Inspeção Óptica Automatizada (AOI): O que é, Como Funciona e Por que Importa

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Quando você usa placas de circuito impresso (PCBs) em seus projetos, precisa ter certeza de que eles performarão bem e deixarão seus clientes felizes. É essencial ter uma maneira confiável de testar PCBs para falhas e garantir que funcionem como pretendido.

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

Como definimos Inspeção Óptica Automatizada?

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

Um sistema AOI tipicamente contém muitas fontes de luz e múltiplas 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.

Medição AOI geralmente usa um scanner de máquina para escanear o dispositivo autonomamente, sem necessidade de inspeção visual humana. O scanner pode verificar defeitos que poderiam causar falha catastrófica — como a ausência de um componente crítico — e também podem testar falhas menores que diminuiriam a qualidade e performance do PCB. Estes defeitos menores podem incluir problemas como componentes ligeiramente desalinhados ou soldagem que forma tamanho ou forma errados.

AOI é útil em muitos estágios de produção diferentes. Funciona bem para inspeção de placa nua, inspeção de pasta de solda, pré-refluxo e pós-refluxo. Cada um destes estágios pode introduzir defeitos no design de uma placa de PCB, e AOI ajuda a pegá-los antes que a produção prossiga em uma placa falha.

Praticamente falando, porém, a maioria do AOI ocorre na pós-produção. A razão é que AOI pode usar um único sistema para inspecionar muitos tipos de defeitos ao mesmo tempo. Leva menos tempo para fazer uma inspeção abrangente do que inspecionar após cada etapa do processo. Usar AOI como verificação final ajuda a produção a avançar mais rápido e permite maior produtividade e cumprimento de prazos. E se AOI revelar falhas no estágio de pós-produção, as placas defeituosas podem voltar para retrabalho enquanto o resto das placas avança.

O Papel do AOI

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

Quando AOI descobre uma falha em um PCB, ele sinaliza a placa para voltar para reparos. Este processo pode acontecer de um par de maneiras diferentes. Descobertas do AOI podem falhar requisitos específicos de instalação — um requisito de que todas as linhas em uma placa devem ser acima de um certo tamanho, por exemplo. Neste caso, humanos podem inspecionar as descobertas e determinar quais placas devem retornar para trabalho adicional. Ou AOI pode comparar o PCB real a uma imagem de design assistido por computador (CAD) de um PCB perfeito. AOI pode detectar automaticamente lugares onde a placa real se desvia do design ideal e sinalizá-la para retrabalho.

AOI fornece os seguintes benefícios para produção de PCB:

• Garantindo qualidade: AOI permite que você tenha certeza de que seus produtos PCB funcionam como pretendido. Garantir a qualidade de seus produtos ajuda a aumentar satisfação do cliente, melhorar sua reputação no negócio e fornecer paz de espírito sobre o valor do serviço que você está dando aos seus clientes.
• Avaliando uma placa complexa: Na Millenium Circuits, se uma de nossas placas contém mais de 100 componentes, ela automaticamente passa por AOI. AOI pode inspecionar designs de placa intrincados com um grau de precisão que o olho humano não pode igualar.
• Melhorando processos: Se falhas resultam de processos defeituosos, pegar as falhas imediatamente via AOI pode ajudar você 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 pegar uma falha em uma placa recentemente montada é apenas 10 vezes mais custoso que pegar um defeito em uma placa nua, mas encontrar uma falha em uma placa que foi para uso em campo é 1.000 vezes mais custoso. Pegar erros cedo 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 parâmetros para dizer ao scanner o que inspecionar. Se suas especificações de design mudarem, é fácil ajustar suas configurações para detectar as falhas que você precisa encontrar.

O que um AOI Analisa

Abaixo estão alguns dos fatores sob revisão durante um AOI:

Defeitos de Soldagem

Soldagem usa uma liga de baixa temperatura de fusão, comumente estanho e chumbo ou liga sem chumbo, para conectar componentes metálicos de um PCB. O processo é similar a soldagem exceto que não derrete os componentes metálicos. Defeitos de soldagem ocorrem quando conexões entre dois componentes metálicos falham em formar como deveriam.

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

1. Circuitos Abertos

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

Circuitos abertos podem ocorrer por causa de vias e trilhas formadas inadequadamente ou por causa de soldagem que não atinge seus alvos. Uma inspeção visual ou imagem de raio-X pode às vezes detectar um circuito aberto óbvio, mas AOI pode identificar até circuitos ligeiramente abertos e sinalizar para que a placa seja enviada de volta para fechamento adequado do circuito.

2. Pontes de Solda ou Curtos de Solda

Pontes de solda ocorrem quando solda conecta dois componentes em um PCB que não deveriam se conectar eletricamente. Estas pontes podem formar quando a produção da placa usa muita solda ou quando solda vaza para uma área da placa destinada a permanecer livre de solda.

Pontes de solda frequentemente ocorrem quando a solda não se separa de seus terminais antes de solidificar. Os terminais são os pads metálicos projetados para conectar duas localizações na placa. A solda pode não separar porque os terminais são tão grandes, ou porque têm muita pasta colando-os à placa, ou porque o pitch da placa é extremamente raso.

Pontes de solda são problemáticas porque interrompem o fluxo pretendido de corrente através da placa. Elas podem causar curto-circuito ou queimar componentes críticos ou trilhas na placa. Elas também são notoriamente difíceis de detectar a olho nu — até vazamento microscópico de solda pode levar à formação de uma ponte de solda. Felizmente, escaneamento AOI pode detectar até minúsculas pontes de solda e enviar placas falhas de volta para reparos.

