Qu'est-ce que l'inspection optique automatisée ?

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Lorsque vous utilisez des cartes de circuits imprimés (PCB) dans vos projets, vous devez vous assurer qu'elles fonctionneront bien et rendront vos clients heureux. Il est essentiel de disposer d'un moyen fiable de tester les PCB pour détecter les défauts et de s'assurer qu'ils fonctionnent comme prévu.

Les cartes de circuits imprimés deviennent de plus en plus petites et complexes - les PCB d'aujourd'hui peuvent contenir des milliers de joints soudés et une multitude de composants minuscules. Cette complexité accrue peut donner lieu à une plus grande probabilité d'erreurs. Lorsqu'une inspection visuelle standard n'est pas suffisante pour détecter de minuscules imperfections dans un tableau très encombré, des techniques telles que l'inspection optique automatisée (AOI) permettent d'obtenir une meilleure compréhension et une plus grande précision.

Comment définissons-nous l'inspection optique automatisée ?

Comment définissons-nous l'AOI ? L'inspection optique automatisée est une inspection visuelle des cartes de circuits imprimés terminées avec un scanner de machine qui utilise l'imagerie lumineuse. Il évalue la qualité de la fabrication pour s'assurer que les PCB conviennent à l'achat et à l'utilisation.

Un système AOI contient généralement de nombreuses sources lumineuses et plusieurs caméras, y compris parfois des caméras vidéo. Les sources lumineuses éclairent un circuit imprimé sous différents angles, et les caméras prennent des photos ou des vidéos pour créer une image complète à évaluer.

La mesure AOI utilise généralement un scanner de machine pour scanner l'appareil de manière autonome, sans avoir besoin d'une inspection visuelle humaine. Le scanner peut vérifier les défauts qui pourraient provoquer une défaillance catastrophique - comme l'absence d'un composant critique - et ils peuvent également tester les défauts plus petits qui diminueraient la qualité et les performances du PCB. Ces petits défauts peuvent inclure des problèmes tels que des composants légèrement désalignés ou une soudure qui forme une taille ou une forme incorrecte.

AOI est utile à de nombreuses étapes de production différentes. Il fonctionne bien pour l'inspection des cartes nues, l'inspection de la pâte à souder, la pré-refusion et la post-refusion. Chacune de ces étapes peut introduire des défauts dans la conception d'une carte PCB, et AOI aide à les détecter avant que la production ne se poursuive sur une carte défectueuse.

En pratique, cependant, la plupart des AOI ont lieu en post-production. La raison en est qu'AOI peut utiliser un seul système pour inspecter plusieurs types de défauts en même temps. Il faut moins de temps pour effectuer une inspection complète que pour inspecter après chaque étape du processus. L'utilisation de l'AOI comme vérification finale permet d'accélérer la production et d'augmenter la productivité et le respect des délais. Et si AOI révèle des défauts au stade de la post-production, les cartes défectueuses peuvent être retravaillées pendant que les autres cartes avancent.

Le rôle de l'AOI

AOI joue un rôle essentiel dans la production de PCB. Il garantit que chaque carte est capable des hautes performances requises dans les applications électriques complexes.

Lorsque AOI découvre un défaut dans un circuit imprimé, il signale à la carte de revenir en arrière pour les réparations. Ce processus peut se produire de deux manières différentes. Les conclusions d'AOI peuvent ne pas répondre aux exigences spécifiques des installations - une exigence selon laquelle toutes les lignes d'un tableau doivent dépasser une certaine taille, par exemple. Dans ce cas, les humains peuvent inspecter les résultats et déterminer quelles planches doivent revenir pour des travaux supplémentaires. Ou AOI peut comparer le PCB réel à une image de conception assistée par ordinateur (CAO) d'un PCB parfait. AOI peut détecter automatiquement les endroits où la carte réelle s'écarte de la conception idéale et la signaler pour qu'elle soit retravaillée.

AOI offre les avantages suivants pour la production de PCB :

• Garantir la qualité : AOI vous permet de vous assurer que vos produits PCB fonctionnent comme prévu. Garantir la qualité de vos produits vous aide à accroître la satisfaction de vos clients, à renforcer votre réputation dans l'entreprise et à avoir l'esprit tranquille quant à la valeur du service que vous offrez à vos clients.
• Évaluer un tableau complexe : Chez Millenium Circuits, si une de nos cartes contient plus de 100 composants, elle subit automatiquement l'AOI. AOI peut inspecter des conceptions de cartes complexes avec un degré de précision que l'œil humain ne peut égaler.
• Amélioration des processus : Si des défauts résultent de processus défectueux, la détection immédiate des défauts via AOI peut vous aider à identifier les modèles de défauts et à ajuster vos processus avant de produire des milliers de cartes présentant les mêmes défauts. Une étude récente publiée dans l'International Journal of Engineering and Advanced Technology rapporte que la détection d'un défaut dans une carte récemment assemblée est seulement 10 fois plus coûteuse que la détection d'un défaut dans une carte nue, mais la détection d'un défaut dans une carte qui est passée sur le terrain l'utilisation est 1 000 fois plus coûteuse. La détection précoce des erreurs minimise la probabilité de retouches futures et rend vos opérations de production plus efficaces.
• Personnalisation : L'AOI est un processus automatisé, mais l'opérateur peut définir les paramètres pour indiquer au scanner ce qu'il doit inspecter. Si vos spécifications de conception changent, il est facile d'ajuster vos paramètres pour détecter les défauts que vous devez trouver.

