PCB AOI検査の説明：2D対3D AOI、欠陥、セットアップ、および制限

自動光学検査（AOI）は、カメラ、制御された照明、および検査ソフトウェアを使用して、目に見えるPCBアセンブリの欠陥を検出します。この記事では、AOIの動作、検出可能な欠陥、2Dと3Dの検査、リフロー前後の使用、セットアップ要件、SPI、AXI、およびICTとの比較、システムの制限、および機械選択要因について説明します。

カタログ

図1：自動光学検査（AOI）

自動光学検査（AOI）とは何ですか？

自動光学検査（AOI）は、カメラと検査ソフトウェアを使用して、プリント基板や電子アセンブリの目に見える欠陥を特定する品質管理方法です。これは、製造業者がPCBコンポーネント、マーク、はんだ接合、及び表面特性が必要な設計および品質基準を満たしているかを確認するのに役立ちます。手動チェックと比較して、AOI検査はより速く、より一貫した、再現可能な結果を提供します。

AOIマシンはPCBをどのように検査しますか？

AOIマシンは、PCBを正確に配置し、フィデューシャルマークを使用してプログラムされた検査レイアウトに整列させることから始まります。制御されたLED照明が、異なる角度から基板を照らし、高解像度カメラがコンポーネント、パッド、マーク、および目に見えるはんだ接合の画像をキャプチャします。AOIソフトウェアは、キャプチャされた画像をプログラムされたPCB検査基準と比較して、受け入れ限界外の特徴を特定します。可能な欠陥が検出されると、システムはその位置を記録し、オペレーターの確認のために画像を表示します。PCBは次の生産段階に承認されるか、再作業のために送信されることがあります。

AOIはどのPCB欠陥を検出できますか？

AOIは、PCBアセンブリにおける目に見える部品配置、マーク、リード、およびはんだ接合の欠陥を検出できます。その検出能力は、カメラの解像度、照明、検査角度、コンポーネントの視認性、およびプログラム設定に依存します。

PCB欠陥	AOIが 確認する内容
欠落した コンポーネント	必要なコンポーネントがインストールされているか確認します
誤った 向きまたは極性	コンポーネントの方向、極性マーク、およびピン1の位置を確認します
コンポーネントの移動またはミスアライメント	コンポーネントの位置をパッドに対して測定します
ト tombstoning	片側が持ち上げられたチップコンポーネントを検出します
見える はんだブリッジ	隣接する見えるパッドまたはリードを接続しているはんだを特定します
不十分な目に見えるはんだ	目に見えるはんだの面積または形状が受け入れ限界を下回っているか確認します
リフトアップリード	パッドから持ち上がっているまたは離れているリードを検出します
誤ったまたは不明瞭なマーキング	可視部分コード、ラベル、極性マーク、または印刷された値を比較します

AOIは、BGA、LGA、QFN、および他の底面接続パッケージの下に隠れたはんだ接合部を信頼性を持って検査することができません。これらの接合部は通常、自動X線検査を必要とします。

2D AOIと3D AOIの違いは何ですか？

比較	2D AOI	3D AOI
検査方法	PCB表面の平坦な画像をキャプチャします	PCB表面の三次元プロフィールを作成します
測定	位置、サイズ、形状、色、面積をチェックします	高さ、体積、位置、形状、および共平面性をチェックします
検出可能な欠陥	欠落した部品、誤った方向、位置ずれ、トムストーニング、および可視のはんだブリッジ	持ち上げられたリード、突出した部品、はんだ高さの違い、不十分なはんだ、共平面性の欠陥
検査精度	明瞭で可視の表面欠陥に適しています	高さと表面形状に関与する欠陥に対してより信頼性があります
検査速度	基本的なPCB検査に対して一般的に速いです	より多くの画像処理時間を必要とする場合があります
設備コスト	通常は低いです	通常は高いです
最も適しているのは	可視の表面欠陥のある標準PCBアセンブリ	密に詰まった微細ピッチ、複雑、または高信頼性のPCBアセンブリ

