AOI在PCB檢測中的問題及工藝改進方案

摘要：隨著PCB行業(yè)的飛速發(fā)展，印制電路板的制造難度越來越大。為保證制造的高成品率，其制程中廣泛使用AOI設備進行產(chǎn)品質量檢測。AOI（Automatic optic Inspection）即自動光學檢測，主要原理是利用普通光和激光配合電腦程序，對電路板制造中不同階段的線路板進行平面性外觀檢測。本文首先簡要介紹AOI工作原理及流程，然后重點從AOI效率的提升、AOI漏檢的預防兩方面闡述用于PCB裸板檢測的AOI工藝控制方案。

關鍵詞：AOI;效率;漏檢;工藝控制

一、引言

（一）研究背景

目前印刷電路板制造技術的不斷發(fā)展，其制造的品質要求越來越嚴格。但因印制電路板制造技術涉及到物理、化學、光化學、高分子、化學動力等諸多方面，印制電路板制造過程容易產(chǎn)生形形色色的品質缺陷。目視加放大鏡的檢測方法已不足以過濾所有的缺陷。為了提高產(chǎn)品的品質，AOI被廣泛應用到現(xiàn)代印制電路板的生產(chǎn)中。

電路板主要包括PCB裸板和貼裝元器件后的SMT板，本論文主要對用于PCB裸板檢測的AOI進行研究。在PCB生產(chǎn)中蝕刻段工序的生產(chǎn)工藝及環(huán)境的控制極其不易，產(chǎn)生隨機缺陷的機率很大，因此蝕刻后PCB裸板上的缺陷種類和復雜度也最高，AOI設備在該環(huán)節(jié)的使用最為普遍，本論文是基于此種情況AOI使用現(xiàn)狀進行的調(diào)查研究。

（二）AOI使用中易出現(xiàn)的問題

（1）外層板檢測效率較低：AOI設備在進行外層板檢測時顯示的每拼板假缺陷數(shù)量最多可達到1000個點左右，導致檢測效率低下。

（2）缺陷漏檢現(xiàn)象：漏檢導致缺陷不能及時被修復，缺陷板流入下工序而產(chǎn)生較大的質量隱患。

本文的目的主要是針對以上兩點問題并以康代AOI設備為例提出相應的工藝控制方案，及時改善并預防問題的發(fā)生。

二、AOI基礎

（一）AOI工作原理

AOI其工作原理（見圖2.1）是采用圖形對比方式，將掃描圖像與標準圖像進行邏輯比較，從而產(chǎn)生缺陷信息。

AOI系統(tǒng)自動對PCB板進行掃描，通過光學部分獲得需要的檢測圖像并進行數(shù)字化處理，然后與預存的“模板”圖像進行比較，經(jīng)過分析處理和判斷，發(fā)現(xiàn)缺陷并進行位置提示，同時生成文件，等待操作者進一步確認。

（二）AOI工作流程

資料制作：主要是利用軟件對參數(shù)進行設置。

料號選擇：從指定的資料庫或區(qū)域中選擇已經(jīng)存在的料號文件。

板層設定：選擇材料類型、反光強度、板厚、對位模式及其他參數(shù);指定對位區(qū)塊、設定不檢區(qū)域、資料學習等。

對位、掃描：確定板子在臺面的位置，使參考圖像和掃描圖像對位以保證精確重疊，并產(chǎn)生臨界值;AOI程序自動進行掃描操作，使掃描圖像和參照圖像進行重合并報告重合不良的地方，掃描圖像和參照圖像按象素進行對比并找出差異。

驗證：操作員工逐一目檢判斷AOI找出的缺陷是否為真缺陷，并對真的缺陷進行修理及確認。

三、AOI工藝控制方案

（一）工藝控制提高AOI檢測效率

AOI檢測時設備必須逐一找到掃描出來的缺陷讓操作員工目檢判斷并確認缺陷為真還是假，假缺陷越多驗證時間就越多，可見提升AOI設備外層板檢測效率關鍵在于減少假缺陷。本節(jié)將對外層板假缺陷過多的原因及其解決方案進行闡述。

1.外層假缺陷類型及產(chǎn)生原因

外層板假缺陷主要表現(xiàn)為假缺陷在銅面上，缺陷指示處無任何異常。

產(chǎn)生的主要原因是外層板電鍍后因其表面附著的銅晶粒而極其光亮，檢測時經(jīng)設備直射光照射外層板，銅晶粒表面產(chǎn)生較強的反射光干擾，致使AOI設備獲得的掃描影像變差，產(chǎn)生大量假缺陷。

2.提高AOI檢測效率的工藝控制方案

針對外層板假缺陷產(chǎn)生的主要原因，可以從兩方面進行改善，提高檢測效率。

方法一：對待測外層板進行磨板處理。

外層板磨板后既可使銅表面變得粗糙，使直射光入射后在銅表面形成漫反射，降低反射光干擾，又可以使外層板表面灰塵得到清潔，避免因板表面臟污而使AOI誤報假缺陷。

方法二：對設備光學系統(tǒng)進行改善，在光學系統(tǒng)射出部位加裝濾光膜。

加入濾光膜后系統(tǒng)直射光經(jīng)過薄膜產(chǎn)生散射，散射光射到電鍍板上減少銅晶粒強反射光的干擾，使AOI設備獲得的掃描影像更為清晰，減少其誤報率。濾光膜及系統(tǒng)的光學示意圖如圖3.8所示：

