu einigen Metern pro Minute betragen, die minimale Auflösung kann im Mikrometerbereich liegen, und die minimale Linienbreite sowie der minimale Linienabstand können einige Mikrometer betragen.
•AOI-System für Lötstellen
Die Arbeitslogik eines AOI-Systems für Lötstellen besteht darin, dass optische Kameras verwendet werden, um 3D-Bilder von Lötstellen aufzunehmen, die nach der Datenverarbeitung mit Standardbildern von Lötstellen verglichen werden, sodass die Defektkategorie und -positionen beurteilt und bestimmt werden können.
•AOI-System für Lotpasten-Druck
Das AOI-System für das Lotpastendrucken besteht aus einem Kamera- und Glasfaser-X-Y-System. Die Kamera ist auf einem X-Y-Tisch mit einer Glasfaser installiert, die sich in X-Y-Richtung bewegt, sodass ein vollständiges Bild der Leiterplatte (PCB) erhalten werden kann.
Im Prozess des Lotpastendrucks wird die Lotpaste durch die Rakelklinge in die Öffnungen der Schablone gedrückt, und der ideale Effekt sollte sein, dass die Dicke der Lotpaste derjenigen der Schablone entspricht. Wenn die Schablone von der Leiterplatte entfernt wird, treten an der Kante der Lotpaste einige Veränderungen auf.
Das Lotpasten-Inspektionssystem stützt sich auf einen ringförmigen Lichtleiter und einen ringförmigen Reflektor, um schräges Licht auf die Lotpaste zu richten, während die Kamera Bilder aus der geraden Richtung des ringförmigen Lichtleiters aufnimmt, sodass der Randbereich der Lotpaste gemessen und die Lotpastendicke ermittelt werden kann. Diese Inspektion trifft ihre Beurteilung, indem sie Formen in optische Veränderungen umwandelt. Selbst bei normalen Druckbedingungen entstehen im Randbereich einige Erhebungen, die starke Reflexionen verursachen.
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