AOI ve X-Ray Kontrolü: PCB Dizgi Kalitesinin Görünmez Kahramanları

Modern PCB dizgi hattında bir kartın müşteriye ulaşana kadar geçtiği en kritik istasyonlar SPI, AOI ve X-Ray kontrol noktalarıdır. Milimetrenin onda birine sığmış BGA topları, gözle görülemeyen QFN thermal pad lehimleri ve mikron seviyesinde kayma yapmış 0201 komponentler, ancak otomatik kontrol sistemleriyle yakalanabilir. Bu rehberde AOI ve X-Ray teknolojilerinin nasıl çalıştığını, hangi hataları tespit ettiğini ve IPC-A-610 Class 2 ile Class 3 üretim arasındaki kabul kriterlerini gerçek üretim deneyimimize dayanarak anlatıyoruz.

Kalite Kontrol Neden Kritiktir?

Elektronik kart üretiminde ortalama hata oranı, iyi bir hatta milyon lehim başına 100-500 DPPM (Defects Per Million Parts) civarındadır. Kulağa küçük gelse de 5.000 komponentli bir kartta bu oran karta düşen 0.5-2.5 potansiyel hataya karşılık gelir. Bir tek soğuk lehim veya hafif kaymış BGA topu; ürünün 6 ay sonra sahada arızalanmasına, garanti maliyetine ve marka hasarına dönüşebilir.

Bu yüzden modern SMT hatlarında üç ana kontrol istasyonu bulunur:

• SPI (Solder Paste Inspection): Stencil sonrası, komponent yerleşimden önce pasta kontrolü.
• AOI (Automated Optical Inspection): Reflow sonrası görsel kontrol.
• X-Ray: Görünmez lehim noktaları için X ışını inceleme.

AOI Nedir ve Nasıl Çalışır?

AOI (Automated Optical Inspection) — Türkçesi Otomatik Optik Muayene — reflow sonrası PCB'yi yüksek çözünürlüklü kameralar (genelde 5-25 megapiksel) ve çoklu açılı LED aydınlatma ile tarayan bir denetim cihazıdır. Cihazın gördüğü görüntü, önceden tanımlanmış referansla karşılaştırılır ve uyumsuzluklar hata olarak işaretlenir.

AOI'nin Kullandığı Referans Türleri

• Golden Board: Manuel olarak onaylanmış hatasız kart görüntüsü. Basit ama esnek olmayan yaklaşım.
• CAD-based: Gerber, Pick & Place ve BOM dosyaları kullanılarak beklenen değer/konum/paket bilgisi programlanır. Yeni ürün geçişi hızlı olur.
• AI/ML modelleri: Modern AOI'lar farklı aydınlatma ve komponent varyantlarını tanıyabilen makine öğrenmesi algoritmaları içerir; false-call oranını düşürür.

AOI'nin Tespit Ettiği Hatalar

• Missing (eksik komponent) — reflow sırasında savrulmuş veya hiç yerleşmemiş komponent.
• Wrong polarity (ters yerleşim) — diyot, elektrolitik kondansatör, LED gibi kutuplu bileşenlerde ters yönlü yerleşim.
• Wrong value (yanlış değer) — serigrafiden okunabildiği durumlarda direnç/kondansatör kodu uyumsuzluğu.
• Misalignment (kaymış yerleşim) — pad üzerinden kaymış veya döndürülmüş komponent.
• Tombstone — 0402/0603 gibi küçük iki uçlu komponentin bir ucunun kalkması.
• Bridge (lehim köprüsü) — iki komşu pin arasında istenmeyen lehim bağlantısı.
• Insufficient / excess solder — çok az veya çok fazla lehim miktarı.
• Lifted lead — QFP/SOIC pinlerinin pad'e temas etmemesi.

X-Ray İnceleme: Görünmeyeni Görmek

AOI, yalnızca kameranın görebildiği lehim noktalarını denetler. Ancak modern paketlerin bir kısmında lehim, komponentin altında saklıdır ve optik olarak görülemez. Bu tür paketler için X-Ray inceleme zorunludur:

• BGA (Ball Grid Array): IC'nin altındaki lehim toplarının her biri kontrol edilir.
• QFN (Quad Flat No-lead): Merkezi thermal pad lehim kalitesi ve void oranı.
• LGA (Land Grid Array): BGA'ya benzer ancak düz padli paketler.
• Çok katmanlı PCB via'ları: İç katman bağlantılarında via bütünlüğü.
• Elektrolitik kondansatörler ve PoP (Package-on-Package): alt katman lehim ve pin kısaltmalarının incelenmesi.

