SMT生產中的AOI檢測技術現(xiàn)狀分析

李海玉，王 雷，楊曉燕，韓淑玲，劉曉燕

（濰坊職業(yè)學院，山東 濰坊 262737）

隨著電子制造業(yè)的發(fā)展和生產技術的不斷提高，SMT表面貼裝技術在電子產品加工中的應用越來越廣泛。相比較THT通孔插裝技術來說，SMT產品元器件體積更小，集成度更高，電路板安裝密度更大。而傳統(tǒng)的檢測方法主要采用人工目檢，這種檢測方法存在主觀性強的缺陷，檢測結果易有偏差，效率也相對低下，既不經濟，也不可靠。為了適應SMT生產效率的提高，AOI檢測技術應運而生。在電子產品的生產過程中，引進AOI設備對加工的電路板進行全面的檢查，從而提高電子產品的直通率和生產效率。AOI（自動光學檢測）是自動光學檢測的縮寫。為了適應SMT電子產品中表面貼裝元件的小型化，PCB走線圖案的精細化，以及表面貼裝電路板的高密度和快速組裝，在SMT生產加工中必須采用AOI設備進行檢測。當AOI檢測設備執(zhí)行自動檢測時，AOI設備的相機通過自動掃描要檢測的電路板來執(zhí)行圖像采集。將待測焊點與數(shù)據庫中預設的標準參數(shù)進行比較，然后通過圖像處理檢查板的缺陷。然后通過顯示器標出檢測到的缺陷，以便維護人員進行維護。這種檢測方法能準確而快速對表面貼裝電路板進行自動檢測，標記缺陷，這是提高電子制造業(yè)產品質量和自動化的重要技術。

1 國內外研究現(xiàn)狀

國外AOI的起步較早，國內從2003年東莞市神州視覺有限公司研發(fā)的第一代AOI開始，市場也比較普遍。主要以2D AOI為主，3D AOI在國內技術還沒有完全成熟。采用統(tǒng)計建模技術和彩色圖像比對法，能夠準確而高速地檢測出以下幾種缺陷：

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、錯件、偏移、元器件損壞、側立、元器件翻轉、極性錯誤等；③焊接缺陷：少件、錯件、偏移、立碑、多錫、少錫、連錫等；國產神州視覺的AOI采用的是中文界面，方便學習和使用。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設備，為國內AOI檢測技術的研究和開發(fā)奠定了基礎。

2AOI檢測的意義

由于回流焊接過程存在很多因素的影響，表面貼裝電路板經過回流焊后，可能會有橋接、立碑等各種缺陷出現(xiàn)，這極大地影響了產品的可靠性和性能，因此在回流焊接之后，需要對SMA進行全面檢查。對焊點質量的要求如下：焊點均勻、完整、連續(xù)，接觸角小于90°，焊點表面光滑，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，檢測工作量越來越大，依靠人工目視檢查的難度也越來越高，判斷標準也不完全一致。目前，制造商在批量生產過程中檢測SMT板的焊接質量，并廣泛使用自動光學檢測（AOI）或自動X射線檢測（X射線）。自動光學檢測（AOI）主要用于工序檢，主要包括印刷后的錫膏印刷質量檢測、貼片后的貼裝質量檢測和回流焊爐后的回流焊接質量檢測，在SMT三個關鍵工序（印刷-貼片-回流焊接）中使用AOI設備實現(xiàn)生產過程檢測跟蹤。典型內容包括詳細的缺陷分類和元件放置偏移信息。AOI通過在線監(jiān)控追蹤生產過程和狀況，為調整生產過程和工藝提供必要的基礎。

3 研究內容

3.1 AOI分類

AOI中文是指自動光學檢測，也泛指自動光學檢測設備或自動光學檢測技術。AOI設備一般可分為兩種類型：桌面式和在線式（在生產線上）。

（1）AOI設備通常可以根據生產線上的位置分為三種類型：①放在焊錫膏印刷之后的AOI。可用于檢測焊膏印刷的面積、形狀以及錫膏印刷的厚度。②放在貼片機后的AOI。可以發(fā)現(xiàn)元件缺失、錯誤，損壞和極性錯誤，包括焊端或者引腳在PCBA焊盤上與焊錫膏的相對位置。③放在回流焊后的AOI。可以檢查焊接質量并找出有缺陷的焊點。

AOI最常見的檢測位置是在回流焊接之后，這是因為它可以檢測所有裝配錯誤，并提供高度安全性，以防止有缺陷的產品流入客戶。本論文重點關注回流焊后的焊接質量檢測，并通過基于機器視覺的AOI檢測識別錫膏印刷、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誤的缺陷，以及焊接短路、少錫、和管腳翹曲等缺陷進行全面檢測。

（2）根據攝像機位置，AOI設備可分為垂直攝像機和傾斜攝像機的AOI。

（3）根據使用光源的不同，AOI可分為兩種類型：①對于使用彩色鏡頭的機器，光源通常使用紅色、綠色和藍色計算機處理色彩比率。②在使用黑白鏡頭的AOI機器中，光源通常是單色的，計算機處理灰度比。

3.2 AOI工作原理

AOI基本上有兩種檢測方法，分別是圖形識別法和設計規(guī)則檢測（DRC）法。AOI通過光源照亮PCB，并使用光學鏡頭將來自PCB的反射光收集到計算機中。通過計算機軟件分析PCB信息的色差或灰度比，以判斷PCB上的焊膏印刷、元件放置和焊點質量等一系列情況，并通過顯示器顯示、標記缺陷，同時記錄缺陷類型和功能，向操作員發(fā)出信號，或觸發(fā)執(zhí)行器以自動移除有缺陷的組件并將其返回到修復系統(tǒng)。

4AOI應用前景

AOI系統(tǒng)的缺點是它只能對圖形進行直觀的檢查，檢測的效果取決于光學系統(tǒng)的分辨率。它有兩個缺點，一是不能定量測試電氣性能；其次，不可能檢測到隱形焊點和元件，如BGA等，這時就需要用到X射線來進行隱形焊點的缺陷檢測。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光學檢測，而對印刷和貼片后的自動光學檢測還有所忽略，隨著印刷電路板與元器件不斷小型化，生產中也要求實現(xiàn)更有效的閉環(huán)流程控制。這就要求能提供有效的檢測和測量方案，更多的表面貼裝電路板生產加工商也會認識到這樣的投資更加物有所值，從而選擇在生產的各個環(huán)節(jié)當中使用自動光學檢測系統(tǒng)，因此AOI自動光學檢測系統(tǒng)將在提高成品率和改進產品生產線方面扮演著重要的角色。