プロジェクトで使用する PCB または回路基板が適切に機能し、顧客を満足させることができるようにしてください。 PCB に欠陥がないかをチェックし、意図したとおりに動作することを確認するための信頼できる方法を所有することが重要です。

PCB のサイズと複雑さは両方とも増大しています。 今日の PCB には、膨大な数の微細なコンポーネントを備えた多数のはんだ接合が含まれている場合があります。 複雑さが増した結果、エラーがより頻繁に発生する可能性があります。 自動光学検査または AOI アプローチは、通常の目視検査では密集した基板の微細な欠陥を発見できない場合に、より明確で正確な結果を得ることができます。

AOIマシンはどのように動作しますか?

AOI はどのように定義できますか? 自動光学検査には、完成した PCB を視覚的にチェックするために光イメージングを使用する電子スキャナーが含まれます。 職人技のレベルを評価して、回路が使用および購入に適切であることを確認します。

一般的な AOI システムには、いくつかの光源、多数のカメラ、さらにはビデオ カメラも含まれています。 さまざまな視点からのいくつかの光源が回路基板を照らします。 さらに、カメラはビデオや写真をクリックして、分析用の完全な画像を生成します。

手動による目視検査を必要とせず、AOI 測定では多くの場合、スキャナーを使用してアイテムを自律的にスキャンします。 スキャナは、PCB の品質を損なう大きな問題だけでなく、重要なコンポーネントの欠如など、致命的な障害につながる可能性のある小さなエラーもチェックします。 小さな欠陥には、部品の位置がわずかにずれていたり、はんだ付けによって形状やサイズが正しくなかったりすることが含まれます。

生産プロセスのいくつかの段階で、AOI が役に立ちます。 はんだペースト、ベア PCB、リフロー前およびリフロー後の検査に優れた性能を発揮します。 各ステップでは PCB に設計上の欠陥が生じる可能性があり、AOI は、欠陥のある基板での生産が続行される前にこれらの欠陥を特定するのに役立ちます。

ただし、AOI の大部分はポストプロダクション中に発生します。 これは、AOI が個別のシステムを使用して複数の種類の障害を同時に検査する場合があるためです。 1 回の徹底的な検査は、手順の各段階の後に 1 回検査を行うよりも比較的短時間で済みます。 最終検証に AOI を利用すると、生産プロセスを迅速に進めることができ、納期を守り、生産性を高めることができます。 さらに、AOI がポストプロダクション段階で障害を発見した場合、問題のあるボードは修理のために戻りますが、残りのボードは続行されます。

AOIマシンの役割

PCB の製造は AOI に大きく依存します。 これにより、すべてのボードが複雑な電気デバイスに必要な高効率を確実に実現できます。

AOI は PCB の欠陥を発見すると、その PCB にマークを付け、再作業のために送り返します。 この手順は、さまざまな方法で実行できます。 AOI の結果は、すべての PCB ラインが特定のサイズより大きくなければならないなど、一部の施設仕様を満たさない場合があります。 この状況では、結果を調べて、どのボードを修理する必要があるかを選択する可能性があります。 AOI は、実際の PCB と理想的な PCB の CAD レンダリングを比較できます。 実際の PCB が目的の設計から逸脱している場合、AOI は自動的にそれらの領域を特定し、PCB に再加工のフラグを立てます。

PCB 製造の場合、AOI には次の利点があります。

・品質の確保

AOI を使用して、PCB 製品が計画どおりに動作することを検証できます。 顧客の幸福度を高め、会社の評判を向上させ、提供しているサービス品質について顧客に保証を与えることはすべて、PCB の品質を維持することから得られます。

· 複雑な基板の評価

Millennium Circuits のボードには 100 を超えるコンポーネントがある場合、自動的に AOI が実行されます。 肉眼では、AOI と同じレベルの精度で複雑な PCB レイアウトを検査することはできません。

· プロセスの改善

工程不良による不具合が発生した場合、AOIで即座に不具合を把握します。 AOI は、同じ欠陥を持つ PCB を何千枚も製造する前に欠陥パターンを特定し、手順を変更するのに役立ちます。 最新の研究によると、組み立てられたばかりの PCB で欠陥を見つけるのは、裸の PCB で欠陥を見つけるよりもわずか 10 倍のコストがかかります。 しかし、すでに現場で使用されている PCB の欠陥を発見するには、約 1,000 倍の費用がかかります。 ミスを早期に検出すると、将来の修理の可能性が減り、製造プロセスの生産性が向上します。

・カスタマイズ性

AOI は完全に自動で動作しますが、オペレータはスキャナにどこで何を探すかを知らせるパラメータを指定できます。 設計要件が変化した場合でも、パラメーターを調整して必要な欠陥を見つけるのは簡単です。

