SMT生產(chǎn)中的AOI檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀分析

李海玉，王 雷，楊曉燕，韓淑玲，劉曉燕

（濰坊職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 262737）

隨著電子制造業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，SMT表面貼裝技術(shù)在電子產(chǎn)品加工中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。相比較THT通孔插裝技術(shù)來(lái)說(shuō)，SMT產(chǎn)品元器件體積更小，集成度更高，電路板安裝密度更大。而傳統(tǒng)的檢測(cè)方法主要采用人工目檢，這種檢測(cè)方法存在主觀性強(qiáng)的缺陷，檢測(cè)結(jié)果易有偏差，效率也相對(duì)低下，既不經(jīng)濟(jì)，也不可靠。為了適應(yīng)SMT生產(chǎn)效率的提高，AOI檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，引進(jìn)AOI設(shè)備對(duì)加工的電路板進(jìn)行全面的檢查，從而提高電子產(chǎn)品的直通率和生產(chǎn)效率。AOI（自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)）是自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)的縮寫。為了適應(yīng)SMT電子產(chǎn)品中表面貼裝元件的小型化，PCB走線圖案的精細(xì)化，以及表面貼裝電路板的高密度和快速組裝，在SMT生產(chǎn)加工中必須采用AOI設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)AOI檢測(cè)設(shè)備執(zhí)行自動(dòng)檢測(cè)時(shí)，AOI設(shè)備的相機(jī)通過自動(dòng)掃描要檢測(cè)的電路板來(lái)執(zhí)行圖像采集。將待測(cè)焊點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較，然后通過圖像處理檢查板的缺陷。然后通過顯示器標(biāo)出檢測(cè)到的缺陷，以便維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)。這種檢測(cè)方法能準(zhǔn)確而快速對(duì)表面貼裝電路板進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，標(biāo)記缺陷，這是提高電子制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和自動(dòng)化的重要技術(shù)。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外AOI的起步較早，國(guó)內(nèi)從2003年?yáng)|莞市神州視覺有限公司研發(fā)的第一代AOI開始，市場(chǎng)也比較普遍。主要以2D AOI為主，3D AOI在國(guó)內(nèi)技術(shù)還沒有完全成熟。采用統(tǒng)計(jì)建模技術(shù)和彩色圖像比對(duì)法，能夠準(zhǔn)確而高速地檢測(cè)出以下幾種缺陷：

①錫膏印刷缺陷：橋接，缺少印刷，污染，拉尖，少錫，多錫，塌陷，偏移等；②零件放置缺陷：少件、錯(cuò)件、偏移、元器件損壞、側(cè)立、元器件翻轉(zhuǎn)、極性錯(cuò)誤等；③焊接缺陷：少件、錯(cuò)件、偏移、立碑、多錫、少錫、連錫等；國(guó)產(chǎn)神州視覺的AOI采用的是中文界面，方便學(xué)習(xí)和使用。此外，北京星河公司和廈門福信光電集成有限公司也成功開發(fā)了自己的AOI設(shè)備，為國(guó)內(nèi)AOI檢測(cè)技術(shù)的研究和開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

2AOI檢測(cè)的意義

由于回流焊接過程存在很多因素的影響，表面貼裝電路板經(jīng)過回流焊后，可能會(huì)有橋接、立碑等各種缺陷出現(xiàn)，這極大地影響了產(chǎn)品的可靠性和性能，因此在回流焊接之后，需要對(duì)SMA進(jìn)行全面檢查。對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量的要求如下：焊點(diǎn)均勻、完整、連續(xù)，接觸角小于90°，焊點(diǎn)表面光滑，焊膏量適中。焊盤上元件的引線或焊接端的位置偏差不能超過規(guī)定的范圍。

隨著SMT電路的小型化和高密度化，檢測(cè)工作量越來(lái)越大，依靠人工目視檢查的難度也越來(lái)越高，判斷標(biāo)準(zhǔn)也不完全一致。目前，制造商在批量生產(chǎn)過程中檢測(cè)SMT板的焊接質(zhì)量，并廣泛使用自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）或自動(dòng)X射線檢測(cè)（X射線）。自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）主要用于工序檢，主要包括印刷后的錫膏印刷質(zhì)量檢測(cè)、貼片后的貼裝質(zhì)量檢測(cè)和回流焊爐后的回流焊接質(zhì)量檢測(cè)，在SMT三個(gè)關(guān)鍵工序（印刷-貼片-回流焊接）中使用AOI設(shè)備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程檢測(cè)跟蹤。典型內(nèi)容包括詳細(xì)的缺陷分類和元件放置偏移信息。AOI通過在線監(jiān)控追蹤生產(chǎn)過程和狀況，為調(diào)整生產(chǎn)過程和工藝提供必要的基礎(chǔ)。