AOI対SPI対AXI対ICT: どのPCB検査方法を使用すべきですか？

図2: AOI対SPI対AXI対ICT

AOI、SPI、AXI、およびICTは、製造の異なる段階やタイプの欠陥をチェックするために使用されるPCB検査方法です。自動光学検査は可視の部品とはんだの状態をチェックし、はんだペースト検査は部品配置前のはんだペーストを測定します。自動X線検査は隠れたはんだ接続を調べ、回路内テストは組み立てられたPCBの電気的状態をチェックします。

比較	AOI	SPI	AXI	ICT
フルネーム	自動光学検査	はんだペースト検査	自動X線検査	回路内テスト
何をチェックするか	可視部品、PCB機能、およびはんだ接合部	PCBパッド上のはんだペーストの堆積	隠れた内部はんだ接続	電気接続および部品の値
検査方法	カメラと画像処理ソフトウェア	2Dまたは3D光学測定	X線画像	電気プローブとテストプログラム
検出される一般的な欠陥	欠落、逆、回転、または誤って配置された部品; トムストーニング; 可視のはんだブリッジ	欠落した、過剰、不十分、または位置ずれしたはんだペースト	BGAはんだ欠陥、隠れたブリッジ、空洞、および不完全な接合部	開放、ショート、誤った抵抗、及び一部の不良部品
生産段階	再フローはんだ付けの前または後	はんだペースト印刷後	再フローはんだ付け後	PCBアセンブリ後
主な目的	部品配置および可視はんだ検査	はんだペーストプロセス管理	隠れたはんだ接合部の検査	電気的故障検出
最も適しているのは	標準SMTおよびPCBアセンブリ検査	印刷関連の欠陥を防ぐ	BGA、LGA、QFN、および他の隠れた接合パッケージ	電気的連続性と選択した部品の検証

これらの検査方法は、それぞれが異なる生産段階や欠陥タイプをチェックするため、しばしば組み合わされます。

プレフローAOI対ポストフローAOI

プレフローAOIは、コンポーネント配置後、はんだ付け前にPCBを検査します。これは、再フローオーブンを通過する前に、欠落、シフト、回転、逆、または不正確に配置された部品を検出するのに役立ちます。

ポストフローAOIは、はんだ付け後の部品配置と可視はんだ接合部の欠陥の両方をチェックするため、より一般的です。一部の生産ラインでは、早期検出が困難または高価な再作業を減少させることができる場合に、両方の段階を使用します。

AOIプログラミングとセットアップの基本

セットアップステップ	主なアクション
PCBデータのインポート	利用可能なCAD、ガーバー、BOM、および部品配置ファイルをロードします
検査ウィンドウを定義します	コンポーネント、マーキング、極性、リード、パッド、および可視はんだ接合部のための検査エリアを作成します
カメラと照明を調整します	フォーカス、露出、明るさ、コントラスト、照明角度を設定する
検査許容範囲を設定する	位置、回転、極性、高さ、はんだの外観に対する許容限界を定義する
プログラムを検証する	確認済みの良好な基板と既知の欠陥を含む基板をいくつかテストする
承認されたバージョンを保存する	PCBのリビジョン、コンポーネントライブラリ、プログラムバージョン、最終設定を記録する

完全な設計データが利用できない場合にはゴールデンボードを使用することができますが、1つの基板が通常の生産変動を代表することはできません。最終プログラムは、両方の許容基板と既知の欠陥サンプルで検証する必要があります。

