Pemeriksaan Visual Kecacatan PCB/PCBA: Bagaimana AI dan Penglihatan 3D Membentuk Semula "Mata Pintar" Pembuatan Elektronik

Di belakang papan litar kecil itu terdapat revolusi pemeriksaan visual dengan ketepatan yang diukur dalam mikrometer.

Dalam bidang pembuatan elektronik, kualiti papan litar bercetak (PCB) dan pemasangannya (PCBA) secara langsung menentukan prestasi dan kebolehpercayaan produk elektronik. Apabila peranti elektronik bergerak ke arah ketumpatan tinggi dan pengecilan, pemeriksaan visual manual tradisional tidak lagi dapat memenuhi permintaan industri moden untuk ketepatan dan kecekapan.

Teknologi pemeriksaan visual, melalui pengimejan optik dan algoritma komputer, mencapai pengecaman automatik berkelajuan tinggi, berketepatan tinggi bagi kecacatan PCB/PCBA, dan telah menjadi pautan kritikal dalam memastikan kualiti pembuatan elektronik.

1. Evolusi Teknologi: Lonjakan daripada Pemeriksaan Visual Manual kepada Pemeriksaan Visual AI

Pemeriksaan PCB awal terutamanya bergantung pada pemeriksaan visual manual digabungkan dengan ujian elektrik. Kaedah ini sangat bergantung pada pengalaman pengendali dan terdedah kepada keletihan dan faktor subjektif, mengakibatkan kadar ralat yang tinggi. Dengan peningkatan dalam ketumpatan litar dan pengecilan dan ketumpatan tinggi komponen SMT, kaedah pemeriksaan tradisional tidak lagi dapat memenuhi keperluan pengeluaran moden.

Teknologi Pemeriksaan Optik Automatik (AOI) muncul, mencapai pengecaman automatik kecacatan PCB melalui pengimbasan optik dan pemprosesan imej. Walaupun sistem AOI generasi pertama meningkatkan kecekapan pemeriksaan sedikit sebanyak, mereka masih mempunyai kekurangan dalam mengenal pasti kecacatan kecil dalam latar belakang yang kompleks.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan perkembangan pesat kecerdasan buatan dan teknologi penglihatan 3D, sistem AOI telah mengalami kejayaan revolusioner. Khususnya, kejayaan penerapan algoritma pembelajaran mendalam dalam bidang pengecaman imej telah meningkatkan ketepatan dan kecekapan pengesanan kecacatan PCB dengan ketara.

Sistem pemeriksaan visual AI moden bukan sahaja boleh mengenal pasti kecacatan tetapi juga mengoptimumkan proses pemeriksaan melalui analisis dan pembelajaran data, mencapai peningkatan gelung tertutup daripada "penghakiman kecacatan" kepada "pengoptimuman proses."

Teknologi pemeriksaan sedang menjalani peningkatan lonjakan daripada pemeriksaan 2D tradisional kepada "pemerkasaan mendalam 3D dimensi penuh + AI", menjadi daya penggerak teras untuk pembangunan pembuatan elektronik berkualiti tinggi.

2. Teknologi Teras: Komposisi Sistem dan Terobosan Algoritma Pemeriksaan Visual AI

Sistem pemeriksaan optik automatik AOI yang lengkap merangkumi empat peringkat asas: pemerolehan imej, pemprosesan data, analisis imej dan penjanaan laporan. Sistem memperoleh imej objek yang diperiksa melalui penderia optik, kemudian menganalisis dan memproses imej melalui algoritma, dan akhirnya mengenal pasti kemungkinan kecacatan.

Dalam peringkat pemerolehan imej, sistem pencahayaan, kamera dan sistem kawalan bekerjasama untuk mendapatkan imej pemeriksaan berkualiti tinggi. Sistem canggih semasa sering menggunakan pencahayaan berbilang sudut dan kamera resolusi tinggi, dan juga teknologi pengimejan 3D, untuk mendapatkan maklumat kedalaman permukaan objek.

Dalam peringkat pemprosesan dan analisis data, kaedah tradisional bergantung terutamanya pada ambang dan peraturan pratetap, manakala sistem pengesanan AI moden menggunakan algoritma pembelajaran mendalam untuk mempelajari ciri kecacatan secara automatik daripada sejumlah besar data, meningkatkan ketepatan pengesanan dengan ketara.

Algoritma lanjutan seperti YOLO (Anda Hanya Lihat Sekali) telah menunjukkan kelebihan ketara dalam pengesanan kecacatan PCB. Rangka kerja yang dipertingkatkan yang dicadangkan, YOLO-HMC, mencapai purata ketepatan purata (mAP) sebanyak 98.6% pada set data kecacatan PCB awam, dengan berkesan mengenal pasti kecacatan minit seperti litar terbuka, litar pintas dan burr.