AOIマシンのレビュー

以下は、AOI 中に評価される要素の一部を構成します。

はんだ付け不良

はんだ付けでは、非常に融点の低い合金、多くの場合、鉛、鉛フリー、または錫合金を使用して PCB の電気部品を接合します。 電気部品を溶かさないことを除けば、この手順は溶接に似ています。 2 つの電気部品間の接合が適切に形成されていない場合、これははんだ付け不良として知られています。

以下は、AOI が検出する可能性のある典型的なはんだ付けの欠陥の一部です。

· 開回路

通常、PCB の断線が主な問題です。 その理由は、不完全な回路または開回路により電流が流れなくなるためです。 回路が広く開いていると、ボードは正しく動作しません。

不適切な配線またはビアが原因で開回路が発生する可能性があります。 このような不適切なトレースは、はんだ付けの効率が悪いために発生します。 明らかな開回路が目視検査によって発見される場合がありますが、AOI では、わずかに開回路の点も見つけて、回路が正しく閉じられているかどうか PCB にマークを付けることができます。

· はんだブリッジまたははんだショート

はんだブリッジは、2 つの PCB コンポーネントが電気的に接続されると、本来であってはいけないにもかかわらず発生します。 これらのブリッジは、過剰な量のはんだを使用して基板が製造された場合、または PCB のはんだのない部分にはんだが漏れた場合に発生する可能性があります。

はんだペーストが固化する前にチップまたはリードから剥離できない場合、はんだブリッジが頻繁に発生します。 リードとして知られる金属パッドは、回路基板上の 2 つの場所を接続するために使用されます。 リードのサイズ、リードを PCB に接着するペーストの量、または PCB のピッチが浅いため、はんだペーストが分離しない場合があります。

はんだブリッジは、回路に必要な電流が流れるのを妨げるため、問題を引き起こします。 PCB を短絡させたり、重要なコンポーネントやビアを破壊したりする可能性があります。 さらに、はんだブリッジは人間の目で見つけるのが非常に困難です。 ほんのわずかなはんだの浸透でも発生する可能性があります。 幸いなことに、AOI スキャンは最小のはんだブリッジやショートも検出し、欠陥のある回路基板を修正のために返すことができます。

・はんだ不足

製造プロセスでさまざまなコンポーネントを回路に結合するのに不十分なはんだが使用されると、不適切なはんだ接続が発生します。 はんだ飛びは、はんだがコンポーネントを完全に接合できない場合に発生します。

コンポーネントの接続が不適切にはんだ付けされると、確実な電気接続が得られない可能性があるため、PCB の性能が低下します。 さらに、電気部品を所定の位置に保持するためのはんだが不十分な場合、PCB の部品が欠落し、確実に致命的な故障につながります。 基板を再はんだ付けする必要がある場合、AOI は基板をスキャンして、各電気コンポーネント上のはんだの量を記録するか、右の写真と比較します。

・余分なはんだ

逆の場合、つまり製造プロセスで基板にソルダーが付けられる場合、余分なはんだが発生します。 幅が広すぎるはんだ付けチップを使用したり、熱を加えすぎたりした結果、この問題が発生することがあります。

はんだブリッジや過剰なはんだなどのその他の欠陥が問題となる可能性があります。 製造中に基板ピンに過剰なはんだが塗布されると、巨大な球状のはんだボールが形成されることがあります。これにより、基板ピンが PCB に接着するのに十分な湿り具合を判断することが困難になります。

はんだボールやブリッジはその大きさのため、一般に簡単に見つけることができますが、人間の検査官は何百ものほぼ同様の基板を検査した後、1 つをスキップする可能性があります。 はんだウィックまたははんだ吸盤を使用すると、効果的な AOI スキャナーで余分なはんだを迅速に特定し、基板を修理のために返送できます。

AOI マシンのコンポーネントの欠陥

PCB に接続された小さな機能要素の欠陥は、コンポーネントの欠陥として知られています。 以下に、PCB コンポーネントの典型的な欠陥をいくつか示します。

・リードの浮き上がり

回路上の 1 つの小さな金属パッドが正しく貼り付けられていないと、リードが浮いてしまいます。 製造上の取り扱い、極度の熱、または基板の曲がりの結果として、リードの浮きが発生することがあります。 逆に長すぎるリードが半田に触れると浮き上がる場合に発生します。

リフトされたリードは不安定で厄介です。 ピンは、PCB 上の金属パッドを使用して下の銅シートにリンクする場合があります。 ただし、何らかの理由でリードが上昇すると、ピンによって正しく上昇することができなくなります。 接続を誤ると、ボードの動作に悪影響を及ぼし、コンポーネントの故障につながる可能性があります。

