Zautomatyzowana kontrola wizualna w badaniach PCB: technologie, korzyści i najlepsze praktyki

W świecie produkcji płyt PCB, w którym istnieją duże ryzyko, nawet niewielka wada - niewłaściwy układ, most lutowy lub pęknięty ślad - może spowodować przerwanie całej produkcji.Ponieważ PCB stają się gęstsze (z komponentami tak małymi jak 01005 chipy i ślady poniżej 50 μm), ręczna kontrola stała się przestarzała, podatna na błędy ludzkie i zbyt powolna na współczesne wielkości produkcji.i uczenia maszynowego w celu szybkiego wykrywania wadW niniejszym przewodniku wyjaśniono, w jaki sposób AVI przekształca testowanie PCB, od podstawowych technologii po rzeczywisty wpływ na jakość i wydajność.

Kluczowe wnioski
1Systemy.AVI wykrywają 99,5% wad PCB, w porównaniu z 85% w przypadku ręcznej inspekcji, zmniejszając awarie terenowe o 60% w produkcji dużych objętości.
2Nowoczesny AVI wykorzystuje kamery o wysokiej rozdzielczości (550MP), algorytmy AI i obrazowanie 3D do identyfikacji wad tak małych jak 10μm, które są krytyczne dla płyt HDI i komponentów o cienkiej rozdzielczości.
3.AVI skraca czas inspekcji o 70~90%: 12-warstwowy płytek HDI PCB zajmuje 2 minuty na inspekcję z AVI w porównaniu z 15~20 minutami ręcznie.
4Wdrożenie wymaga szybkości i dokładności równoważenia, przy użyciu niestandardowych algorytmów dla konkretnych wad (np.W celu uzyskania informacji w czasie rzeczywistym należy zastosować systemy automatyczne (np. mosty lutowe w PCB samochodowych) oraz integrację z systemami wykonywania produkcji (MES).

Co to jest zautomatyzowana inspekcja wizualna (AVI) w badaniach PCB?
Zautomatyzowana kontrola wizualna (AVI) to nieniszcząca metoda badań, która wykorzystuje technologię obrazowania i oprogramowanie do kontroli PCB pod kątem wad podczas lub po produkcji.W przeciwieństwie do kontroli ręcznej, w której technicy używają mikroskopów i list kontrolnych, systemy AVI:
a. Wykrywanie obrazów PCB o wysokiej rozdzielczości pod wieloma kątami (w górę, na dole, pod kątem 45°).
b. Analiza obrazów przy użyciu algorytmów w celu porównania z “złotym standardem” (bezbłędnym plikem referencyjnym).
c. Anomalie w oznakowaniu, takie jak brakujące elementy, wady lutowni, uszkodzenia śladowe lub niewłaściwe ustawienie.
AVI jest zintegrowany z liniami produkcyjnymi PCB, sprawdzając tablice po kluczowych etapach: aplikacji pasty lutowej, umieszczeniu komponentów i lutowaniu reflow.zmniejszenie kosztów ponownej obróbki i zapobieganie dotarciu wadliwych PCB do montażu.

Jak działa AVI: Proces inspekcji
Systemy AVI podlegają uporządkowanemu przepływowi pracy w celu zapewnienia dokładnej, spójnej kontroli:
1. Zdjęcie
Kamery: Kamery o wysokiej rozdzielczości (550MP) z oświetleniem LED (biały, RGB lub podczerwony) rejestrują obrazy.zapewnienie, aby brak wad nie był ukryty.
Oświetlenie: dostosowane oświetlenie (oświetlenie rozproszone, kierunkowe lub pierścieniowe) podkreśla specyficzne cechy, np. światło podczerwone podkreśla integralność złącza lutowego,podczas gdy światło RGB wykrywa składniki z kodem koloru.
Ruch: PCB są transportowane za pomocą taśm przenośnych z prędkością do 1 m/s, przy czym zsynchronizowane kamery wywołują strzały, aby uniknąć rozmycia ruchu.
W przypadku komponentów o cienkiej rozdzielczości (0,4 mm BGA) systemy wykorzystują soczewki telecentryczne w celu wyeliminowania zniekształceń perspektywy, zapewniając dokładne pomiary drobnych cech.