（二）工藝控制預防AOI漏檢

AOI檢測PCB上的缺陷時不能夠把缺陷報告出來，稱為“漏檢”。當設備出現(xiàn)漏檢時，某些本可以被修補的缺陷因為被發(fā)現(xiàn)而錯過修補，造成質量隱患。

1.AOI漏檢種類及產(chǎn)生原因

漏檢現(xiàn)象可分為三類：

（1）因設備狀況不良使本來可檢測到的缺陷被漏檢。

（2）缺陷被設備找到，但因檢測參數(shù)設定不嚴格，系統(tǒng)自動將缺陷當成假缺陷而不報告出來。

（3）缺陷無法被設備找到，其產(chǎn)生原因有三種，一是缺陷大小≤設備最小像素值，設備無法找到缺陷;二是算法對缺陷大小、形狀有要求（缺陷的大小必須大于兩個完整的象素;實際線寬至少必須有10個象素），缺陷超出算法制約的范圍則而被漏檢;三是掃描分辨率影響漏檢率，AOI分辨率越低產(chǎn)生漏檢的可能性就越大。

2.AOI漏檢的工藝預防方案

（1）保持設備良好狀況為漏檢預防工作的前提，設備狀況的好壞主要通過三方面進行檢定。

一是工作臺面運動狀況檢測，設備臺面運動的平穩(wěn)度直接影響成像系統(tǒng)的圖像采集質量，每次使用前運行系統(tǒng)的“臺面運動檢測軟件”對工作臺面運動狀況進行檢測。

二是檢測功能邏輯卡檢定，計算機邏輯處理卡功能的好與壞直接決定AOI檢測功能是否正常工作，使用前運行系統(tǒng)自帶測試軟件對檢測功能邏輯卡進行檢定。

三是掃描光源狀況檢定，光源質量好壞直接影響圖像的質量，光學強度和方向必須保持良好狀態(tài)。掃描光源由左、右兩束斜射和一束直射共三束聚焦光組成成像光源，運行軟件ORCAL中“Scan”，直射光、斜射光（左、右兩束）三束光聚焦在一起（三線合一），縱向為照明灰度，橫向為掃描線寬度，通過灰度的橫向水平度檢定光學質量。

（2）PCB板面狀況改善有利于降低漏檢

獲取圖像是AOI的關鍵，所獲取圖像的質量好壞直接影響最終的檢測效果?？刹捎靡韵聝煞N措施對）PCB板面狀況進行改善：

一是板面受污染的PCB可先經(jīng)過化學清洗或磨板工藝后再到AOI檢測;

二是板面平整度改善，局部翹起或隆起必須改善真空吸附力度，減少因掃描焦距變化的漏檢。

（3）優(yōu)化光學文件，分類設置參數(shù)，檢測參數(shù)匹配不同PCB，減少漏檢的發(fā)生。

每個材料都有自己的反光特性，材料選擇實質上是光的選擇，直接關系到掃描結果。反光特性包含“檢測材料”和“反射率”兩個參數(shù)，二者如何組合選取，則須根據(jù)板材分類調(diào)試并驗證為最佳參數(shù)。

（4）周期性驗證設備的檢測能力

制作具有典型缺陷（如開、短路，殘銅等）的標準板，使設備重復對其掃描，通過檢出率差異尋找漏檢原因，修正檢測參數(shù)。

總結以上方法，定期設備維護和檢測設備狀況是保障設備持續(xù)、穩(wěn)定、可靠使用的前提;分類設置檢測參數(shù)、優(yōu)化光學文件使設備能力最好發(fā)揮;定期使用缺陷驗證板進行設備偵測能力測試，動態(tài)掌握差異變化，預防在先，降低漏檢率。

四、結論

隨著印制電路制作難度的逐漸提高，AOI在質量檢測方面起著不可或缺的作用，它對于產(chǎn)品合格率的提升至關重要。本文分別從減少漏檢概率、提升AOI效率兩方面介紹了提升AOI工藝能力的管控方案。論文提供的工藝控制方案是在AOI基本原理和流程的基礎上，結合實際檢測狀況綜合得出的。通過以上方案的使用可有效采用減少設備漏檢率;減少測試過程中假缺陷的產(chǎn)生，提高檢測效率，實現(xiàn)AOI的有效工藝控制。

參考文獻

[1]赫榮威等.計算機圖像處理技術[M].北京：北京師范大學出版社，1990.

[2]姜培安.印制電路板的可制造性[M].中國電子學會生產(chǎn)技術學分會出版，2007.3.

作者簡介：王麗婷（1989.01-），女，吉林人，工程師。