· 不足しているコンポーネント

さまざまな原因により、回路基板に電気部品が欠けている可能性があります。 はんだ付けが不十分な場合、部品が欠落したり、製造プロセスで重要な部品が省略されたりする可能性があります。

電気コンポーネントが欠落している PCB には重大な障害があり、致命的な障害が発生する可能性があります。 肉眼では欠けている部分が見える場合があります。 しかし、これは重大な欠陥であるため、エンド ユーザーに届く前に PCB 内の欠落したコンポーネントを特定するには、信頼できる AOI スキャン デバイスを持つことが不可欠です。

· 位置がずれて配置されていないコンポーネント

配置ミスや位置ずれは、製造プロセスでコンポーネントが誤って取り付けられた場合や、電気コンポーネントが配置後に動いた場合に発生することがあります。 はんだの表面張力が低いため、部品が溶けたはんだの上で動きやすいため、リフロー中に部品の移動が頻繁に発生します。

PCB は、コンポーネントの配置が間違っていたり、位置がずれていても機能する可能性がありますが、動作が遅くなる場合があります。 あるいは全く機能しない可能性もあります。 一部の位置合わせの問題は人間の目では見えないほど小さい場合があるため、位置合わせの問題を検出するには信頼性の高い AOI スキャナが必要です。

AOI装置と他の検査方法の比較

 

AOI には、PCB の欠陥を検出するための他の手順に比べて多くの利点があります。 AOI と他の検査技術の比較を以下に説明します。

1. 自動 X 線検査 (AXI)

AXI では、光スキャンを使用して PCB をチェックする代わりに、X 線を使用します。 AXI は、特に複雑な構造や厚い構造の基板を評価するために企業で頻繁に使用されます。 X線は物質を透過するため、物質を撮影することができるからです。 AOI に利用される光は表面で反射するため、1 つのコンポーネントが他のコンポーネントをブロックできる可能性があります。 しかし、X 線は物質のいくつかの層を通過し、それぞれの層を正確に画像化します。

AXI は最新の最先端テクノロジーを備えていますが、最大の欠点はコストです。 AXI は非常に高価であるため、ボードが非常に複雑であるか高密度に実装されていない限り、利用する価値がないことがよくあります。

2. 自動レーザーテスト（ALT）測定

ALT測定では、従来の光イメージングを使用する代わりに、レーザーを使用してPCBをスキャンして測定します。 ALT テクノロジは、レーザーの配置を使用してさまざまなコンポーネントの高さと位置を決定し、レーザーが PCB のコンポーネントで反射したときの反射率を評価します。 AOI と同様に、ALT テクノロジは、経験的分析を要件のリストまたは回路図と比較することにより、欠陥を特定できます。

干渉により誤った結果が生じる場合がありますが、ALT テクノロジーは、はんだペーストがどこにどれだけ存在するかを判断するのに特に役立ちます。

3. インサーキットテスト (ICT)

電気プローブは、構築された PCB の性能を評価するための回路内検査で使用されます。 各コンポーネントの配置と機能は、電流を使用してチェックされます。 抵抗や静電容量などの重要な電気的特性を検査し、断線や短絡をチェックします。

ICT は画像ではなく電気に依存しているため、AOI よりも包括的なはんだ付けデータが得られないようです。 コンポーネントの口径を評価し、回路に影響を与えるはんだ付けの欠陥に関する詳細を提供できますが、不適切または過剰なはんだに関する多くの情報は提供できません。

特に今日製造されているより薄い PCB の場合、AOI は通常、回路内検査よりも信頼できます。

4. 手動目視検査 (MVI)

AOI は PCB に触れる必要がないため、ほとんどの PCB ビジネスは人間による目視検査よりも AOI を好んでいます。 人間の検査官が PCB を検査しなければなりません。 さらに、取り扱いにより、他の点では問題のない基板に欠陥が発生する可能性があります。 AOI は、PCB の構造的完全性を維持し、損傷を与えることなく繊細なコンポーネントをスキャンするのにも役立ちます。

個人の目視評価よりも信頼できる方法は AOI です。 人は小さな PCB の欠陥を見落とす可能性があります。 ただし、AOI は最小の間違いも検出できます。 人間の目で確認できるよりも詳細に PCB を簡単にスキャンできます。 生産プロセスのすべての段階を通じて確実に信頼できます。 その容赦ない鋭さは決して衰えることはありません。

結論

PCB が組立ラインから出荷されるときにその品質を検証することは非常に重要です。 これにより、基板の品質を監視できるだけでなく、エラーを早期に特定して修正して再発を防ぐことができます。

このことからも、製造組織にとって AOI システムの重要性がわかります。