2. Przetwarzanie obrazu i wykrywanie wad
Wstępne przetwarzanie: obrazy są oczyszczane (redukcja hałasu, regulacja kontrastu), aby zwiększyć widoczność wad.
Analiza algorytmu: Oprogramowanie porównuje obraz PCB z “złotym szablonem” (cyfrowym modelem idealnego PCB) przy użyciu dwóch metod:
Algorytmy oparte na zasadach: wykrywają znane wady (np. mosty lutowe, brakujące rezystory) przy użyciu wstępnie zdefiniowanych kryteriów (rozmiar, kształt, kolor).
Sztuczna inteligencja/uczenie maszynowe: Szkolenie modeli na tysiącach obrazów defektów w celu identyfikacji nowych lub złożonych problemów (np. mikro-pęknięcia w śladach, nierówne filery lutowe).
Klasyfikacja wad: Anomalie są klasyfikowane według rodzaju (np. Pustka lutowa, przesunięcie komponentów) i nasilenia (krytyczne, duże, niewielkie) w celu nadrobienia priorytetów.

3. Sprawozdania i informacje zwrotne
Powiadomienia w czasie rzeczywistym: Operatorzy są powiadamiani o wadach za pośrednictwem ekranów lub alarmów, z obrazami podkreślającymi obszary problemu.
Rejestrowanie danych: Dane o wadach (typ, lokalizacja, częstotliwość) są przechowywane w bazie danych, umożliwiając analizę trendów (np. 30% mostów lutowych występuje w określonej strefie PCB, co wskazuje na problem z szablonami).
Integracja MES: dane są przekazywane do systemów wykonywania produkcji w celu dostosowania parametrów produkcji (np. temperatury pieca z powrotem) i zapobiegania powtarzającym się wadom.

AVI vs. inspekcja ręczna: porównanie osobiste

Rodzaje systemów AVI do testowania PCB
Systemy AVI są dostosowane do różnych etapów produkcji PCB i rodzajów wad:
1. 2D AVI Systems
Najczęściej używają kamer 2D do nagrywania płaskich obrazów z góry w dół.
Wady komponentów: brakujące, niezgodne z prawem lub odwrócone komponenty (np. polaryzowane kondensatory).
Problemy z pastą lutową: nierównomierne osadzenie, brakująca pasta lub smarowanie.
Wady śladowe: Pęknięcia, pęknięcia lub korozja w śladach miedzi.
Ograniczenia: walka z wadami 3D (np. wysokość fileru lutowego, nachylenie części) i błyszczące powierzchnie (przyczyniające odbicia).

2. 3D AVI Systems
Systemy 3D wykorzystują strukturalne światło lub skanowanie laserowe do tworzenia modeli 3D płytek PCB, mierzących wysokość i objętość.
Kontrola złącza lutowniczego: sprawdzenie wysokości, objętości i kształtu filetu (np. niewystarczająca lutownia na kulkach BGA).
Koplanarność komponentów: zapewnienie płaskiego leżenia przewodów QFP lub BGA (nachylenie > 0,1 mm może powodować otwarcie).
Wykrywanie warpage: identyfikacja warpage PCB (> 0,2 mm), która wpływa na umieszczenie komponentów.
Zalety: rozwiązuje problemy z odbiciem 2D i dostarcza danych ilościowych (np. objętość lutownicy jest o 20% niższa od specyfikacji).

3In-Line vs. Off-Line AVI
AVI w linii: Zintegrowany z liniami produkcyjnymi, sprawdzający PCB podczas ich przemieszczania się przez taśmy przenośnikowe. Zaprojektowany dla prędkości (do 60 PCB / minutę) i informacji zwrotnych w czasie rzeczywistym w celu dostosowania procesów w górnym rzędzie (np.,drukarki pasty lutowej).
Offline AVI: Samodzielne systemy do pobierania próbek lub szczegółowej inspekcji uszkodzonych płyt PCB. wolniejszy (5-10 płyt PCB / minutę), ale dokładniejszy, z kamerami o wyższej rozdzielczości i opcjami przeglądu ręcznego.

Główne wady wykryte przez AVI
Systemy AVI identyfikują szeroki zakres wad PCB, z algorytmami zoptymalizowanymi dla konkretnych problemów:

Korzyści AVI w produkcji PCB
AVI zapewnia wymierne ulepszenia jakości, kosztów i wydajności:
1. Wyższa jakość i niezawodność
Mniej błędów: wskaźnik wykrycia AVI – 99,5% w porównaniu z ręcznym 85% oznacza, że 10 razy mniej wadliwych płyt PCB dociera do klientów, zmniejszając roszczenia gwarancyjne o 60 – 70%.
Konsekwentne standardy: eliminuje stronniczość inspektorów (np. jeden technik zauważa nieprawidłowe wyrównanie o długości 0,1 mm, a drugi go ignoruje).
Wczesne wykrywanie wad: wykrywanie problemów po wklejaniu lub umieszczeniu (nie po montażu) obniża koszty ponownego obróbki o 80%

