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AOI,aoi,AOI光学检测仪的原理是什么

2018-05-15

AOI(Automatic Optic Inspection)的全称是自动光学检测,是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备。AOI是近几年才兴起的一种新型测试技术,但发展迅速,目前很多厂家都推出了AOI测试设备。当自动检测时,机器通过摄像头自动扫描PCB,采集图像,测试的焊点与数据库中的合格的参数进行比较,经过图像处理,检查出PCB上缺陷,并通过显示器或自动标志把缺陷显示/标示出来,供维修人员修整。

通过使用AOI作为减少缺陷的工具,在装配工艺过程的早期查找和消除错误,以实现良好的过程控制.早期发现缺陷将避免将坏板送到随后的装配阶段,AOI将减少修理成本将避免报废不可修理的电路板.


可检测的错误类型:

  刷锡后贴片前:桥接- 移位- 无锡- 锡不足   贴片后回流焊前:移位,漏料、极性、歪斜、脚弯、错件   回流焊或波峰焊后:少锡/多锡 、无锡 短接 锡球 漏料- 极性- 移位 脚弯 错件

主要特点

  1)高速检测系统   与PCB板帖装密度无关   2)快速便捷的编程系统   图形界面下进行   运用帖装数据自动进行数据检测   运用元件数据库进行检测数据的快速编辑   3)运用丰富的专用多功能检测算法和二元或灰度水   平光学成像处理技术进行检测   4)根据被检测元件位置的瞬间变化进行检测窗口的   自动化校正,达到高精度检测   5)通过用墨水直接标记于PCB板上或在操作显示器   上用图形错误表示来进行检测电的核对

实施目标

  实施AOI有以下两类主要的目标:

(1)最终品质

  对产品走下生产线时的最终状态进行监控。当生产问题非常清楚、产品混合度高、数量和速度为关键因素的时候,优先采用这个目标。AOI通常放置在生产线最末端。在这个位置,设备可以产生范围广泛的过程控制信息。

(2)过程跟踪

   使用检查设备来监视生产过程。典型地包括详细的缺陷分类和元件贴放偏移信息。当产品可靠性很重要、低混合度的大批量制造、和元件供应稳定时,制造商优先 采用这个目标。这经常要求把检查设备放置到生产线上的几个位置,在线地监控具体生产状况,并为生产工艺的调整提供必要的依据。

放置位置

  虽然AOI可用于生产线上的多个位置,各个位置可检测特殊缺陷,但AOI检查设备应放到一个可以尽早识别和改正最多缺陷的位置。有三个检查位置是主要的:

(1)锡膏印刷之后

  如果锡膏印刷过程满足要求,那么ICT发现的缺陷数量可大幅度的减少。典型的印刷缺陷包括以下几点:   A.焊盘上焊锡不足。   B.焊盘上焊锡过多。   C.焊锡对焊盘的重合不良。   D.焊盘之间的焊锡桥。   在ICT上,相对这些情况的缺陷概率直接与情况的严重性成比例。轻微的少锡很少导致缺陷,而严 重的情况,如根本无锡,几乎总是在ICT造成缺陷。焊锡不足可能是元件丢失或焊点开路的一个原因。尽管如此,决定哪里放置AOI需要认识到元件丢失可能是 其它原因下发生的,这些原因必须放在检查计划内。这个位置的检查最直接地支持过程跟踪和特征化。这个阶段的定量过程控制数据包括,印刷偏移和焊锡量信息, 而有关印刷焊锡的定性信息也会产生。

(2)回流焊前

  检查是在元件贴放在板上锡膏内之后和PCB送入回流炉之前完成的。这是一个典型地放置检查机器的位置,因为这里可发现来自锡膏印刷以及机器贴放的大多数缺陷。在这个位置产生的定量的过程控制信息,提供高速片机和密间距元件贴装设备校准的信息。这个信息可用来修改元件贴放或表明贴片机需要校准。这个位置的检查满足过程跟踪的目标。

(3)回流焊后

  在SMT工艺过程的最后步骤进行检查,这是目前AOI最流行的选择,因为这个位置可发现全部的装配错误。回流焊后检查提供高度的安全性,因为它识别由锡膏印刷、元件贴装和回流过程引起的错误。

作为惯例,在生产中,测试系统应当根据生产批量的要 求建立并优化。实际运作中无数次地证明,仅这样做是远 远不够的。如果在两周的生产时间内要测试一个新批次的 PCB,有可能会发生这样的情况:ELKO的颜色突然由黑色 变为了黄色,或者晶体管的引脚变短了、是弯的;或是电阻的颜色由黄色变成了蓝色的,等等。   AOI检查程序必须而且能够处理这些不同的变化所带来 的问题。但是,其中的一些变化需要花费时间进行处理, 因为我们不能预先知道是否有一种新的元器件被使用,或 是存在一个错误的元器件布局。同时,面对质量方面的困 难,大量允许的可能出现的情况也需要一个一致的,确实 可行的说明。   始终采用同样的材料和产品,再加上优化的PCB设计, 正如上面所描述的那样,可以减小由于产品的变更对AOI/ AXI测试所造成的影响。在这里必须指出,比照所有用于 AOI和AXI 检查的标准,PCB布局的建议可使检查工艺适当 简化并更有效率。DFT可以提高缺陷的检查率,减少误报, 缩短编程时间和降低编程的难度,从而最终达到有效降低 产品制造成本的目的。

