자동 광학 검사(AOI): 현대 제조에서 PCB 품질 및 효율성 향상
자동 광학 검사(AOI): 현대 제조에서 PCB 품질 및 효율성 향상
자동 광학 검사(AOI)는 카메라를 사용하여 인쇄 회로 기판(PCB)의 결함과 오류를 스캔하는 기계 기반 기술입니다. AOI 시스템은 PCB 제조 및 조립과 PCB 테스트에 사용됩니다. 결절, 긁힘, 얼룩, 개방 회로, 납땜 접합부의 얇아짐 및 치수 결함과 같은 다양한 표면 특징 결함을 감지할 수 있습니다. 전자 조립품과 PCB를 감지하여 생산 라인과 PCB를 제조 결함 없이 떠나는 고품질의 제품을 보장하는 데 효과적이고 정확한 역할을 합니다.
AOI 시스템은 일반적으로 여러 광원과 여러 대의 카메라를 포함합니다. AOI는 광학, 기계, 전자 제어 및 소프트웨어를 통합하여 인간의 눈을 대체하는 것입니다. 현실 세계에서 PCB는 점점 더 작고 복잡해지고 있으며, 비교적 간단한 보드조차도 문자 그대로 수천 개의 납땜된 구성 요소로 구성될 수 있습니다. AOI는 PCB 생산의 품질을 모니터링하고 프로세스 흐름에서 이를 수정하는데, 이는 오늘날의 경쟁적인 PCB 생산 환경에서 성공의 열쇠입니다.
자동 광학 검사(AOI)는 어떻게 작동하나요?
AOI 시스템은 일반적으로 모든 종류의 제품 생산에 사용되지만, 특히 결함이 있는 인쇄 회로 기판을 모니터링하고 인간 검사자의 능력을 넘어서는 정확한 측정을 하는 데 중요합니다. AOI 시스템은 일반적으로 여러 광원과 여러 카메라, 때로는 비디오 카메라를 포함합니다. 광원은 다양한 각도에서 PCB를 비추고, 카메라는 사진이나 비디오를 촬영하여 평가를 위한 포괄적인 이미지를 만듭니다.
일부 특정 기능은 PCB 제조에 사용되는 AOI 시스템 개발에만 해당됩니다. 진정한 공면 검사 기능과 체적 검사 데이터를 제공하기 위해 AOI 시스템은 로봇 팔과 CCD 카메라와 같은 장치에 연결할 다양한 유형의 카드가 필요합니다. AOI 시스템이 제조 속도 증가에 발맞추려면 강력한 그래픽 처리 장치(GPU) 카드가 필요합니다. 다른 테스트 및 검사 방법의 속도, 효율성 및 유연성을 비교할 때 AOI의 이점은 명확합니다. 강력한 GPU 카드를 사용하는 것이 검사 프로세스를 가속화하는 데 중요했습니다.
자동 광학 검사의 장점
하지만 실제적으로는 대부분의 AOI는 후반 작업에서 이루어집니다. 그 이유는 AOI가 단일 시스템을 사용하여 동시에 여러 종류의 결함을 검사할 수 있기 때문입니다. 프로세스의 모든 단계를 거친 후 검사하는 것보다 포괄적인 검사를 한 번 하는 데 걸리는 시간이 더 짧습니다.
AOI가 PCB의 결함을 발견하면 보드에 수리를 위해 돌아가라고 표시합니다. 이 프로세스는 여러 가지 다른 방식으로 발생할 수 있습니다. AOI는 실제 보드가 이상적인 설계에서 벗어나는 곳을 자동으로 감지하고 재작업을 위해 플래그를 지정할 수 있습니다. 몇 가지 주요 이점은 다음과 같습니다.
1) 위치 정확도
구성 요소의 크기가 감소함에 따라 검사 장비와 제조 모두의 위치 정확도가 점점 더 중요해지고 있습니다. AOI 시스템은 결함으로 이어질 수 있는 위치의 작은 편차를 감지하기 위해 서브픽셀 정확도를 가져야 합니다.
2) 낮은 비용
AOI 테스트는 PCB의 통과율을 향상시켜 PCB 비용을 줄일 수 있습니다.
3) 다중 검사 대상
AOI 테스트는 PCB뿐만 아니라 PCB 조립에도 효과적입니다. 그러나 PCB 조립의 경우 구성 요소 납땜, 극성 및 값을 검사합니다.
