AOI技術(shù)在CB制造領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展

AOI技術(shù)在PCB制造領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展姚立新孫明睿（中國電子科技集團(tuán)公司第45研究所，北京東燕郊101601）摘要：本文總結(jié)了用在各類PCB生產(chǎn)環(huán)節(jié)檢測的AOI系統(tǒng)，分析了各類AOI的結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)要素，以及將來AOI的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：AOI，光路系統(tǒng)，運(yùn)動控制，圖像處理TheapplicationanddevelopmentofAOItechniqueinPCBmanufacturingYAOLixin,SunMingrui（The45thInstituteofCETC,BeijingEastYanjiao,101601China）Abstract：InthisarticleAOIsystemsusedinmanylinksofPCBproductionchainareintroduced,manysortsofAOIconfigurationandtechnicalelementareanylyzed,andalsothedevelopmentprospectofAOIispresented.KeyWords:AOI,OpticalSystem,MotionControl,ImageProcessing隨著當(dāng)今電子技術(shù)的發(fā)展以及各類電子產(chǎn)品等低能耗和小型化要求，PCB的生產(chǎn)工藝技術(shù)也在不斷地發(fā)展，PCB線條的尺寸和元器件的尺寸也在不斷地減小。以前，產(chǎn)品生產(chǎn)后都要經(jīng)過人眼在顯微鏡及熒光燈下檢查，隨著線條尺寸減小和排布密集程度提高以及元器件尺寸減小和貼裝密度的提高，人工檢查不堪重負(fù)，而且檢查效率和速度也大大低于要求，這在很大程度上制約了PCB的質(zhì)量和產(chǎn)量提高，成為PCB生產(chǎn)的一個瓶頸。AOI即是光學(xué)自動檢測設(shè)備，它以光學(xué)成像的方式獲取PCB板的數(shù)字圖像，以高速圖像采集處理卡處理圖像，檢測出PCB板上的各種缺陷，滿足了生產(chǎn)線的檢測需求。AOI技術(shù)的核心主要包括光學(xué)取像的光路系統(tǒng)，高精度的機(jī)械及運(yùn)動控制系統(tǒng)和高速圖像采集處理系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)和檢測算法的不同，它可以應(yīng)用在PCB生產(chǎn)流程的很多道工序上。PCB的主要生產(chǎn)工序是：電鍍覆銅——>刷板——>貼膜（或網(wǎng)?。?gt;曝光顯影（用光繪底片）——>修板——>蝕刻——>接頭鍍金鍍鎳——>清洗——>電氣通斷檢測——>SMT生產(chǎn)線元器件貼片。AOI主要用于檢測生產(chǎn)中線條的短路、斷路、污染、缺失等各種錯誤，其中在底片光繪、PCB裸板及焊接元器件環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)錯誤，需要用到AOI設(shè)備，根據(jù)針對的檢測對象不同，AOI的架構(gòu)也有很大的不同。在PCB的大多數(shù)生產(chǎn)工序中都有出錯的可能，都會在PCB板上有一定的反映，如果上一道工序的錯誤沒有發(fā)現(xiàn)，帶到了下一道工序，修正它所需的成本就會成倍增長，如果PCB板制成以后才發(fā)現(xiàn)錯誤，其修復(fù)成本將會是制成以前的幾十倍，甚至報廢。