2Szybsza produkcja
Szybkość: AVI w trybie linii sprawdza 3060 PCB/minutę, utrzymując bieg linii o dużej objętości (np. 50 000 PCB/dzień dla smartfonów).
Zmniejszenie wąskich gardeł: stacje kontroli ręcznej często spowalniają produkcję; AVI integruje się bezproblemowo, dodając <5 sekund na PCB.
Działanie 24 godziny na dobę: systemy AVI działają bez przerwy, co ma kluczowe znaczenie dla długotrwałej produkcji w branży motoryzacyjnej lub elektroniki użytkowej.

3Poprawa procesów opartych na danych
Analiza trendów: AVI rejestruje każdą wadę, umożliwiając analizę przyczyny (np. 80% niezgodnych BGA pochodzi z maszyny # 3).
Wykonywanie konserwacji w sposób przewidywalny: wystąpienie wady pasty lutowej może być sygnałem zużytego szablonu, co skłania do proaktywnego wymiany.
Raportowanie zgodności: Automatycznie generuje ślady audytu dla takich gałęzi przemysłu, jak branża medyczna (ISO 13485) lub motoryzacyjna (IATF 16949).

Wyzwania wdrażania AVI
Systemy AVI, choć potężne, wymagają starannego planowania, aby zwiększyć ich skuteczność:
1Początkowe ustawienie i kalibracja
Tworzenie złotych szablonów: Budowanie idealnego modelu odniesienia zajmuje czas (48 godzin dla złożonych PCB HDI) i musi uwzględniać normalne zmienności (np. tolerancje kolorów komponentów).
Optymalizacja oświetlenia: błyszczące elementy (np. złote złącza) powodują odbicia; do uniknięcia fałszywych dodatków potrzebne są systemy 3D lub filtry polaryzujące.
Ustawianie algorytmu: Nadmiernie wrażliwe systemy oznaczają anomalie bez wad (np. niewielkie zmiany pasty lutowej), przytłaczające operatorów fałszywymi alarmami.

2. Obsługa gęstych i szybkich PCB
Komponenty o precyzyjnym rozdzielczości: 01005 chipy (0,4 mm x 0,2 mm) wymagają kamer 50MP i zaawansowanej sztucznej inteligencji, aby odróżnić pomiędzy pozycjami "dobrym" i "lekko przesuniętym".
Sygnały wysokiej prędkości: Ślady o szerokości < 50 μm wymagają obrazowania 3D w celu wykrycia mikro-pęknięć, których nie zauważają systemy 2D.
PCB sztywne i elastyczne: elastyczne sekcje o zakrzywionych powierzchniach mylą systemy 2D; konieczne jest skanowanie laserowe 3D.

3Koszty i zwrot z inwestycji
Inwestycja początkowa: koszty systemu 3D AVI w trybie linearnym (150.000 ¢) 500,000, w porównaniu z 50 tysiącami dolarów za stacje ręczne.
Szkolenie: Operatorzy muszą utrzymywać systemy, dostosowywać algorytmy i interpretować dane, co zwiększa koszty pracy.
Czas obrotu: zazwyczaj 6-12 miesięcy dla producentów dużych ilości (100 000+ PCB/miesiąc), ponieważ zmniejszone koszty naprawy i gwarancji kompensują koszty wstępne.

Najlepsze praktyki wdrażania AVI
Aby maksymalnie zwiększyć skuteczność AVI, należy postępować zgodnie z poniższymi wytycznymi:
1. Wyrównanie AVI z PCB Złożoność
PCB o niskiej złożoności (np. sterowniki LED z komponentami 0805): do zapewnienia efektywności kosztowej należy stosować 2D AVI.
Wysokiej złożoności interfejsy HDI (np. modemy 5G z układami 01005 i BGA): Inwestować w systemy 3D z sztuczną inteligencją do obsługi drobnych szczegółów.

2Integracja z procesami produkcyjnymi
Połączenie z MES: dane AVI powinny być wprowadzane do MES w celu dostosowania procesów w górnym rzędzie (np. jeśli wady pasty lutowej wzrosną, drukarka jest ponownie kalibrowana).
Kontrola w poszczególnych etapach: Kontrola po pascie lutowej (w celu wykrycia problemów z osadami), po umieszczeniu (w celu naprawy nieprawidłowego wyrównania) i po ponownym przepływie (w celu sprawdzenia połączeń lutowych).