4) 프로그래밍 가능한 조명
조명은 모든 머신 비전 애플리케이션에서 원하는 결과를 달성하는 데 중요합니다. 전자 제조의 끊임없이 변화하는 환경을 고려할 때 모든 결함 조건을 감지할 수 있는 하나의 광원을 찾는 것은 불가능합니다. AOI 테스트는 이미지의 대비를 유연하게 증가시켜 다양한 각도에서 여러 색상으로 다양한 결함 조건을 쉽게 식별할 수 있습니다.
5) 네트워크 가능 소프트웨어
모든 AOI 시스템의 중요한 기능 중 하나는 데이터 수집 및 검색입니다. 데이터는 텍스트 출력, 이미지 수집, 데이터베이스 또는 여러 형식의 조합 형태일 수 있습니다.
6) 우수한 유연성
AOI는 필요성과 비용 허용 범위에 따라 제조 공정의 모든 단계에서 사용할 수 있습니다. 그러나 대부분의 결함은 납땜 공정의 실패로 인해 발생하므로 리플로우 납땜 후에 AOI 테스트를 하는 것이 좋습니다. 그러면 해당 비용이 감소하고 검사 효율성이 높아집니다.
AOI는 PCB 생산에 다음과 같은 이점을 제공합니다.
1) 품질 보장
제품 품질을 보장하면 고객 만족도가 높아지고, 업계 평판이 좋아지며 , 고객에게 제공하는 서비스의 가치에 대한 안심을 얻을 수 있습니다.
2) 복잡한 보드 평가
Millenium Circuits에서 보드 중 하나에 100개가 넘는 구성 요소가 포함된 경우 자동으로 AOI를 거칩니다. AOI는 인간의 눈이 따라올 수 없는 정확도로 복잡한 보드 디자인을 검사할 수 있습니다.
3) 공정 개선
결함이 잘못된 공정에서 비롯된 경우 AOI를 통해 결함을 즉시 포착하면 결함 패턴을 식별하고 동일한 결함이 있는 수천 개의 보드를 생산하기 전에 공정을 조정하는 데 도움이 될 수 있습니다. International Journal of Engineering and Advanced Technology에 최근 게재된 연구에 따르면, 최근에 조립한 보드에서 결함을 포착하는 데 드는 비용은 베어 보드에서 결함을 포착하는 데 드는 비용의 10배에 불과하지만, 현장에서 사용된 보드에서 결함을 발견하는 데 드는 비용은 1,000배 더 비쌉니다.
4) 사용자 정의
AOI는 자동화된 프로세스이지만, 작업자는 스캐너에 검사할 내용을 알려주는 매개변수를 설정할 수 있습니다. 설계 사양이 변경되면 설정을 조정하여 찾아야 할 결함을 쉽게 감지할 수 있습니다.
AOI에서 어떤 종류의 결함을 확인할 수 있나요?
구성 요소가 있는 PCB의 경우(SMT 검사) 솔더 조인트 부족, 높이 결함, 잘못된 부품, 솔더 브리징, 과도한 솔더 조인트, 빌보딩, 볼륨 결함, 툼스토닝, 구성 요소 오프셋, 구성 요소 극성, 구성 요소 존재 또는 부재, 구성 요소 비뚤어짐, 영역 결함, 뒤집힌 구성 요소, 리드 주위의 페이스트 부족 , 리드 들어올림, 모집단 테스트 없음, 페이스트 등록 및 심각하게 손상된 구성 요소와 같은 결함이 있습니다.
단락 회로, 선폭 위반, 간격 위반, 과도한 구리, 패드 누락, 절단, 구성 요소의 잘못된 장착, 홀 파손(비아가 패드 밖으로 나가는지 여부)과 같은 PCB 보드 결함의 경우. 몇 가지 기본 테스트는 다음과 같습니다.
1. 개방 회로
PCB의 개방 회로는 비교적 흔한 결함이며, 불완전한 회로로 인해 전류가 흐르지 않기 때문에 문제가 됩니다. 회로가 개방되면 보드가 제대로 작동하지 않습니다. 개방 회로는 부적절하게 형성된 비아와 트레이스 또는 목표에 도달하지 못하는 납땜으로 인해 발생할 수 있습니다. 시각적 검사 또는 X선 이미징을 통해 때때로 명백한 개방 회로를 감지할 수 있습니다.