Gabungan ciri berbilang paparan ialah satu lagi kejayaan penting. Dengan memperoleh pandangan sisi atas-bawah dan berbilang sisi PCBA secara serentak, sistem boleh melakukan pemeriksaan komprehensif komponen dari sudut yang berbeza, dengan berkesan menyelesaikan masalah bintik-bintik buta visual di bawah satu sudut pandangan.

Untuk kecacatan yang sukar dikesan dari pandangan atas ke bawah, seperti kecacatan sambungan pateri pin dan pengangkatan komponen, teknologi berbilang paparan meningkatkan kebolehpercayaan pengesanan dengan ketara.

Teknologi pemeriksaan penglihatan 3D, melalui teknik seperti unjuran parut digital frekuensi berubah-ubah, boleh mengukur maklumat ketinggian komponen dengan tepat, menyelesaikan masalah pengesanan kecacatan meleding dan senget yang tidak tepat dalam pengesanan 2D tradisional dengan berkesan.

3. Senario Aplikasi: Penyelesaian Teknikal untuk Empat Senario Teras

Pengesanan Kecacatan Proses Pateri

Pematerian ialah proses teras untuk menyambungkan komponen elektronik ke PCB. Kecacatan mikro (seperti pematerian yang lemah, lompang dan pateri yang tidak mencukupi) dalam proses pembungkusan SMT, DIP dan cip, yang tidak dapat dilihat dengan mata kasar, menjejaskan kebolehpercayaan produk secara langsung.

Teknologi AI + 3D telah menjadi kunci untuk menyelesaikan pengesanan kecacatan mikro dalam pematerian. Sebagai contoh, siri Zenith AOI Koh Young, berdasarkan teknologi pengukuran 3D, memberikan hasil pengesanan mengikut piawaian IPC-610 dan dapat mengesan pelbagai kecacatan dengan berkesan seperti pateri yang hilang, salah jajaran dan penyambungan.

Peralatan pemeriksaan sinar-X AX9100VS Unilink Technology menyepadukan keupayaan pengesanan 2D/2.5D/3D, menyokong kedua-dua CT planar dan tomografi dwi-mod 3D CT rasuk kon, dengan resolusi hampir nanometer, membolehkan tangkapan tepat kecacatan tahap mikron. Pemeriksaan Kualiti Peletakan/Sisipan Komponen

Apabila PCB berkembang ke arah "ketumpatan tinggi, pengecilan dan fleksibiliti," isu tiga dimensi "kehadiran, kedudukan dan keadaan" komponen semasa penempatan/penyisipan telah menjadi tumpuan utama pemeriksaan kualiti.

Peralatan 3D AOI II Rectron Technology menggunakan penyelesaian gabungan teknologi 2D+3D.  Melalui teknologi unjuran parut digital frekuensi berubah-ubah, ia mencapai pengesanan tepat komponen pada ketinggian berbeza, dengan berkesan menyelesaikan kesukaran pemeriksaan 2D tradisional dalam mengenal pasti kecacatan seperti senget dan meleding.

Sistem pemeriksaan X-ray 3D pintar ViTrox V810Ai QX1 menyepadukan pengimejan resolusi ultra tinggi dan algoritma AI lanjutan, membolehkan pengesanan tepat kecacatan minit dan pembinaan semula 3D ketepatan tinggi struktur dalaman.

Pemeriksaan Khusus untuk Senario Tertentu

Peralatan pemeriksaan tradisional bergelut dengan senario khas seperti bahan lutsinar (cth., pelekat dalam proses pendispensan), substrat fleksibel dan salutan disebabkan oleh ciri bahan atau penyembunyian struktur.

Xceed 3D AOI PARMI menggunakan teknologi pengesanan laser untuk mengukur dengan tepat ketebalan dan keseragaman bahan lutsinar, dan juga disesuaikan untuk pengesanan lenturan substrat fleksibel, menangani batasan pemeriksaan optik tradisional dalam "pengenalpastian tidak jelas" bahan lutsinar/fleksibel.

Kawalan Kualiti Proses Penuh Dipacu Data

Pemeriksaan penglihatan AI moden telah melepasi pengesanan kecacatan mudah dan berkembang ke arah sistem gelung tertutup "pengoptimuman pengesanan-analisis-kebolehkesanan."

Peralatan pemeriksaan sinar-X CT berkelajuan tinggi siri VT-X750 Omron memastikan ketepatan pengesanan melalui teknologi 3D-CT, sambil menggabungkan teknologi AI untuk mengurangkan keperluan kemahiran bagi pengendali dan memendekkan masa pengaturcaraan dengan ketara.

AOI InsightX Lasertek menyediakan pengurusan data terpusat, menawarkan analisis data profesional dan carta visualisasi untuk membantu pengurus barisan pengeluaran memantau status pengeluaran dalam masa nyata. Apabila amaran tidak normal berlaku, ia boleh memautkan jabatan yang berbeza dengan cepat untuk mengoptimumkan parameter barisan pengeluaran.

