¿Qué es la inspección óptica automatizada?

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Cuando utiliza placas de circuito impreso (PCB) en sus proyectos, debe asegurarse de que funcionarán bien y harán felices a sus clientes. Es esencial tener una forma confiable de probar las PCB en busca de fallas y asegurarse de que funcionen según lo previsto.

Las placas de circuito impreso son cada vez más pequeñas y complejas:las PCB de hoy en día pueden contener miles de uniones soldadas y una multitud de componentes diminutos. Esa mayor complejidad puede dar lugar a una mayor probabilidad de errores. Cuando una inspección visual estándar no es suficiente para detectar imperfecciones diminutas en una pizarra densamente poblada, las técnicas como la inspección óptica automatizada (AOI) ayudan a proporcionar una mayor comprensión y precisión.

¿Cómo definimos la inspección óptica automatizada?

¿Cómo definimos AOI? La inspección óptica automatizada es una inspección visual de placas de circuito completas con un escáner de máquina que utiliza imágenes de luz. Evalúa la calidad de la mano de obra para garantizar que las PCB sean adecuadas para su compra y uso.

Un sistema AOI normalmente contiene muchas fuentes de luz y múltiples cámaras, algunas veces incluyendo cámaras de video. Las fuentes de luz iluminan una placa de circuito impreso desde diferentes ángulos y las cámaras toman fotografías o graban videos para crear una imagen integral para su evaluación.

La medición de AOI generalmente utiliza un escáner de máquina para escanear el dispositivo de forma autónoma, sin necesidad de una inspección visual humana. El escáner puede verificar defectos que podrían causar fallas catastróficas, como la ausencia de un componente crítico, y también puede detectar fallas más pequeñas que disminuirían la calidad y el rendimiento de la PCB. Estos defectos más pequeños pueden incluir problemas como componentes ligeramente desalineados o soldaduras que tienen el tamaño o la forma incorrectos.

AOI es útil en muchas etapas de producción diferentes. Funciona bien para la inspección de placas desnudas, inspección de pasta de soldadura, pre-reflujo y post-reflujo. Cada una de estas etapas puede introducir defectos en el diseño de una placa PCB, y AOI ayuda a detectarlos antes de que la producción avance en una placa defectuosa.

Sin embargo, en términos prácticos, la mayor parte de AOI tiene lugar en la posproducción. La razón es que AOI puede usar un solo sistema para inspeccionar muchos tipos de defectos al mismo tiempo. Lleva menos tiempo hacer una inspección exhaustiva que inspeccionar después de cada paso del proceso. El uso de AOI como verificación final ayuda a que la producción se mueva más rápido y permite una mayor productividad y cumplimiento de plazos. Y si AOI presenta fallas en la etapa de posproducción, las placas defectuosas pueden volver a trabajarse mientras el resto de las placas avanzan.

El papel de AOI

AOI juega un papel crítico en la producción de PCB. Se asegura de que cada placa sea capaz del alto rendimiento requerido en aplicaciones eléctricas complejas.

Cuando AOI descubre una falla en una PCB, marca la placa para que vuelva a repararla. Este proceso puede ocurrir en un par de maneras diferentes. Los hallazgos de AOI pueden fallar en los requisitos específicos de la instalación, por ejemplo, un requisito de que todas las líneas en un tablero deben tener un tamaño determinado. En este caso, los humanos pueden inspeccionar los hallazgos y determinar qué tableros deben regresar para seguir trabajando. O AOI puede comparar la PCB real con una imagen de diseño asistido por computadora (CAD) de una PCB perfecta. AOI puede detectar automáticamente los lugares en los que la placa real se desvía del diseño ideal y marcarlos para volver a trabajarlos.

AOI proporciona los siguientes beneficios para la producción de PCB:

• Garantía de calidad: AOI le permite estar seguro de que sus productos de PCB funcionan según lo previsto. Garantizar la calidad de sus productos lo ayuda a aumentar la satisfacción del cliente, mejorar su reputación en el negocio y brindar tranquilidad sobre el valor del servicio que brinda a sus clientes.
• Evaluación de un tablero complejo: En Millenium Circuits, si una de nuestras placas contiene más de 100 componentes, se somete automáticamente a AOI. AOI puede inspeccionar diseños de tableros intrincados con un grado de precisión que el ojo humano no puede igualar.
• Mejora de procesos: Si las fallas son el resultado de procesos defectuosos, la detección inmediata de las fallas a través de AOI puede ayudarlo a identificar patrones de defectos y ajustar sus procesos antes de producir miles de tableros con las mismas fallas. Un estudio reciente publicado en el International Journal of Engineering and Advanced Technology informa que detectar una falla en una placa ensamblada recientemente es solo 10 veces más costoso que detectar un defecto en una placa desnuda, pero encontrar una falla en una placa que ha pasado al campo su uso es 1.000 veces más costoso. La detección temprana de errores minimiza la probabilidad de reelaboración futura y hace que sus operaciones de producción sean más eficientes.
• Personalización: AOI es un proceso automatizado, pero el operador puede configurar los parámetros para decirle al escáner qué debe inspeccionar. Si las especificaciones de su diseño cambian, es fácil ajustar su configuración para detectar los defectos que necesita encontrar.

