O que é inspeção óptica automatizada?

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Ao usar placas de circuito impresso (PCBs) em seus projetos, você precisa ter certeza de que elas terão um bom desempenho e deixarão seus clientes satisfeitos. É essencial ter uma maneira confiável de testar PCBs quanto a falhas e garantir que eles funcionem conforme o esperado.

As placas de circuito impresso estão se tornando menores e mais complexas – as PCBs de hoje podem conter milhares de juntas soldadas e uma infinidade de componentes minúsculos. Essa maior complexidade pode dar origem a uma maior probabilidade de erros. Quando uma inspeção visual padrão não é suficiente para detectar pequenas imperfeições em uma placa densamente lotada, técnicas como a inspeção óptica automatizada (AOI) ajudam a fornecer maior percepção e precisão.

Como definimos a inspeção óptica automatizada?

Como definimos AOI? A inspeção óptica automatizada é uma inspeção visual de placas de circuito completas com um scanner de máquina que usa imagens de luz. Ele avalia a qualidade da mão de obra para garantir que os PCBs sejam adequados para compra e uso.

Um sistema AOI normalmente contém muitas fontes de luz e várias câmeras, às vezes incluindo câmeras de vídeo. As fontes de luz iluminam um PCB de diferentes ângulos e as câmeras tiram fotos ou vídeos para criar uma imagem abrangente para avaliação.

A medição AOI geralmente usa um scanner de máquina para escanear o dispositivo de forma autônoma, sem a necessidade de inspeção visual humana. O scanner pode verificar defeitos que possam causar falhas catastróficas - como a ausência de um componente crítico - e também pode testar falhas menores que diminuiriam a qualidade e o desempenho do PCB. Esses defeitos menores podem incluir problemas como componentes levemente desalinhados ou solda que forma o tamanho ou a forma errada.

AOI é útil em muitos estágios de produção diferentes. Funciona bem para inspeção de placa nua, inspeção de pasta de solda, pré-refusão e pós-refusão. Cada um desses estágios pode introduzir defeitos no design de uma placa PCB, e a AOI ajuda a detectá-los antes que a produção continue em uma placa defeituosa.

Na prática, porém, a maior parte da AOI ocorre na pós-produção. A razão é que a AOI pode usar um único sistema para inspecionar vários tipos de defeitos ao mesmo tempo. Leva menos tempo para fazer uma inspeção abrangente do que para inspecionar após cada etapa do processo. O uso da AOI como verificação final ajuda a produção a se mover mais rapidamente e permite maior produtividade e cumprimento de prazos. E se a AOI apresentar falhas no estágio de pós-produção, as placas defeituosas podem voltar para retrabalho enquanto o restante das placas avança.

O papel da AOI

AOI desempenha um papel crítico na produção de PCB. Ele garante que cada placa seja capaz do alto desempenho exigido em aplicações elétricas complexas.

Quando o AOI descobre uma falha em um PCB, ele sinaliza a placa para voltar para reparos. Esse processo pode acontecer de duas maneiras diferentes. As descobertas da AOI podem falhar em requisitos específicos da instalação – um requisito de que todas as linhas em um quadro devem ter um determinado tamanho, por exemplo. Nesse caso, os humanos podem inspecionar as descobertas e determinar quais conselhos devem retornar para mais trabalho. Ou a AOI pode comparar o PCB real com uma imagem de desenho assistido por computador (CAD) de um PCB perfeito. AOI pode detectar automaticamente locais onde a placa real se desvia do design ideal e sinalizar para retrabalho.

AOI oferece os seguintes benefícios para a produção de PCB:

• Garantindo a qualidade: AOI permite que você tenha certeza de que seus produtos PCB funcionam conforme o esperado. Garantir a qualidade de seus produtos ajuda a aumentar a satisfação do cliente, melhorar sua reputação nos negócios e proporcionar tranquilidade sobre o valor do serviço que você está oferecendo aos seus clientes.
• Avaliando um quadro complexo: Na Millenium Circuits, se uma de nossas placas contém mais de 100 componentes, ela passa automaticamente por AOI. A AOI pode inspecionar designs complexos de placas com um grau de precisão que o olho humano não consegue igualar.
• Melhorar processos: Se as falhas resultarem de processos defeituosos, detectar as falhas imediatamente via AOI pode ajudá-lo a identificar padrões de defeitos e ajustar seus processos antes de produzir milhares de placas com as mesmas falhas. Um estudo recente publicado no International Journal of Engineering and Advanced Technology relata que detectar uma falha em uma placa recém-montada é apenas 10 vezes mais caro do que detectar um defeito em uma placa vazia, mas encontrar uma falha em uma placa que foi para campo o uso é 1.000 vezes mais caro. A detecção precoce de erros minimiza a probabilidade de retrabalho futuro e torna suas operações de produção mais eficientes.
• Personalização: AOI é um processo automatizado, mas o operador pode definir os parâmetros para informar ao scanner o que inspecionar. Se as especificações do seu design mudarem, é fácil ajustar suas configurações para detectar as falhas que você precisa encontrar.

