基于AOI技術(shù)的PCB常見(jiàn)質(zhì)量缺陷檢測(cè)分析

黃碗明

摘要：印刷電路板（PCB）是對(duì)電子元器件進(jìn)行支撐和連接的載體，采用電子印刷術(shù)制作而成，檢測(cè)PCB質(zhì)量缺陷是質(zhì)量控制的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章介紹了PCB常見(jiàn)質(zhì)量缺陷類型，指出自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，闡述了AOI技術(shù)在PCB質(zhì)量缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：PCB板;質(zhì)量缺陷;AOI技術(shù);優(yōu)勢(shì);檢測(cè)

我國(guó)的PCB產(chǎn)業(yè)處于全球領(lǐng)先地位，早在2015年P(guān)CB總產(chǎn)值就居于世界首位，而生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量，直接關(guān)系到PCB產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展。傳統(tǒng)檢測(cè)方法中，主要采用人工目檢和孔位、孔數(shù)檢測(cè)機(jī)，因效率低、工作量大、不滿足實(shí)際工作需求，必須對(duì)檢測(cè)方法進(jìn)行創(chuàng)新。以下結(jié)合學(xué)者的工作實(shí)踐，探討了AOI技術(shù)在PCB質(zhì)量缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用。

1.PCB常見(jiàn)質(zhì)量缺陷類型

1.1 焊接不良

以MIC為例，地線焊接不良見(jiàn)圖1。分析原因如下：①地線焊接端的剝皮長(zhǎng)度短，因尺寸不足焊接不牢。②焊接之后，沒(méi)有對(duì)透錫品質(zhì)全面檢查。

1.2 電容脫落

電容脫落見(jiàn)圖2，分析原因如下：PCB在加熱爐內(nèi)加熱后，再經(jīng)過(guò)AOI檢查，工作人員需在傳輸鏈上取下產(chǎn)品，置于周轉(zhuǎn)架上。周轉(zhuǎn)架一般前后兩面放置，如果錯(cuò)位會(huì)導(dǎo)致PCB板邊緣凸起，并且撞擊電容造成脫落。

1.3 元器件移位

元器件移位見(jiàn)圖3，分析原因如下：焊盤上的導(dǎo)熱孔，為了確保灌滿錫，焊盤下的基板和銅板之間并沒(méi)有半固化片，錫膏印刷后會(huì)形成密封的氣穴。焊接作業(yè)時(shí)，因空氣膨脹將錫膏吹跑，造成元器件移位[1]。

1.4 焊錫未熔

焊錫未熔見(jiàn)圖4，分析原因如下：①錫膏本身質(zhì)量差。②在加熱爐內(nèi)加熱時(shí)，爐溫不夠。③焊接面上存在氧化物。

1.5 焊料球不良

焊料球不良的原因有：①錫膏保存時(shí)間長(zhǎng)，已經(jīng)超過(guò)保質(zhì)期。②錫膏在使用前，沒(méi)有在室溫下放置4-5h。③在加熱爐內(nèi)預(yù)熱時(shí)，溫度上升過(guò)快，錫膏內(nèi)的水分沒(méi)有充分揮發(fā)，再次焊接時(shí)在水分影響下形成焊料球。

2.AOI技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

2.1 特點(diǎn)

AOI技術(shù)是在光學(xué)原理下，對(duì)焊接過(guò)程中常見(jiàn)的缺陷進(jìn)行檢測(cè)。作為一種新型的檢驗(yàn)技術(shù)，AOI發(fā)展迅速，目前市場(chǎng)上有多種檢測(cè)設(shè)備。AOI檢測(cè)時(shí)，利用攝像頭自動(dòng)掃描PCB，采集圖像后分析焊點(diǎn)數(shù)據(jù)，并和數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對(duì)比，從而明確缺陷類型，將缺陷顯示出來(lái)。

相比于人工檢查，AOI檢查的持續(xù)性、可靠性更好，具體見(jiàn)表1。總結(jié)AOI技術(shù)特點(diǎn)如下：一是檢測(cè)速度快，和PCB板的印刷密度無(wú)關(guān);二是可進(jìn)行快速便捷編程，利用元件數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯;三是多功能檢測(cè)算法、二元或灰度水平光學(xué)成像處理技術(shù)作為輔助;四是可根據(jù)PCB板的位置變化，自動(dòng)化校正檢測(cè)窗口，提高精準(zhǔn)度;五是可在PCB板上使用墨水做標(biāo)記，或在顯示界面上標(biāo)記圖形，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行核對(duì)[2]。

2.2 優(yōu)勢(shì)

第一，節(jié)省人力物力。傳統(tǒng)人工檢測(cè)，需要消耗大量的人力和時(shí)間，隨著檢測(cè)時(shí)間延長(zhǎng)，工作人員會(huì)產(chǎn)生疲勞感，影響檢測(cè)效率。AOI技術(shù)的應(yīng)用，利用機(jī)械設(shè)備取代人工，可自動(dòng)化、連續(xù)性運(yùn)行，減輕人力工作量和成本[3]。

