底片检查机应用价值分析

2012-07-31韦洁鑫

印制电路信息 2012年9期

韦洁鑫

（北京凌云光视数字图像技术有限公司，北京 100097）

1 底片质量检查工艺面临的挑战

印制电路板制造是电子工业的基础，直接影响电子工业的发展水平，PCB菲林作为PCB制造的模板，是整个制造链条的前端，其质量直接关系到PCB的制造质量。随着电子工业的发展，电路板上的线路、元件尺寸更为精细微小，对各种缺陷的控制要求更为严格，相应地也对菲林的质量控制提出了更高的要求，菲林质量检查工艺面临着新的挑战。

（1）更精密的电路尺寸结构。业内最高端的厂商已进入25 mm（1 mil）以下的PCB生产，而国内的主流PCB厂也已进入以75 mm ～ 100 mm为主的阶段，部分高端厂商已开始实现2 mil以下产品量产；

（2）更小的缺陷尺寸。随着线路尺寸更为精细，加以对品质要求更高，要求检出更小尺寸的缺陷；

（3）更高的检测速度。传统的菲林质量检查，是依靠人在放大镜下对菲林片进行逐点检查，随着工艺的发展，暴露出越来越多的问题，已经完全不能满足菲林质量检查的要求。

首先“人眼＋放大镜”的检测精度难于满足要求，对于高密度线路板的微小缺陷容易发生漏测，检测标准不统一，检测水平不稳定。从工程实践来看，人眼检查的疏漏是难以避免的，而且人眼检查与人员的精神状态密切相关，疲倦、情绪的波动和环境的干扰都会导致检查结果的波动，很难完全避免漏测。一般的工厂每周会有两次左右漏测，而漏测则意味着后工序物料的损失和浪费。

其次的问题是检测速度慢。对于一张450 mm×600 mm，0.75 mm的菲林，采用人工在10倍放大镜下检测，需要超过30分钟的时间，加上复查，耗时更长。加以合格的QC人员培养不易，人力资源成本压力巨大。

传统人工检测方式的一个严重问题是人眼疲劳和劳动保护。QC人员长期通过放大镜紧盯菲林进行检查，眼睛极易疲劳甚至损伤，劳动保护问题不容小视。

基于自动光学检查（AOI）技术的底片检查机，可以有效地解决上述问题。

2 底片检查机的基本原理和系统组成

底片检查机按技术划分为精密机械、光学成像（CCD成像）系统、电气控制、软件逻辑处理四大部分组成，是基于图像处理和计算机视觉技术，实现对菲林的自动精密检查，集现代精密光学、电子、机械和计算机技术为一体的高精度质量检查设备。图1为底片检查机的系统组成。

系统通过光学运动平台完成整个菲林图像的扫描（如图2所示），通过处理软件，完成对菲林的图像分析，检出缺陷。

目前AOI常用的检测算法大约可分为三种：

2.1 有参照判决

将被检测图像与标准模型比对，包括图像级的逐点比对，特征级的特征比对。从标准模板的获取方式，又可细分为从基于设计文件的检测和基于好品统计的检测。

2.2 无参照校验，或称为基于规则的校验(DRC)

根据事先定义的PCB设计规则，检测图像中是否存在违反规则的情况。

2.3 混合型判决

综合运用标准模板比对和基于规则的判决两种方法。

有参照的检测算法简单，容易实现，但是特征级比对不容易检测线宽、线距违例等瑕疵。此外对于某些特殊的区域，逐点比对前的精确定位较为困难。DRC方法算法实现较为复杂，但不需要标准模板，对微小缺陷敏感度高。DRC方法在早期的AOI设备中应用较多，其最根本的也是无法解决的缺点是在整线或焊盘缺失、多余时可能存在漏检，这在实际应用中无法避免而又无法接受。而从设计文件获得检测模板（CAM Reference）则可以得到标准的Gold Model，理论上可以无遗漏的检出所有缺陷。近年来，综合运用CAM Reference和DRC方法成为技术主流。