Qué reseñas de AOI

A continuación se presentan algunos de los factores que se revisan durante un AOI:

Defectos de soldadura

La soldadura utiliza una aleación de baja temperatura de fusión, comúnmente estaño y plomo o una aleación sin plomo, para conectar los componentes metálicos de una placa de circuito impreso. El proceso es similar a la soldadura excepto que no derrite los componentes metálicos. Los defectos de soldadura ocurren cuando las conexiones entre dos componentes metálicos no se forman como deberían.

A continuación se muestran algunos defectos de soldadura comunes que AOI puede verificar:

1. Circuitos abiertos

Los circuitos abiertos en una PCB son defectos relativamente comunes y son problemáticos porque un circuito incompleto evita que la corriente eléctrica funcione. Cuando un circuito está abierto, la placa no funcionará correctamente.

Los circuitos abiertos pueden ocurrir debido a vías y trazas formadas incorrectamente o debido a que la soldadura no alcanza sus objetivos. Una inspección visual o una imagen de rayos X a veces pueden detectar un circuito abierto obvio, pero AOI puede identificar incluso circuitos ligeramente abiertos y marcar para que se envíe la placa de regreso para el cierre adecuado del circuito.

2. Puentes de soldadura o cortocircuitos de soldadura

Los puentes de soldadura se producen cuando la soldadura conecta dos componentes en una PCB que no deberían conectarse eléctricamente. Estos puentes se pueden formar cuando la producción de la placa utiliza demasiada soldadura o cuando la soldadura se filtra en un área de la placa destinada a permanecer sin soldadura.

Los puentes de soldadura a menudo ocurren cuando la soldadura no se separa de sus conductores antes de solidificarse. Los cables son las almohadillas de metal diseñadas para conectar dos ubicaciones en el tablero. Es posible que la soldadura no se separe porque los cables son muy grandes, porque tienen demasiada pasta adherida a la placa o porque el paso de la placa es muy poco profundo.

Los puentes de soldadura son problemáticos porque interrumpen el flujo de corriente previsto a través de la placa. Pueden provocar cortocircuitos o quemar componentes críticos o rastros en la placa. También son notoriamente difíciles de detectar a simple vista, incluso la filtración de soldadura microscópica puede conducir a la formación de un puente de soldadura. Afortunadamente, el escaneo AOI puede detectar incluso pequeños puentes de soldadura y enviar las placas defectuosas para su reparación.

3. Soldadura insuficiente

Una unión de soldadura insuficiente ocurre cuando el proceso de producción utiliza muy poca soldadura para conectar diferentes componentes a la placa. A veces, la soldadura no logra conectar los componentes por completo; estas situaciones se conocen como saltos de soldadura.

Cuando las conexiones de los componentes soldados inadecuadamente son inestables, es posible que no formen conexiones eléctricas estables, por lo que el rendimiento de la placa será deficiente. Y si la cantidad de soldadura es tan pequeña que no puede sostener los componentes en la placa, la placa terminará con piezas faltantes, lo que muy probablemente resultará en una falla catastrófica. Un AOI puede escanear y anotar la cantidad de soldadura en cada componente o comparar la placa con una imagen correcta para determinar si la placa requiere volver a soldarse.

4. Exceso de soldadura

El exceso de soldadura ocurre cuando ocurre lo contrario:el proceso de producción pone demasiada soldadura en la placa. A veces ocurre porque las puntas de soldadura utilizadas son demasiado anchas o puede deberse a una aplicación excesiva.

El exceso de soldadura puede causar muchas dificultades, incluidas malformaciones como puentes de soldadura. Cuando la producción aplica demasiada soldadura a un pin en el tablero, también puede crear una gran bola de soldadura redonda que dificulta saber si el pin está lo suficientemente mojado para adherirse al tablero.

Las bolas de soldadura son relativamente fáciles de detectar debido a su tamaño, pero un inspector humano puede pasar por alto una después de mirar docenas de placas casi idénticas. Un buen escáner AOI puede detectar fácilmente el exceso de soldadura y devolver la placa para volver a trabajar con una ventosa de soldadura o una mecha de soldadura.

Defectos de componentes

Los defectos de los componentes son fallas en las pequeñas partes funcionales unidas a una placa. A continuación, se muestran algunos defectos comunes de los componentes de las PCB:

1. Plomo levantado

Un cable levantado ocurre cuando una de las diminutas almohadillas de metal en una placa de circuito impreso no se adhiere correctamente. A veces, se produce un levantamiento de plomo debido al calor excesivo o al manejo durante la producción o debido a la flexión en el tablero. Otras veces se produce cuando los cables son demasiado largos y se elevan cuando entran en contacto con la soldadura.

