Was ist AOI? Die automatische optische Inspektion verwendet Kameras, Beleuchtung und Software, um eine Leiterplatte auf festgelegte sichtbare Merkmale oder mögliche Defekte zu prüfen. Bei der Leiterplattenbestückung kann sie fehlende Bauteile oder freiliegende Lötbrücken erkennen. AOI kann auch Kupferstrukturen auf unbestückten Leiterplatten prüfen, aber nicht jede verdeckte Lötstelle sehen oder bestätigen, dass eine Leiterplatte funktioniert.
Für Einkäufer von Baugruppen ist nicht nur entscheidend, ob ein Lieferant AOI anbietet. Wichtig ist auch, was die Kameras erfassen können, welche Merkmale das Inspektionsprogramm prüft und wie das Team mit auffälligen Ergebnissen umgeht.
Wichtige Erkenntnisse
- AOI kann programmierte, sichtbare Merkmale wie fehlende oder falsch platzierte Bauteile und bestimmte freiliegende Lötbrücken erkennen.
- Die Erkennung hängt von der Kameraperspektive, der Beleuchtung, dem Inspektionsprogramm und den Akzeptanzkriterien ab. Ein bestandener Test belegt nicht, dass keinerlei mögliche Defekte vorliegen.
- SPI, Röntgenprüfung, In-Circuit-Test und Funktionstest beantworten unterschiedliche Fragen und können zusätzlich zu AOI vorgesehen werden.
- Vereinbaren Sie vor der Bestellung die Inspektionsstufe, den Prüfumfang, den Prüfablauf und die für den Fertigungsauftrag verfügbaren Aufzeichnungen.
So funktioniert die automatische optische Inspektion
AOI nimmt Bilder einer Leiterplatte auf und vergleicht ausgewählte Merkmale mit einer programmierten Referenz. Ein System richtet die Leiterplatte in der Regel anhand bekannter Referenzpunkte aus, beleuchtet sie, erfasst eine oder mehrere Ansichten und wertet diese Bilder anhand von Prüfregeln oder Vergleichsdaten aus. Anschließend markiert es Merkmale, die außerhalb der konfigurierten Grenzwerte liegen, damit sie geprüft werden können.
Das Programm kann Bestückungsdaten, Bauteilbibliotheken, Referenzbilder und weitere Konstruktionsinformationen verwenden. Welche Eingaben genutzt werden, hängt von Maschine und Einrichtung ab. Eine Kamera kann Bauteilwert oder Polarität nicht allein deshalb erkennen, weil diese Angaben in der Stückliste stehen: Das betreffende Unterscheidungsmerkmal muss sichtbar sein und die Prüfung muss entsprechend konfiguriert werden.
Ein Bediener oder das Qualitätsteam kann markierte Bilder anhand der Akzeptanzkriterien des Projekts prüfen. Eine Markierung ist ein Hinweis auf weiteren Prüfbedarf und nicht automatisch ein bestätigter Defekt. Je nach vereinbartem Ablauf kann das Merkmal akzeptiert, die Leiterplatte repariert oder erneut geprüft werden.
Inspektion unbestückter Leiterplatten und bestückter Baugruppen
AOI kommt an verschiedenen Stellen der Fertigung zum Einsatz. Bei der Herstellung unbestückter Leiterplatten kann sie freiliegende Kupferstrukturen mit Referenzdaten vergleichen, um mögliche Strukturfehler zu erkennen. Der HDI-Fertigungsprozess beschreibt die Prüfung innerer Lagen vor dem späteren Verpressen.
Bei der Bestückung prüft AOI hingegen Merkmale wie die Bauteilposition und freiliegende Lötverbindungen. Der Rest dieses Leitfadens konzentriert sich auf AOI bei der Baugruppenfertigung, bei der die Gehäuse, Markierungen und Lötstellen der Bauteile bestimmen, was ein optisches System prüfen kann.
Einsatz von AOI in der Leiterplattenbestückung
AOI bei der Baugruppenfertigung kann nach dem Platzieren der Bauteile, nach dem Reflow-Löten oder – wenn Fertigungslinie und Projekt dies vorsehen – an beiden Stellen eingesetzt werden. Der Prüfzeitpunkt bestimmt, welche Merkmale untersucht werden können.
