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AOI自动光学检测仪在各工序中的应用

2018-05-03

在SMT中,AOI技术具有PCB光板检测,焊膏印刷检测、元件检测、焊后组件检测等功能,在进行不同环节的检测时,其侧重也有所不同

  1. 1.     PCB检测

  2. 早期的PCB生产中,检测主要由人工目检配合电检测来完成的,随着电子技术的发展,PCB布线密度不断提高,人工目检难度增大,误判率升高,且对检测者的健康损害更大,电检测程序编制更加烦琐,成本更高,并且无法检测某些类型的缺陷,因此,AOI自动光学检测仪越来越多地应用于PCB制造中。

  3. PCB 缺陷可大致分为短路(包括基铜短路、细线短路、电镀断路、微尘短路、凹坑短路、重复性短路、污渍短路、干膜短路、蚀刻不足短路、镀层过厚短路、刮擦短路、褶皱短路等),开路(包括重复性开路、刮擦开路、真空开路、缺口开路等)和其他一些可能导致PCB报废的缺陷(包括蚀刻过度、电镀烧焦、针孔), PCB生产流程中,基板的制作、覆铜有可能产生一些缺陷,但主要缺陷在蚀刻之后产生,AOI一般在蚀刻工序之后进行检测,主要用来发现其上缺少的部分和多余的部分。

  4. PCB检测中,图像对比算法应用较多,且以2D检测为主,其主要包括数据处理类(对输入的数据进行初步处理,过滤小的针孔和残留铜及不需检测的孔等),测量类(对输入的数据进行特征提取,记录的特征代码、尺寸和位置并与标准数据进行对比)和拓扑类(用于检测增加或丢失的特征),图1为特征提取法示意图,(a)为标准版和被检板二值图,(b)为数学形态分析后的特征图。

  5. AOI一般可以发现大部分缺陷,存在少量的漏检问题,不过主要影响其可靠性的还是误检问题。PCB加工过程中的粉尘、沾污和一部分材料的反射性差都可能造成虚假报警,因此目前在使用AOI检测出缺陷后,必须进行人工验证。

  6. 焊膏印刷是SMT的初始环节,也是大部分缺陷的根源所在,大约60%-70%的缺陷出现在印刷阶段,如果在生产线的初始环节排除缺陷,可以最大限度地减少损失,降低成本,因此,很多SMT生产线都为印刷环节配备了AOI检测。

  7. 2.     印刷缺陷有很多种,大体上可以分为焊盘上焊膏不足、焊膏过多;大焊盘中间部分焊膏刮擦、小焊盘边缘部分焊膏拉尖;印刷偏移、桥连及沾污等,形成这些缺陷的原因包括焊膏流变性不良、模板厚度和孔壁加工不当,印刷机参数设定不合理、精度不高、刮刀材质和精度选择不当、PCB加工不良等,通过AOI可以有效监控焊膏印刷质量,并对缺陷数量和种类进行分析,从而改善印刷制程。

  8. 一种焊膏检测系统的原理图,该系统主要组成部分为摄像机与光纤维x-y工作台系统,在x-y桌面安装摄像机,环状光纤维在x-y方向移动,采集 PCB整体的图像来进行检测,利用环状光纤维与环状反射板将倾斜的光照射到焊膏上,摄像头从环状光纤维的正方摄像,测出焊膏的边缘部分算出焊膏的高度,这是一种把形状转化为光的变化进行判定的检测方法。在正常印刷的场合,边缘部分多少会产生一些隆起,这个部分可对从斜面投射过来的光发生强烈的反射。该检测方法利用焊膏边缘部分反射回来的光线宽度进行焊膏桥接与焊膏环状等现象判定,而由斜面照射回来的PCB表面将呈现暗淡的画像。

  9. 3D检测,可以对焊膏形态、厚度进行评估,检查焊膏量是否合理、是否有刮擦和拉尖,这些缺陷在使用丝网和橡皮刮刀时出现较多,现在普
    遍使用不锈钢网板和金属刮刀,焊膏厚度比较稳定,一般不会过多,刮擦现象也很轻微,重点要关注的是缺印(焊膏过少)、偏移、沾污和桥连等缺陷。采用2D检测可以有效地发现这些缺陷,图像对比法和设计规则检验法都可以使用,检测时间短,设备价格也比3D检测要低,而且在贴片、回流等后续的工序中如有AOI自动光学检测仪,印刷环节考虑到成本也可采用2D检测。



  10. 1.     元件贴装环节对设备精度要求很高,常出现的缺陷有漏贴、错贴片、偏移歪斜、极性相反等。AOI检测可以监察出上述缺陷,同时还可以在此检查连接密间距和BGA元件的焊盘上的焊膏。图3所示为某型AOI对贴片后的PCB检测所采集到的图像。

  11. 由于贴片环节之后紧接着回流焊接环节,因此贴装之后的检测有时被称为回流焊前端检测,回流焊前端检测从品质保障的观点来看,由于在回流焊炉内发生的问题无法检测出而显得没有任何意义,在回流焊炉内,焊锡熔化后具有自纠正位移,所以焊后基板上无法检测出贴装位移和焊锡印刷状态,但实际上回流焊前端检测是品质保障的重点,回流焊前各个部位的元件贴装状况等在回流焊后就无法检测出来的信息都能一目了然。此时基板上没有不定型的东西,最适合进行图象处理,且通过率非常高,检测过分苛刻而导致的误判也大大减少。

  12. AOI检出问题后将发出警报,由操作员对基板进行目测确认。缺件意外的问题报告都可以通过维修镊子来纠正,在这一过程中,当目测操作员对相同问题点进行反复多次修复作业时,就会提请各生产设备负责人重新确认机器设定是否合理,该信息的反馈对生产质量提高非常有帮助,可在短时间内实现生产品质的飞跃性提高。

  13. 回流检测

  14. 2.     可简单地将AOI分为预防问题和发现问题2种,印刷、贴片之后的检测归类与预防问题,回流焊后的检测归类于发展问题,在回流焊后端检测中,检测系统可以检查元件的缺失、偏移和歪斜情况,以及所有极性方面的缺陷,还一定要对焊点的正确性以及焊膏不足、焊接短路和翘脚等缺陷进行检测,回流焊后端检测是目前AOI 最流行的选择,此位置可发现全部的装配错误,提供高度的安全性,图4为某型AOI对回流焊后PCB的检测图像,采用了3种不同的照明模式,分别侧重于焊点,零件和雷射印刷文字图像的采集。图5为回流焊后AOI识别的不同类型的缺陷。


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