摘要：隨著PCB行業(yè)的飛速發(fā)展，印制電路板的制造難度越來越大。為保證制造的高成品率，其制程中廣泛使用AOI設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量檢測。AOI（Automatic optic Inspection）即自動(dòng)光學(xué)檢測，主要原理是利用普通光和激光配合電腦程序，對電路板制造中不同階段的線路板進(jìn)行平面性外觀檢測。本文首先簡要介紹AOI工作原理及流程，然后重點(diǎn)從AOI效率的提升、AOI漏檢的預(yù)防兩方面闡述用于PCB裸板檢測的AOI工藝控制方案。

關(guān)鍵詞：AOI;效率;漏檢;工藝控制

一、引言

（一）研究背景

目前印刷電路板制造技術(shù)的不斷發(fā)展，其制造的品質(zhì)要求越來越嚴(yán)格。但因印制電路板制造技術(shù)涉及到物理、化學(xué)、光化學(xué)、高分子、化學(xué)動(dòng)力等諸多方面，印制電路板制造過程容易產(chǎn)生形形色色的品質(zhì)缺陷。目視加放大鏡的檢測方法已不足以過濾所有的缺陷。為了提高產(chǎn)品的品質(zhì)，AOI被廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代印制電路板的生產(chǎn)中。

電路板主要包括PCB裸板和貼裝元器件后的SMT板，本論文主要對用于PCB裸板檢測的AOI進(jìn)行研究。在PCB生產(chǎn)中蝕刻段工序的生產(chǎn)工藝及環(huán)境的控制極其不易，產(chǎn)生隨機(jī)缺陷的機(jī)率很大，因此蝕刻后PCB裸板上的缺陷種類和復(fù)雜度也最高，AOI設(shè)備在該環(huán)節(jié)的使用最為普遍，本論文是基于此種情況AOI使用現(xiàn)狀進(jìn)行的調(diào)查研究。

（二）AOI使用中易出現(xiàn)的問題

（1）外層板檢測效率較低：AOI設(shè)備在進(jìn)行外層板檢測時(shí)顯示的每拼板假缺陷數(shù)量最多可達(dá)到1000個(gè)點(diǎn)左右，導(dǎo)致檢測效率低下。

（2）缺陷漏檢現(xiàn)象：漏檢導(dǎo)致缺陷不能及時(shí)被修復(fù)，缺陷板流入下工序而產(chǎn)生較大的質(zhì)量隱患。

本文的目的主要是針對以上兩點(diǎn)問題并以康代AOI設(shè)備為例提出相應(yīng)的工藝控制方案，及時(shí)改善并預(yù)防問題的發(fā)生。

二、AOI基礎(chǔ)

（一）AOI工作原理

AOI其工作原理（見圖2.1）是采用圖形對比方式，將掃描圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行邏輯比較，從而產(chǎn)生缺陷信息。

AOI系統(tǒng)自動(dòng)對PCB板進(jìn)行掃描，通過光學(xué)部分獲得需要的檢測圖像并進(jìn)行數(shù)字化處理，然后與預(yù)存的“模板”圖像進(jìn)行比較，經(jīng)過分析處理和判斷，發(fā)現(xiàn)缺陷并進(jìn)行位置提示，同時(shí)生成文件，等待操作者進(jìn)一步確認(rèn)。

（二）AOI工作流程

資料制作：主要是利用軟件對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

料號選擇：從指定的資料庫或區(qū)域中選擇已經(jīng)存在的料號文件。

板層設(shè)定：選擇材料類型、反光強(qiáng)度、板厚、對位模式及其他參數(shù);指定對位區(qū)塊、設(shè)定不檢區(qū)域、資料學(xué)習(xí)等。

對位、掃描：確定板子在臺面的位置，使參考圖像和掃描圖像對位以保證精確重疊，并產(chǎn)生臨界值;AOI程序自動(dòng)進(jìn)行掃描操作，使掃描圖像和參照圖像進(jìn)行重合并報(bào)告重合不良的地方，掃描圖像和參照圖像按象素進(jìn)行對比并找出差異。