3 研究?jī)?nèi)容

3.1 AOI分類

AOI中文是指自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)，也泛指自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備或自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)。AOI設(shè)備一般可分為兩種類型：桌面式和在線式（在生產(chǎn)線上）。

（1）AOI設(shè)備通?？梢愿鶕?jù)生產(chǎn)線上的位置分為三種類型：①放在焊錫膏印刷之后的AOI?？捎糜跈z測(cè)焊膏印刷的面積、形狀以及錫膏印刷的厚度。②放在貼片機(jī)后的AOI?？梢园l(fā)現(xiàn)元件缺失、錯(cuò)誤，損壞和極性錯(cuò)誤，包括焊端或者引腳在PCBA焊盤上與焊錫膏的相對(duì)位置。③放在回流焊后的AOI?？梢詸z查焊接質(zhì)量并找出有缺陷的焊點(diǎn)。

AOI最常見的檢測(cè)位置是在回流焊接之后，這是因?yàn)樗梢詸z測(cè)所有裝配錯(cuò)誤，并提供高度安全性，以防止有缺陷的產(chǎn)品流入客戶。本論文重點(diǎn)關(guān)注回流焊后的焊接質(zhì)量檢測(cè)，并通過基于機(jī)器視覺的AOI檢測(cè)識(shí)別錫膏印刷、元件貼裝和回流焊接工藝引起的誤差。檢查元器件的缺件、少件、立碑、偏移以及所有極性錯(cuò)誤的缺陷，以及焊接短路、少錫、和管腳翹曲等缺陷進(jìn)行全面檢測(cè)。

（2）根據(jù)攝像機(jī)位置，AOI設(shè)備可分為垂直攝像機(jī)和傾斜攝像機(jī)的AOI。

（3）根據(jù)使用光源的不同，AOI可分為兩種類型：①對(duì)于使用彩色鏡頭的機(jī)器，光源通常使用紅色、綠色和藍(lán)色計(jì)算機(jī)處理色彩比率。②在使用黑白鏡頭的AOI機(jī)器中，光源通常是單色的，計(jì)算機(jī)處理灰度比。

3.2 AOI工作原理

AOI基本上有兩種檢測(cè)方法，分別是圖形識(shí)別法和設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)（DRC）法。AOI通過光源照亮PCB，并使用光學(xué)鏡頭將來(lái)自PCB的反射光收集到計(jì)算機(jī)中。通過計(jì)算機(jī)軟件分析PCB信息的色差或灰度比，以判斷PCB上的焊膏印刷、元件放置和焊點(diǎn)質(zhì)量等一系列情況，并通過顯示器顯示、標(biāo)記缺陷，同時(shí)記錄缺陷類型和功能，向操作員發(fā)出信號(hào)，或觸發(fā)執(zhí)行器以自動(dòng)移除有缺陷的組件并將其返回到修復(fù)系統(tǒng)。

4AOI應(yīng)用前景

AOI系統(tǒng)的缺點(diǎn)是它只能對(duì)圖形進(jìn)行直觀的檢查，檢測(cè)的效果取決于光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。它有兩個(gè)缺點(diǎn)，一是不能定量測(cè)試電氣性能；其次，不可能檢測(cè)到隱形焊點(diǎn)和元件，如BGA等，這時(shí)就需要用到X射線來(lái)進(jìn)行隱形焊點(diǎn)的缺陷檢測(cè)。目前大多數(shù)電子行業(yè)的表面貼裝電路板加工廠仍然只重視焊接之后的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)，而對(duì)印刷和貼片后的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)還有所忽略，隨著印刷電路板與元器件不斷小型化，生產(chǎn)中也要求實(shí)現(xiàn)更有效的閉環(huán)流程控制。這就要求能提供有效的檢測(cè)和測(cè)量方案，更多的表面貼裝電路板生產(chǎn)加工商也會(huì)認(rèn)識(shí)到這樣的投資更加物有所值，從而選擇在生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中使用自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，因此AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)將在提高成品率和改進(jìn)產(chǎn)品生產(chǎn)線方面扮演著重要的角色。