Ein typischer Ablauf bei der SMT-Bestückung sieht folgendermaßen aus:
- Lötpaste auftragen. Die Paste wird durch eine Schablone auf die Lötpads der Leiterplatte aufgebracht.
- Lötpaste bei Bedarf prüfen. Die Lötpasteninspektion (SPI) prüft die Pastendepots, bevor sie von Bauteilen verdeckt werden.
- Bauteile platzieren. Der Bestückungsautomat setzt die Bauteile auf die Paste.
- Bei Bedarf vor dem Reflow-Löten prüfen. AOI kann sichtbare Probleme bei Platzierung oder Ausrichtung vor dem Löten markieren.
- Bei Bedarf Reflow-Löten und erneut prüfen. Nachdem das Lot geschmolzen und erstarrt ist, kann AOI zugängliche Bauteilmerkmale und freiliegende Lötstellen prüfen.
- Ergebnisse prüfen und weitere vereinbarte Kontrollen durchführen. Der Prüfplan kann bei Bedarf Röntgen- oder elektrische Prüfungen umfassen.
Dies ist ein möglicher Ablauf und keine Aussage, dass bei jedem Auftrag alle Prüfstationen zum Einsatz kommen. Der Inspektionsüberblick von FLJ PCB beschreibt SPI nach dem Auftragen der Lötpaste und AOI nach dem Reflow-Löten als einander ergänzende Prüfungen. Der Leitfaden zur Lötpasteninspektion erläutert die Messung der Lötpaste ausführlicher, während der Leitfaden zum Reflow-Löten den Erwärmungsprozess behandelt.
Welche Defekte kann AOI erkennen?
AOI kann sichtbare Merkmale der Baugruppe markieren, sofern das System eine geeignete Ansicht hat und für das jeweilige Merkmal eine Prüfung programmiert ist. Der Inspektionsüberblick von Koh Young führt Beispiele wie fehlende oder falsch platzierte Bauteile, Tombstoning und freiliegende Lötbrücken auf. Der tatsächliche Prüfumfang muss für die jeweilige Leiterplatte festgelegt werden.
| Zustand | Was AOI prüfen kann | Wichtige Einschränkung |
|---|---|---|
| Fehlendes Bauteil | Ob ein erwartetes Bauteil an der vorgesehenen Position vorhanden ist | Das Programm benötigt die korrekte Position und Referenz für das Bauteil. |
| Falsch ausgerichtetes Bauteil | Position oder Winkel im Verhältnis zum vorgesehenen Footprint | Benachbarte Bauteile, Blendlicht oder eingeschränkte Kamerawinkel können ein Merkmal verdecken. |
| Fehlendes Bauteil | Ein Bauteil, das an einem Ende leicht angehoben ist | Die Erkennung hängt von der Ansicht und den Fähigkeiten des Systems ab. |
| Falsche Ausrichtung oder Polarität | Eine sichtbare Markierung oder ein Merkmal im Vergleich zur erforderlichen Ausrichtung | Eine verdeckte oder nicht unterscheidbare Markierung kann für sich genommen die Polarität nicht bestimmen. |
| Mögliches Problem mit freiliegenden Lötstellen | Sichtbare Lötbrücken oder scheinbar zu wenig Lot an einer zugänglichen Lötstelle | Ein Oberflächenbild zeigt nicht jede verdeckte Lötstelle und belegt nicht deren Unversehrtheit. |
AOI kann auch ein falsches Bauteil melden, wenn eine sichtbare Markierung, Form oder ein anderes programmiertes Merkmal von der Referenz abweicht. Zwei elektrisch unterschiedliche Bauteile, die für die Kamera gleich aussehen, erfordern eine andere Methode zur Identitätsbestimmung. Umgekehrt kann ein Ersatzbauteil mit anderem Aussehen eine Meldung auslösen, selbst wenn es für die Baugruppe zugelassen ist.
Grenzen der AOI: Was die Inspektion nicht erkennen oder nachweisen kann
AOI ist ein Inspektionsverfahren mit direkter Sichtlinie. Eine Kameraansicht von der Ober- und den Seitenflächen eines Gehäuses zeigt nicht jede darunterliegende Verbindung. Viele Lötstellen von Ball-Grid-Array-Bauteilen (BGA) sind beispielsweise durch das Bauteilgehäuse verdeckt. Koh Young’s Überblick über AOI beschreibt diese verdeckten Lötstellen als eine Grenze der optischen Inspektion.
