Die automatische optische Inspektion gehört in vielen Fertigungsprozessen fest zur Qualitätskontrolle. Sie prüft unter anderem Lötstellen und Bauteilpositionen und hilft dabei, Fertigungsfehler frühzeitig zu erkennen.
Doch eine AOI kann nur das prüfen, was ihre Kamera auch tatsächlich sehen kann.
Gerade bei dicht bestückten Leiterplatten können benachbarte Komponenten einzelne Pins oder Lötstellen verdecken. Wird dieses Problem erst in der Produktion erkannt, sind häufig zusätzliche manuelle Prüfungen, Nacharbeit oder sogar Layoutänderungen erforderlich.
Deshalb lohnt es sich, die spätere AOI-Prüfbarkeit bereits während des Design Reviews zu berücksichtigen. PCB-Investigator unterstützt dabei mit einer 2D- und 3D-basierten AOI Analysis.
Warum Bauteilabstände allein nicht ausreichen
Zwei Komponenten können auf dem Layout einen scheinbar ausreichenden Abstand besitzen und trotzdem ein Problem für die optische Inspektion darstellen.
Entscheidend ist nämlich nicht nur der direkte Abstand, sondern auch die Sichtlinie zwischen Kamera und dem zu prüfenden Pin. Hohe oder ungünstig positionierte Nachbarbauteile können diese Sichtlinie einschränken.
Genau deshalb betrachtet eine sinnvolle AOI-Bewertung nicht nur klassische Clearance-Werte, sondern auch die spätere Prüfrichtung und den Kamerawinkel.
2D-Analyse: Sichtbarkeit abhängig vom Kamerawinkel
Bei der 2D-AOI-Analyse werden die Pins des Designs in ihrer erwarteten Prüfrichtung betrachtet.
PCB-Investigator misst dabei den Abstand eines Pins zu benachbarten Komponenten und berücksichtigt den definierten Kamerawinkel. Liegt ein anderes Bauteil in dieser Prüfrichtung zu nah am Pin, wird die mögliche Einschränkung der Sichtbarkeit erkannt.
Zusätzlich kann mit einer weiteren Distanz eine Toleranz berücksichtigt werden.
Damit lassen sich bereits im zweidimensionalen Layout Fragen beantworten wie:
- Ist der Pin aus dem vorgesehenen Kamerawinkel sichtbar?
- Befindet sich ein anderes Bauteil zu nah in der Prüfrichtung?
- Gibt es Komponenten, deren Platzierung die spätere AOI erschweren könnte?
Diese Prüfung ist besonders hilfreich, wenn der spätere AOI-Aufbau und der verwendete Kamerawinkel bereits bekannt sind.
3D-Analyse: Wenn Bauteile Schatten werfen
Bei komplexeren Designs reicht eine zweidimensionale Betrachtung nicht immer aus. Die tatsächliche Bauhöhe eines Bauteils kann dazu führen, dass dahinterliegende Pins verdeckt werden.
Hier kommt die 3D AOI Simulation ins Spiel.
PCB-Investigator bildet dazu abhängig von der Prüfrichtung Schattenbereiche entsprechend der realen Bauteilgeometrie ab. Die Betrachtung kann beispielsweise in horizontaler oder vertikaler Inspektionsrichtung erfolgen.
Liegt ein anderes Bauteil oder einer seiner Pins innerhalb eines solchen Schattenbereichs, wird die Prüfbarkeit als potenziell gefährdet eingestuft.
Damit wird ein Effekt berücksichtigt, der bei einer reinen Draufsicht schnell übersehen werden kann: Ein Bauteil kann geometrisch ausreichend weit entfernt sein und trotzdem durch seine Höhe die Sicht auf eine Lötstelle blockieren.
Welche Bauteile verursachen die Abschattung?
Ein wichtiger Vorteil der Analyse ist, dass nicht nur ein Problem markiert wird.
PCB-Investigator zeigt auch, welches Bauteil die Abschattung verursacht. Betroffene Komponenten und Pins können zusammen mit dem zugehörigen schattenwerfenden Bauteil in einer Ergebnisliste angezeigt werden.
Zusätzlich stehen Informationen über die relevanten Abstände zur Verfügung.
Dadurch lässt sich ein erkannter AOI-Konflikt gezielt nachvollziehen und im Layout bewerten.
Statt lediglich festzustellen, dass ein Pin möglicherweise nicht prüfbar ist, wird damit auch sichtbar, welche Platzierung dafür verantwortlich ist.
Nicht jedes Bauteil muss gleich bewertet werden
Je nach Fertigungsprozess können bestimmte Bauteiltypen für eine AOI-Prüfung unterschiedlich relevant sein.
PCB-Investigator bietet deshalb Filtermöglichkeiten, beispielsweise nach Technologien wie:
- SMD
- THT
- Pressfit
- Other
Auch Komponenten mit entsprechenden Ignore- oder No-Pop-Eigenschaften können bei den Prüfungen berücksichtigt beziehungsweise ausgeschlossen werden.
Dadurch lässt sich die Analyse besser an den tatsächlichen Fertigungs- und Prüfprozess anpassen.
Warum eine frühe AOI-Bewertung Kosten sparen kann
Wird eine eingeschränkte Sichtbarkeit erst an der fertigen Baugruppe festgestellt, sind die Möglichkeiten zur Korrektur begrenzt.
Mögliche Folgen sind:
- zusätzliche manuelle Sichtprüfungen,
- höherer Prüfaufwand,
- Nacharbeit,
- Anpassungen des Prüfprogramms,
- oder im ungünstigsten Fall ein Redesign der Leiterplatte.
Wird die Prüfbarkeit dagegen bereits während der Entwicklung analysiert, können oft kleine Änderungen an der Bauteilplatzierung ausreichen, um die Situation zu verbessern. Die offiziellen PCB-Investigator-Unterlagen nennen genau diese frühzeitige Absicherung der späteren Prüfbarkeit als einen wesentlichen Vorteil der AOI Analysis.
AOI-Prüfbarkeit als Teil von Design for Testability
Die AOI Analysis zeigt damit auch, warum Design for Testability nicht erst in der Fertigung beginnt.
Schon bei der Platzierung der Komponenten sollte berücksichtigt werden, ob relevante Pins und Lötstellen später zuverlässig erreicht oder gesehen werden können.
Eine elektrisch korrekte und fertigungsgerechte Leiterplatte ist nicht automatisch optimal prüfbar. Erst wenn auch die Anforderungen des späteren Prüfprozesses berücksichtigt werden, entsteht ein Design, das sich möglichst effizient in die Produktion überführen lässt.
Fazit
Bei der AOI-Prüfung ist die entscheidende Frage nicht nur, ob ein Pin vorhanden und korrekt verlötet ist, sondern zunächst einmal: Kann die Kamera ihn überhaupt sehen?
Mit der AOI Analysis in PCB-Investigator lässt sich diese Frage bereits während der Entwicklung beantworten. Die 2D-Analyse berücksichtigt Abstände und Kamerawinkel, während die 3D-Analyse zusätzlich mögliche Abschattungen durch reale Bauteilgeometrien untersucht.
So können potenziell nicht prüfbare Pins frühzeitig erkannt und Layoutänderungen vorgenommen werden, solange sie noch einfach und kostengünstig umzusetzen sind.
