Automated Optical Inspection
3D-Automatisierte Optische Inspektion (3D-AOI)
Die 3D-Automatisierte Optische Inspektion (3D-AOI) ist ein hochpräzises Prüfverfahren in der Elektronikfertigung, das zur lückenlosen Qualitätskontrolle bestückter Leiterplatten eingesetzt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen, rein bildbasierten Verfahren erfasst die 3D-AOI die gesamte räumliche Geometrie einer Baugruppe und liefert exakte Messdaten über die Höhe, das Volumen und die Form von Bauteilen und Lötstellen.
Funktionsweise und Technik
Der Kern des Verfahrens ist meist die Moiré-Projektion oder Streifenprojektion. Dabei werden Lichtmuster aus verschiedenen Winkeln auf die Leiterplatte projiziert und von mehreren Hochleistungskameras erfasst. Durch die Analyse der Musterverformungen berechnet das System für jeden Bildpunkt einen präzisen Höhenwert. So entsteht ein digitales 3D-Modell der Baugruppe.
Prüfkriterien
Die Auswertung erfolgt vollautomatisch anhand eines Prüfprogramms, das auf Bauteilbibliotheken und den CAD-Daten (Pick & Place-Files) der Fertigung basiert. Geprüft werden:
- Präsenz und Position: Vorhandensein, Versatz sowie die korrekte Orientierung (Polarität) der Bauteile.
- Lötstellenqualität: Messung des Lotvolumens, der Benetzung und die Erkennung von Kurzschlüssen.
- Geometrische Fehler: Detektion von Koplanaritätsmängeln, „Lifted Leads“ (angehobene Anschlüsse) oder dem sogenannten „Grabsteineffekt“ (Tombstoning).
Wirtschaftlichkeit und Grenzen
Die Programmerstellung nimmt in der Regel zwischen zwei und acht Stunden in Anspruch. Aufgrund dieses initialen Aufwands ist das Verfahren besonders für die Serienfertigung rentabel, während bei Kleinstlosen oft manuelle Prüfungen überwiegen. Trotz der hohen Testabdeckung bleibt die 3D-AOI ein optisches Verfahren: Verdeckte Lötstellen, wie sie bei BGAs (Ball Grid Arrays) oder CSPs (Chip Scale Packages) vorkommen, können systembedingt nicht geprüft werden. Hier dient die automatisierte Röntgeninspektion (AXI) als notwendige Ergänzung für eine vollständige Qualitätssicherung.