Inspección óptica automatizada (AOI): qué es, cómo funciona y por qué importa

Ir a: Cómo definimos la Inspección Óptica Automatizada | El papel de AOI | Qué revisa un AOI | Cómo se compara AOI con otros métodos de inspección | Contacte a Millennium Circuits para PCB inspeccionados a fondo

Cuando usa circuitos impresos (PCB) en sus proyectos, necesita estar seguro de que funcionarán bien y harán felices a sus clientes. Es esencial tener una forma confiable de probar PCB para fallas y asegurar que funcionen según lo previsto.

Los circuitos impresos se están volviendo más pequeños y complejos; los PCB de hoy pueden contener miles de uniones soldadas y una multitud de componentes diminutos. Esa complejidad aumentada puede dar lugar a una mayor probabilidad de errores. Cuando una inspección visual estándar no es suficiente para detectar imperfecciones minúsculas en una placa densamente poblada, técnicas como la inspección óptica automatizada (AOI) ayudan a proporcionar mayor conocimiento y precisión.

Cómo definimos la Inspección Óptica Automatizada

¿Cómo definimos AOI? La inspección óptica automatizada es una inspección visual de placas de circuito completadas con un escáner de máquina que usa imágenes de luz. Evalúa la calidad de la mano de obra para asegurar que los PCB sean adecuados para compra y uso.

Un sistema AOI típicamente contiene muchas fuentes de luz y múltiples cámaras, a veces incluyendo cámaras de video. Las fuentes de luz iluminan un PCB desde diferentes ángulos, y las cámaras toman fotos o videos para crear una imagen completa para evaluación.

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

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

Prácticamente hablando, sin embargo, la mayoría de AOI tiene lugar en post-producción. La razón es que AOI puede usar un solo sistema para inspeccionar muchos tipos de defectos al mismo tiempo. Toma menos tiempo hacer una inspección completa que inspeccionar después de cada paso en el proceso. Usar AOI como una verificación final ayuda a que la producción avance más rápido y permite una mayor productividad y cumplimiento de plazos. Y si AOI revela fallas en la etapa de post-producción, las placas defectuosas pueden volver para reelaboración 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 un PCB, marca la placa para que vuelva a reparaciones. Este proceso puede suceder de un par de formas diferentes. Los hallazgos de AOI pueden fallar requisitos específicos de la instalación, como un requisito de que todas las líneas en una placa deben ser de un cierto tamaño. En este caso, los humanos pueden inspeccionar los hallazgos y determinar qué placas deben volver para más trabajo. O AOI puede comparar el PCB real con una imagen de diseño asistido por computadora (CAD) de un PCB perfecto. AOI puede detectar automáticamente lugares donde la placa real se desvía del diseño ideal y marcarla para reelaboración.

AOI proporciona los siguientes beneficios para la producción de PCB:

• Garantizar calidad: AOI le permite estar seguro de que sus productos PCB funcionan según lo previsto. Garantizar la calidad de sus productos le ayuda a aumentar la satisfacción del cliente, mejorar su reputación en el negocio y proporcionar tranquilidad sobre el valor del servicio que está dando a sus clientes.
• Evaluar una placa compleja: En Millennium Circuits, si una de nuestras placas contiene más de 100 componentes, automáticamente se somete a AOI. AOI puede inspeccionar diseños de placas intrincados con un grado de precisión que el ojo humano no puede igualar.
• Mejorar procesos: Si las fallas resultan de procesos defectuosos, detectar las fallas inmediatamente a través de AOI puede ayudarle a identificar patrones de defectos y ajustar sus procesos antes de producir miles de placas 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 recién ensamblada es solo 10 veces más costoso que detectar un defecto en una placa desnuda, pero encontrar una falla en una placa que ha pasado a uso en campo es 1.000 veces más costoso. Detectar errores temprano 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 establecer los parámetros para decirle al escáner qué inspeccionar. Si sus especificaciones de diseño cambian, es fácil ajustar su configuración para detectar las fallas que necesita encontrar.

Qué revisa un AOI

A continuación se muestran algunos de los factores bajo revisión durante un AOI:

Defectos de soldadura

La soldadura usa una aleación de baja temperatura de fusión, comúnmente estaño y plomo o una aleación sin plomo, para conectar los componentes metálicos de un PCB. El proceso es similar a la soldadura, excepto que no funde 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 un PCB son fallas relativamente comunes, y son problemáticos porque un circuito incompleto impide que la corriente eléctrica fluya. Cuando un circuito está abierto, la placa no funcionará correctamente.

Los circuitos abiertos pueden ocurrir debido a vías y trazas mal formadas o debido a soldaduras que no alcanzan sus objetivos. Una inspección visual o imágenes de rayos X a veces pueden detectar un circuito abierto obvio, pero AOI puede identificar incluso circuitos ligeramente abiertos y marcar para que la placa sea enviada de vuelta para el cierre adecuado del circuito.

2. Puentes de soldadura o cortocircuitos de soldadura

Los puentes de soldadura ocurren cuando la soldadura conecta dos componentes en un PCB que no deberían conectarse eléctricamente. Estos puentes pueden formarse cuando la producción de la placa usa demasiada soldadura o cuando la soldadura se filtra en un área de la placa destinada a permanecer libre de soldadura.

