Man mano che le piste sui PCB (Printed Circuit Board) pronti per essere utilizzati per l’assemblaggio SMT (Surface Mount Technology) diventano più sottili, i componenti si miniaturizzano e gli SMD (Surface Mount Devices) vengono assemblati ad alta densità, l’ispezione visiva è ben lontana dall’essere sufficiente per soddisfare i requisiti di controllo qualità dell’assemblaggio SMT. Di conseguenza, l’AOI (Automated Optical Inspection) è sempre più comunemente utilizzata nell’assemblaggio SMT come metodo chiave per ispezionare le prestazioni dei giunti di saldatura formati durante il processo di assemblaggio SMT. Inoltre, l’AOI è stata applicata in campi di applicazione più ampi e la sua tecnologia di ispezione è diventata gradualmente più avanzata e ottimizzata. Attualmente, il sistema AOI si sta orientando verso l’intelligentizzazione come modalità di ispezione utilizzata nell’assemblaggio SMT.
Logica di funzionamento della tecnologia AOI
Sebbene la tecnologia AOI sia stata utilizzata in forme diverse nell’assemblaggio SMT, esse condividono la stessa logica di funzionamento, ovvero si utilizzano metodi ottici per acquisire l’immagine dell’oggetto ispezionato e, in un certo modo, eseguire ispezioni, analisi e valutazioni. I metodi comunemente utilizzati per l’ispezione, l’analisi e la valutazione nei sistemi AOI includono il metodo DRC (Design Rule Check) e il metodo di confronto con i dati CAD (Computer-Aided Design).
•Metodo DRC
Il metodo DRC viene utilizzato per ispezionare il pattern di progettazione in base ad alcune regole prestabilite. Ad esempio, il pattern del circuito PCB viene ispezionato secondo la regola che tutte le linee devono fare affidamento sui giunti di saldatura come terminali, tutte le linee devono avere la stessa larghezza e la spaziatura deve essere uguale o superiore a un valore regolamentato. Il metodo DRC è in grado di garantire la validità del pattern dal punto di vista algoritmico. Inoltre, il metodo DRC presenta alcuni vantaggi, tra cui una configurazione semplice, un’elaborazione ad alta velocità, un ridotto volume di programmazione e una ridotta memoria di archiviazione dei dati. Pertanto, il sistema AOI dipende per lo più dal metodo DRC.
Lo svantaggio evidente del DRC risiede nella sua debolezza nel determinare la capacità del confine e la posizione del confine, che dovrebbe essere determinata progettando un metodo specifico.
•Metodo di confronto dei dati CAD
Il metodo di confronto dei dati CAD viene utilizzato per confrontare i modelli di immagine digitali memorizzati nel sistema AOI con i modelli di immagine reali acquisiti, al fine di riassumere il risultato dell’ispezione. L’accuratezza di questo metodo dipende dalla precisione dell’ispezione, dalla definizione e da tutte le procedure di ispezione e può risultare elevata. Tuttavia, gli svantaggi di questo metodo includono l’elevato volume di dati acquisiti e l’elevata esigenza di elaborazione dei dati in tempo reale.
Confrontando il metodo DRC con il metodo di confronto dei dati CAD, il secondo presenta più vantaggi.
Funzioni di ispezione della tecnologia AOI
La tecnologia AOI può essere utilizzata per eseguire ispezioni su circuiti stampati nudi (PCB), stampa della pasta saldante, componenti e giunti di saldatura.
L’ispezione delle PCB nude e l’ispezione delle giunzioni di saldatura di solito dipendono da strumenti AOI indipendenti e non vengono eseguite in tempo reale. L’ispezione della pasta saldante e l’ispezione dei componenti di solito dipendono dallo strumento AOI abbinato alla stampante per pasta saldante e alla macchina pick-and-place, e tali ispezioni vengono eseguite in tempo reale. Ad esempio, le stampanti per pasta saldante avanzate attuali sono in grado di effettuare ispezioni in tempo reale sullo spessore di stampa e sul collasso dei bordi di stampa tramite il sistema AOI abbinato.
