AOI自动光学检测.pdf

自动光学检测 AOI 自动光学检测 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 是新兴起的一种新型测试技术 但发展迅速 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 area of interest 在遥感与地理信息系统的一些软件中对研究区域的叫法 运用高速高 精度视觉处理技术自动检测 PCB 板上各种不同帖装错误及焊接缺陷 PCB 板的范围可从细 间距高密度板到低密度大尺寸板 并可提供在线检测方案 以提高生产效率 及焊接质量 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 中文名 自动光学检测 外文名 Automatic Optic Inspection 基础 光学原理 类别 新型光学测试技术 主要特点 高速检测系统 目录 1 错误类型 2 主要特点 3 相关比较 4 实施目标 最终品质 过程跟踪 5 放置位置 锡膏印刷之后 回流焊前 回流焊后 6 优化设计 基本优化 布局建议 布局建议 结论 7 实际应用 工艺条件 检查库 8 生产厂家 国内 国外 AOI 错误类型 编辑 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 PCB 行业裸板检测 AOI 主要特点 编辑 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 AOI 相关比较 编辑 人工检查 AOI 检查 pcb1 同样的规则也适用于 C leads 器件的 弯月型和器件本体两侧的焊盘设计 这里 我们建议 Xc 对 Xi 的比率稍微 大于 1 5 值得注意的是 任何元器件的长度 变化也必须计算在内 图 7 鸥翼 型引脚器件 通常 这类器件的判定标准可以通过对毛细效应在垂 直方向的作用的分析中找到 由 于毛细力 焊锡从焊盘末端 爬到引脚上形成焊点 由于工艺波动和器件边缘的阻挡作 用 导致不能完全形成一个完整的上半月型焊点 尽管没有 形成一个上半月型的焊点 但也可 以被认为焊接得很好 鸥翼 型引脚焊锡的侧面爬升情况由于器件变化或 焊盘设计的原 因 并不是经常能够被检查出来 这是由于 焊锡的爬升方向必须用同引脚方向垂直的角度 去检查 假 如爬升很小 必须从其他角度来检查 而只有通过这样的辅助检查 才能提供 丰富的图像信息去评估焊点的好坏 图 6 斜角检测 PLCCs 型器件 PLCCs 器件的引脚的焊盘有着不同设计 如果是一个 长焊盘设计 在 PLCC 引脚上 焊锡的爬升效果是可以检查 的 如果焊盘保持明亮 那么焊锡已经爬升到了引脚端 所以 认为器件是焊上了 假如遵循这个设计原则 可以通过垂直检测来检查出缺陷 对于 PLCC 焊点 有时会出现少锡的情况 由于引脚少 锡的爬升情况和没有焊锡时是 一样的 所以对 PLCC 焊点不 能通过垂直检测 而要通过斜角检测的方式来检查少锡缺陷 AOI 布局建议 PCB 的整体布局 对于普通的 AXI 测试 PCB 布局 所有的焊盘都必须进行 阻焊处理 这是因为阻焊层和实际的焊盘并没有真正地接 触到 在阻焊层和焊盘之间存在着一定的间 隙 这样做的 好处是 焊锡受热后就可以聚集在焊盘内 这也使得在 XRAY 影像中很容易 再现焊料的爬升情况 2D x ray 当应用 2D x ray 技术时 所有的器件都需要被布置在 PCB 的正面 而用 2Dx ray 去 检测这些器件时 还必须再定 义出一块没有器件的地方为 禁区 对于有些 BGAs 会 推 荐使 图 8 用一种泪滴型的不对称焊盘设计 这使得焊锡的成 型性质被系统错误的判断为一种几 何的连接形态 此外 一些特殊的 QFN 向内或向外的弯月型焊盘设计也同样有这种情况 QFN 焊盘设计 QFN 器件的焊盘尺寸 焊膏印 刷面积与它的引脚尺寸是同样大小 的 而且器件的引 脚是交错排列在 封装体底部的 图 8 因此 QFN 的 焊盘设计建议为 焊盘伸出于器件引脚的外端 而 图 9 缩进于器件的内 端 这样使得在器件引脚的内外形成弯月型焊盘 在这里 很重要的一 点是 在进行设计计算时必须考虑器件的公差范围 图 9 BGA 设计 在 BGA 设计时 焊点的形状 如泪滴型 可以通过特 别的布局使其成为可见的 就 是说 泪滴型的焊点除了具 有奇怪的形状外 它的方向也是很随意的 总而言之 在 器件 面的焊盘和在 PCB 上的焊盘正好和 BGA 焊球的大小是 一样的 图 图 10 10 在德国 Erlangen 大学 学者做了大量的 研究去评价单个焊盘形状的模型 他 们发现 无论焊盘是 圆形还是非圆形的 焊膏印刷图形要保持为圆形不变 AOI 结论 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 AOI 实际应用 编辑 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 AOI 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 AOI 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 AOI 生产厂家 编辑 A