4. Cabaran Teknikal: Kesukaran Utama dalam Pengesanan Kecacatan PCB

Walaupun terdapat kemajuan yang ketara dalam teknologi pemeriksaan penglihatan AI, beberapa cabaran kekal dalam aplikasi praktikal:

Pengesanan kecacatan kecil adalah cabaran utama. Disebabkan oleh variasi proses pembuatan, kecacatan permukaan PCB biasanya lebih kecil daripada 4500 piksel, dengan burr dan kecacatan lain lebih kecil daripada 300 piksel.  Imej PCB beresolusi tinggi boleh mencapai 6.5 juta piksel, bermakna kecacatan kecil hanya menyumbang 0.005%-0.07% daripada piksel imej.

Dalam latar belakang yang kompleks, substrat PCB mengandungi banyak pad pateri kecil, vias, dan pendawaian padat. Struktur ini serupa dengan ciri kecacatan sebenar, sangat mengganggu keupayaan model untuk mengekstrak ciri utama dengan tepat.

Pengesanan serentak pelbagai kecacatan juga merupakan cabaran utama. Proses pembuatan PCB boleh menghasilkan pelbagai jenis kecacatan, dan sebarang anomali kualiti kecil boleh menjejaskan kestabilan prestasi komponen. Ini meletakkan permintaan yang lebih tinggi pada model untuk mengenal pasti pelbagai kecacatan secara serentak dengan cekap dan tepat.

Tambahan pula, sistem pengesanan perlu mencapai keseimbangan antara kelajuan, ketepatan dan kerumitan model. Walaupun model YOLOv8 terbaharu menawarkan ketepatan yang dipertingkatkan, bilangan parameter telah meningkat dengan ketara (kira-kira 30.07 juta), berbanding dengan kira-kira 7.03 juta parameter YOLOv5, menjadikan penggunaan pada peranti tanpa sokongan GPU lebih sukar.

5. Trend Pembangunan: Kepintaran, Integrasi dan Penyeragaman

Teknologi pengesanan kecacatan visual PCB/PCBA sedang berkembang ke arah yang lebih pintar dan cekap, mempamerkan tiga trend utama:

Penyepaduan mendalam AI ialah trend teras. Sistem pemeriksaan semula AI Dezhi digunakan dalam cara berasaskan platform, menyokong berbilang barisan pengeluaran yang berkongsi model, platform latihan dan antara muka pemeriksaan semula yang sama, mencapai penggunaan semula sumber model dan pengurusan data bersatu.

Mendalami aplikasi teknologi 3D dan X-ray. Peralatan pemeriksaan X-ray 3D seperti AX9500 Union Technology boleh melakukan analisis pembinaan semula 3D bagi BGA dan cip berpakej, membolehkan ujian tidak merosakkan kecacatan dalaman. Sistem sinar-X CA20 Comet Yxlon dibangunkan khusus untuk cabaran litar bersepadu 3D yang kompleks dalam pembungkusan lanjutan, menyediakan imej 2D dan 3D yang sangat baik untuk mengesan butiran peringkat mikron dengan resolusi nanometer.

Pengoptimuman kolaboratif perkakasan dan perisian menjadi penting. Sistem PILOT VX Seica secara automatik mengoptimumkan proses ujian dalam masa nyata melalui analisis AI, mengurangkan masa ujian sehingga 50%. TR7600F3D SII Plus TRI boleh disepadukan dengan lancar dengan barisan pengeluaran kilang pintar dan MES, memastikan keserasian dan mengoptimumkan proses pengeluaran masa hadapan.

Pengilangan elektronik masa depan akan lebih banyak bergantung pada sistem pengesanan pintar dipacu data. Pameran Peralatan Pengeluaran Elektronik Shanghai Munich 2026 akan menghimpunkan syarikat terkemuka dalam industri, seperti Koh Young, Teknologi Juzi dan Omron, untuk mempamerkan penyelesaian ujian dan pengukuran inovatif terkini.

Sistem pemeriksaan penglihatan generasi akan datang bukan sahaja akan menjadi alat pengenalpastian kecacatan tetapi juga teras pengurusan kualiti yang komprehensif. Dengan mengumpul dan menganalisis data pengeluaran dalam masa nyata, sistem ini boleh meramalkan masalah yang berpotensi, mengoptimumkan parameter proses, dan akhirnya mencapai pembuatan pintar sifar kecacatan.

Kawalan kualiti dalam pembuatan elektronik sedang beralih daripada "pemeriksaan pasca pengeluaran" kepada "pencegahan masa nyata", yang akan membentuk semula sistem piawaian kualiti industri pembuatan elektronik.