Gli elementi AOI per i PCB nudi coprono interruzioni, derivazioni, graffi, fori di spillo, spaziatura e tracciatura delle linee, irregolarità dei bordi e difetti su aree estese. Gli elementi AOI per le giunzioni di saldatura coprono disposizione e piegatura dei terminali, componenti mancanti, posizionamento errato, orientamento di posizionamento dei componenti, numero dei componenti, qualità delle giunzioni di saldatura ecc. Quando il sistema AOI individua componenti non conformi, di solito invia segnali agli operatori, che possono sostituirli con componenti conformi ed evitare che gli errori provochino disastri nella produzione in serie.
Struttura di un tipico sistema AOI
•Sistema AOI per PCB nudi
L'Immagine 1 qui sotto mostra il sistema AOI per PCB nudi.
Sulla base delle regole di progettazione AOI, questo sistema aggiunge una funzione di confronto e prevede due telecamere. Il sottosistema di ispezione utilizza un sensore di immagine 1D per acquisire immagini delle piste sui PCB e i segnali di immagine vengono inviati al sottosistema di controllo dopo essere stati corretti e convertiti ad alta velocità A/D. Il sottosistema di controllo quindi effettua il giudizio sui difetti e la scansione viene eseguita spostando le stazioni di ispezione lungo una linea diretta dal fronte al retro, in modo che i sensori di immagine possano ottenere segnali di uscita di immagini 2D. I difetti del PCB verranno contrassegnati in tempo reale con inchiostro e i difetti possono essere ingranditi e mostrati sul monitor, così da poter essere verificati tramite ispezione visiva.
Il funzionamento del sistema può essere implementato sotto forma di dialogo sul monitor e il sottosistema di uscita è costituito da monitor di immagini digitali, monitor di immagini reali, stampante e sincoscopio. Il sistema consente di visualizzare rispettivamente sul monitor immagini digitali a colori e immagini reali, con possibilità di stampa in uscita. Inoltre, le forme d’onda dei segnali di immagine e il livello di clipping digitale possono essere osservati tramite sincoscopio. La velocità di ispezione di questo tipo di sistema può raggiungere alcuni metri al minuto, la risoluzione minima può essere dell’ordine del micrometro e la larghezza minima delle linee e lo spazio tra le linee possono essere di un paio di micrometri.
•Sistema AOI per giunti di saldatura
La logica di funzionamento del sistema AOI per i giunti di saldatura prevede che telecamere ottiche vengano utilizzate per acquisire immagini 3D dei giunti di saldatura, che dopo l’elaborazione dei dati saranno confrontate con immagini standard dei giunti di saldatura, in modo da poter determinare e identificare la categoria e la posizione dei difetti.
•Sistema AOI per la stampa della pasta saldante
Il sistema AOI per la stampa della pasta saldante è costituito da una telecamera e da un sistema a fibre ottiche x-y. La telecamera è installata su un piano di lavoro x-y con fibra ottica che si muove nella direzione x-y e consente di ottenere l’immagine completa del PCB.
Nel processo di stampa della pasta saldante, la pasta saldante viene pressata nelle aperture dello stencil dalla lama raschiante e l’effetto ideale dovrebbe essere che lo spessore della pasta saldante sia equivalente a quello dello stencil. Quando lo stencil viene allontanato dal PCB, si verificano alcuni cambiamenti sul bordo della pasta saldante.
Il sistema di ispezione della pasta saldante si basa su una fibra ottica anulare e su un riflettore anulare per proiettare una luce inclinata sulla pasta saldante, mentre la telecamera cattura le immagini dalla direzione diretta della fibra ottica anulare, in modo che la parte del bordo della pasta saldante possa essere misurata e lo spessore della pasta saldante possa essere determinato. Questa ispezione effettua il giudizio trasformando le forme in variazioni ottiche. Anche in normali condizioni di stampa, si generano alcune sporgenze nella parte del bordo che producono forti riflessioni.
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