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印刷电路板自动光学检测技术策略

经过近10年的努力，自动光学检测系统(AOI)最终被成功地运用在印刷电路板(PCB)的贴装生产线上。在这段时间内，AOI供应商的数量急剧增加，各种AOI技术也得到了长足发展。目前，从简单的摄像系统到复杂的3-DX光检测系统，众多供应商们已经几乎能够提供可以适用于所有自动生产线的AOI设备。

应用策略与技巧

在电子组装业中，元件的微型化和密集化是一直以来的发展趋势。这促使制造商为其生产线安装AOI设备。因为依靠人工已经不可能对分布细密的元件进行可靠而一致的检测（试图以下），并且保存精确的检测记录。而AOI则可以进行反复而精确的检测，检测结果的存贮和发布还可以实现电子化。

AOI已成为有效的过程控制工具，它可以帮助制造商提高测试(ICT)或功能测试的通过率、降低目检和ICT的人工成本、避免ICT成为产能瓶颈、缩短新产品产能提升周期以及通过统计过程控制(SPC)改善成品率。

检测设备所放置的位置可以实现或阻碍检查目标，不同的位置可产生相应不同的程控信息。一般说来工艺钟，实施AOI的目标是要改进全面的最终品质，所以把设备放在过程的前面可能没有放在后面的价值大。把设备放在前面是因为在过程的早期维修缺陷的成本大大低于发货前的维修成本。可是，许多缺陷是在生产的后期出现的，意味着不管前面发现多少缺陷，发货前还是需要全面的视觉检查。

一般说来，如图1所示，可以在一条生产线中四个生产步骤的任意一步之后有效地运用AOI。以下将分别介绍AOI在SMT PCB生产线上的四个不同生产步骤后的应用。可以粗略地将AOI分为预防问题与发现问题两类。在接下来的描述中，锡膏印刷之后、(片式)器件贴放之后和元件贴放之后的检测可以归为预防问题一类，而最后一个步骤(回流焊接之后的检测)则可以归于发现问题一类，因为在这个步骤检测并不能阻止缺陷的产生。

锡膏印刷之后：在很大程度上有缺陷的焊接均来源于有缺陷的锡膏印刷。在这个阶段，可以很容易、很经济地清除掉PCB上的焊接缺陷。大多数逾额完成年度目标2-D检测系统都能监控锡膏的偏移和歪斜、不足的锡膏区域以及溅锡和短路。3-D系统还可以测量焊锡的量。

片式元件贴放之后：这个阶段的检测可以检查出(片式)器件缺件、移位、歪斜和(片式)器件的方向故障。这个检测系统同时还可以检查用于连接密间距和球栅阵列(BGA)元件的焊盘上的锡膏。

元件贴放之后：在设备向PCB上贴装元件之后，检测系统能够检查PCB上缺失、偏移以及歪斜的元件，还能查出元件极性的错误。

回流焊接之后：在生产线的末端，检测系统可以检查元件的缺失、偏移和歪斜的情况，以及所有极性方面的缺陷。该系统还一定要对焊点的正确性以及锡膏不足、焊接短路和翘脚等缺陷进哪怕满负荷运转行检测。如果需要，还可以在第2、3和4步骤加入光学字符识别(OCR)和光学字符校验(OCV)这两种方法进行检测。

工程师和厂商对不同检测方法利弊的讨论总是无休无止，其实选择的主要标准应该着眼于元件和工艺的类型、故障谱和对产品可靠性的要求。如果使用许多BGA、芯片级封装(CSP)或者倒装芯片元件，就需要将检测系统应用到第一和第二步骤，以发挥其最大的功效。另外，在第四阶段后进行检测可以有效地发现低档消费品的缺陷。而对运用在航空航天、医学及安全产品(汽车气囊)领域的PCB来说，由于对质量要求十分严格，则可能会要求在生产线上的许多地方都进行检测，尤其是劳动强度大在第二和第四步骤后。对这一类PCB则可以选用X射线来进行检测。

避免AOI测试的局限性

引进AOI设备的意义首先在于克服人工目检的局限性。目前在产品生产过程检测上主要依靠人工目检，由于人工检验的主观性，其检验结果并不十分令人信服，而且对于高密度复杂的表面贴装电路板，人工目检既不可靠也不经济，而对微小的组件，如0603、0402等，人工目检实际上已失去了意义。

由于AOI技术是一项新技术，还有一些不完善的地方，因此在引进上不能盲目。对于正在考虑引进这一新技术的企业，直流电机建议在对各种型号AOI设备进行仔细调研的基础上，先引进一台适合的AOI设备离线使用，主要用于工厂所有SMT生产线产品的抽检工作。另外若生产线出现特别的问题，也可根据情况对某条线特别的位置(如回流焊后等)进行全检，这样既兼顾了设备的利用率，同时又考虑了对工厂所有SMT生产线进行监控的要求，并节约了生产投资。若使用情汽车水封况良好，可考虑再引进几台AOI设备使用，以改变目前主要依靠人工目测的现状，提高工厂的自动化生产水平。

任何事物都不可能是十全十美，AOI技术也存在其不足之处，例如AOI系统不能检测电路错误；对不可见焊点(如BGA)的检测也无能为力；AOI检测设备的可靠性、准确性不能令人完全信任；SPC应用不够成熟等。需要指出的是，由于上述局限性的存在，AOI还不能完全取代ICT、X射线测试等其它技术，应通过与其它技术一起使用来达到最佳的测试效果。

AOI技术的优点

作为对传统测试方法经济、可靠的补充，AOI被用做测量印刷机或组件贴装机性能的过程监测工具，其优点包括：

1)检查和纠正PCB缺陷，在过程监吴川测期间进行的成本远远低于在最终测试和检查之后进行的成本。

2)能尽早发现重复性错误，如贴装位移或不正确的料盘安装等。

3)为工艺技术人员提供SPC资料。

4)能适应PCB组装密度进一步提高的要求。

5)测试程序的生成十分迅速。

6)能跟上SMT生产线的生产节拍。

7)检测的可靠性较高。

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