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        SMT生產(chǎn)中的AOI檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀分析

        2019-02-12 14:12:57李海玉楊曉燕韓淑玲劉曉燕
        時(shí)代農(nóng)機(jī) 2019年3期
        關(guān)鍵詞:焊點(diǎn)電路板光學(xué)

        李海玉,王 雷,楊曉燕,韓淑玲,劉曉燕

        (濰坊職業(yè)學(xué)院,山東 濰坊 262737)

        隨著電子制造業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高,SMT表面貼裝技術(shù)在電子產(chǎn)品加工中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。相比較THT通孔插裝技術(shù)來(lái)說(shuō),SMT產(chǎn)品元器件體積更小,集成度更高,電路板安裝密度更大。而傳統(tǒng)的檢測(cè)方法主要采用人工目檢,這種檢測(cè)方法存在主觀性強(qiáng)的缺陷,檢測(cè)結(jié)果易有偏差,效率也相對(duì)低下,既不經(jīng)濟(jì),也不可靠。為了適應(yīng)SMT生產(chǎn)效率的提高,AOI檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中,引進(jìn)AOI設(shè)備對(duì)加工的電路板進(jìn)行全面的檢查,從而提高電子產(chǎn)品的直通率和生產(chǎn)效率。AOI(自動(dòng)光學(xué)檢測(cè))是自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)的縮寫(xiě)。為了適應(yīng)SMT電子產(chǎn)品中表面貼裝元件的小型化,PCB走線圖案的精細(xì)化,以及表面貼裝電路板的高密度和快速組裝,在SMT生產(chǎn)加工中必須采用AOI設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)AOI檢測(cè)設(shè)備執(zhí)行自動(dòng)檢測(cè)時(shí),AOI設(shè)備的相機(jī)通過(guò)自動(dòng)掃描要檢測(cè)的電路板來(lái)執(zhí)行圖像采集。將待測(cè)焊點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較,然后通過(guò)圖像處理檢查板的缺陷。然后通過(guò)顯示器標(biāo)出檢測(cè)到的缺陷,以便維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)。這種檢測(cè)方法能準(zhǔn)確而快速對(duì)表面貼裝電路板進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè),標(biāo)記缺陷,這是提高電子制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和自動(dòng)化的重要技術(shù)。

        1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

        國(guó)外AOI的起步較早,國(guó)內(nèi)從2003年?yáng)|莞市神州視覺(jué)有限公司研發(fā)的第一代AOI開(kāi)始,市場(chǎng)也比較普遍。主要以2D AOI為主,3D AOI在國(guó)內(nèi)技術(shù)還沒(méi)有完全成熟。采用統(tǒng)計(jì)建模技術(shù)和彩色圖像比對(duì)法,能夠準(zhǔn)確而高速地檢測(cè)出以下幾種缺陷:

        ①錫膏印刷缺陷:橋接,缺少印刷,污染,拉尖,少錫,多錫,塌陷,偏移等;②零件放置缺陷:少件、錯(cuò)件、偏移、元器件損壞、側(cè)立、元器件翻轉(zhuǎn)、極性錯(cuò)誤等;③焊接缺陷:少件、錯(cuò)件、偏移、立碑、多錫、少錫、連錫等;國(guó)產(chǎn)神州視覺(jué)的AOI采用的是中文界面,方便學(xué)習(xí)和使用。此外,北京星河公司和廈門(mén)福信光電集成有限公司也成功開(kāi)發(fā)了自己的AOI設(shè)備,為國(guó)內(nèi)AOI檢測(cè)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

        2AOI檢測(cè)的意義

        由于回流焊接過(guò)程存在很多因素的影響,表面貼裝電路板經(jīng)過(guò)回流焊后,可能會(huì)有橋接、立碑等各種缺陷出現(xiàn),這極大地影響了產(chǎn)品的可靠性和性能,因此在回流焊接之后,需要對(duì)SMA進(jìn)行全面檢查。對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量的要求如下:焊點(diǎn)均勻、完整、連續(xù),接觸角小于90°,焊點(diǎn)表面光滑,焊膏量適中。焊盤(pán)上元件的引線或焊接端的位置偏差不能超過(guò)規(guī)定的范圍。

        隨著SMT電路的小型化和高密度化,檢測(cè)工作量越來(lái)越大,依靠人工目視檢查的難度也越來(lái)越高,判斷標(biāo)準(zhǔn)也不完全一致。目前,制造商在批量生產(chǎn)過(guò)程中檢測(cè)SMT板的焊接質(zhì)量,并廣泛使用自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)或自動(dòng)X射線檢測(cè)(X射線)。自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)主要用于工序檢,主要包括印刷后的錫膏印刷質(zhì)量檢測(cè)、貼片后的貼裝質(zhì)量檢測(cè)和回流焊爐后的回流焊接質(zhì)量檢測(cè),在SMT三個(gè)關(guān)鍵工序(印刷-貼片-回流焊接)中使用AOI設(shè)備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)跟蹤。典型內(nèi)容包括詳細(xì)的缺陷分類(lèi)和元件放置偏移信息。AOI通過(guò)在線監(jiān)控追蹤生產(chǎn)過(guò)程和狀況,為調(diào)整生產(chǎn)過(guò)程和工藝提供必要的基礎(chǔ)。