底片检查机对菲林底片检测流程为：CAM资料导入分析→菲林底片扫描检测→缺陷复查确认→缺陷标记→缺陷修复。

3 底片检查机的应用价值

底片检查机的应用价值主要体现在以下几个方面。

3.1 提高生产品质、生产的直通率

结合客户的生产工艺，底片检查机的检测精度高，极大地提高了菲林的生产质量，基本可做到菲林零缺陷流入下一道工序。大大减少由于菲林缺陷所导致的批量返修或者报废，提高产品生产的直通率和交货周期。

3.1.1 人工目检或者抽检情况

由于人工容易受主观性和环境条件等的影响，一般靠人工目检很难实现完全的菲林缺陷控制。对于设备性能和工艺较好的厂，一般一周会有两次左右的菲林缺陷流入下一道工序；若设备性能较差，工艺控制不好，甚至会有一天一次的缺陷菲林流出；抽检则存在更大的风险，会导致更多的缺陷菲林流出，导致批量返修或者报废，造成严重的损耗。

高端印制电路板厂对于产品的品质要求越来越高，显然人工目检或者抽检已经满足不了现在和未来发展的需要。

3.1.2 采用Film AOI情况

采用Film AOI后，基本可将菲林缺陷漏测降低至零，从而杜绝菲林缺陷而导致的后工序生产问题，大大提升了生产的直通率，降低物料损耗。

3.2 提升检测效率，提高菲林产能，大大减少人工成本

底片检查机采用先进的高速线扫描系统及软件处理系统，可自动快速完成对菲林的图像采集、处理等工作，大大提升传统靠人工检查菲林的效率问题，减少大部分的菲林QC人员，从而解决菲林生产的效率瓶颈。

采用人工对菲林检查，在保证检查质量的情况下，效率极低。一般要求对于3 mil线路层等线路较多，较密集的地方，至少要检测30 min ～ 40 min，方可进入下一道工序。一般检测300片/天菲林的话，要配置约15个专门的菲林检查QC。

采用底片检查机，在保证检查质量的同时，可将检测时间缩短3 min ～ 5 min左右，将检测效率提高了几倍，约4个QC即可完成300片/天的菲林检测。

3.3 工艺改善，提高信息反馈

在工艺工序流程中，若出现质量问题，则需要对生产过程中的不合理之处进行分析定位。

较传统人工目检，采用底片检查机，从工艺上有了很大的改善，通过检测及统计菲林缺陷类型有助于分析环境洁净度、光绘机、冲片机等对菲林质量的影响。

底片检查机可以保证菲林质量，提高后工序如曝光后或者蚀刻后质量问题的定位，从而提升信息反馈效率。

3.4 标准化生产，品质可控

对于现在PCB生产企业，一般都配有PCB AOI，随着菲林AOI设备及AVI设备的进入，可形成一套前、中、后工序完全视觉检测的完整体系，从生产的源头严格控制产品的质量。菲林AOI的应用，标志着应用厂家的质量控制手段更加精细化、体系化、标准化。

传统的人工目检，受环境干扰和主观因素的影响较大，对菲林质量控制的稳定性和持续性低。菲林AOI的运用，可对生产中需要检测出的菲林缺陷的种类、大小等作出统一的标准，保障品质的可控性，能够持续、稳定、高效生产出高质量的菲林。

3.5 降低劳动强度，降低培训费用和周期

表1 人工目检与凌云菲林AOI检测对比表

采用底片检查机后，工人仅需要完成上下片及修复操作即可，避免了长时间用眼紧盯菲林产品的问题，从而大大降低QC劳动强度，从而降低QC工人流动性。

若采用人工检查，对于新员工的培训一般需要一个月熟悉现场环境和菲林基本检测流程，一个月熟悉检测标准，一个月左右积累实际缺陷判别经验。总共约需要三个月左右，才能达到熟练检测、修复菲林的状态。底片检查机使用操作方便，且工人无须学习复杂的菲林缺陷判别标准，各种缺陷表现方式等知识。一般只需一两天即可熟练检测菲林，从而大大缩短工人培训时间，降低培训费用。