Eine Leiterplatte kann außerdem einen Fehler aufweisen, der von außen normal aussieht. Ein interner Bruch, ein falscher Wert bei einem nicht unterscheidbaren Bauteil oder ein Firmwareproblem erfordert Belege, die über ein Oberflächenbild hinausgehen. Die Röntgenanlage der Binghamton University führt die halbautomatische Inspektion von BGA-Lötstellen als Beispiel dafür auf, wie Röntgenverfahren bei der Untersuchung verdeckter Merkmale helfen können. Elektrische und funktionale Tests beantworten andere Fragen, sofern sie für die Baugruppe geeignet sind.
Ein AOI-Prüfergebnis ohne Beanstandung bedeutet, dass bei der konfigurierten Inspektion im Rahmen des geltenden Verfahrens kein Fehler gemeldet wurde. Es ist keine Garantie für eine vollständige Fehlerabdeckung, die elektrische Leistung oder die Einhaltung sämtlicher Anforderungen einer Montagenorm. Maßgeblich sind die Zeichnungen, die Kundenanforderungen und alle für den Auftrag vereinbarten Normen.
2D- vs. 3D-AOI: Was ändert sich?
Ein 2D-AOI-System wertet Bildmerkmale aus, die aus mehreren Blickwinkeln stammen können. Ein 3D-System kann die Bilder um Informationen zur Oberflächenhöhe ergänzen und dem Inspektionsprogramm so eine weitere Möglichkeit zur Geometriebewertung bieten. Keine der beiden Bezeichnungen allein gibt einem Käufer genau an, welche Merkmale bei der Inspektion einer bestimmten Leiterplatte erfasst werden.
| Inspektionsverfahren | Verwendete Informationen | Praktischer Aspekt |
|---|---|---|
| 2D-AOI | Bildmerkmale wie Position, Form und sichtbare Markierungen | Nützlich für Merkmale, die die Kamera in der verfügbaren Ansicht unterscheiden kann. |
| 3D-AOI | Bildmerkmale plus Höheninformationen, je nach System | Die Höhe kann bei der Beurteilung von Merkmalen wie hochstehenden Anschlüssen helfen, sofern Zugang und Einrichtung dies zulassen. |
Koh Young’s Erläuterung beschreibt 3D-AOI als Rekonstruktion der Oberflächenhöhe im gesamten Sichtfeld. Diese zusätzlichen Informationen machen eine verdeckte BGA-Lötstelle optisch nicht sichtbar und garantieren auch nicht, dass jeder Fehler erkannt wird. Fragen Sie nach, welche Merkmale und Inspektionspunkte für die konkrete Baugruppe berücksichtigt werden.
AOI im Vergleich zu SPI, Röntgen- und elektrischen Prüfungen
Diese Verfahren liefern unterschiedliche Erkenntnisse. Die Auswahl beginnt mit der Frage, die durch die Inspektion oder Prüfung beantwortet werden soll.
| Methode | Was damit beurteilt werden kann | Beispiel für eine Einschränkung |
|---|---|---|
| SPI | Merkmale des Lotpastendepots nach dem Drucken und vor der Bestückung | Damit lässt sich die Qualität einer fertig aufgeschmolzenen Lötstelle nicht feststellen. |
| AOI | Programmierte, sichtbare Bauteil- und Lötmerkmale | Nicht jedes verdeckte oder interne Merkmal kann geprüft werden. |
| Röntgen | Einige verdeckte Lötstellen und interne Lötmerkmale | Ein Bild allein belegt nicht, dass die Firmware oder das gesamte Produkt funktioniert. |
| In-Circuit- oder Funktionsprüfung | Ausgewählte elektrische Verbindungen, Bauteilverhalten oder Produktfunktionen | Die Prüfabdeckung hängt von der gewählten Methode, dem Zugang, den Vorrichtungen und dem Prüfverfahren ab. |
Eine In-Circuit-Prüfung kann beispielsweise ausgewählte elektrische Verbindungen oder Bauteile prüfen, während eine Funktionsprüfung festgelegte Verhaltensweisen testet. Micron’s Vergleich von Inspektions- und Prüfverfahren weist darauf hin, dass die Abdeckung einer In-Circuit-Prüfung vom Zugang für Prüfspitzen, der Konstruktion der Prüfvorrichtung und der Prüfplanung abhängt. Weder die Bezeichnung einer Prüfung noch die allgemeine Leistungsübersicht eines Lieferanten legt den Prüfumfang eines bestimmten Auftrags fest.