當(dāng)今PCB廠商的市場爭奪也是越來越激烈，在擴(kuò)產(chǎn)的同時如何有效地降低出錯概率和廢品率是他們孜孜追求的目標(biāo)，甚至是要求零缺陷率，這種要求在傳統(tǒng)的人工檢測的情況下根本不可能實(shí)現(xiàn)，對于如何有效地提高PCB板的檢測效率問題，AOI就在相應(yīng)的各工序中發(fā)揮了重要的作用，下面根據(jù)AOI設(shè)備的主要組成部分闡述其架構(gòu)及功能。AOI的光路系統(tǒng)AOI可以應(yīng)用于PCB制造的不同環(huán)節(jié)，相應(yīng)設(shè)備上最大的差別就是光路系統(tǒng)的不同，主要是針對不同的檢測對象，照明光源及取像系統(tǒng)有很大的不同，使得相應(yīng)的設(shè)備架構(gòu)也發(fā)生了很大變化。底片檢測中，線路的主要錯誤包括：斷路，短路，缺口，尺寸錯誤，污染等問題。光繪底片一般是負(fù)片，將它覆蓋在涂膠的覆銅板上曝光顯影后，光繪底片上透明的部分透過光線，使該部分膠變硬，不溶于溶劑，清洗后其下面的覆銅就保留了下來，形成了PCB板上的線條。因此，光繪底片上如果有錯誤，就會反映在PCB板的線路中。光繪片一般采用上面架設(shè)鏡頭和CCD，膠片放于高精度的玻璃承片臺上，下面用均勻背光照明的方式實(shí)現(xiàn)，為了提高掃描速度，一般采用大尺寸線掃描CCD。背光可以采用均勻熒光照明，也可以采用LED的一定均勻排布達(dá)到均勻照明的效果，一般垂直往上的軸向照明效果最明顯，有時候?yàn)榱送怀鲞吘壭Ч?，也加一定的?cè)光補(bǔ)光照明，其示意圖如圖1所示。啊圖溪1型PC良B艱底善片脫AO的I沒示意表圖泰PC阻B宣板蝕椒刻清吊洗后制檢測涼時痕，主喜要缺陣陷包側(cè)括：掩短路涉、斷到路、瀉缺口糠、針辯孔、古銅渣納、線倆寬鑒\窮線缺距蒜\界孔環(huán)幼錯誤胳、患特征揀遺漏硬等。頁這個挑環(huán)節(jié)細(xì)的檢窯測不觀同于縮光繪休底片晉，針菊對同姓一弊批個PC涌B狂板的電光繪抱底片催一般遣只需映要抽莫檢，筋以發(fā)送現(xiàn)類恥似的痕系統(tǒng)鴨性錯趁誤，員并進(jìn)爽行修販正，割而量PC絕B淹板制姐作出點(diǎn)來的枯中間小環(huán)節(jié)舉較多芹，發(fā)稠生隨載機(jī)錯量誤的斃機(jī)率催大大蘇增加嘗，一以般對藍(lán)品質(zhì)賀要求裕高的蝶廠商孤需要猶對產(chǎn)雙品全攻檢。關(guān)當(dāng)陡今禽PC砌B炕生產(chǎn)京線產(chǎn)擇量很漂高，襖線尊路蒙密度哄也來刻越高烤，同對尚AO系I片的要湊求，帆一方汁面需呢要提說高成多像的慰分辨上率和驚精度憶，另潤一方億面又籃要提礙高掃崇描和樓圖像須處理謙的速花度，繼因此杏一般百在該留環(huán)節(jié)蜜的肥AO匙I偶采用尊高速索大尺滑寸線倍陣釋CC膝D涼或虎CC潛D屬陣列勒以及廟大視風(fēng)場、塵高精座度的首線掃稿描鏡置頭作瘦為成派像部荷件，陳用高蹈功率響的鹵超素?zé)魶_作為盯照明捷燈源央，以幼線光增纖光勻源傳騾導(dǎo)到把線路奴板上競進(jìn)行庫聚光已照明染，翠以實(shí)狡現(xiàn)高擠速曝己光取魂像穗，積隨炊著需LE暮D扮光源惕的飛遙速發(fā)項(xiàng)展，烤因?yàn)轵吰涓叩柿炼葎?、長召壽命座及價易格相縫對低年廉，跌也逐戴漸被梳使用絹到億AO榮I玉的照孩明中淘。崇因?yàn)榻揖€路版板有問一定養(yǎng)的紋男理和折凹凸致不平淺，活在真帆空吸滑附板鋸面的閃情況閱下，象除了醉同軸驗(yàn)光照色明之那外，扎一般脫還需附要側(cè)表光配營合進(jìn)燕行補(bǔ)伴光照去明，株外層飛板比漆起內(nèi)本層板懼有更主大的填凹凸洽不平殺和加晌工誤射差，刑有時弦候還成需要販加一容定的聲散光疏器件博輔助男照明替，其傭原理不圖如忽圖百2張所示疏。蒙圖惡2只PC素B全裸踢板朗AO貼I秀示意糖圖蝶SM曾T說生產(chǎn)分線是輝在狗PC霧B瓦板上竟貼裝伴各種膨電子夜元器慌件我，貪AO調(diào)I獎可以鞏應(yīng)用估在惰SM溉T斷生產(chǎn)商線的蠻多個鵲環(huán)節(jié)斑中，暗如錫賄膏印緣刷后劣，元券器件墊貼放兔后和幟回流鑼焊后倚。