Qu'est-ce qu'un avis AOI ?

Voici quelques-uns des facteurs examinés lors d'une AOI :

Défauts de soudure

La soudure utilise un alliage à basse température de fusion, généralement de l'étain et du plomb ou un alliage sans plomb, pour connecter les composants métalliques d'un PCB. Le processus est similaire au soudage sauf qu'il ne fait pas fondre les composants métalliques. Les défauts de soudure se produisent lorsque les connexions entre deux composants métalliques ne se forment pas comme elles le devraient.

Vous trouverez ci-dessous quelques défauts de soudure courants qu'AOI peut vérifier :

1. Circuits ouverts

Les circuits ouverts dans un PCB sont des défauts relativement courants, et ils sont problématiques car un circuit incomplet empêche le courant électrique de circuler. Lorsqu'un circuit est ouvert, la carte ne fonctionnera pas correctement.

Des circuits ouverts peuvent se produire à cause de vias et de pistes mal formés ou à cause d'une soudure qui n'atteint pas ses cibles. Une inspection visuelle ou une imagerie par rayons X peut parfois détecter un circuit ouvert évident, mais AOI peut identifier même des circuits légèrement ouverts et signaler que la carte doit être renvoyée pour une fermeture correcte du circuit.

2. Ponts de soudure ou shorts de soudure

Les ponts de soudure se produisent lorsque la soudure relie deux composants sur un PCB qui ne doivent pas se connecter électriquement. Ces ponts peuvent se former lorsque la production de cartes utilise trop de soudure ou lorsque la soudure s'infiltre dans une zone de la carte destinée à rester sans soudure.

Les ponts de soudure se produisent souvent lorsque la soudure ne se sépare pas de ses fils avant de se solidifier. Les fils sont les pastilles métalliques conçues pour connecter deux emplacements sur la carte. La soudure peut ne pas se séparer parce que les fils sont si gros, ou parce qu'ils ont trop de pâte qui les colle à la carte, ou parce que le pas de la carte est extrêmement faible.

Les ponts de soudure sont problématiques car ils perturbent le flux de courant prévu à travers la carte. Ils peuvent provoquer des courts-circuits ou brûler des composants critiques ou des traces sur la carte. Ils sont également notoirement difficiles à détecter à l'œil nu - même une infiltration de soudure microscopique peut entraîner la formation d'un pont de soudure. Heureusement, le balayage AOI peut détecter même de minuscules ponts de soudure et renvoyer les cartes défectueuses pour réparation.

3. Soudure insuffisante

Un joint de soudure insuffisant se produit lorsque le processus de production utilise trop peu de soudure pour connecter différents composants à la carte. Parfois, la soudure ne parvient pas à connecter complètement les composants - ces situations sont connues sous le nom de sauts de soudure.

Lorsque les connexions des composants mal soudés sont instables, elles peuvent ne pas former de connexions électriques stables, de sorte que les performances de la carte seront médiocres. Et si la quantité de soudure est si infime qu'elle ne peut pas maintenir les composants sur la carte, la carte se retrouvera avec des pièces manquantes, ce qui entraînera très probablement une défaillance catastrophique. Un AOI peut scanner et noter la quantité de soudure sur chaque composant ou comparer la carte à une image correcte pour déterminer si la carte doit être ressoudée.

4. Excès de soudure

Un excès de soudure se produit lorsque l'inverse se produit - le processus de production met trop de soudure sur la carte. Cela se produit parfois parce que les pannes à souder utilisées sont trop larges, ou cela peut résulter d'une surapplication.

Un excès de soudure peut entraîner de nombreuses difficultés, notamment des malformations comme des ponts de soudure. Lorsque la production applique trop de soudure sur une broche de la carte, cela peut également créer une grosse boule de soudure ronde qui rend difficile de dire si la broche est suffisamment mouillée pour coller à la carte.

Les boules de soudure sont relativement faciles à détecter en raison de leur taille, mais un inspecteur humain peut en manquer une après avoir examiné des dizaines de cartes presque identiques. Un bon scanner AOI peut facilement détecter un excès de soudure et renvoyer la carte pour la retravailler avec une ventouse ou une mèche de soudure.

Défauts des composants

Les défauts des composants sont des défauts dans les petites pièces fonctionnelles attachées à une carte. Vous trouverez ci-dessous quelques défauts de composants courants sur les PCB :

1. Plomb levé

Un fil soulevé se produit lorsque l'une des minuscules pastilles métalliques d'un circuit imprimé n'adhère pas correctement. Parfois, une avance soulevée se produit à cause d'une chaleur ou d'une manipulation excessive pendant la production ou à cause de la flexion de la planche. D'autres fois, cela se produit lorsque les fils sont trop longs et augmentent lorsqu'ils entrent en contact avec la soudure.