2. 솔더 브릿지 또는 솔더 쇼트
솔더 브릿지는 솔더가 전기적으로 연결되지 않아야 하는 PCB의 두 구성 요소를 연결할 때 발생합니다. 이러한 브릿지는 보드 생산에 솔더가 너무 많이 사용되거나 솔더가 솔더가 없는 상태로 유지되어야 하는 보드 영역으로 솔더가 스며들 때 형성될 수 있습니다. 솔더 브릿지는 보드를 통한 의도된 전류 흐름을 방해하기 때문에 문제가 됩니다. 단락을 일으키거나 보드의 중요한 구성 요소나 트레이스를 태울 수 있습니다.
3. 솔더가 부족함
불충분한 솔더 조인트는 생산 공정에서 다른 구성 요소를 보드에 연결하는 데 너무 적은 솔더를 사용할 때 발생합니다. 때때로 솔더가 구성 요소를 완전히 연결하지 못하는 경우가 있는데 이러한 상황을 솔더 스킵이라고 합니다. AOI는 각 구성 요소의 솔더 양을 스캔하여 기록하거나 보드를 올바른 이미지와 비교하여 보드에 재솔더링이 필요한지 여부를 판단할 수 있습니다.
4. 과도한 솔더
과도한 솔더는 그 반대의 경우, 즉 생산 공정에서 보드에 너무 많은 솔더를 넣을 때 발생합니다. 때때로 사용된 솔더링 팁이 너무 넓거나 과도한 적용으로 인해 발생할 수 있습니다. 과도한 솔더는 솔더 브리지와 같은 기형을 포함하여 많은 어려움을 일으킬 수 있습니다. 생산 과정에서 보드의 핀에 너무 많은 솔더를 적용하면 핀이 보드에 붙을 만큼 충분히 젖었는지 여부를 알기 어렵게 만드는 큰 둥근 솔더 볼이 생성될 수도 있습니다.
AOI의 검출 및 검사 메커니즘
AOI 시스템은 광학, 기계, 전자 제어 및 소프트웨어와 통합되어 있습니다. 다음을 포함하여 다양한 방법을 사용하여 PCB를 검사합니다.
1) 템플릿 매칭: 영역 기반 방법 또는 상관관계 유사 방법이라고도 하는 이 방법은 슬라이딩 템플릿 창을 통해 큰 검사 이미지에 작은 템플릿을 적용합니다.
2) 객체 인식: 이 방법은 이상적인 이미지와 촬영된 객체 이미지를 비교하여 차이점을 관찰합니다.
3) 블롭 분석: 이 방법은 객체와 배경을 분리합니다.
AOI에서 검사한 구성 요소 결함
구성 요소 결함은 보드에 부착된 작은 기능 부품의 결함입니다. 아래는 PCB의 몇 가지 일반적인 구성 요소 결함입니다.
1. 리드 리프트
리드 들림은 PCB의 작은 금속 패드 중 하나가 제대로 부착되지 않을 때 발생합니다. 리드 들림은 때때로 생산 중 과도한 열이나 취급 또는 보드의 굴곡으로 인해 발생합니다. 다른 때는 리드가 너무 길어서 솔더와 접촉할 때 올라올 때 발생합니다.
들어올려진 리드는 불안정하기 때문에 문제가 됩니다. 보드의 패드는 핀이 아래의 구리판에 연결되도록 하지만 리드가 들어올려지면 핀이 제대로 연결되지 않습니다. 연결이 끊어지면 구성 요소가 고장나고 보드 성능이 저하될 수 있습니다.
2. 누락된 구성 요소
PCB에는 몇 가지 이유로 구성 요소가 없을 수 있습니다. 납땜이 부적절하면 구성 요소가 누락되거나 생산 공정에서 필요한 부분을 건너뛸 수 있습니다. 누락된 구성 요소는 PCB의 심각한 결함이며 치명적인 고장을 일으킬 가능성이 높습니다. 인간의 눈은 누락된 부분을 알아차릴 수 있지만 이는 매우 중대한 오류이므로 신뢰할 수 있는 AOI 스캐너가 있어야 소비자에게 전달되기 전에 누락된 구성 요소가 있는 PCB를 포착하는 데 중요합니다.
3. 정렬 불량 또는 잘못된 배치 구성 요소
생산 공정에서 구성 요소를 잘못 배치하거나 배치 후 구성 요소가 이동할 때 정렬 불량 또는 오배치가 발생할 수 있습니다. 정렬 불량 또는 오배치 구성 요소가 있으면 PCB는 여전히 작동할 수 있지만 성능이 저하될 수 있습니다. 또는 전혀 작동하지 않을 수도 있습니다. 정렬 불량은 육안으로는 볼 수 없을 정도로 미미할 수 있으므로 신뢰할 수 있는 AOI 스캐너가 이러한 결함을 포착하는 데 필수적입니다.