驗(yàn)證：操作員工逐一目檢判斷AOI找出的缺陷是否為真缺陷，并對真的缺陷進(jìn)行修理及確認(rèn)。

三、AOI工藝控制方案

（一）工藝控制提高AOI檢測效率

AOI檢測時(shí)設(shè)備必須逐一找到掃描出來的缺陷讓操作員工目檢判斷并確認(rèn)缺陷為真還是假，假缺陷越多驗(yàn)證時(shí)間就越多，可見提升AOI設(shè)備外層板檢測效率關(guān)鍵在于減少假缺陷。本節(jié)將對外層板假缺陷過多的原因及其解決方案進(jìn)行闡述。

1.外層假缺陷類型及產(chǎn)生原因

外層板假缺陷主要表現(xiàn)為假缺陷在銅面上，缺陷指示處無任何異常。

產(chǎn)生的主要原因是外層板電鍍后因其表面附著的銅晶粒而極其光亮，檢測時(shí)經(jīng)設(shè)備直射光照射外層板，銅晶粒表面產(chǎn)生較強(qiáng)的反射光干擾，致使AOI設(shè)備獲得的掃描影像變差，產(chǎn)生大量假缺陷。

2.提高AOI檢測效率的工藝控制方案

針對外層板假缺陷產(chǎn)生的主要原因，可以從兩方面進(jìn)行改善，提高檢測效率。

方法一：對待測外層板進(jìn)行磨板處理。

外層板磨板后既可使銅表面變得粗糙，使直射光入射后在銅表面形成漫反射，降低反射光干擾，又可以使外層板表面灰塵得到清潔，避免因板表面臟污而使AOI誤報(bào)假缺陷。

方法二：對設(shè)備光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行改善，在光學(xué)系統(tǒng)射出部位加裝濾光膜。

加入濾光膜后系統(tǒng)直射光經(jīng)過薄膜產(chǎn)生散射，散射光射到電鍍板上減少銅晶粒強(qiáng)反射光的干擾，使AOI設(shè)備獲得的掃描影像更為清晰，減少其誤報(bào)率。濾光膜及系統(tǒng)的光學(xué)示意圖如圖3.8所示：

（二）工藝控制預(yù)防AOI漏檢

AOI檢測PCB上的缺陷時(shí)不能夠把缺陷報(bào)告出來，稱為“漏檢”。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)漏檢時(shí)，某些本可以被修補(bǔ)的缺陷因?yàn)楸话l(fā)現(xiàn)而錯(cuò)過修補(bǔ)，造成質(zhì)量隱患。

1.AOI漏檢種類及產(chǎn)生原因

漏檢現(xiàn)象可分為三類：

（1）因設(shè)備狀況不良使本來可檢測到的缺陷被漏檢。

（2）缺陷被設(shè)備找到，但因檢測參數(shù)設(shè)定不嚴(yán)格，系統(tǒng)自動(dòng)將缺陷當(dāng)成假缺陷而不報(bào)告出來。

（3）缺陷無法被設(shè)備找到，其產(chǎn)生原因有三種，一是缺陷大小≤設(shè)備最小像素值，設(shè)備無法找到缺陷;二是算法對缺陷大小、形狀有要求（缺陷的大小必須大于兩個(gè)完整的象素;實(shí)際線寬至少必須有10個(gè)象素），缺陷超出算法制約的范圍則而被漏檢;三是掃描分辨率影響漏檢率，AOI分辨率越低產(chǎn)生漏檢的可能性就越大。