Que avaliações de AOI

Abaixo estão alguns dos fatores sob revisão durante uma AOI:

Defeitos de solda

A soldagem usa uma liga de baixa temperatura de fusão, geralmente estanho e chumbo ou uma liga sem chumbo, para conectar os componentes metálicos de um PCB. O processo é semelhante à soldagem, exceto que não derrete os componentes metálicos. Os defeitos de soldagem ocorrem quando as conexões entre dois componentes metálicos não se formam como deveriam.

Abaixo estão alguns defeitos comuns de soldagem que a AOI pode verificar:

1. Circuitos Abertos

Circuitos abertos em um PCB são falhas relativamente comuns e são problemáticos porque um circuito incompleto impede que a corrente elétrica funcione. Quando um circuito está aberto, a placa não funcionará corretamente.

Circuitos abertos podem ocorrer devido a vias e traços mal formados ou por causa de soldas que não atingem seus alvos. Uma inspeção visual ou imagem de raio-x às vezes pode detectar um circuito aberto óbvio, mas a AOI pode identificar até mesmo circuitos ligeiramente abertos e sinalizar para que a placa seja enviada de volta para o fechamento adequado do circuito.

2. Pontes de solda ou shorts de solda

As pontes de solda ocorrem quando a solda conecta dois componentes em um PCB que não deve ser conectado eletricamente. Essas pontes podem se formar quando a produção da placa usa muita solda ou quando a solda penetra em uma área da placa destinada a permanecer livre de solda.

As pontes de solda geralmente ocorrem quando a solda não se separa de seus terminais antes de solidificar. Os cabos são as almofadas de metal projetadas para conectar dois locais na placa. A solda pode não se separar porque os fios são muito grandes, ou porque eles têm muita pasta colando-os na placa, ou porque o passo da placa é extremamente raso.

As pontes de solda são problemáticas porque interrompem o fluxo pretendido de corrente através da placa. Eles podem causar curto-circuito ou queimar componentes críticos ou traços na placa. Eles também são notoriamente difíceis de detectar a olho nu - mesmo infiltração de solda microscópica pode levar à formação de uma ponte de solda. Felizmente, a varredura AOI pode detectar até mesmo pequenas pontes de solda e enviar as placas defeituosas de volta para reparos.

3. Solda insuficiente

Uma junta de solda insuficiente ocorre quando o processo de produção usa muito pouca solda para conectar diferentes componentes à placa. Às vezes, a solda falha ao conectar os componentes completamente - essas situações são conhecidas como saltos de solda.

Quando as conexões dos componentes soldados inadequadamente são instáveis, elas podem não formar conexões elétricas estáveis, então o desempenho da placa será ruim. E se a quantidade de solda for tão pequena que não consiga segurar os componentes da placa, a placa acabará com peças faltando, o que provavelmente resultará em falha catastrófica. Um AOI pode escanear e anotar a quantidade de solda em cada componente ou comparar a placa com uma imagem correta para determinar se a placa requer ressoldagem.

4. Excesso de solda

O excesso de solda ocorre quando acontece o oposto – o processo de produção coloca muita solda na placa. Às vezes ocorre porque as pontas de solda usadas são muito largas ou pode resultar de aplicação excessiva.

O excesso de solda pode causar muitas dificuldades, incluindo malformações como pontes de solda. Quando a produção aplica muita solda a um pino na placa, ela também pode criar uma grande bola de solda redonda que torna difícil dizer se o pino está suficientemente molhado para grudar na placa.

Bolas de solda são relativamente fáceis de detectar por causa de seu tamanho, mas um inspetor humano pode perder uma depois de examinar dezenas de placas quase idênticas. Um bom scanner AOI pode facilmente detectar excesso de solda e enviar a placa de volta para retrabalho com um sugador de solda ou pavio de solda.

Defeitos de componentes

Defeitos de componentes são falhas nas pequenas peças funcionais anexadas a uma placa. Abaixo estão alguns defeitos comuns de componentes em PCBs:

1. Lead levantado

Um eletrodo levantado ocorre quando uma das pequenas almofadas de metal em um PCB não adere adequadamente. Às vezes, um cabo levantado ocorre devido ao calor excessivo ou manuseio durante a produção ou devido à flexão na placa. Outras vezes, ocorre quando os cabos são muito longos e sobem quando entram em contato com a solda.

