印制板電路內(nèi)層AOI在線分板技術(shù)的應(yīng)用分析

鄧建設(shè) 陳炯輝

（黃石廣合精密電路有限公司，湖北 黃石 435000）

0 前言

內(nèi)層AOI（自動光學檢測）在線分板技術(shù)是印制電路板（PCB）行業(yè)智能工廠不可或缺的一個環(huán)節(jié)，隨著在線分板技術(shù)的日趨成熟，其分板效率已經(jīng)初步滿足了生產(chǎn)線的需求。在項目實施的過程中，暴露出了很多的問題，例如如何保證每片板（PCS）之間二維碼的唯一性，每個站點后二維碼是否會受到破壞，二維碼內(nèi)容如何實現(xiàn)與人的交互，分板程序如何設(shè)計才能滿足產(chǎn)線的實際需求，二維碼的Gerber圖形設(shè)計成什么樣子等等。隨著這些問題的解決優(yōu)化，在線分板技術(shù)才能真正地應(yīng)用在產(chǎn)線上，為企業(yè)降本增效，實現(xiàn)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1 內(nèi)層AOI在線分板的總體設(shè)計

PCB生產(chǎn)在基板開料后送往激光打碼機，在指定位置雕刻出一個二維碼，隨著片數(shù)的增加，二維碼流水號相應(yīng)增加，以此保證PCS之間的唯一性；蝕刻后在制板進入掃描機，掃描機調(diào)取轉(zhuǎn)檔后的Gerber資料存為標準檔，在掃描在制板的同時讀取激光雕刻的二維碼，二維碼與AOI資料結(jié)合，發(fā)往人工復檢站；人工復檢站處理完資料后，上傳至數(shù)據(jù)庫，隨后實物板子進入收板機，讀碼器讀取二維碼后從數(shù)據(jù)庫調(diào)取該二維碼對應(yīng)的AOI結(jié)果并將結(jié)果通過二進制數(shù)字發(fā)給收板機，收板機機械手接收到信號后將板子放到相應(yīng)的工位。其主要流程如圖1所示。

2 內(nèi)層AOI在線分板各應(yīng)用要點分析

2.1 激光打碼

（1）吸塵的選擇：排塵系統(tǒng)優(yōu)先選用中央吸塵，如使用吸塵器，過濾網(wǎng)更換頻率建議控制在3天/次。因為小吸塵器的吸塵效果不好，每周更換過濾網(wǎng)則達不到良好的吸塵效果，容易造成車間粉塵彌漫，激光打碼器粉塵過多后打碼效果不良，造成AOI分板失效

（2）二維碼的設(shè)計：二維碼的孔徑應(yīng)當大于0.3 mm，否則容易濕膜封孔，內(nèi)容應(yīng)當包含2到3位流水號＋產(chǎn)品批次，位置居中最佳，統(tǒng)一設(shè)置在元件面（C面）?？紤]到曝光精度，機械手拍板精度以及層壓裁邊精度的影響，二維碼距板邊的余量應(yīng)當大于6 mm，距內(nèi)單元的余量應(yīng)當大于3 mm。當設(shè)計不滿足此要求時，會使二維碼進單元導致芯板報廢，或內(nèi)轉(zhuǎn)外失敗導致追溯系統(tǒng)無法形成閉環(huán)。綜合考慮到掃描機的讀碼原理，二維碼供掃描機使用的尋PIN區(qū)域可在傳統(tǒng)的自動曝光機二維碼基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，保留4個直角即可，定位PIN的寬度設(shè)計成0.1 mm，小于0.1 mm時掃描機很難找到定位PIN，大于0.1 mm則會降低二維碼的活動空間。

（3）二維碼打碼參數(shù)的選擇：100 W功率的激光器可以保證打穿0.105 mm（3 oz）厚的銅箔，如采用功率較低的激光器時，業(yè)界普遍采用增加打碼次數(shù)的方法來保證二維碼的質(zhì)量，但是考慮到重復精度的問題，打碼次數(shù)大于3次時，二維碼將受到破壞，從而無法讀取。為了達到產(chǎn)線9 P/min的限速，二維碼保證打穿銅箔即可（因為基材和銅箔的光線存在色差，超出一般讀碼器所容許的色階需求，能夠滿足讀碼之需要）。切片結(jié)果二維碼孔深應(yīng)當控制在0.55 mm以內(nèi)，否則容易造成棕化后藥水殘留。

2.2 讀碼器的選擇

按照需求購買讀碼器，讀碼器需要重點考慮的參數(shù)分為：適配的產(chǎn)線速度，讀取二維碼大小，二維碼內(nèi)容，讀碼視野大小，讀碼器的大小，以及數(shù)據(jù)上傳速度，所支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。購買讀碼器時務(wù)必和賣方詳細溝通上述參數(shù)，因為二維碼的讀取原理是：接收到感應(yīng)器讀碼信號后，讀碼器按照一定的頻率拍照，同時，讀碼器按照拍照的順序依次解碼，直到解出二維碼或者到達設(shè)定解碼時間停止解碼，如達到設(shè)定解碼時間仍然未解析出二維碼內(nèi)容，則輸出固定的字符，解碼時讀碼器將固定的像素點數(shù)分布在讀碼視野范圍內(nèi)。單個二維碼數(shù)據(jù)單元內(nèi)像素點達到一定比例時，將該數(shù)據(jù)單元固定為二進制數(shù)字1或者0，隨后通過線性代數(shù)的矩陣，轉(zhuǎn)換出二維碼的內(nèi)容。由上述可知，隨著產(chǎn)線速度的增加，拍照的數(shù)量必然減少，拍到二維碼的概率降低；隨著視野范圍的增大，解碼時間必然增加，在解碼總時間一定時，解碼率降低。部分讀碼器雖然性能上能夠滿足讀碼的要求，但是體積過大，產(chǎn)線無法提供較大的安裝空間，因此讀碼器的體積也是必須考慮的問題。讀碼器大致邏輯如圖2所示。

