秦立娟

摘 要：AOI技術(shù)是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的新概念，它的出現(xiàn)促進(jìn)了表面貼裝技術(shù)的發(fā)展和革新。目前AOI技術(shù)正被廣泛應(yīng)用在全世界各種離線和在線用途上，尤其適合發(fā)現(xiàn)和預(yù)防各種和焊接有關(guān)的缺陷。本文對(duì)AOI的工作原理進(jìn)行闡述，并通過分析軟件算法及分析漏報(bào)誤報(bào)使操作者掌握相關(guān)知識(shí)，為合理使用AOI提供依據(jù)。

1 引言

隨著電子領(lǐng)域的迅猛進(jìn)步、特種元器件的陸續(xù)上市，元器件多元化的功能讓單位面積的引腳數(shù)快速增多，加快了QFP、TCP 向BGA、CSP 的過渡，導(dǎo)致PCB科技也發(fā)生了顯著的改變。PCB 商品也朝著超薄類、微小類、高精度、細(xì)間距的模式過渡。線路板上元器件安裝密度提升，PCB的線寬、間距、焊盤也愈發(fā)精細(xì)，已達(dá)到微米級(jí)，復(fù)合層功能也變得愈加繁瑣。人工目測(cè)方式已與當(dāng)代電子科技發(fā)展準(zhǔn)則已經(jīng)不相符合。AOI已轉(zhuǎn)換成PCB領(lǐng)域中不可獲取的檢驗(yàn)系統(tǒng)。

2 AOI的作用

AOI系統(tǒng)的主要作用就是檢測(cè)PCB在制造過程中的缺陷，進(jìn)行過程控制，通過改正工藝來消除或減少缺陷。通常把AOI系統(tǒng)置于生產(chǎn)線上關(guān)鍵位置，監(jiān)控具體生產(chǎn)狀況，并為生產(chǎn)線工藝的調(diào)整提供必要的依據(jù)。如進(jìn)行貼片質(zhì)量檢驗(yàn)，錫膏印刷質(zhì)量檢驗(yàn)，焊接質(zhì)量檢驗(yàn)等。

在PCB制造過程中，需要檢測(cè)的主要項(xiàng)目：虛焊、少錫、錫球、短路、拉尖、錯(cuò)件、少件、極性、偏移、立碑、反轉(zhuǎn)、破損、IC彎腳、異物等。

3 AOI系統(tǒng)認(rèn)識(shí)及工作原理

3.1定義

自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)儀（AOI-Automated Optical Inspection）是應(yīng)用于表面貼裝（SMT-Surface Mounted Technology）生產(chǎn)流水線上的一種自動(dòng)光學(xué)檢查裝置，可有效的檢測(cè)印刷質(zhì)量、貼裝質(zhì)量以及焊點(diǎn)質(zhì)量。通過使用AOI作為減少缺陷的工具，在裝配工藝過程的早期查找和消除錯(cuò)誤，以實(shí)現(xiàn)良好的過程控制。早期發(fā)現(xiàn)缺陷將避免將不良品送到后工序的裝配階段，AOI將減少修理成本將避免報(bào)廢不可修理的電路板.

3.2工作原理：

目前國內(nèi)市場(chǎng)上可見的AOI品牌眾多，每種AOI各有所長；每個(gè)品牌的AOI優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)都取決于其不同的創(chuàng)新核心軟件算法，通常采用的軟件算法有：模板比較、邊緣檢查、灰度模型、特征提取、固態(tài)建模、矢量分析、圖形配對(duì)和傅里葉氏分析等，但盡管算法各異，AOI的運(yùn)作原理基本相同。

從上圖1看到，塔狀的照明系統(tǒng)給被檢測(cè)的元器件予以360度全方位照明，然后利用高清晰的CCD攝像機(jī)高速采集被檢測(cè)元器件的圖像并傳輸?shù)诫娔X，專用的AOI軟件根據(jù)已經(jīng)編制的檢測(cè)程序進(jìn)行比較、分析，判斷被檢測(cè)元器件是否符合預(yù)訂的工藝要求。簡單來說AOI檢測(cè)元器件的過程就是模擬工人目視檢查SMT元器件，是將人工目視檢測(cè)自動(dòng)化、智能化、程序化。

三種光線通過一個(gè)合適的角度照射到元件，在相對(duì)平整的焊錫面（焊盤）將會(huì)發(fā)生鏡面反射，只有紅光經(jīng)過近似垂直的方向照射后也正好反射到相機(jī)中，綠光和紅光通過反射均不能進(jìn)入相機(jī)，所以我們?cè)谙鄼C(jī)中看到焊錫平面（焊盤）處為紅色。一般焊點(diǎn)處的“斜坡”處的角度在 50°，通過藍(lán)光經(jīng)過斜面的反射剛好進(jìn)入相機(jī)，綠光和紅光被反射在相機(jī)以外，所以我們?cè)谙鄼C(jī)中能看到焊錫“斜坡” （錫面）處為藍(lán)色。由于元件本體表面相對(duì)粗糙，經(jīng)過三種光的照射會(huì)形成漫反射，紅綠藍(lán)三色光混合后相當(dāng)于白色光照射，所以我們?cè)谙鄼C(jī)中看到元件本體的顏色是元件原有的顏色。

