AOI設備在SMT產線上有什麼作用？設置在什麼位置？

Posted by 工作熊

1 月 17, 2024

SMT產線上為什麼需要使用AOI(Automatic Optic Inspection)自動光學檢查設備呢？AOI設備是做什麼用的？答案當然是為了可以獲得更好的生產品質、提升生產效率。另外，自動檢查設備如果運用得好，還可以更有效率的進行生產品質管控，自動收集生產的不良現象與位置並將問題點反饋給前段有問題的製程即時解決問題、減少生產損失、降低生產成本。

使用自動檢查設備還可以避免人工檢查誤判或疲勞漏看的錯誤，雖然設備也可能誤判，但那是判斷標準與設備是否精準的問題了。

建議延伸閱讀：什麼是AOI？2D AOI可以檢測哪些電路板組裝的缺點？

AOI的主要用途是對印刷電路板在組裝焊接(PCBA)生產中遇到的常見缺陷進行檢測，也可以針對表面有印刷的電子零件判斷是否錯料，以及檢查是否有漏件，總結就是可以用來判斷PCBA生產的良品與不良品，是一種基於光學原理運用的設備。

AOI說穿了其實就是一種視覺辨識系統，將之運用在汽車就可以是自動駕駛輔助系統，將之運用在製造生產就可以是判斷良品與否的輔助系統，將之運用在SMT的錫膏印刷檢查就變成錫膏檢查機(SPI, Solder Paste Inspection)。

而AOI其實也不算是多麼新的觀念，它其實在很早以前就已經被應用在IC或電子零件外觀編號印刷品質的檢測上了，只是當時的辨識率不高，效率也沒有那麼好，直到AOI初具成效後才被導入到SMT產線作為輔助生產品質管控的設備之一，最主要用來檢測焊錫的品質。當AOI自動檢測時，設備會通過攝像頭自動掃描拍攝PCB或PCBA的表面圖像，將需要檢測的焊點與數據庫中的合格參數(golden sample，標準樣品)進行比對，經過圖像處理，檢查出待測PCBA上的缺陷，並通過顯示器或自動標誌把缺陷顯示/標示出來，供維修人員複判與修復。

不過初期的AOI只能拍攝2D平面的影像，而且效果還很有限，零件高低起伏太大，或是距離高零件太近的零件容易有陰影效應拍不出來，受光源顏色影響還很大，一般大多只能用來弭補人力不足的缺口，大多時候還得靠人工補漏。隨著近年來視覺辨識系統軟硬體的快速發展，汽車的自動駕駛應用應該也間接推進了視覺辨識系統的發展。現在的AOI已經進化到3D的時代，而且有多種光學技術可以互相搭配組合截長補短，再加上AI的運用做系統整合，讓誤判率大大的降低，不過仍然有進步的空間就是了。

實施AOI有以下兩個主要的目標：

（1）產品最終品質(End quality)保證

對產品走下生產線時的最終狀態進行監控。當生產問題非常清晰、產品混合度高、數量和速度為關鍵因素的時候，優先採用這個目標。AOI通常放置在生產線最末端。在這個位置，設備可以產生範圍廣泛的過程控制信息。

（2）過程跟踪(Process tracking)

使用檢查設備來監視生產過程。典型地包括詳細的缺陷分類和元件貼放偏移信息。當產品可靠性很重要、低混合度的大批量製造、和元件供應穩定時，製造商優先採用這個目標。這經常要求把檢查設備放置到生產線上的幾個位置，實時地監控具體生產狀況，並為生產工藝的調整提供必要的依據

雖然AOI可以安置於生產線上的多個位置，用來檢測特殊缺陷，但AOI檢查設備應該盡量設置到一個可以儘早識別和改正最多缺陷的位置。

AOI設備安裝在SMT產線的位置

依據SMT產線的布置與特性，有三個檢查位置是主要位置可以列入AOI安裝的優先首選：

（1）錫膏印刷後。這個位置通常會稱呼為SPI(Solder Paste Inspection)

錫膏印刷的好壞會直接影響到後續回焊的品質，如果可以在錫膏印刷後、貼放零件前就把有錫膏印刷缺失的問題攔截下來並糾正，將可以使得後續回焊的不良品大幅減少。典型的錫膏印刷缺陷包括以下幾點：

A.焊墊上錫量不足。可能造成後續焊接出現空焊或焊錫不完全。

B.焊墊上錫量過多。可能造成後續焊接出現架橋短路。

C.錫膏印刷偏移。可能造成後續焊接出現錫珠或焊錫不完全或空焊。

在ICT測試中，發生缺陷的位置通常都直接與錫膏印刷的良莠程度成正比。輕微的少錫一般較少會在ICT被偵測出缺陷，因為少錫只錫量比較少，但是線路還是導通的，如果是錫量減少嚴重到根本沒有錫(空焊)的情況則幾乎都能在ICT測試中被偵測出來，因為空焊會引起開路(open)。而焊錫不足則可能在未來導致元件掉落或焊點斷開問題。

（2）回流焊前

這個檢查點是在錫膏印刷及零件貼放於板上後，且在PCB送入回焊爐之前。這是一個典型放置AOI檢查機器的位置，因為這裡可發現來自錫膏印刷以及機器貼放製程的絕大多數缺陷。在這個位置產生的定量過程控制信息，提供高速貼片機和細間距零件貼裝設備校準的信息。這個信息可用來修改零件貼片機放錫膏印刷機需要的校準。這個位置的檢查也滿足過程跟踪的目標。

將AOI擺放在回焊爐前還有一個考慮點，就是產品如果設計將屏蔽罩(shielding can)直接貼片過回焊爐，或故意設計將某些零件貼放在大型零件下方，那回焊後這些放置在屏蔽罩或大型零件下方的零件將被完全遮蔽，無法使用爐後AOI來檢測，尤其現在無線通訊產品發達，這類有屏蔽罩的產品只會越來越多。

建議延伸閱讀：什麼時機該使用「爐前AOI」及「爐後AOI」？

（3）回流焊后

在SMT工藝過程的最後步驟進行檢查，這是目前最多產線設置AOI的位置，因為這個位置可發現電路板表面貼焊組裝的全部裝配缺陷。回流焊後的檢查提供高度的安全性，因為它可以識別由錫膏印刷、零件貼裝及回流焊街過程所引起的所有錯誤。

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