Avsyning av kretskort – AOI

Automated Optical Inspection

Utvecklingen inom EMS-branschen leder mot allt högre komplexitet och kretstäthet, och allteftersom tillverkningsprocesser blir mer komplicerade ökar sannolikheten för fel på det färdiga kretskortet.

AOI (Automated Optical Inspection) bestod länge av två-dimensionell granskning för att testa kvalitet. Denna traditionella 2D-granskning är lämplig för att detektera fel som t.ex. saknade komponenter, fel komponenter, felaktig komponentplacering, brister i lödningen och lödbroar. Däremot är 2D AOI mindre lämplig för att detektera brister i planaritet hos ultraminiatyr-kretsar, traditionella hålmonterade komponenter, BGA- och LED-kretsar.

För att detektera planaritet hos sådana komponenter krävs avsyning i ytterligare en dimension, vilket medför ett behov av 3D-granskning.

Det finns fördelar och nackdelar med både 2D- och 3D-avsyning, och för att uppnå högsta kvalitet måste både 2D och 3D-baserade AOI-system användas.

2D-avsyning

2D-teknik är ännu den mest utvecklade AOI-tekniken i EMS-branschen. De mest avancerade systemen består av flera ultra-högupplösta kameror med upp till 15 Megapixel upplösning, telecentriska precisionslinser och flerskikts ljusteknik för hög kontrast.

I tillägg till den avancerade hårdvaran består systemen också av avancerade algoritmer för att detektera brister.

Fördelarna respektive nackdelarna med 2D-avsyning framgår i tabellen nedan.

Fördelar med 2D-avsyning	Nackdelar med 2D-avsyning
Mogen teknologi	Klarar inte att detektera brister i planaritet och skillnader i höjd
Kostnadseffektiv	Klarar inte volymmätning
Snabb programmering och test	Ökad sannolikhet för missade fel
Klarar både ytmonterat och hålmonterat	Ökad sannolikhet för falska fel
Klarar J-formade komponentben
Mindre känslig för skuggning
Klarar färg-detektering
Klarar höga komponenter (> 5 mm)
Extremt flexibel

Som framgår av tabellen så har 2D-tekniken – trots ett antal nackdelar – flera betydande styrkor, och särskilt förmågan att testa märkning och polaritet hos en komponent gör 2D-tekniken nödvändig.

3D-avsyning

3D-avsyningstekniken har funnits i många år i EMS-branschen, men i början användes tekniken mest till att upptäcka rester av lodpasta på kretskortet direkt efter screentryckprocessen.

Under de senaste åren har dock 3D-avsyning utvecklats mot test av lödningen av kretsar med måsvinge-ben och BGA-kretsar, samt av andra kretsar där planaritet är av vikt.

Det finns i princip två olika metoder för 3D-avsyning i AOI-system, lasermätning och multifrekvens-bildanalys med Moiré fasändringsmetod.

Lasermätningsmetoden används för att scanna över måsvinge-spetsar samt för 3D-mätning av BGA:er och andra höjdkänsliga kretsar. Det är en väl beprövad metod som fungerar mycket bra för att upptäcka avvikelser i planaritet som annars missas med konventionell 2D-avsyning.

Tyvärr medger inte lasermätningsmetoden volymmätningar, och en annan begränsning är att det inte är möjligt att avsyna lödfogar efter omsmältningslödningen.

Moiré-metoden är den i särklass mest avancerade metoden för att testa planaritet. Här används en eller flera projektorer för att projicera ett skiftande linjemönster på mätytan. En digitalkamera registrerar hur de projicerade ljuslinjerna skiftar över mätytan. Efter en fas-analys av ljusskiftningarna får man fram en tredimensionell bild av mätytan, se figur nedan.

Genom att använda två eller flera linjemönster med olika frekvenser kan man få ännu mer noggranna mätningar av höjdskillnader.

De mest avancerade systemen använder en serie av fyra eller fler Moiré multi-frekvens projiceringssonder, vilket ger stor flexibilitet och möjlighet att detektera upphöjda komponenter och defekta lödningar.

Fördelarna respektive nackdelarna med 3D-avsyning framgår i tabellen nedan.

Fördelar med 3D-avsyning	Nackdelar med 3D-avsyning
Klarar att detektera brister i planaritet	Ny teknik under utveckling
Klarar volymmätning	Klarar inte 2D-avsyning, t.ex. av märkning
Upptäcker höjda komponenter och komponentben	Dyr teknik
Betydande minskad sannolikhet för falska fel	Tidskrävande
	Begränsningar i höjd (< 5 mm).
	Klarar inte J-formade komponentben
	Känslig för skuggning
	Klarar inte färg-detektering

Sammantaget kan man konstatera att 2D AOI och 3D AOI båda har fördelar och nackdelar, och för att få en heltäckande avsyning krävs båda metoderna. Det finns AOI-system där båda metoderna är inbyggda.

Källa: Mirtec