4 軟件算法

4.1圖像對(duì)比

圖像對(duì)比的基本原理是先建立一個(gè)參考圖像，然后不斷的“學(xué)習(xí)”相似的待測(cè)圖像，將我們認(rèn)為OK的像信息與原先的參考圖像進(jìn)行不斷的疊加，將我們認(rèn)為NG的圖像信息屏蔽，通過多次學(xué)習(xí)后，計(jì)算機(jī)將會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)虛擬的“標(biāo)準(zhǔn)圖像”并自動(dòng)生成誤差范圍。在檢測(cè)時(shí)，計(jì)算機(jī)將待測(cè)的圖像與“標(biāo)準(zhǔn)圖像”進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比的主要圖像信息包括件的尺寸、角度、偏移量、亮度、顏色以及位置等。當(dāng)誤差范圍在允許的范圍內(nèi)即為 OK，反之為NG。

4.2灰階解析

在一幅黑白（灰度）圖像中，灰度圖像是一種具有從黑到白256級(jí)灰度色域或等級(jí)的單色圖像。該圖像中的每個(gè)像素用8位數(shù)據(jù)表示，因此像素點(diǎn)值介于黑白間的256（0-255）種灰度中的一種。也可將灰階理解為“亮”和“暗”的關(guān)系（0為黑色，最暗，255為白色，最亮），該圖像只有灰度等級(jí)，而沒有顏色的變化。灰度解析的方法一般對(duì)圖像的“黑白比例”和“亮度”進(jìn)行分析和判斷。

在AOI的灰度分析中，一幅黑白圖片，每個(gè)像素的灰度值是 0-255中的一個(gè)值，某個(gè)值的灰度值在這幅圖像中占有相應(yīng)的比例，如果我們將這種灰度值在這幅圖像中比例設(shè)為檢測(cè)的閥值，如相應(yīng)的比例在閥值內(nèi)即為OK，反之為 NG。同理，AOI可以分析一幅圖像中的每個(gè)像素的亮度值，可將所有像素點(diǎn)的中最大亮度、平均亮度、最小亮度設(shè)為檢測(cè)閥值，如果該幅圖的上述亮度在閥值內(nèi)即為 OK，反之為NG。

4.3 IC橋接

IC 橋接為針對(duì)IC短路的專用檢測(cè)方法，編程和調(diào)試十分簡單。

IC 引腳通過光源照射后，引腳和焊錫為金屬成分具有較好的反光性，而引腳之間正常情況下沒有金屬成分（沒有焊錫）反光性較差，通過軟件將圖像二值化處理后（黑白處理），引腳和焊錫因?yàn)檩^好的反光從而亮度較大呈現(xiàn)為白色，引腳之間因較差的反光從而亮度較小呈現(xiàn)為黑色（兩者可反向處理）。如果引腳之間出現(xiàn)短路（橋接），則引腳之間的短路的焊錫同樣因?yàn)檩^好的反光性呈現(xiàn)白色，故軟件很容易就能判斷是否短路。對(duì)于 IC 引腳之間的焊錫量的多少可調(diào)整相應(yīng)的檢測(cè)閥值，以減少誤判率。

4.4文字識(shí)別（OCR）

OCR（光學(xué)字符識(shí)別），是指電子設(shè)備（如掃描儀或數(shù)碼相機(jī)）檢查紙或其它媒體上的字符，通過檢測(cè)暗、亮的模式確定其形狀，然后用字符識(shí)別方法將形狀翻譯成計(jì)算機(jī)文字的過程；即，對(duì)文本資料進(jìn)行掃描，然后對(duì)圖像文件進(jìn)行分析處理，獲取文字及版面信息的過程。

在AOI檢測(cè)SMT元件時(shí)，同理，首先將元件上圖形進(jìn)行文字轉(zhuǎn)化，通過軟件識(shí)別后與計(jì)算機(jī)的字庫進(jìn)行比對(duì)，最后輸出文字識(shí)別結(jié)果。識(shí)別過程：圖像→二值化處理→字符分割→識(shí)別→對(duì)比字庫→識(shí)別結(jié)果在AOI的運(yùn)用中，由于大部分元件的字符印刷沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，特別是貼片電阻上的絲印，沒有標(biāo)準(zhǔn)的字體，字號(hào)大小 ，絲印質(zhì)量不穩(wěn)定等，OCR的識(shí)別非常困難，目前對(duì)于 IC、PCB板上或其它具有的規(guī)則絲印字符的識(shí)別率可以高達(dá)95%以上。所以目前 AOI對(duì)IC及其它有規(guī)則字符的元件的“錯(cuò)料”具有非常高的檢出率。當(dāng)然，隨著元器件的絲印規(guī)則化和OCR識(shí)別率的不斷提高對(duì)于元件的“錯(cuò)料”檢測(cè)率會(huì)逐步趨于 100%。AOI放置在錫膏印刷后，可對(duì)焊膏的印刷質(zhì)量作工序檢測(cè)?？蓹z測(cè)焊膏量過多、過少，焊膏圖形的位置有無偏移、焊膏圖形之間有無粘連。

5.AOI的應(yīng)用

AOl放置在貼裝機(jī)后、焊接前，可對(duì)貼片質(zhì)量作工序檢測(cè)?？蓹z測(cè)元件貼錯(cuò)、元件移位、元件貼反白、元件側(cè)立、元件丟失、極性錯(cuò)誤、以及貼片