Los puentes de soldadura a menudo ocurren cuando la soldadura no se separa de sus patillas antes de solidificarse. Las patillas son los pads metálicos diseñados para conectar dos ubicaciones en la placa. La soldadura puede no separarse porque las patillas son tan grandes, o porque tienen demasiada pasta pegándolas a la placa, o porque el paso de la placa es extremadamente bajo.

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

3. Soldadura insuficiente

Una unión de soldadura insuficiente ocurre cuando el proceso de producción usa muy poca soldadura para conectar diferentes componentes a la placa. A veces, la soldadura falla al conectar los componentes por completo; estas situaciones se conocen como saltos de soldadura (solder skips).

Cuando las conexiones de componentes soldados inadecuadamente son inestables, pueden no formar conexiones eléctricas estables, por lo que el rendimiento de la placa será pobre. Y si la cantidad de soldadura es tan minúscula que no puede sostener los componentes en la placa, la placa terminará con partes faltantes, lo que muy probablemente resultará en falla catastrófica. Un AOI puede escanear y notar la cantidad de soldadura en cada componente o comparar la placa con una imagen correcta para determinar si la placa requiere resoldadura.

4. Exceso de soldadura

El exceso de soldadura ocurre cuando sucede lo contrario: el proceso de producción pone demasiada soldadura en la placa. A veces ocurre porque las puntas de soldadura usadas son demasiado anchas, o puede resultar de una sobreaplicación.

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

Las bolas de soldadura son relativamente fáciles de detectar debido a su tamaño, pero un inspector humano puede perder una después de mirar docenas de placas casi idénticas. Un buen escáner AOI puede detectar fácilmente el exceso de soldadura y enviar la placa de vuelta para reelaboración con un desoldador o malla desoldadora.

Defectos de componentes

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

1. Patilla levantada (Lifted Lead)

Una patilla levantada ocurre cuando uno de los pequeños pads metálicos en un PCB falla en adherirse correctamente. A veces, una patilla levantada ocurre debido a calor excesivo o manejo durante la producción o debido a flexión en la placa. Otras veces resulta cuando las patillas son demasiado largas y se levantan cuando entran en contacto con la soldadura.

Las patillas levantadas son problemáticas porque son inestables. Los pads en su placa permiten que los pines se conecten a la placa de cobre debajo, pero si la patilla se levanta, los pines no podrán hacer las conexiones adecuadas. Las conexiones perdidas pueden causar fallo de componente y comprometer el rendimiento de la placa.

2. Componentes faltantes

Un PCB puede carecer de un componente por varias razones. La soldadura inadecuada puede llevar a componentes faltantes, o el proceso de producción puede saltarse una parte necesaria.

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

3. Componente desalineado o mal colocado

La desalineación o mal colocación puede ocurrir cuando el proceso de producción coloca componentes incorrectamente o cuando los componentes se mueven después de la colocación. El desplazamiento 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 mal colocado, el PCB aún puede funcionar, pero puede rendir lentamente. O podría fallar por completo. Las desalineaciones pueden ser demasiado leves para ver 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 se compara AOI con otros métodos de inspección:

1. Inspección automatizada por rayos X (AXI)

AXI usa rayos X en lugar de imágenes de luz para inspeccionar los PCB. Las empresas a menudo usan AXI para evaluar placas particularmente complejas o densamente construidas. La razón es que los rayos X viajan a través de los materiales para imaginarlos. Debido a que la luz usada para AOI se refleja en las superficies, es posible que un componente bloquee a otro. Un rayo X viaja a través de diferentes capas de material, sin embargo, imaginándolas todas con precisión.

AXI es una tecnología nueva y sofisticada, y su principal desventaja es su gasto. Debido a que AXI es tan costoso, a menudo no vale la pena usarlo excepto con placas especialmente complicadas o altamente agrupadas.

2. Medición de prueba láser automática (ALT)

La medición ALT usa 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 del PCB, el sistema ALT usa las ubicaciones de los láseres para precisar el posicionamiento y la altura de diferentes componentes y evaluar su reflectividad. Al igual que con AOI, el sistema ALT puede comparar las mediciones empíricas con un esquemático o conjunto de especificaciones para detectar cualquier falla.

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

3. Prueba en circuito (ICT)

La prueba en circuito usa una sonda eléctrica para evaluar cómo funcionará un PCB ensamblado. Usa 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 usa corriente eléctrica en lugar de imágenes, ICT tiende a dar información de soldadura más limitada que AOI. Puede evaluar la calidad de componentes eléctricos y proporcionar información sobre defectos de soldadura que afectan la circuitería, pero no puede ofrecer muchos detalles sobre soldadura insuficiente o excesiva.

AOI es generalmente más confiable que la prueba en circuito, especialmente para los PCB más pequeños que se están desarrollando hoy.

4. Inspección visual manual (MVI)

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

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

Contacte a Millennium Circuits para PCB inspeccionados a fondo

Para ver los beneficios de PCB que han pasado por pruebas e inspección exhaustivas, asóciese con Millennium Circuits. Suministramos una variedad de diferentes placas, desde PCB de aluminio hasta PCB de alta corriente y cobre pesado hasta placas especializadas, así que estará seguro de obtener los PCB que son correctos para su industria y aplicaciones.

Contáctenos hoy para obtener más información.