在慧焊膏削印刷職后的途檢測料主要良是檢矛測焊接膏的田偏移箏、歪遷斜、辱焊膏籠不足編以及伏濺錫諷和短旺路辨，脖因?yàn)榭父喔锶毕菝霑佰E響到罵后續(xù)飛的元獎器件幸貼裝塌效果蕉，而予且貼技裝后鐮再進(jìn)屬行檢務(wù)測，跡會有娘檢查表不到租的死集角，耗該環(huán)獲節(jié)的江檢測抽可以依預(yù)防呀后道解工序老的潛冰在問躁題。些元器逃件貼蚊放后昌和回腳流焊做后厚的檢曲測可與以檢還測到面器件蒜貼放救的偏鄙移、單缺失農(nóng)、錯鄭誤以咬及方惰向顛不倒等遷問題語。鈔SM腥T球的檢嫁測因浮為器高件有茶一定驅(qū)的乞立體償感混，為柿了提能高成堅像精爪度，臘一般渠采用賀面陣且相機(jī)嘆和成墨像鏡鉆頭完故成取杏像，刃該方絨式景壁深大破，視僅場小鏡，在曲進(jìn)行視圖形材匹配使時也閉提高氧了準(zhǔn)浩確度赴和速顧度，慌有時蘋候還慮要加龜旁路他相機(jī)芹取像專，擬予合出熱真實(shí)岸立體武感的盤器件封，拼采用恨的光迎源一冤般要信做到英各角軟度均串勻照哄明，椒其中殿在焊療膏檢程測中薄，有咬一種竟多角堡度的泄彩色成光源輕系統(tǒng)顫，不送同角途度用李不同言顏色題照明珠，根牧據(jù)焊銳膏反柄射回僑的顏聰色信亂息，踩來判兔斷焊笨膏的記飽滿霸程度己，如輩圖纏3栗所示幟。泉圖烈3喜焊膏龜檢淡測窮AO區(qū)I雞示意濱圖園機(jī)械疾結(jié)構(gòu)案和疾運(yùn)動攀控制與系統(tǒng)身機(jī)械丹及敬運(yùn)動心控制吉相對統(tǒng)來說姥是比民較成謹(jǐn)熟的頃技術(shù)劃，康根據(jù)遵設(shè)備限的結(jié)陶構(gòu)不裁同，梯一般蜜來說班可分羨為以救下幾手種結(jié)隱構(gòu)：溪1泛、取省像及豪照明擊系統(tǒng)躬固定妻不動蜻，工揀作臺聞作啟X牢向狀、盛Y攪向運(yùn)躍動，牽帶動惡被檢突測底軋片或垮線路廉板等桌通過呀取像臟裝置洲下葡，感X果向洽與紀(jì)Y扁向運(yùn)垃動結(jié)緩合，運(yùn)完成借整跪幅弄PC談B奇的掃葉描，驚其掃故描動各作如益圖條4除所示嚼。YY向X向己圖孝4凈A檢OI里工作魂臺運(yùn)撿動否示意睜圖羅該種邀方式曲因工懇作臺倒要瞧作各X內(nèi)、軍Y絹方向希的運(yùn)晨動，第占地衫面積便較大惜，其那取像給及照競明系貍統(tǒng)一喚般結(jié)暈構(gòu)相賴對復(fù)眨雜，食如中科電集茅團(tuán)冰第循4柳5商研究明所開乳發(fā)紛的區(qū)PC輕B偉AO疫I昂JC渴-5會0撿0頑機(jī)型谷，不航僅工慧作臺冠有閉玉環(huán)的置運(yùn)動伴控制太，其兆取像垃系統(tǒng)紀(jì)也用壓步進(jìn)忽電機(jī)拾帶動張，實(shí)軍現(xiàn)鏡籃頭與艇相機(jī)棗的獨(dú)乘立運(yùn)蛋動，撕完成醬取像燒的自傭動調(diào)嘩焦，佩光源么系統(tǒng)坊也要獵實(shí)現(xiàn)毅自動憤聚焦鹿及照鐮明顏納色的斯自動票選擇削，以遷針對庭不同駛材質(zhì)赤和顏掉色嗚的切PC埋B勉板，褲其合機(jī)械斷結(jié)構(gòu)禾較為喘龐大與，運(yùn)紛動控繞制也恐較為鄭復(fù)雜部。被2著、工掌作臺努固定般不動臣，取娘像及鵝照明植裝置還安放催在一幸個可游以照作轟Y才向運(yùn)棉動的坐龍門辦機(jī)構(gòu)代上，理在龍殊門機(jī)氧構(gòu)燕可以沾整體攔作遇X論方向洋的運(yùn)薪動，膝以此炒完成朱整型幅風(fēng)PC猜B雀的掃擋描栽，如組圖毅5艇所示循。取像系統(tǒng)取像系統(tǒng)Y向X向態(tài)圖舒5暑龍門病式示AO卻I島結(jié)構(gòu)皮示意返圖屬該種煌結(jié)構(gòu)島，龍茫門的粥整體竊運(yùn)動支和龍基門軌惜道的經(jīng)運(yù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