2.3 數(shù)據(jù)庫的底層邏輯

此處將人工復檢站傳過來數(shù)據(jù)的時間記為A項，線號記為B項，人工復檢站傳過來的二維碼記為C項，AOI結(jié)果記為D項，批次記為E項，收板機讀到二維碼記為F項，收板機讀到二維碼的時間記為G項，收板機結(jié)果記為H項，收板類型記為I項，NG類型記為J項，按照如下邏輯編寫數(shù)據(jù)庫（見表1所示）。

表1 設(shè)計表

（1）人工復檢站點擊確認，上傳二維碼、AOI結(jié)果、線號、時間

（2）二維碼匹配F項（異常類型為：異常類型TC層不參與匹配），如匹配成功，I項更新為V檢超時，如匹配失敗，重開一行，1小時后F項無二維碼則I項顯示抽檢板

（3）收板機讀碼，如讀碼NG，重開一行，EFH項顯示NG，I項顯示讀碼失敗，如讀碼成功，匹配C項二維碼，如匹配成功，且AOI結(jié)果為OK，H項顯示OK，I項顯示正常解析-OK，如匹配成功，且AOI結(jié)果為NG，H項顯示NG，I項顯示正常解析-NG，如匹配失敗，重開一行，H項顯示NG，I項顯示未解析

（4）同一塊板過多次AOI連線，掃描機時間、掃描機二維碼、掃描結(jié)果、收板機時間、收板機結(jié)果、異常類型以最后一次讀到此二維碼為準（若多次過連線，V檢超時會OK/NG混亂）

（5）收板機二維碼只匹配編輯人工復檢站30分鐘以內(nèi)上傳的結(jié)果

2.4 其他節(jié)點分析

（1）由上述分析可知，整個系統(tǒng)對于網(wǎng)絡(luò)的要求非常高，因此，在洽談商務(wù)合同時，務(wù)必考慮到相關(guān)硬件的配置，交換機選用千兆寬帶，電腦配置需要高于辦公電腦的配置，主機水冷，路由器的鋪設(shè)，均需要按照千兆網(wǎng)絡(luò)的標準配置

（2）不容易被考慮到的一點是部分基材與銅面的色差相當接近，考慮到業(yè)界普遍采用的CCD鏡頭的作業(yè)能力，當色階差值小于30時，此部分產(chǎn)品無法通過常規(guī)的AOI在線分板，因此掃描機的設(shè)備能力需要適應(yīng)較低的色差的場景，考慮到絕大多數(shù)廠商不會批量生產(chǎn)此類產(chǎn)品，需要在接單時進行APQP（產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃）評審。

3 內(nèi)層AOI在線分板的應(yīng)用效果

3.1 實現(xiàn)品質(zhì)數(shù)據(jù)的收集分析

由上述數(shù)據(jù)庫章節(jié)可以知道，內(nèi)層AOI在線分板系統(tǒng)是完全可以獲取每個PCS的品質(zhì)狀態(tài)的，同時在進行參數(shù)下發(fā)環(huán)節(jié)時，將工藝參數(shù)與批號進行綁定，即可實現(xiàn)工藝參數(shù)和品質(zhì)參數(shù)的關(guān)聯(lián)，對于技術(shù)部門來講，此部分數(shù)據(jù)尤其重要，實現(xiàn)了工藝分析的有據(jù)可循。

3.2 實現(xiàn)計劃的先期管理

生產(chǎn)某一個產(chǎn)品后，其生產(chǎn)用時、品質(zhì)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)成本一目了然，業(yè)務(wù)部完全可以根據(jù)這部分數(shù)據(jù)通過一定邏輯分析，得出在此時生產(chǎn)哪類產(chǎn)品對公司最劃算，從而對生產(chǎn)的批次進行分級，優(yōu)先生產(chǎn)對公司最有益的產(chǎn)品，而不是過去的計劃部直接排期，生產(chǎn)部按照要求執(zhí)行

3.3 實現(xiàn)人員的節(jié)省

原有的人工分板系統(tǒng)，產(chǎn)品擺放凌亂、耗時多。實現(xiàn)內(nèi)層AOI在線分板系統(tǒng)后，需要人工再次確認的產(chǎn)品將會非常的少，各種類型的產(chǎn)品擺放整齊，避免了人員的無效浪費。

3.4 追溯系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)管理

通過與MRB（材料審查委員會）系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)，完成芯板追溯系統(tǒng)的建立，此系統(tǒng)中可以包含一塊芯板的開料到AOI的所有信息，通過配套機自動配套讀碼系統(tǒng)，熔鉚防呆防錯系統(tǒng)，層壓讀碼，實現(xiàn)芯板與母板追溯信息的關(guān)聯(lián)，

4 結(jié)論

內(nèi)層AOI在線分板系統(tǒng)雖然還存在一些美中不足的地方，但通過工程師們的努力，一定可以達到為企業(yè)降本增效。同時，收集到這些品質(zhì)、工藝、生產(chǎn)數(shù)據(jù)后，通過對這些數(shù)據(jù)的二次應(yīng)用，也能夠改善計劃、采購、業(yè)務(wù)、工程等部門原有的設(shè)計，真正地實現(xiàn)黑燈工廠的宏大愿景，朝著無人化工廠的方向邁進！