基于AOI技術(shù)的PCB常見質(zhì)量缺陷檢測

摘 要：印制電路板簡稱PCB，作為電子元器件的支撐體和電子元器件電氣連接的載體，是重要的電子部件，由于它采用的是電子印刷術(shù)制作的，所以被稱為印制電路板。AOI全稱自動光學(xué)檢測，是基于光學(xué)原理來對焊接生產(chǎn)中遇到的常見缺陷進行檢測的設(shè)備。基于AOI的PCB質(zhì)量檢測指的是AOI機器通過攝像頭自動掃描PCB，采集圖像，測試的焊點與數(shù)據(jù)庫中的合格的參數(shù)進行比較，經(jīng)過圖像處理，檢查出PCB的缺陷，并通過顯示器或自動標志把缺陷標示出來，供維修人員修整。實踐表明，這種方法操作性強、可行性強。

關(guān)鍵詞：AOI；PCB；質(zhì)量檢測

引言

PCB作為連接電子元器件的載體，是電子器件重要的組成部分。中國的PCB產(chǎn)業(yè)一直保持在全球領(lǐng)先地位，到2015年，中國的PCB總產(chǎn)值已經(jīng)占全球PCB總產(chǎn)值的48%，躍居全球第一。

就此看來，印刷電路板產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)質(zhì)量對PCB的發(fā)展起著決定性作用。就PCB的生產(chǎn)技術(shù)來說，采用SMT表面貼裝技術(shù)，已滿足客戶對PCB的各項要求。然而對于生產(chǎn)質(zhì)量來說，由于印刷電路板采用大規(guī)模生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中必然會出現(xiàn)各種各樣的質(zhì)量問題。有資料顯示，在印刷電路板的制造工藝流程中，鉆孔花費的時間精力最多，然而因鉆孔出現(xiàn)的問題也最多。隨著電子產(chǎn)品日趨微型化、精密化，PCB的設(shè)計和生產(chǎn)也日趨小型化、精密化，向著小孔徑、窄線距、多層數(shù)方向發(fā)展，這使得PCB質(zhì)量檢測技術(shù)變得必不可少。PCB質(zhì)量檢測中，孔的質(zhì)量檢測變?yōu)橹刂兄亍?/p>

就印制電路板傳統(tǒng)的質(zhì)量檢測方法來說，主要包括人工目檢法、孔數(shù)檢測機和孔位檢測機等，由于檢測不準確、工作量大、檢測效率低等缺點，漸漸的跟不上PCB發(fā)展的速度，甚至嚴重滯后了PCB的發(fā)展，漸漸被淘汰。目前大多數(shù)企業(yè)采用AOI檢測儀對PCB進行檢測，該方法已經(jīng)被國際所認可，可行性強。

1 PCB常見質(zhì)量問題

1.1 PCB孔缺陷

PCB生產(chǎn)加工過程中，會出現(xiàn)各種各樣的孔缺陷，有些是不可避免的：加工零件的機械精度不夠、加工過程中出現(xiàn)累積誤差等導(dǎo)致的孔缺陷，而有些缺陷是可以避免的：加工粗糙、加工過程中工序不對、設(shè)計時沒考慮加工因素等導(dǎo)致的孔缺陷。其中主要的孔缺陷包括：孔位偏移、孔徑失真、孔壁粗糙、毛刺等。

（1）孔位偏移：孔位偏移一方面可能是人為因素，在小孔定位時，沒有準確定位。另外一方面可能是鉆頭原因，鉆頭松動、鉆孔程序不對以及操作人員對鉆頭使用不熟練等都會造成孔位偏移。（2）孔徑失真：孔徑失真的主要原因是鉆頭，鉆頭使用不規(guī)范、鉆頭選擇不恰當以及鉆頭在鉆孔過程中的進刀速率和轉(zhuǎn)速等都會影響孔徑的精度。（3）孔壁粗糙：孔壁粗糙的主要原因是鉆頭的磨損、印刷電路板材料選擇不合適以及鉆孔過程中的進刀速率和轉(zhuǎn)速配合不恰當?shù)葧?dǎo)致孔壁粗糙。（4）毛刺：毛刺的主要原因是鉆孔過程中的進刀速率和轉(zhuǎn)速配合不恰當、鉆頭的磨損程度以及材料選擇不合適等會使印制板產(chǎn)生毛刺。