自動光学検査の制限

AOIの制限	なぜ重要なのか	推奨される方法またはアクション
隠れたはんだ欠陥を検査することができない	カメラはBGA、LGA、QFNおよび類似のパッケージの下のジョイントを見ることができない	AXIを使用する
電気性能を検証できない	AOIは電圧、電流、信号、ファームウェア、または完全な回路動作をテストしない	ICTまたは機能テストを使用する
反射や影が画像に影響を与える	光沢のあるはんだや高いコンポーネントは、特徴を隠したり不正確なアラームを作成する可能性がある	照明やカメラの角度を調整するか、3D AOIを使用する
PCBの反りが測定に影響を与える	不均一な基板は、アライメントや高さの結果を変更する可能性がある	基板サポートと反り補償を使用する
見た目が似ているコンポーネントは区別が難しい	部品は同じパッケージまたは不明瞭なマークを持つ場合がある	マーキング検査とコンポーネントライブラリデータを改善する
不正確な設定は誤検出を引き起こす	限界が狭すぎると許容基板が拒否されることがある	確認済みの良好な基板を使用してプログラムを調整する
緩い設定は欠陥の見逃しを引き起こす	限界が広すぎると実際の欠陥が通過することを許す可能性がある	既知の欠陥基板を使用してプログラムを検証する
不正確なプログラムバージョンは精度を低下させる	AOIプログラムは現在のPCBまたはBOMリビジョンと一致しない可能性がある	厳格なプログラムおよび文書バージョン管理を適用する

AOIの性能は、誤検出率と欠陥見逃し率の両方によって判断されるべきです。許容基板を過剰に拒否するプログラムはオペレータのレビューを増やし生産を遅らせる一方、緩い制限のあるプログラムは実際の欠陥が通過することを許すかもしれません。

AOIは目に見えるPCB組立て欠陥に対して効果的ですが、隠れたはんだ接合部や電気性能も検証しなければならない場合はAXI、ICT、または機能テストに代わることはできません。

PCB検査に適したAOIマシンの選び方

選択基準	チェックすべきこと	なぜ重要なのか
AOIタイプ	2D AOIと3D AOIの間で選ぶ	システムはターゲットPCB欠陥に必要な測定値を提供しなければならない
欠陥検出要件	特定する必要があるコンポーネント、配置、およびはんだ付けの欠陥をリストする	AOIマシンはPCB組立プロセスにおける実際の品質リスクと一致する必要がある
コンポーネントのサイズとリードピッチ	最小のコンポーネントパッケージと最も繊細なリード間隔を確認する	小さなコンポーネントと細ピッチリードには十分な画像解像度が必要です
PCBの互換性	基板のサイズ、厚さ、重量、最大コンポーネント高さを確認する	マシンは生産で使用されるすべてのPCBモデルを安全に扱わなければならない
検査速度	一般的な生産基板を使用して実際の検査時間をテストする	AOIシステムは SMTラインに遅延を引き起こさずについていく必要がある
プログラミングおよびソフトウェア機能	CAD、Gerber、BOM、配置ファイルのインポート、オフラインプログラミング、トレーサビリティ、および報告を確認する	良好なソフトウェアは設定時間を短縮し、生産品質分析をサポートする
検査性能	誤検出率、欠陥見逃し率、サイクルタイム、およびオペレータレビューの作業負荷を測定する	これらの結果は、マシンが実際の生産で信頼性のある検査を提供できるかどうかを示す
コストとサプライヤーサポート	購入価格、トレーニング、メンテナンス、ソフトウェアライセンス、予備部品、および技術サービスを比較する	総所有コストとサプライヤーサポートは長期的なシステムの信頼性に影響を与える

AOI機を購入する前に、実際の正常PCBサンプルと欠陥PCBサンプルでテストしてください。最も適切なシステムは、必要な欠陥を検出し、生産で使用されるPCBアセンブリをサポートし、過剰な誤認識を生じさせることなく、必要な検査速度を維持する必要があります。

結論

AOIは、可視PCBコンポーネント、マーキング、リード、はんだ接合部の迅速かつ繰り返し可能な検査を提供します。信頼できる結果は、正しい2Dまたは3Dシステムの選択、良好および欠陥ボードを用いた検査プログラムの検証、誤認識および欠陥の見逃しの管理に依存します。隠れたはんだ接合部や電気的欠陥のためには、AXI、ICT、または機能テストが依然として必要です。