AOI는 다른 검사 방법과 어떻게 비교되나요?
다른 프로세스와 비교했을 때, AOI는 PCB의 결함을 감지하는 데 여러 가지 이점을 제공합니다. 아래는 AOI가 다른 검사 방법과 어떻게 비교되는지에 대한 분석입니다.
1. 자동 X선 검사(AXI):
AXI는 PCB를 검사하기 위해 광 이미징 대신 X선을 사용합니다. 회사에서는 종종 AXI를 사용하여 특히 복잡하거나 조밀하게 구성된 보드를 평가합니다. 그 이유는 X선이 재료를 통과하여 이미지를 만들기 때문입니다. AOI에 사용되는 빛은 표면에서 반사되기 때문에 한 구성 요소가 다른 구성 요소를 차단할 수 있습니다. 그러나 X선은 여러 층의 재료를 통과하여 모든 층을 정확하게 이미징합니다. AXI는 비용이 너무 많이 들기 때문에 특히 복잡하거나 매우 밀집된 보드를 제외하고는 사용할 가치가 없는 경우가 많습니다.
2. 자동 레이저 테스트(ALT) 측정:
ALT 측정은 전통적인 광 이미징 대신 레이저를 사용하여 PCB를 스캔하고 측정합니다. ALT 시스템은 레이저의 위치를 사용하여 다양한 구성 요소의 위치와 높이를 정확히 파악하고 반사율을 평가합니다. AOI와 마찬가지로 ALT 시스템은 경험적 측정을 회로도 또는 사양 세트와 비교하여 결함을 감지할 수 있습니다. ALT 측정은 솔더 페이스트의 위치와 양을 평가하는 데 특히 유용하지만 간섭으로 인해 측정이 부정확해질 수 있습니다.
3. 수동 시각 검사(MVI)
대부분의 PCB 회사는 AOI가 보드를 만질 필요가 없기 때문에 수동 시각 검사보다 AOI를 선호합니다. 인간 검사자가 보드를 다루어야 하며, 다루면 그렇지 않으면 완벽한 보드에 결함이 생길 수 있습니다. AOI는 섬세한 구성 요소를 방해하지 않고 PCB를 스캔하고 구조적 무결성을 보존할 수 있습니다.
AOI는 또한 인간의 시각 검사보다 더 신뢰할 수 있습니다. 사람은 PCB의 작은 결함을 쉽게 놓칠 수 있습니다. 하지만 AOI는 아주 작은 오류도 잡을 수 있습니다. 엄격한 예리함은 결코 약해지지 않고, 인간의 눈이 허용하는 것보다 더 미세한 디테일로 보드를 스캔할 수 있으며, 생산 공정의 모든 단계에서 일관되게 신뢰할 수 있습니다.
AOI의 소프트웨어 알고리즘
AOI 기계 또는 시스템의 성능은 사용하는 처리 소프트웨어 알고리즘의 성능과 정밀도에 크게 의존합니다. 이러한 알고리즘은 광학 시스템에서 캡처한 데이터를 분석하여 검사 중인 품목의 결함을 식별하는 작업을 수행합니다. 본질적으로, 이들은 AOI 시스템의 '두뇌' 역할을 하여 결함이 있는 품목에서 허용 가능한 품목을 구별할 수 있도록 합니다.
AOI 시스템에서 일반적으로 사용되는 소프트웨어 알고리즘에는 여러 유형이 있습니다.
1) 패턴 매칭 알고리즘
이 알고리즘은 검사한 항목의 이미지를 저장된 참조 이미지와 비교하여 중요한 편차를 찾습니다.
2) 통계적 패턴 매칭
이 알고리즘은 여러 개의 좋은 단위에 걸쳐 제품 외관의 정상적인 변화를 학습하고 통계적 측정을 사용하여 제품이 정상적인 변화에서 너무 멀리 벗어나는 경우를 판별합니다. 이를 통해 거짓 경보 없이 자연스러운 제품 변화를 처리할 수 있는 훨씬 더 적응적인 시스템을 구축할 수 있습니다.
