李海玉，王 雷，楊曉燕，韓淑玲，劉曉燕

（濰坊職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 262737）

隨著電子制造業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，SMT表面貼裝技術(shù)在電子產(chǎn)品加工中的應(yīng)用越來越廣泛。相比較THT通孔插裝技術(shù)來說，SMT產(chǎn)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(jié)果易有偏差，效率也相對低下，既不經(jīng)濟，也不可靠。為了適應(yīng)SMT生產(chǎn)效率的提高，AOI檢測技術(shù)應(yīng)運而生。在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，引進AOI設(shè)備對加工的電路板進行全面的檢查，從而提高電子產(chǎn)品的直通率和生產(chǎn)效率。AOI（自動光學(xué)檢測）是自動光學(xué)檢測的縮寫。為了適應(yīng)SMT電子產(chǎn)品中表面貼裝元件的小型化，PCB走線圖案的精細(xì)化，以及表面貼裝電路板的高密度和快速組裝，在SMT生產(chǎn)加工中必須采用AOI設(shè)備進行檢測。當(dāng)AOI檢測設(shè)備執(zhí)行自動檢測時，AOI設(shè)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(jù)庫中預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(zhǔn)確而快速對表面貼裝電路板進行自動檢測，標(biāo)記缺陷，這是提高電子制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和自動化的重要技術(shù)。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外AOI的起步較早，國內(nèi)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(nèi)技術(shù)還沒有完全成熟。采用統(tǒng)計建模技術(shù)和彩色圖像比對法，能夠準(zhǔn)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(cè)立、元器件翻轉(zhuǎn)、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(chǎn)神州視覺的AOI采用的是中文界面，方便學(xué)習(xí)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(shè)備，為國內(nèi)AOI檢測技術(shù)的研究和開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

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(jīng)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(chǎn)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)也不完全一致。目前，制造商在批量生產(chǎn)過程中檢測SMT板的焊接質(zhì)量，并廣泛使用自動光學(xué)檢測（AOI）或自動X射線檢測（X射線）。自動光學(xué)檢測（AOI）主要用于工序檢，主要包括印刷后的錫膏印刷質(zhì)量檢測、貼片后的貼裝質(zhì)量檢測和回流焊爐后的回流焊接質(zhì)量檢測，在SMT三個關(guān)鍵工序（印刷-貼片-回流焊接）中使用AOI設(shè)備實現(xiàn)生產(chǎn)過程檢測跟蹤。典型內(nèi)容包括詳細(xì)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(chǎn)過程和狀況，為調(diào)整生產(chǎn)過程和工藝提供必要的基礎(chǔ)。

3 研究內(nèi)容

3.1 AOI分類

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

（1）AOI設(shè)備通?？梢愿鶕?jù)生產(chǎn)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?？梢詸z查焊接質(zhì)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(chǎn)品流入客戶。本論文重點關(guān)注回流焊后的焊接質(zhì)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(jù)攝像機位置，AOI設(shè)備可分為垂直攝像機和傾斜攝像機的AOI。

（3）根據(jù)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(lán)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(shè)計規(guī)則檢測（DRC）法。AOI通過光源照亮PCB，并使用光學(xué)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(zhì)量等一系列情況，并通過顯示器顯示、標(biāo)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(fù)系統(tǒng)。

4AOI應(yīng)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(xué)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(xué)檢測，而對印刷和貼片后的自動光學(xué)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(chǎn)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(chǎn)加工商也會認(rèn)識到這樣的投資更加物有所值，從而選擇在生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)當(dāng)中使用自動光學(xué)檢測系統(tǒng)，因此AOI自動光學(xué)檢測系統(tǒng)將在提高成品率和改進產(chǎn)品生產(chǎn)線方面扮演著重要的角色。