自動光學檢測系統（AOI）的原理及應用

摘要：主要介紹AOI的工作原理、技術模塊以及其在PCB檢測上的應用。

關鍵詞：AOI，PCB， 檢測作用.

隨著集成電路的迅猛發展及特殊電子元器件的不斷出新，從而促使PCB技術發生相應的轉變。由于PCB產品也向著高密度、超薄型、細間距，小元件的方向發展，這樣導致線路板上的元器件組裝密度要求提高，PCB板上的線寬、間距、焊盤越來越細，現已經達到微米級，相應板的層數也越來越多。因而傳統的人工目視檢測和在線飛針檢測（ICT），已經不能適用當今制造技術發展的需要，自動光學檢測系統（AOI）就迅速發展起來，并已經逐步替代傳統的人工檢測和在線飛針檢測（ICT）。由于AOI在線檢測的檢測效率和準確率及檢測精度遠高于人工檢測，現在許多大型的PCB生產廠家都使用AOI設備進行PCB在線檢測，用于監視和保證生產過程的品質。現代AOI不僅用于PCB制造行業中，并擴展到SMT封裝線、MCM基片組裝線、玻璃模板、膠片模板的制造，多層陶瓷的封裝，Wafer封裝等半導體行業等領域。現在國際上比較有名的AOI生產廠家有以色列的Orbotech、Camtek，日本的Sony等.

1.PCB中常見缺陷及AOI的檢測作用

PCB的制造過程中，內外層主要缺陷有短路、斷路、缺口、突起、針孔、殘銅、線寬不足、間距不足、圖形丟失、漏鉆孔、孔尺寸不符、孔破等。AOI 系統的作用就是檢測PCB在生產過程中有可能出現的上述不良缺陷，通過控制并及時調整工藝，從而提高產品的品質與生產產能。通常AOI 系統檢測系統用在內外層生產的關鍵工序控制點上，防止大批批量的報廢。

AOI的系統通常有運動工作平臺、電氣控制、CCD成像系統、圖像軟件處理系統等四大模塊組成。

3.AOI的系統工作原理

AOI的工作原理簡單的說，就是標準圖像與實際板層圖像進行比較對比。 核心就是CCD攝像系統抓取圖片，然而通過圖像處理卡與計算機處理軟件系統等系列的算法處理后，與標準圖像進行對比，發現缺陷，并生產文件，等待操作者確認或送檢修站檢修。工作原理如下圖一

4.AOI的系統技術模塊

AOI系統是集精密機械、自動控制、光學圖像處理、軟件系統等多學科的自動化設備。具體分為四大精密機械驅動模塊、電氣控制模塊、圖像處理模塊（CCD、Len.及光源）、軟件系統.

4.1.精密機械系統

AOI的精密機械系統通常有交流伺服驅動電機、精密滾珠絲桿、精密直線導軌等組成。由系統驅動軟件會準確通過這些精密機械的運動，使PCB板傳送到CCD及光源下進行掃描。

當然現有些公司已經采用線性馬達替代了交流伺服驅動電機和精密滾珠絲桿，這樣在掃描速度及效率大大提高，并且便于維修服務。

4.2.自動控制系統

AOI的自動控制系統通常有光柵尺、運動控制驅動器、運動控制卡、圖像采集卡、主控計算機、I/O卡等組成。它主要是完成XY Z軸的精密運動以及電磁閥自動控制真空系統。主控計算機是整個系統的核心，實現整機數據的采集傳送分析處理等，并發送各種指令控制，完成機械傳動、圖像處理及檢測功能。運動控制卡完成X Y Z軸運動信號的采集，傳送各種運動數據，動作執行指令等功能。圖像采集卡主要是完成PCB板的圖像采集轉化。

4.3.光學圖像系統

AOI的光學圖像系通常CCD線陣相機、聚集鏡頭、鹵素或LED燈光源及圖像采集卡等組成。根據所掃描的PCB板的線寬的不同，CCD線陣相機通常有4k、8k、12k等。CCD線陣相機所采集的視頻圖像信號傳送到圖像采集卡上，由圖像采集卡進行采集，通過主控計算機將視頻圖像處理后，將結果返回給主控程序，通過顯示器對圖像進行觀察比較從而達到相應的控制。4.4.軟件系統

AOI的軟件系統系通常由運動控制、圖像處理及算法三大部分組成。用戶可以通過視窗界面可以控制X Y Z軸運動，圖像的識別及處理等。AOI通常算法有模板匹配（Template matching）、DRC設計規則檢查、CMTS形態檢查。

5.AOI在PCB制作過程中的應用

PCB的制造過程中，通常在內外層生產過程中都要用到AOI設備。

參考文獻：

[1]姚立新. AOI系統在PCB中的應用. 電子工業專用設備 112 期

作者簡介；（鄧振華，男，湖南，1972年6月3號 康代影像（蘇州）科技有限公司，中級職稱，—AOI設備的生產）