李華 黃淑云

（湖北三江航天紅峰控制有限公司 湖北 孝感 432100）

引言

科技的發(fā)展使電子工業(yè)進(jìn)入了一個全新的發(fā)展時期，各種新的技術(shù)手段不斷在電子生產(chǎn)線中得到應(yīng)用。當(dāng)前要求電子產(chǎn)品質(zhì)量輕、體積小、高可靠，不斷推動電子產(chǎn)品朝著微型化、集成化的方向發(fā)展，因而電子產(chǎn)品生產(chǎn)線的質(zhì)量檢測顯得尤為關(guān)鍵。然而對于印制電路板中的SMT焊接工藝而言，微小的缺陷通常是難以發(fā)現(xiàn)的，AOI技術(shù)的出現(xiàn)，使得SMT焊接質(zhì)量檢測的效率有了很大的提升。

1 AOI基本工作原理

自動光學(xué)檢測（Automated Optical Inspection, AOI）是一種基于現(xiàn)代光學(xué)理論而設(shè)計(jì)的高精密光電檢測設(shè)備，由于其檢測過程是基于光學(xué)原理的，因而可以達(dá)到很高的分辨率，完全可以滿足細(xì)微結(jié)構(gòu)的高分辨率識別，目前廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品生產(chǎn)線的印制電路板微小缺陷檢測。

一臺典型的AOI設(shè)備主要包括三維工作臺、CCD圖像傳感器、運(yùn)動控制系統(tǒng)和人機(jī)交互軟件等四大組成部分。

在檢測時，首先需要把待檢測的印制電路板固定在工作臺上，然后通過操作人機(jī)交互軟件界面對鏡頭的坐標(biāo)位置進(jìn)行調(diào)整，使待檢測的部分牌檢測視域的中央。開始檢測之后，光源的光線會通過電路板反向到鏡頭上，帶有圖像信息的光線通過鏡頭的光路轉(zhuǎn)換被CCD傳感器接收。CCD在程序的控制下將光學(xué)信號自動轉(zhuǎn)化為電流信號并以圖像的方式存儲起來，從而完成圖像采集工作?？紤]到電路板中一般不止一個檢測點(diǎn)，因此CCD圖像傳感器在檢測程序的控制下會自動掃描整個電路板，根據(jù)相關(guān)的特征識別出SMT焊點(diǎn)，然后通過一系列的圖像處理算法對焊點(diǎn)圖像進(jìn)行分析，判斷焊點(diǎn)是否存在缺陷。

AOI設(shè)備檢測到的缺陷會在軟件界面實(shí)時顯示出來，并根據(jù)缺陷的特征自動識別缺陷類型，從而完成實(shí)時的SMT焊點(diǎn)質(zhì)量檢測，滿足自動化生產(chǎn)線的在線檢測要求。

2 SMT焊接常見缺陷分析

在電子生產(chǎn)流水線中，SMT是一項(xiàng)極其重要的工藝，包括焊膏印刷、貼片、再流焊、清洗、測試等一系列復(fù)雜工序。由于工藝的復(fù)雜性和流水線生產(chǎn)的快速性，SMT生產(chǎn)中往往會出現(xiàn)一些帶有缺陷的產(chǎn)品，而這些缺陷很大一部分都出現(xiàn)在焊點(diǎn)上。在SMT工藝中，常見的焊點(diǎn)缺陷有很多，例如焊膏漏印、焊錫不足、邊緣不清、位置偏移、焊點(diǎn)橋接、表面粗糙、粘結(jié)不牢、氣泡空洞，等等。當(dāng)然，不同的企業(yè)由于工藝上的差異，不同的缺陷類型出現(xiàn)的概率是不一樣的，但焊點(diǎn)的質(zhì)量缺陷對產(chǎn)品的影響卻是大同小異的。焊點(diǎn)的質(zhì)量影響到的不僅僅是一個元器件的功能，而是會對整個電子系統(tǒng)的性能和可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，嚴(yán)重時可直接導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢[1]。