3. Optymalizacja algorytmów i progów
Dostosowanie do rodzajów wad: Szkolenie modeli sztucznej inteligencji w odniesieniu do konkretnych wad (np. PCB samochodowe mogą dawać pierwszeństwo mostom lutowym, podczas gdy PCB medyczne koncentrują się na bieguności komponentów).
Wskaźnik wrażliwości dźwięku: Począć od ścisłych progów, aby uniknąć błędów, a następnie stopniowo rozluźnić, aby zmniejszyć fałszywe alarmy (cel < 1% fałszywych dodatków).

4. Regularna konserwacja i kalibracja
Czyszczenie aparatów fotograficznych/obiektywów: pył lub plamy powodują zniekształcenie obrazu Ćwiczenia codzienne w środowiskach o wysokiej zawartości cząstek stałych (np. w sklepie lutowniczym).
Kalibracja co tydzień: Użyj deski kalibracyjnej z znanymi wadami w celu zapewnienia dokładności; zmiany temperatury / wilgotności mogą zmienić ustawienie aparatu.

Badania przypadków w rzeczywistości
1. Producent elektroniki użytkowej
Producent smartfonów zastąpił 10 ręcznych inspektorów dwoma systemami 3D AVI:
Wyniki: wskaźnik uniknięcia wad spadł z 1,2% do 0,05%; czas inspekcji każdego PCB spadł z 18 minut do 90 sekund.
Zwrot z inwestycji: osiągnięte w 8 miesięcy, dzięki 200 000 dolarów w obniżonych kosztach prac i pracy.

2. Dostawca PCB dla samochodów
Firma produkująca części samochodowe dołączyła AVI do inspekcji PCB czujników ADAS:
Wyzwanie: wykrywanie próżni lutowniczych 50 μm w złączach BGA (krytyczne dla przewodności cieplnej).
Rozwiązanie: 3D AVI z skanowaniem laserowym, identyfikacja pustek > 10% objętości z dokładnością 99,8%.
Wpływ: awarie w terenie zmniejszyły się o 70%, spełniając wymagania IATF 16949

3Producent wyrobów medycznych
Producent rozruszników serca wprowadził AI-powered AVI:
Koncentracja: Zapewnienie, że nie ma odwróconych polaryzowanych kondensatorów (co może powodować awarię urządzenia).
Wynik: 100% wykrycia błędów polarności, z 92% przy ręcznej kontroli.
Zgodność: Uproszczone audyty FDA z automatycznymi dziennikami wad i raportami o trendach.

Często zadawane pytanie
P: Czy AVI może zastąpić latającą sondę lub testy w obwodzie (ICT)?
Odpowiedź: Nie  AVI sprawdza wady wzroku, natomiast ICT i sondy latające sprawdzają funkcjonalność elektryczną (otwierają, krótkie spodnie).i badania elektryczne wykrywają ukryte usterki.

P: Jak AVI obsługuje odblaskowe elementy (np. błyszczące układy IC lub metalowe osłony)?
Odpowiedź: Systemy 3D wykorzystują strukturalne światło (projektowanie wzorów na płytę PCB) do pomiaru wysokości bez zależności od odblaskowości.

P: Jaka jest krzywa uczenia się operatorów AVI?
Odpowiedź: Podstawowa obsługa trwa 1-2 tygodnie, ale zaawansowane zadania (tuneingowanie algorytmu, kalibracja 3D) wymagają 1-3 miesięcy szkolenia.

P: Czy AVI nadaje się do produkcji w małych ilościach?
Odpowiedź: Zależy to od złożoności PCB. PCB o niskiej objętości i wysokiej złożoności (np. prototypy lotnicze) korzystają z AVI poza linią, podczas gdy PCB o niskiej objętościproste deski mogą nadal korzystać z ręcznej inspekcji, aby uniknąć wysokich kosztów wstępnych.

Wniosek
Zautomatyzowana kontrola wizualna stała się niezbędna w nowoczesnej produkcji płyt PCB, umożliwiając prędkość, precyzję i spójność potrzebne dla gęstej, niezawodnej elektroniki.Zastępując ręczne kontrole podatne na błędy obrazowaniem 2D/3D i sztuczną inteligencjąSystemy AVI zmniejszają wady, obniżają koszty i dostarczają przydatnych danych w celu poprawy procesów.szybsza produkcjaDla producentów, którzy chcą konkurować w erze 5G, sztucznej inteligencji i Internetu rzeczy, AVI nie jest tylko narzędziem, ale strategiczną zaletą.