A NASA-Bewertung der Inspektion von Lötstellen verglich 1993 optische und Röntgenverfahren für oberflächenmontierte Baugruppen mit geringer Fertigungsmenge und hohen Zuverlässigkeitsanforderungen. Die Ergebnisse beziehen sich auf die geprüften Systeme und sind keine Garantie für die Erkennung durch heutige Maschinen.
Wie ein AOI-Programm und seine Ergebnisse überprüft werden
Ein sinnvoller Prüfplan verknüpft die Leiterplattenrevision, die zu prüfenden Merkmale und die Kriterien für die nächsten Schritte. Fragen Sie den Bestücker, wie das Programm für den Fertigungsauftrag vorbereitet und validiert wird.
Prüfungen einrichten und validieren
Stellen Sie die aktuelle Bestückungszeichnung, die Stückliste und die für die Überprüfung benötigten Bestückungsdaten bereit. Stimmen Sie die relevanten Revisionen von Leiterplatte und Bauteilen, den Prüfpunkt, die Bezugspunkte für die Ausrichtung und die Kriterien für sichtbare Merkmale ab. Eine bekannte Gutreferenz kann bei der Einrichtung helfen, doch eine einzelne gute Leiterplatte belegt nicht, dass das Programm alle relevanten Fehler erkennt.
Fragen Sie, welche Merkmale das System prüfen kann und wo Geometrie, Markierungen oder eingeschränkter Zugang zu Ausnahmen führen. Der IPC-A-610-Leitfaden zur Abnahme von Baugruppen erläutert den übergeordneten Abnahmerahmen; Ausgabe, Klasse und Kundenanforderungen für einen bestimmten Auftrag müssen gesondert vereinbart werden.
Fehlalarme und mögliche Fehlerdurchschlupfe überprüfen
A Fehlalarm Ein Fehlalarm ist ein markiertes Merkmal, das bei der Überprüfung gemäß den geltenden Kriterien als akzeptabel eingestuft wird. Ein durchgeschlüpfter Fehler ist ein tatsächlicher Fehler, der die nächste Prozessstufe erreicht, ohne bei der vorgesehenen Prüfung erkannt zu werden. Das sind unterschiedliche Probleme: Bei der Anpassung eines Programms zur Verringerung unnötiger Fehlalarme darf die nützliche Prüfungsabdeckung nicht verloren gehen.
A 2024 veröffentlichter Forschungsdatensatz der Universität Helsinki umfasst AOI-Meldungen, die bei einer manuellen Prüfung als tatsächliche Fehler oder Fehlalarme eingestuft wurden. Diese Aufzeichnung überprüfter Meldungen zeigt, wie Teams Fehlalarme untersuchen können; sie belegt für sich genommen jedoch nicht, wie viele Fehler von der AOI unbemerkt blieben.
Vereinbaren Sie, wer markierte Bilder überprüft, wie mit einem bestätigten Fehler umgegangen wird und ob reparierte Leiterplatten erneut geprüft werden. Um übersehene Fehler zu bewerten, benötigt der Lieferant eine unabhängige Methode, um festzustellen, was tatsächlich vorhanden war, etwa einen vereinbarten Validierungssatz oder eine ergänzende Prüfung. Allein anhand der AOI-Pass-Aufzeichnungen lassen sich nicht alle übersehenen Fehler erkennen.