1.2 PCB板缺陷

PCB質(zhì)量檢測過程中可能印刷電路板的板會出現(xiàn)問題，主要是指板彎板翹，其原因主要包括：印刷板的板材選擇不當、生產(chǎn)流程異常、重工控制不良、運輸或存放過程不當?shù)取?/p>

2 基于AOI的PCB質(zhì)量檢測原理介紹

基于AOI的PCB的質(zhì)量檢測設(shè)備主要由AOI檢測儀和印制電路板兩部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括操作系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等系統(tǒng)，不同系統(tǒng)之間相互聯(lián)系，相互影響，構(gòu)成整個系統(tǒng)框架，如圖1所示。

其中CIS是接觸式圖像傳感器，它和圖像采集卡構(gòu)成系統(tǒng)框架中的圖像采集系統(tǒng)，計算機和顯示及打印機構(gòu)成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，PCB移動平臺和傳送皮帶作為系統(tǒng)中的運動控制系統(tǒng)，以及受測物體共同組成PCB通過AOI質(zhì)量檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)框架。

圖1所示的系統(tǒng)框架和箭頭指向就能清楚明了的說明系統(tǒng)的工作原理：第一步將受測體即PCB印制電路板放置到PCB移動平臺上，由移動平臺通過傳送皮帶將其送到接觸式圖像傳感器的正下方。第二步是讓LED照明系統(tǒng)照射PCB，形成圖像，由接觸式圖像傳感器來獲取，并傳至圖像采集卡。最后一步是將圖像采集卡采集的圖像傳送到計算機上，計算機把采集到的圖像進行處理后，和利用計算機仿真建模后所采集的圖像進行比較，進而判斷生產(chǎn)出的印制電路板是否合格。

AOI自動光學(xué)檢測儀：AOI自動光學(xué)檢測儀是基于光學(xué)衍射原理開發(fā)的光學(xué)檢測儀器。通常，光在傳播過程中，遇到障礙物或小孔（小孔線度約等于光波長時），光將偏離直線傳播的途徑而繞到障礙物后面的陰影區(qū)進行傳播的現(xiàn)象。光波遇到障礙物后或多或少的都會偏離幾何光學(xué)中直線傳播定律，在光孔線度遠大于光的波長時，衍射現(xiàn)象很不明顯，近似于直線傳播。當光孔線度逐漸變小，衍射現(xiàn)象明顯，在遠處會出現(xiàn)明暗相間的衍射條紋。到差不多光波長時，衍射范圍會充滿整個障礙物后面，衍射現(xiàn)象會漸漸變?yōu)樯⑸洮F(xiàn)象。所以在用AOI檢測PCB質(zhì)量中，主要是通過LED照明系統(tǒng)產(chǎn)生與PCB孔徑差不多的光波波長透過印制電路板表面，光通過小孔會產(chǎn)生明顯的光學(xué)衍射現(xiàn)象的衍射條紋，然后通過計算機對衍射圖像中衍射條紋的明暗、粗細、以及顏色變化進行分析，和利用計算機仿真建模的PCB出的衍射圖像進行比較，然后反過來判斷，PCB孔的合格率，是否存在孔壁不均勻，不優(yōu)化等缺陷。這種方法因為是與計算機仿真建模后的標準衍射圖形進行比較，可行性強。

3 結(jié)束語

文章主要基于AOI對PCB進行質(zhì)量檢測，由于PCB孔多且密，同時由于PCB越來越向微型化、精密化方向發(fā)展，所以PCB孔的質(zhì)量就必須要得到保障，然而PCB的質(zhì)量問題很大一部分難以解決的主要是關(guān)于PCB孔的質(zhì)量問題，所以文章主要是利用AOI檢測技術(shù)針對于PCB孔的檢測。通過對AOI自動光學(xué)檢測儀的根本原理進行解釋，同時對AOI對PCB板檢測過程的介紹，我們認識到AOI質(zhì)量檢測的可行性強，可信度高，它可以利用光學(xué)的衍射原理，得到不同的孔缺陷會使得光波在光傳播過程中發(fā)生路徑的變化，使得衍射出來的圖像和由計算機建模仿真后得到的衍射圖像進行比較分析，得出PCB孔是否會存在孔缺陷，以及孔缺陷的類型。給有關(guān)人員關(guān)于PCB的質(zhì)量檢測提出了真實有效的檢測方法，并論證了它的合理性。

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