Les fils soulevés sont problématiques car ils sont instables. Les plots de votre carte permettent aux broches de se connecter à la plaque de cuivre en dessous, mais si le câble se soulève, les broches ne pourront pas établir les connexions appropriées. Les connexions manquées peuvent entraîner une défaillance des composants et compromettre les performances de la carte.

2. Composants manquants

Un PCB peut manquer d'un composant pour plusieurs raisons différentes. Une soudure inadéquate peut entraîner des composants manquants ou le processus de production peut sauter une pièce nécessaire.

Un composant manquant est un défaut grave sur un PCB - il est susceptible de provoquer une défaillance catastrophique. L'œil humain peut remarquer des pièces manquantes, mais comme il s'agit d'un défaut conséquent, il est essentiel de disposer d'un scanner AOI fiable pour détecter les PCB avec des composants manquants avant qu'ils ne parviennent aux consommateurs.

3. Composant mal aligné ou mal placé

Un mauvais alignement ou un mauvais placement peut se produire lorsque le processus de production place les composants de manière incorrecte ou lorsque les composants se déplacent après le placement. Le déplacement des composants est courant lors de la refusion, car il est facile pour les pièces de se déplacer sur la soudure fondue ; la tension superficielle de la soudure signifie que les composants peuvent facilement glisser.

Avec un composant mal aligné ou mal placé, le PCB peut toujours fonctionner, mais il peut fonctionner lentement. Ou il pourrait ne pas fonctionner du tout. Les désalignements peuvent être trop légers pour être vus à l'œil nu, il est donc essentiel de disposer d'un scanner AOI fiable pour détecter ces défauts.

Comment l'AOI se compare-t-il aux autres méthodes d'inspection ?

En comparaison avec d'autres procédés, l'AOI offre plusieurs avantages pour détecter les défauts dans les PCB. Vous trouverez ci-dessous une ventilation de la manière dont l'AOI se compare aux autres méthodes d'inspection :

1. Inspection automatisée par rayons X (AXI)

AXI utilise des rayons X au lieu de l'imagerie lumineuse pour inspecter les PCB. Les entreprises utilisent souvent AXI pour évaluer des cartes particulièrement complexes ou densément construites. La raison en est que les rayons X traversent les matériaux pour les imager. Étant donné que la lumière utilisée pour l'AOI se reflète sur les surfaces, il est possible qu'un composant en bloque un autre. Cependant, une radiographie traverse différentes couches de matériau, les imageant toutes avec précision.

AXI est une nouvelle technologie sophistiquée, et son principal inconvénient est son coût. Parce qu'AXI est si coûteux, il ne vaut souvent pas la peine de l'utiliser, sauf avec des cartes particulièrement compliquées ou fortement groupées.

2. Mesure de test laser automatique (ALT)

La mesure ALT utilise des lasers au lieu de l'imagerie lumineuse traditionnelle pour scanner et mesurer les PCB. Alors que la lumière des lasers se reflète sur les composants PCB, le système ALT utilise les emplacements des lasers pour déterminer le positionnement et la hauteur des différents composants et évaluer leur réflectivité. Comme avec AOI, le système ALT peut comparer les mesures empiriques à un schéma ou à un ensemble de spécifications pour détecter tout défaut.

La mesure ALT est particulièrement utile pour évaluer l'emplacement et la quantité de pâte à souder, bien que les interférences puissent parfois rendre les mesures inexactes.

3. Essais en circuit (ICT)

Les tests en circuit utilisent une sonde électrique pour évaluer le fonctionnement d'un circuit imprimé assemblé. Il utilise un courant électrique pour vérifier que chaque composant est en place et fonctionne correctement. Il teste les courts-circuits et les circuits ouverts et évalue les qualités électriques essentielles telles que la capacité et la résistance.

Parce qu'il utilise le courant électrique plutôt que l'imagerie, l'ICT a tendance à donner des informations de soudure plus limitées que l'AOI. Il peut évaluer la qualité des composants électriques et fournir des informations sur les défauts de soudure qui affectent les circuits, mais il ne peut pas fournir beaucoup de détails sur les soudures insuffisantes ou excessives.

L'AOI est généralement plus fiable que les tests en circuit, en particulier pour les petits PCB développés aujourd'hui.

4. Inspection visuelle manuelle (MVI)

La plupart des fabricants de PCB préfèrent l'AOI à l'inspection visuelle manuelle car l'AOI ne nécessite pas de toucher les cartes. Un inspecteur humain doit manipuler les planches, et la manipulation pourrait introduire des défauts sur une planche par ailleurs parfaite. AOI peut analyser les PCB sans perturber leurs composants délicats et préserver leur intégrité structurelle.

L'AOI est également plus fiable que l'inspection visuelle humaine. Une personne peut facilement manquer un petit défaut dans le PCB. Mais AOI peut détecter même la plus petite des erreurs. Son acuité rigoureuse ne diminue jamais, il peut scanner le tableau avec des détails plus fins que ne le permet l'œil humain, et il est toujours fiable à toutes les étapes du processus de production.

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