3) 특징 기반 알고리즘
이 알고리즘은 이미지에서 특정 특징(예: 모서리, 모서리 또는 특정 색상이나 질감의 영역)을 식별하고 정량화합니다. 식별된 특징은 사전 정의된 기준과 비교하여 검사된 단위가 통과하는지 실패하는지 여부를 결정합니다.
4) ML 알고리즘
최근 몇 년 동안 머신 러닝 알고리즘이 AOI 시스템에서 자리를 잡기 시작했습니다. 이러한 알고리즘은 종종 신경망 아키텍처를 기반으로 하며, 대량의 훈련 이미지에서 결함을 식별하는 법을 배울 수 있습니다.
알고리즘의 선택은 검사 작업의 세부 사항에 크게 달려 있다는 점을 알아두는 것이 중요합니다. 특정 알고리즘은 어떤 상황에서는 예외적으로 잘 수행될 수 있지만 다른 상황에서는 그렇지 않을 수 있습니다.
그렇다면 AOI가 대량 생산에 왜 그렇게 중요한가요?
PCB 설계가 올바르고 올바른 위치에 올바른 구성 요소를 조립하면 제품이 작동합니다. 생산에서는 제조 결함이나 제조 결함 분석을 감지하고 수정하는 데 중점을 둡니다. AOI는 PCB 제조의 품질을 테스트하고 확인하고 프로세스 흐름의 모든 전략적 지점에서 문제나 결함을 수정하는 데 중요한 검사 시스템이라는 데 의심의 여지가 없습니다. 따라서 제조 프로세스에서 결함을 빨리 찾을수록 더 쉽고 더 큰 규모로 동일한 문제를 복제하는 것을 피하는 것이 더 비용 효율적입니다. 한마디로, PCB를 만드는 사업에 종사하고 있다면 AOI가 필요합니다.
결론
한마디로, 모든 PCB 제조 구역에서 라인 끝에서 나오는 보드의 품질을 확인할 수 있습니다. 이런 방식으로만 품질을 모니터링하고 문제가 있는 경우 다른 보드에 영향을 미치지 않도록 프로세스를 수정할 수 있습니다. 이런 방식으로 자동 광학 검사 및 X선 검사는 PCB 제조 산업에 필요한 도구입니다. 우리 는 AOI 및 X선 검사를 통해 제조 및 조립에서 가장 엄격한 표준을 준수하는 데 전념할 것입니다.
결론적으로, AOI 기술은 이미 제조의 세계를 변화시켰으며 전 세계 산업의 끊임없이 증가하는 수요를 충족하기 위해 계속 진화하고 있습니다. 생산성 향상, 비용 절감 및 품질 개선에 미치는 영향은 현대 제조에서 필수적인 역할을 한다는 부인할 수 없는 증거입니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
1. 제조업에 자동 광학 검사를 배치하는 이유는 무엇입니까?
AOI 또는 자동 광학 검사는 현대 제조 산업에서 검사 일관성과 정확성을 높이고 생산 비용과 시간을 줄이는 데 사용됩니다. 특히 수동 검사가 비실용적인 고속 제조 라인에서 품질 표준을 유지하는 데 매우 유용합니다.
2. 2D 및 3D AOI 시스템이란 무엇입니까?
2D AOI 시스템은 너비와 높이라는 두 가지 차원을 기준으로 제품을 검사하여 패턴과 색상 차이를 사용하여 결함을 식별합니다. 3D AOI 시스템은 검사 프로세스에 깊이를 더해 2D AOI에서는 놓칠 수 있는 3차원 결함을 감지할 수 있습니다.
3. AOI는 고속 제조에서 품질 관리에 어떻게 기여합니까?
AOI 시스템은 분당 수백에서 수천 개의 구성품을 검사할 수 있어 고속 제조 라인의 속도와 일치합니다. 또한 실시간 피드백을 제공하여 결함이 감지되면 즉시 조정할 수 있습니다. 이는 제품 품질을 개선하고 낭비를 줄이는 데 기여합니다.
4. AOI 기술은 시간이 지남에 따라 어떻게 발전했습니까?
AOI 기술의 진화는 하드웨어와 소프트웨어 측면에서 모두 진전을 이루었습니다. 최신 AOI 시스템은 최첨단 광학 시스템과 정교한 소프트웨어 알고리즘을 활용하여 더욱 광범위한 잠재적 결함을 감지합니다. 이러한 지속적인 진화는 현대 제조의 요구 사항을 충족하는 AOI의 역량을 지속적으로 향상시킵니다.