3 AOI在SMT焊接質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

AOI設(shè)備基于光學(xué)原理進(jìn)行檢測的重要優(yōu)點(diǎn)之一，就是可以無接觸的情況下快速完成檢測工作，不會對產(chǎn)品產(chǎn)品破壞，因而是電子工廠流水線生產(chǎn)的重要自動化檢測裝置。

3.1 檢測方式

對于電路板而言，SMT貼片安裝數(shù)量通常是很多的，而這些貼片器件的相互距離又較近，如果在貼片完成焊接后一次檢測，可能存在檢測的盲區(qū)，因此AOI檢測是貫穿于整個生產(chǎn)過程的。通常來說，AOI設(shè)備在生產(chǎn)線上的安裝位置通常包括以下三個：焊膏印刷后、再流焊前、再流焊后，如果產(chǎn)品有特殊的檢測需求，也可以根據(jù)實(shí)際情況增加AOI檢測節(jié)點(diǎn)[2]。

3.2 檢測優(yōu)勢

AOI設(shè)備在SMT焊點(diǎn)質(zhì)量的檢測場合中，對焊點(diǎn)也是有一定要求的。在傳統(tǒng)的焊點(diǎn)檢測中，一般是在焊點(diǎn)上隨機(jī)選擇若干采樣點(diǎn)，估算出焊膏的高度，從而對焊接質(zhì)量進(jìn)行判斷。顯然這種方法過于簡的，因?yàn)楹更c(diǎn)質(zhì)量并不僅僅是受到焊膏高度的影響，它與焊點(diǎn)的面積也息息相關(guān)。但焊點(diǎn)的面積通常又可能是不規(guī)則的，這就給焊點(diǎn)的體積估算帶來了困難。近年許多電子企業(yè)都在推行無鉛工藝，這對于SMT焊點(diǎn)質(zhì)量檢測而言更是一個巨大的挑戰(zhàn)[3]。

而現(xiàn)代AOI設(shè)備在這些檢測場合中具有很好的適用性，不僅可以快速準(zhǔn)確估算焊點(diǎn)面積，測量焊點(diǎn)高度，還能準(zhǔn)確識別焊點(diǎn)的形態(tài)，從而為缺陷的識別奠定了良好的基礎(chǔ)。AOI設(shè)備采用了多級攝像技術(shù)，在不同的角度對焊點(diǎn)進(jìn)行圖像采集，準(zhǔn)確識別焊點(diǎn)的形狀、顏色、體積和溫度等參數(shù)，綜合對這些信息進(jìn)行分析，對比缺陷庫中的缺陷特征信息，即可快速、準(zhǔn)確地判別出焊點(diǎn)的缺陷[4]。

3.3 檢測設(shè)備

前已述及，AOI利用了光學(xué)原理進(jìn)行焊點(diǎn)質(zhì)量檢測，因而對焊點(diǎn)的3D測量成為了準(zhǔn)確識別缺陷的前提。當(dāng)前許多廠家已經(jīng)推出了非常高性能的三維精密測量系統(tǒng)并應(yīng)用于AOI設(shè)備中，例如美國的RVSI、比利時的ICOS、中國臺灣的TRI，這些光學(xué)系統(tǒng)不僅可以進(jìn)行多方向環(huán)繞，還可以實(shí)現(xiàn)多視野實(shí)時采集，測量速度和精度都很高[5]。

4 結(jié)語

隨著電路板不斷朝著集成化、微型化發(fā)展，傳統(tǒng)的檢測手段已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代化電子生產(chǎn)自動化流水線的需求。SMT焊接質(zhì)量對于整個電路板來說是至關(guān)重要的，采用AOI設(shè)備進(jìn)行檢測可以達(dá)到很高的效率，完全滿足了現(xiàn)代電子工業(yè)的發(fā)展趨勢。因而AOI在未來的電子工業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量檢測中仍然會繼續(xù)占據(jù)著重要地位，同時AOI設(shè)備的性能也將不斷提高，以滿足日益多元化的SMT產(chǎn)品質(zhì)量檢測要求。