实际应用

  对无缺陷生产来讲,自动光学检查(AOI)是必不可少的。在转到使用无铅工艺时,制造商将面临新的挑战,在生产中会出现其他的问题,引起了人们的关注。本文分析转到无铅工艺的整个过程,特别是在大规模生产中引进了0402无铅元件。   由于缺乏无铅元件,转到使用无铅元件是分阶段进行的。在2004年,由于要求电子产品的体积越来越小,迫使制造商广泛地用0402元件来取代0603元件和0805元件。

工艺条件

   除了普遍使用的0402元件,印刷电路板的第一次合格率(FPY)必须达到95%,而且必须根据印刷电路协会(IPC)的2级标准来检测缺陷。例如,在 有608个焊点的168元件的情况下,相当于要求误报率是百万分之65。为了达到FPY的要求,在检测缺陷时必须考虑以下条件:元件长度的公差、元件供应 商、贴片公差、在25 个AOI系统上的全球检测数据库、有80个独特产品的全球检测数据库、无铅焊料、不同的电路板供应商以及检测质量要达到IPC的2级标准。

无铅焊接带来的变化

  可以从三个方面看到无铅的影响:灰度值提高、流程的改变和有效的助焊剂。 无铅焊点的亮度平均值高了2.5%。这相当于亮度提高了五级。焊点看上去粗糙,而且表面呈粗大的颗粒状。这可以利用特性萃取方法来消除或者过滤掉。流动性 稍微差一些,特别是对于那些较轻的元件,会妨碍元件在熔化焊膏中浸没或者浮起。这表示元件自动对正的程度较差。由于效果差,意味着轻轻的0402元件沿着 纵向翘起的倾向会增强,结果是不能完全看到元件的顶部。   在回熔温度较高以及使用侵蚀性更强的助焊剂时,也会导致与助焊剂直接接触的较薄的元件受到侵 蚀,元件顶部不能够反射光线。流动性的改变和侵蚀性助焊剂,对R0402型元件的影响比C0402型元件大,因为R0402型元件更轻也更薄。在使用 R0603元件时,这也不常见。

检查库

  围绕工艺的环境产生消极影响,必须通过几个途径降低到最小,以满足头工作的要求。   ● AOI全球检查库──对部分AOI制造商的标定工具进行调整是极为重要的,所以,这些变化能够传递到照相机和照明模块上。   ● 对于不同产品的AOI全球检查库,有可能在当地进行调整──这是AOI软件必备的特性。   ● 贴片公差——进料器常规的维护和校准。   ● 确定检查质量:IPC标准2级——必须允许使用朝下的电阻器。组件趐起和共面性的检测必须可靠。   关于元件长度公差,不同的组件供应商、电路板和无铅焊料的供应商都不可能没有任何直接的影响。 优良的AOI程序应该能够应付这些这影响。如果这些个别点的变化可以保持不变,那么就能够相当大地简化AOI编程。经研究得到的结论是,由于无铅产生的影 响,图形对照系统无法得到适合的检查结果,这是因为合格的样品变化太大。更加可行的方法是,取出确定每道工艺和元件变化的特性。这些变化可以分成不同的等 级。如果在现在使用的工艺中,出现了一个新的变化,就要增加一个级别,来保证检查的精确性。所有认识到的和已知的缺陷都储存起来,他们的类型和图片可以用 于AOI系统和全球数据库里的检查程序。我们没有必要把一块不同缺陷的电路板保存起来用于详细的检查。

用AOI软件核实真正的缺陷

   AOI软件中有一个综合性的验证功能,它能减少检查的误报,保证检测程序无缺陷。它可以检查储存起来的有缺陷的样品,例如,修理站存放的样品,以及印刷 了焊膏的空白印刷电路板。在优化阶段,在这方面花时间的原因是为了不让任何缺陷溜过去。所有已知的缺陷都必须检查,同时要把允许出现的误报数量做到最小。 在针对减少误报而对任何程序进行调整时,要检查一下,看看以前检查出来的直正缺陷,是否得到维修站的证实。通过综合的核实,保证检查程序的质量,用于专门 的制造和核查,同时对误报进行追踪。

无铅和检测工艺

   适应性程序没有发现转到无铅会对焊点质量的检查带来什么影响。缺陷看上去还是一样的。毫无疑问,只需要稍微修改一下数据库,就足以排除其他误报可能会带 来的影响。在元件顶上的内容改变时,就需要大量的工作,确定门限值。这些可以纳入到标准数据库中。在元件的一端立起来时,激活其他环节的检测,便可以进行 可靠的分析。对于桥接的形成或者元件一端立起来的普遍看法,证明常常不是那样。经验表明,桥接的形成没有改变,元件一端立起来的现像就会有所减少。转到使 用无铅焊膏并不需要投资新的系统或者设备,只要使用的AOI系统配备了灵活的传感器模块、照明和软件,就足以适应这些变化了。

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