Los cables levantados son problemáticos porque son inestables. Las almohadillas de su tablero permiten que los pines se conecten a la placa de cobre debajo, pero si el cable se levanta, los pines no podrán hacer las conexiones adecuadas. Las conexiones perdidas pueden causar fallas en los componentes y comprometer el rendimiento de la placa.

2. Componentes faltantes

Una PCB puede carecer de un componente por diferentes razones. Una soldadura inadecuada puede hacer que falten componentes o que el proceso de producción pase por alto una pieza necesaria.

Un componente faltante es una falla grave en una PCB; es probable que cause una falla catastrófica. El ojo humano puede notar piezas faltantes, pero debido a que se trata de una falla tan importante, tener un escáner AOI confiable es fundamental para detectar PCB con componentes faltantes antes de que lleguen a los consumidores.

3. Componente desalineado o fuera de lugar

La desalineación o la colocación incorrecta pueden ocurrir cuando el proceso de producción coloca los componentes incorrectamente o cuando los componentes se desplazan después de la colocación. El cambio de componentes es común durante el reflujo porque es fácil que las piezas se muevan sobre la soldadura fundida:la tensión superficial de la soldadura significa que los componentes pueden deslizarse fácilmente.

Con un componente desalineado o fuera de lugar, la PCB aún puede funcionar, pero puede funcionar con lentitud. O podría dejar de funcionar en absoluto. Las desalineaciones pueden ser demasiado leves para verlas a simple vista, por lo que tener un escáner AOI confiable es esencial para detectar estos defectos.

¿Cómo se compara AOI con otros métodos de inspección?

En comparación con otros procesos, AOI ofrece varias ventajas para detectar fallas en PCB. A continuación se muestra un desglose de cómo AOI se compara con otros métodos de inspección:

1. Inspección de rayos X automatizada (AXI)

AXI utiliza rayos X en lugar de imágenes de luz para inspeccionar las PCB. Las empresas a menudo usan AXI para evaluar tableros particularmente complejos o densamente construidos. La razón es que los rayos X viajan a través de los materiales para obtener imágenes de ellos. Debido a que la luz utilizada para AOI se refleja en las superficies, es posible que un componente bloquee a otro. Sin embargo, un rayo X viaja a través de diferentes capas de material y las captura con precisión.

AXI es una tecnología nueva y sofisticada, y su principal desventaja es su costo. Debido a que AXI es tan costoso, a menudo no vale la pena usarlo, excepto con tableros especialmente complicados o muy agrupados.

2. Medición de prueba láser automática (ALT)

La medición de ALT utiliza láseres en lugar de imágenes de luz tradicionales para escanear y medir PCB. A medida que la luz de los láseres se refleja en los componentes de la placa de circuito impreso, el sistema ALT utiliza las ubicaciones de los láseres para señalar la posición y la altura de los diferentes componentes y evaluar su reflectividad. Al igual que con AOI, el sistema ALT puede comparar las mediciones empíricas con un esquema o un conjunto de especificaciones para detectar fallas.

La medición de ALT es particularmente útil para evaluar la ubicación y la cantidad de soldadura en pasta, aunque la interferencia a veces puede hacer que las mediciones sean inexactas.

3. Pruebas en circuito (TIC)

Las pruebas en circuito utilizan una sonda eléctrica para evaluar cómo funcionará una PCB ensamblada. Utiliza una corriente eléctrica para verificar que cada componente esté en su lugar y funcionando correctamente. Prueba cortocircuitos y circuitos abiertos y evalúa cualidades eléctricas esenciales como capacitancia y resistencia.

Debido a que utiliza corriente eléctrica en lugar de imágenes, ICT tiende a brindar información de soldadura más limitada que AOI. Puede evaluar la calidad de los componentes eléctricos y proporcionar información sobre los defectos de soldadura que afectan a los circuitos, pero no puede ofrecer muchos detalles sobre la soldadura insuficiente o excesiva.

Por lo general, AOI es más confiable que las pruebas en circuito, especialmente para las PCB más pequeñas que se están desarrollando en la actualidad.

4. Inspección Visual Manual (MVI)

La mayoría de las empresas de PCB prefieren la AOI a la inspección visual manual porque la AOI no requiere tocar las placas. Un inspector humano debe manipular las tablas, y la manipulación podría introducir defectos en una tabla que, de otro modo, sería perfecta. AOI puede escanear PCB sin alterar sus componentes delicados y preservar su integridad estructural.

AOI también es más confiable que la inspección visual humana. Una persona puede pasar fácilmente por alto un pequeño defecto en la PCB. Pero AOI puede detectar incluso el más pequeño de los errores. Su agudeza rigurosa nunca disminuye, puede escanear el tablero con más detalle de lo que permite el ojo humano y es consistentemente confiable en todas las etapas del proceso de producción.

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