第二，提高檢測(cè)質(zhì)量。人工檢測(cè)依賴于工作人員的經(jīng)驗(yàn)，具有一定的主觀性，因此難以保證檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度。AOI技術(shù)采用先進(jìn)的技術(shù)手段，將科技和人工有機(jī)結(jié)合，科技為主、人工為輔，可提高檢測(cè)精準(zhǔn)度。

3.AOI技術(shù)在PCB質(zhì)量缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用

3.1 檢測(cè)流程

利用AOI技術(shù)檢測(cè)PCB質(zhì)量缺陷，主要是由操作系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，檢測(cè)流程見(jiàn)圖2。其中，CIS是接觸式圖像傳感器，和圖像采集卡相配合，組成了圖像采集系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)、顯示器和打印機(jī)，組成了數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。PCB移動(dòng)平臺(tái)和傳送帶，組成了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

簡(jiǎn)單來(lái)看，AOI檢測(cè)流程是：①待檢PCB置于移動(dòng)平臺(tái)上，利用傳送皮帶送至圖像傳感器的下方;②照明系統(tǒng)照射PCB，圖像傳感器采集圖像，并傳輸至圖像采集卡;③圖像從采集卡傳輸至計(jì)算機(jī)，處理后和數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，判斷PCB是否合格，指出缺陷部位。

3.2 AOI儀的應(yīng)用

AOI儀是基于AOI技術(shù)原理制成的檢測(cè)儀器，以PCB孔位檢測(cè)為例，照明系統(tǒng)照射PCB，產(chǎn)生的光波波長(zhǎng)和孔徑相近，透過(guò)電路板表面，光穿過(guò)小孔時(shí)會(huì)產(chǎn)生光學(xué)衍射現(xiàn)象，形成衍射條紋。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)衍射條紋的粗細(xì)、明暗、顏色變化進(jìn)行分析，就能判斷孔位是否合格，確定孔壁的均勻度[4]。

以國(guó)產(chǎn)AOI儀為例，適用于表面貼片技術(shù)生產(chǎn)線中所有的視覺(jué)檢測(cè)階段，具有穩(wěn)定、準(zhǔn)確的檢測(cè)能力，可提高檢測(cè)效能，完成快速編程，隨時(shí)了解產(chǎn)品品質(zhì)。以FLPE-A110、FLPE-A115、FLPE-A120三種型號(hào)的儀器為例，性能對(duì)比見(jiàn)表2。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，AOI技術(shù)檢測(cè)PCB質(zhì)量缺陷時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法如下：

第一，如果檢查對(duì)象是不可見(jiàn)的，或受到干擾導(dǎo)致圖像模糊，此時(shí)可制定設(shè)計(jì)方針。以Viscom AG 和 KIRRON GmbH &Co KG 合作開(kāi)發(fā)的特殊測(cè)試方案為例，能減少編程時(shí)間，減少誤報(bào)概率。

第二，在PCB整體布局上，元器件的尺寸應(yīng)滿足IPC標(biāo)準(zhǔn)，減小制造公差;為了防止顏色造成的干擾，建議使用無(wú)光澤的阻焊層，尤其焊盤間要覆蓋阻焊層。設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)，通常情況下至少有2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)距離PCB板邊緣5mm，并配合統(tǒng)一的黑色背景。

第三，優(yōu)化焊接工藝。為避免焊點(diǎn)反射，元器件不要對(duì)稱排列;經(jīng)過(guò)波峰焊，焊點(diǎn)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，檢查算法應(yīng)該包括這些變化。如果基準(zhǔn)點(diǎn)沒(méi)有被阻焊膜蓋住而過(guò)波峰焊，此時(shí)可用十字型作為基準(zhǔn)點(diǎn)，或用阻焊層覆蓋基準(zhǔn)點(diǎn)。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，PCB常見(jiàn)質(zhì)量缺陷有焊接不良、電容脫落、元器件移位、焊錫未熔、焊料球不良等。AOI技術(shù)不僅節(jié)省人力物力，而且能提高檢測(cè)質(zhì)量，將其應(yīng)用在PCB質(zhì)量缺陷檢測(cè)中，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。希望通過(guò)本文，為實(shí)際檢測(cè)工作提供借鑒，推動(dòng)PCB產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]瞿棟，汪鵬宇，黃允，等.基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PCB缺陷圖像識(shí)別[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2021，48（8）：21-23.

[2]郭聯(lián)金，謝躍信，羅炳軍.基于亞像素的PCB表面質(zhì)量檢測(cè)[J].電子質(zhì)量，2018（6）：8-13.

[3]邵帥，李冰潔.SMT工藝質(zhì)量要求及常見(jiàn)缺陷[J].設(shè)備管理與維修，2021（16）：112-113.

[4]郭民，王蕊.AOI 技術(shù)在 PCB 缺陷檢測(cè)中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)控技術(shù)，2016，35（12）：127-130.