近年の技術革新によって、私たちの身の回りのあらゆるモノが電子化しています。また、電子機器の小型化・高性能化に伴って、内部のプリント基板には極めて小さな電子部品がびっしりと詰め込まれるようになりました。
そんなプリント基板の品質を人の手で確認するのは至難の業であり、検査装置による自動化が進んでいます。私たちが安心して電子機器を使用できるのは、そういった検査装置のおかげであるといえるでしょう。
そこで今回は、プリント基板の外観検査でよく用いられる自動光学検査（AOI）についてご紹介します。
自動光学検査（AOI）とは
自動光学検査（Automated Optical Inspection：AOI）とは、電子機器の製造工程などで行われる自動外観検査の一種です。もしくは、その検査を行うための専用の検査装置そのものを指して使われています。プリント基板の外観検査でよく用いられることから、基板外観検査機と呼ばれることもあります。
AOIでは、光の反射や波長を利用する光学機器を用いて外観検査を行います。光学機器では、人の目視では確認できないレベルの微細な表面状態を確認することが可能です。
AOIの市場は、順調に成長を続けています。その理由は、家電製品や自動車向けの電子機器、産業用電子機器などの需要が年々高まっているためです。また、電子機器メーカー各社が積極的に生産性向上に取り組んでいることも、理由の一つとして挙げられます。
自動光学検査（AOI）の仕組み
上述した通り、AOIはプリント基板の外観検査でよく用いられています。外観検査といってもさまざまな方法がありますが、AOIでは高精度なカメラなどによって対象物を撮影し、重大な欠陥や品質不良を検査するというのが一般的です。
AOIは、2D-AOIと3D-AOIの2種類に大きく分けられます。2D-AOIは、プリント基板を真上からカメラで撮影し、得られた平面的な画像をもとに外観検査を行う方式です。実装すべき部品の有無や位置、文字などを検査することができますが、死角が発生しやすかったり、水平方向から見なければ分からない不良を検査できなかったりと、課題もあります。
もう一つの3D-AOIは、複数のカメラを用いてプリント基板を多方向から撮影し、画像処理によって得られた立体的な画像をもとに外観検査を行う方式です。3D-AOIでは、2D-AOIで検査できる内容はもちろんのこと、死角を最小化できたり、部品の浮きや傾きといった水平方向から見なければ分からない不良も検査できたりと、より高精度な外観検査を行えます。
現在のAOIは、生産性や検査品質の向上を追求した結果、3D-AOIが主流となっています。ただし、検査内容によっては2D-AOIの方が適している場合もあるため、状況に応じて使い分けることが重要です。
自動光学検査（AOI）のメリット
AOIによる自動外観検査には数多くのメリットがあり、あらゆる電子機器メーカーで導入されています。主なメリットをいくつかみてみましょう。
- より正確に外観検査ができる
AOIでは、高分解能なカメラを使うことで目視検査では見つけられない微細な欠陥や不良であっても検出できます。また、目視検査で発生しがちな検査員によるバラつきも排除できるので、高精度かつ安定した品質で外観検査を実施できるようになります。 - より効率的に外観検査ができる
1枚のプリント基板に実装される電子部品の数は年々増加しており、人による目視検査では1つ検査するだけでも長い時間がかかってしまいます。プリント基板のサイズにもよりますが、AOIであれば1分程度で正確な外観検査が完了するので、生産性を大幅に高められます。 - 非接触・非破壊で外観検査ができる
AOIは、カメラなどを使って非接触・非破壊で外観検査ができる装置です。エンドユーザーからの品質要求レベルが高まっている昨今では、製品の全数検査が当たり前になりつつありますが、AOIは全数検査に最適です。また、プログラムを変更するだけでさまざまな不良内容を検査できるので、生産ラインにAOIを組み込み、複数の工程で外観検査を行うのが一般的になってきています。
自動光学検査（AOI）の用途
AOIでプリント基板の外観検査を実施する場合は、次のような欠陥や不良を検出しています。
- はんだ付け不良（ショート・ボイド・濡れ不良など）
- 傷・汚れなどの表面不良
- 寸法不良
- 部品の未実装・位置ずれ・浮き・傾き
- 回路のショート・オープン
昨今では、電子機器の小型化や高性能化に伴って回路が複雑になっており、目視検査はほとんど不可能になりつつあります。そのため、AOIの需要がさらに高まっている状況です。
また、AOIで外観検査できるのは、プリント基板だけではありません。液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ、タッチパネルなどのパターン検査にも用いられています。パターン検査では、極めて微細なパターン間の距離や位置ずれを確認しなければなりません。そのため、プリント基板と同じように、専用のAOIによる自動外観検査が基本となっているのです。
まとめ
今回は、電子機器の製造工程に欠かせない自動光学検査（AOI）についてご紹介しました。これからさらに需要が高まっていくと予想される電子機器の品質を担保するために、より高精度かつ高速に外観検査ができるAOIが求められています。そのため、AOIに搭載されるカメラや画像処理プログラムの改良が引き続き進められている状況です。AOIは今後も注目すべき検査装置であるといえるでしょう。
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