2D X-Ray vs 3D X-Ray (CT)

2D X-Ray, kartın üst-alt eksende düz projeksiyonunu alır ve BGA top yerleşimini, köprüleri ve genel void'i tespit eder. Yaygın ve hızlı yöntemdir. 3D X-Ray (Computed Tomography), kartın farklı açılardan çekilmiş yüzlerce görüntüsünden hacimsel bir model oluşturur; katman bazında ayrıntılı inceleme yapabilir. Class 3 medikal, savunma ve havacılık üretiminde 3D X-Ray tercih edilir.

BGA ve QFN Void Analizi

Void, lehim topu içinde kalan gaz kabarcıklarıdır ve X-Ray ile koyu daireler olarak görünür. Void'in etkileri:

• Termal iletkenlik azalır — güç bileşenlerinde ısınma sorunu.
• Mekanik dayanım düşer — titreşim ve termal döngü altında çatlak riski.
• Elektriksel direnç yükselir — yüksek akım uygulamalarda kayıp.

IPC-7095 ve IPC-A-610 standartlarına göre kabul edilebilir void oranları:

• Class 2 BGA: Toplam void alanı %25'e kadar.
• Class 3 BGA: Toplam void alanı %15'e kadar.
• QFN thermal pad: Class 2 için %50'ye kadar, Class 3 için %25'e kadar (thermal path'i etkilediği için daha sıkı).

IPC-A-610 Class 2 ve Class 3 Kabul Kriterleri

AOI ve X-Ray'in tespit ettiği hataların 'gerçekten hata' sayılıp sayılmayacağını IPC-A-610 belirler. Sınıflar arasındaki temel farklar:

• Lehim topu (solder ball) tolere edilen boyut: Class 2'de yaklaşık 0.13 mm, Class 3'te 0.05 mm.
• Pad'den lehim taşması (dewetting): Class 2 daha esnek, Class 3 çok sınırlı.
• Fillet yüksekliği (menisküs): Class 3'te belirlenmiş minimum menisküs oranı kesin şekilde uygulanır.
• Void oranları: Yukarıda belirtilen sıkı limitler.
• Rework limiti: Class 3'te aynı lehim noktasında en fazla 2 rework işlemi yapılabilir; sonrasında kart red edilir.

Kartınızın hangi sınıfta üretilmesi gerektiğini bilmiyorsanız hizmetlerimiz sayfamızdan uygun süreci birlikte belirleyebiliriz.

Modern Kalite Kontrol İş Akışı

Bir kart hattımızda tipik olarak şu sırayı takip eder:

1. Stencil printing → SPI kontrolü (pasta hacmi)
2. Pick and Place dizgi → pre-reflow AOI (yerleşim)
3. Reflow fırın
4. Post-reflow AOI (lehim ve komponent görsel)
5. BGA/QFN varsa → X-Ray inceleme
6. THT + selective soldering (varsa) → görsel muayene
7. ICT / flying probe / fonksiyonel test
8. Rework istasyonu (gerekliyse) → geri dönüş kontrolü
9. Yıkama, konformal kaplama, paketleme

Her istasyondaki sonuç, MES (Manufacturing Execution System) üzerinden karta ait seri numarasıyla ilişkilendirilir. Class 3 üretimde bu izlenebilirlik zinciri 10-25 yıl saklanır.

Tasarımınız AOI Performansını Etkiler

Tasarım kararları, AOI'nın false-call oranını doğrudan etkiler. Aşağıdaki DFM (Design for Manufacturing) ilkelerine uyulduğunda AOI/X-Ray'de gereksiz alarmlar azalır:

• Serigrafi (silkscreen) kodları pad'i kapatmasın.
• Kutuplu komponentlerde pin-1 işareti net görünsün.
• Aynı yönde yerleştirilmiş komponentler tercih edilsin.
• Yeterli komponent aralığı bırakılsın. Detaylar için DFM Rehberi yazımızı okuyun.
• Fiducial noktaları PCB köşelerinde ve panel merkezinde tanımlanmış olsun.

Sıkça Sorulan Sorular