3. Solda Insuficiente

Uma junta de solda insuficiente ocorre quando o processo de produção usa pouca solda para conectar diferentes componentes à placa. Às vezes a solda falha em conectar os componentes completamente — estas situações são conhecidas como skips de solda.

Quando conexões de 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 minúscula que não pode segurar os componentes na placa, a placa acabará com partes faltando, o que provavelmente resultará em falha catastrófica. Um AOI pode escanear e notar a quantidade de solda em cada componente ou comparar a placa a uma imagem correta para determinar se a placa requer ressoldagem.

4. Excesso de Solda

Excesso de solda ocorre quando o oposto acontece — o processo de produção coloca muita solda na placa. Às vezes ocorre porque as pontas de soldagem usadas são muito largas, ou pode resultar de superaplicação.

Excesso de solda pode causar muitas dificuldades, incluindo malformações como pontes de solda. Quando produção aplica muita solda a um pino na placa, 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 após olhar dezenas de placas quase idênticas. Um bom scanner AOI pode facilmente detectar excesso de solda e enviar a placa de volta para retrabalho com sugador de solda ou wick de solda.

Defeitos de Componentes

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

1. Terminal Levantado

Um terminal levantado ocorre quando um dos minúsculos pads metálicos em um PCB falha em aderir corretamente. Às vezes um terminal levantado ocorre por causa de calor excessivo ou manuseio durante produção ou por causa de flexão na placa. Outras vezes resulta quando terminais são muito longos e sobem quando entram em contato com solda.

Terminais levantados são problemáticos porque são instáveis. Os pads em sua placa permitem que pinos se conectem à placa de cobre por baixo, mas se o terminal levanta, os pinos não poderão fazer as conexões adequadas. Conexões perdidas podem causar falha de componente e comprometer o desempenho da placa.

2. Componentes Faltando

Um PCB pode faltar um componente por alguns motivos diferentes. Soldagem inadequada pode levar a componentes faltando, ou o processo de produção pode pular uma parte necessária.

Um componente faltando é uma falha séria em um PCB — é provável que cause falha catastrófica. O olho humano pode notar partes faltando, mas como esta é uma falha tão consequente, ter um scanner AOI confiável é crítico para pegar PCBs com componentes faltando antes que cheguem aos consumidores.

3. Componente Desalinhado ou Mal Posicionado

Desalinhamento ou má colocação pode ocorrer quando o processo de produção coloca componentes incorretamente ou quando componentes mudam após colocação. Deslocamento de componente é comum durante refluxo porque é fácil para partes se moverem sobre solda derretida — a tensão superficial da solda significa que componentes podem facilmente deslizar.

Com um componente desalinhado ou mal posicionado, o PCB pode ainda funcionar, mas pode performar lentamente. Ou pode falhar em performar completamente. Desalinhamentos podem ser muito leves para ver a olho nu, então ter um scanner AOI confiável é essencial para pegar estes defeitos.

Como o AOI se Compara com Outros Métodos de Inspeção?

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

1. Inspeção Automatizada por Raio-X (AXI)

AXI usa raios-X em vez de imagem de luz para inspecionar PCBs. Empresas frequentemente usam AXI para avaliar placas particularmente complexas ou densamente construídas. A razão é que raios-X viajam através dos materiais para imaginá-los. Como a luz usada para AOI reflete em superfícies, é possível que um componente bloqueie outro. Um raio-X viaja através de diferentes camadas de material, porém, imaginando todos eles com precisão.

AXI é uma tecnologia nova e sofisticada, e sua principal desvantagem é seu custo. Como AXI é tão caro, frequentemente não vale a pena usar exceto com placas especialmente complicadas ou altamente agrupadas.

2. Medição de Teste a Laser Automatizado (ALT)

Medição ALT usa lasers em vez de imagem de luz tradicional para escanear e medir PCBs. À medida que a luz dos lasers reflete nos componentes do PCB, o sistema ALT usa localizações dos lasers para pinpoint o posicionamento e altura de diferentes componentes e avaliar sua reflectividade. Como com AOI, o sistema ALT pode comparar medições empíricas a um esquemático ou conjunto de especificações para detectar quaisquer falhas.

Medição ALT é particularmente útil na avaliação da localização e quantidade de pasta de solda, embora interferência às vezes possa tornar as medições imprecisas.

3. Teste Em-Circuito (ICT)

Teste em-circuito usa uma sonda elétrica para avaliar como um PCB montado funcionará. Ele usa uma corrente elétrica para verificar que cada componente está no lugar e funcionando corretamente. Testa para curtos e circuitos abertos e avalia qualidades elétricas essenciais como capacitância e resistência.

Como usa corrente elétrica em vez de imagem, ICT tende a dar informações de soldagem mais limitadas que AOI. Pode avaliar qualidade de componentes elétricos e fornecer informações sobre defeitos de soldagem que afetam circuitaria, mas não pode oferecer muito detalhe sobre solda insuficiente ou excessiva.

AOI é geralmente mais confiável que teste em-circuito, especialmente para os PCBs menores sendo desenvolvidos hoje.

4. Inspeção Visual Manual (MVI)

A maioria das empresas de PCB prefere AOI a inspeção visual manual porque AOI não requer tocar as placas. Um inspetor humano deve manusear as placas, e manuseio poderia 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 que inspeção visual humana. Uma pessoa pode facilmente perder uma pequena falha no PCB. Mas AOI pode pegar até o menor dos erros. Sua acuidade rigorosa nunca diminui, pode escanear a placa em detalhes mais finos que o olho humano permite, e é consistentemente confiável em todos os estágios do processo de produção.

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