        3 研究?jī)?nèi)容

        3.1 AOI分類(lèi)

        AOI中文是指自動(dòng)光學(xué)檢測(cè),也泛指自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備或自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)。AOI設(shè)備一般可分為兩種類(lèi)型:桌面式和在線式(在生產(chǎn)線上)。

        (1)AOI設(shè)備通常可以根據(jù)生產(chǎn)線上的位置分為三種類(lèi)型:①放在焊錫膏印刷之后的AOI??捎糜跈z測(cè)焊膏印刷的面積、形狀以及錫膏印刷的厚度。②放在貼片機(jī)后的AOI??梢园l(fā)現(xiàn)元件缺失、錯(cuò)誤,損壞和極性錯(cuò)誤,包括焊端或者引腳在PCBA焊盤(pán)上與焊錫膏的相對(duì)位置。③放在回流焊后的AOI??梢詸z查焊接質(zhì)量并找出有缺陷的焊點(diǎn)。

        AOI最常見(jiàn)的檢測(cè)位置是在回流焊接之后,這是因?yàn)樗梢詸z測(cè)所有裝配錯(cuò)誤,并提供高度安全性,以防止有缺陷的產(chǎn)品流入客戶。本論文重點(diǎn)關(guān)注回流焊后的焊接質(zhì)量檢測(cè),并通過(guò)基于機(jī)器視覺(jué)的AOI檢測(cè)識(shí)別錫膏印刷、元件貼裝和回流焊接工藝引起的誤差。檢查元器件的缺件、少件、立碑、偏移以及所有極性錯(cuò)誤的缺陷,以及焊接短路、少錫、和管腳翹曲等缺陷進(jìn)行全面檢測(cè)。

        (2)根據(jù)攝像機(jī)位置,AOI設(shè)備可分為垂直攝像機(jī)和傾斜攝像機(jī)的AOI。

        (3)根據(jù)使用光源的不同,AOI可分為兩種類(lèi)型:①對(duì)于使用彩色鏡頭的機(jī)器,光源通常使用紅色、綠色和藍(lán)色計(jì)算機(jī)處理色彩比率。②在使用黑白鏡頭的AOI機(jī)器中,光源通常是單色的,計(jì)算機(jī)處理灰度比。

        3.2 AOI工作原理

        AOI基本上有兩種檢測(cè)方法,分別是圖形識(shí)別法和設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)(DRC)法。AOI通過(guò)光源照亮PCB,并使用光學(xué)鏡頭將來(lái)自PCB的反射光收集到計(jì)算機(jī)中。通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件分析PCB信息的色差或灰度比,以判斷PCB上的焊膏印刷、元件放置和焊點(diǎn)質(zhì)量等一系列情況,并通過(guò)顯示器顯示、標(biāo)記缺陷,同時(shí)記錄缺陷類(lèi)型和功能,向操作員發(fā)出信號(hào),或觸發(fā)執(zhí)行器以自動(dòng)移除有缺陷的組件并將其返回到修復(fù)系統(tǒng)。

        4AOI應(yīng)用前景

        AOI系統(tǒng)的缺點(diǎn)是它只能對(duì)圖形進(jìn)行直觀的檢查,檢測(cè)的效果取決于光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。它有兩個(gè)缺點(diǎn),一是不能定量測(cè)試電氣性能;其次,不可能檢測(cè)到隱形焊點(diǎn)和元件,如BGA等,這時(shí)就需要用到X射線來(lái)進(jìn)行隱形焊點(diǎn)的缺陷檢測(cè)。目前大多數(shù)電子行業(yè)的表面貼裝電路板加工廠仍然只重視焊接之后的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè),而對(duì)印刷和貼片后的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)還有所忽略,隨著印刷電路板與元器件不斷小型化,生產(chǎn)中也要求實(shí)現(xiàn)更有效的閉環(huán)流程控制。這就要求能提供有效的檢測(cè)和測(cè)量方案,更多的表面貼裝電路板生產(chǎn)加工商也會(huì)認(rèn)識(shí)到這樣的投資更加物有所值,從而選擇在生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中使用自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng),因此AOI自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)將在提高成品率和改進(jìn)產(chǎn)品生產(chǎn)線方面扮演著重要的角色。

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