Beispiel: eine Leiterplatte, vier Prüffragen
Ziehen Sie ein hypothetische Baugruppe mit einem freiliegenden Anschluss mit feinem Raster, einer Diode mit sichtbarer Polaritätsmarkierung, einem unmarkierten Bauteil, das genauso aussieht wie ein falsches Bauteil, und einem BGA, dessen mittlere Lötstellen verdeckt sind. Die Tabelle veranschaulicht Fragen für den Prüfplan; sie ist keine Aufzeichnung eines tatsächlichen Fertigungslaufs.
| Prüffrage zur Leiterplatte | Was die AOI feststellen kann | Abzustimmende Folgemaßnahme |
|---|---|---|
| Gibt es eine Lötbrücke zwischen den freiliegenden Anschlüssen mit feinem Raster? | Sie kann eine Lötbrücke markieren, wenn der Bereich sichtbar und die Prüfung entsprechend konfiguriert ist. | Kamerazugang, Abnahmekriterien und Verfahren zur Überprüfung einer Markierung bestätigen. |
| Ist die markierte Diode richtig ausgerichtet? | Sie kann die sichtbare Markierung und Position mit der programmierten Referenz vergleichen. | Die Polaritätsreferenz in der Zeichnung und die Sichtbarkeit der Markierung bestätigen. |
| Hat das unmarkierte, ähnlich aussehende Bauteil den richtigen Wert? | Allein anhand seines Aussehens lässt es sich nicht von einem äußerlich identischen falschen Bauteil unterscheiden. | Bauteilidentifikation, Rückverfolgbarkeit oder eine geeignete elektrische Prüfung vereinbaren. |
| Sind die verdeckten mittleren BGA-Lötstellen in Ordnung? | Eine Draufsicht kann die unter dem Gehäuse verborgenen Lötstellen nicht direkt zeigen. | Feststellen, ob für das Projekt Röntgenaufnahmen und elektrische Prüfungen erforderlich sind. |
Das Ergebnis ist ein vereinbarter Prüfumfang, nicht einfach nur „AOI erforderlich“. Bitten Sie beim Einholen eines Angebots um Angaben zur Prüfphase, zu den Merkmalen oder Ausnahmen, zu den maßgeblichen Kriterien, zum Überprüfungs- und Nachprüfungsverfahren sowie zu den Ergebnissen oder Aufzeichnungen, die der Lieferant bereitstellen kann. Besprechen Sie den Bedarf an Prüfungen verdeckter Lötstellen und elektrischen Tests gesondert.
Häufig gestellten Fragen
Ist AOI dasselbe wie eine Sichtprüfung?
AOI automatisiert die Bilderfassung und programmierte Prüfungen. Bei einer menschlichen Sichtprüfung untersucht eine Person die Leiterplatte, manchmal mit Vergrößerung. Beides kann sich ergänzen: Eine Person kann eine AOI-Markierung anhand der geltenden Kriterien überprüfen oder Merkmale untersuchen, die außerhalb des Umfangs des automatisierten Programms liegen.
Kann AOI BGA-Lötstellen prüfen?
AOI kann sichtbare äußere Merkmale einer BGA-Baugruppe prüfen, aber nicht direkt die unter dem Bauteilgehäuse verborgenen Lötstellen. Wenn das Projekt es erfordert, können Röntgenaufnahmen zur Prüfung verdeckter Lötmerkmale eingesetzt werden. Der genaue Prüf- und Abnahmeplan sollte vor Produktionsbeginn vereinbart werden.
Garantiert ein AOI-Pass, dass eine Leiterplatte funktioniert?
Nein. Ein AOI-Pass deckt die konfigurierten optischen Prüfungen unter den jeweiligen Prüfbedingungen ab. Er weist nicht alle elektrischen Verbindungen, die Funktion der Bauteile oder das Verhalten der Firmware nach. Legen Sie elektrische Prüfungen oder Funktionstests gesondert fest, wenn diese Ergebnisse benötigt werden.
Prüfumfang festlegen, bevor Sie ein Angebot anfordern
Beginnen Sie mit der Leiterplattenrevision, den Zeichnungen, der Stückliste und den für das Produkt wichtigsten Merkmalen. Fragen Sie dann das Team für die Leiterplattenbestückung danach, welche AOI-Prüfungen, Prüfungen verdeckter Lötstellen und Prüfaufzeichnungen für diesen Fertigungsauftrag vereinbart werden können. Ein klarer Prüfumfang macht ein Pass-Ergebnis oder eine markierte Auffälligkeit bei der Überprüfung aussagekräftiger.