Os cabos levantados são problemáticos porque são instáveis. Os pads em sua placa permitem que os pinos se conectem à placa de cobre embaixo, mas se o cabo levantar, os pinos não poderão fazer as conexões adequadas. Conexões perdidas podem causar falha de componentes e comprometer o desempenho da placa.

2. Componentes ausentes

Um PCB pode não ter um componente por alguns motivos diferentes. A soldagem inadequada pode levar à falta de componentes ou o processo de produção pode pular uma peça necessária.

Um componente ausente é uma falha séria em um PCB - é provável que cause uma falha catastrófica. O olho humano pode notar a falta de peças, mas como essa é uma falha tão importante, ter um scanner AOI confiável é fundamental para capturar PCBs com componentes ausentes antes que eles cheguem aos consumidores.

3. Componente desalinhado ou mal colocado

O desalinhamento ou a colocação incorreta pode ocorrer quando o processo de produção coloca os componentes incorretamente ou quando os componentes se deslocam após a colocação. A mudança de componentes é comum durante o refluxo porque é fácil para as peças se moverem sobre a solda derretida - a tensão superficial da solda significa que os componentes podem deslizar facilmente.

Com um componente desalinhado ou mal colocado, o PCB ainda pode funcionar, mas pode ter um desempenho lento. Ou pode não funcionar em tudo. Os desalinhamentos podem ser muito pequenos para serem vistos a olho nu, portanto, ter um scanner AOI confiável é essencial para detectar esses defeitos.

Como a AOI se compara a outros métodos de inspeção?

Em comparação com outros processos, a AOI oferece várias vantagens para detectar falhas em PCBs. Abaixo está um detalhamento de como a AOI se compara a outros métodos de inspeção:

1. Inspeção automatizada de raios-X (AXI)

O AXI usa raios X em vez de imagens de luz para inspecionar os PCBs. As empresas costumam usar o AXI para avaliar placas particularmente complexas ou densamente construídas. A razão é que os raios X viajam através dos materiais para fotografá-los. Como a luz usada para AOI reflete nas superfícies, é possível que um componente bloqueie outro. Um raio-X percorre diferentes camadas de material, porém, com precisão de imagens de todos eles.

AXI é uma tecnologia nova e sofisticada, e sua principal desvantagem é o custo. Como o AXI é tão caro, geralmente não vale a pena usá-lo, exceto com placas especialmente complicadas ou altamente clusterizadas.

2. Medição de teste automático a laser (ALT)

A medição ALT usa lasers em vez de imagens de luz tradicionais para escanear e medir PCBs. À medida que a luz dos lasers reflete nos componentes da PCB, o sistema ALT usa as localizações dos lasers para identificar o posicionamento e a altura de diferentes componentes e avaliar sua refletividade. Assim como no AOI, o sistema ALT pode comparar as medições empíricas com um esquema ou conjunto de especificações para detectar quaisquer falhas.

A medição de ALT é particularmente útil para avaliar a localização e a quantidade de pasta de solda, embora a interferência às vezes possa tornar as medições imprecisas.

3. Testes em circuito (TIC)

O teste no circuito usa uma ponta de prova elétrica para avaliar como um PCB montado funcionará. Ele usa uma corrente elétrica para verificar se cada componente está no lugar e funcionando corretamente. Ele testa curtos e circuitos abertos e avalia qualidades elétricas essenciais como capacitância e resistência.

Por usar corrente elétrica em vez de imagens, a TIC tende a fornecer informações de soldagem mais limitadas do que a AOI. Ele pode avaliar a qualidade dos componentes elétricos e fornecer informações sobre defeitos de solda que afetam os circuitos, mas não pode oferecer muitos detalhes sobre solda insuficiente ou excessiva.

AOI é geralmente mais confiável do que o teste no circuito, especialmente para PCBs menores que estão sendo desenvolvidos hoje.

4. Inspeção visual manual (MVI)

A maioria das empresas de PCB prefere AOI à inspeção visual manual porque a AOI não requer o toque nas placas. Um inspetor humano deve manusear as placas, e o manuseio pode introduzir defeitos em uma placa perfeita. AOI pode escanear PCBs sem perturbar seus componentes delicados e preservar sua integridade estrutural.

AOI também é mais confiável do que a inspeção visual humana. Uma pessoa pode facilmente perder uma pequena falha no PCB. Mas o AOI pode detectar até mesmo o menor dos erros. Sua acuidade rigorosa nunca diminui, pode escanear a placa com mais detalhes do que o olho humano permite e é consistentemente confiável em todas as etapas do processo de produção.

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