2.AOI漏檢的工藝預(yù)防方案

（1）保持設(shè)備良好狀況為漏檢預(yù)防工作的前提，設(shè)備狀況的好壞主要通過三方面進(jìn)行檢定。

一是工作臺面運(yùn)動(dòng)狀況檢測，設(shè)備臺面運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)度直接影響成像系統(tǒng)的圖像采集質(zhì)量，每次使用前運(yùn)行系統(tǒng)的“臺面運(yùn)動(dòng)檢測軟件”對工作臺面運(yùn)動(dòng)狀況進(jìn)行檢測。

二是檢測功能邏輯卡檢定，計(jì)算機(jī)邏輯處理卡功能的好與壞直接決定AOI檢測功能是否正常工作，使用前運(yùn)行系統(tǒng)自帶測試軟件對檢測功能邏輯卡進(jìn)行檢定。

三是掃描光源狀況檢定，光源質(zhì)量好壞直接影響圖像的質(zhì)量，光學(xué)強(qiáng)度和方向必須保持良好狀態(tài)。掃描光源由左、右兩束斜射和一束直射共三束聚焦光組成成像光源，運(yùn)行軟件ORCAL中“Scan”，直射光、斜射光（左、右兩束）三束光聚焦在一起（三線合一），縱向?yàn)檎彰骰叶?，橫向?yàn)閽呙杈€寬度，通過灰度的橫向水平度檢定光學(xué)質(zhì)量。

（2）PCB板面狀況改善有利于降低漏檢

獲取圖像是AOI的關(guān)鍵，所獲取圖像的質(zhì)量好壞直接影響最終的檢測效果?？刹捎靡韵聝煞N措施對）PCB板面狀況進(jìn)行改善：

一是板面受污染的PCB可先經(jīng)過化學(xué)清洗或磨板工藝后再到AOI檢測;

二是板面平整度改善，局部翹起或隆起必須改善真空吸附力度，減少因掃描焦距變化的漏檢。

（3）優(yōu)化光學(xué)文件，分類設(shè)置參數(shù)，檢測參數(shù)匹配不同PCB，減少漏檢的發(fā)生。

每個(gè)材料都有自己的反光特性，材料選擇實(shí)質(zhì)上是光的選擇，直接關(guān)系到掃描結(jié)果。反光特性包含“檢測材料”和“反射率”兩個(gè)參數(shù)，二者如何組合選取，則須根據(jù)板材分類調(diào)試并驗(yàn)證為最佳參數(shù)。

（4）周期性驗(yàn)證設(shè)備的檢測能力

制作具有典型缺陷（如開、短路，殘銅等）的標(biāo)準(zhǔn)板，使設(shè)備重復(fù)對其掃描，通過檢出率差異尋找漏檢原因，修正檢測參數(shù)。

總結(jié)以上方法，定期設(shè)備維護(hù)和檢測設(shè)備狀況是保障設(shè)備持續(xù)、穩(wěn)定、可靠使用的前提;分類設(shè)置檢測參數(shù)、優(yōu)化光學(xué)文件使設(shè)備能力最好發(fā)揮;定期使用缺陷驗(yàn)證板進(jìn)行設(shè)備偵測能力測試，動(dòng)態(tài)掌握差異變化，預(yù)防在先，降低漏檢率。

四、結(jié)論

隨著印制電路制作難度的逐漸提高，AOI在質(zhì)量檢測方面起著不可或缺的作用，它對于產(chǎn)品合格率的提升至關(guān)重要。本文分別從減少漏檢概率、提升AOI效率兩方面介紹了提升AOI工藝能力的管控方案。論文提供的工藝控制方案是在AOI基本原理和流程的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際檢測狀況綜合得出的。通過以上方案的使用可有效采用減少設(shè)備漏檢率;減少測試過程中假缺陷的產(chǎn)生，提高檢測效率，實(shí)現(xiàn)AOI的有效工藝控制。

參考文獻(xiàn)

[1]赫榮威等.計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，1990.

[2]姜培安.印制電路板的可制造性[M].中國電子學(xué)會生產(chǎn)技術(shù)學(xué)分會出版，2007.3.

作者簡介：王麗婷（1989.01-），女，吉林人，工程師。