SMT生产中的AOI检测技术现状分析

李海玉，王 雷，杨晓燕，韩淑玲，刘晓燕

（潍坊职业学院，山东 潍坊 262737）

随着电子制造业的发展和生产技术的不断提高，SMT表面贴装技术在电子产品加工中的应用越来越广泛。相比较THT通孔插装技术来说，SMT产品元器件体积更小，集成度更高，电路板安装密度更大。而传统的检测方法主要采用人工目检，这种检测方法存在主观性强的缺陷，检测结果易有偏差，效率也相对低下，既不经济，也不可靠。为了适应SMT生产效率的提高，AOI检测技术应运而生。在电子产品的生产过程中，引进AOI设备对加工的电路板进行全面的检查，从而提高电子产品的直通率和生产效率。AOI（自动光学检测）是自动光学检测的缩写。为了适应SMT电子产品中表面贴装元件的小型化，PCB走线图案的精细化，以及表面贴装电路板的高密度和快速组装，在SMT生产加工中必须采用AOI设备进行检测。当AOI检测设备执行自动检测时，AOI设备的相机通过自动扫描要检测的电路板来执行图像采集。将待测焊点与数据库中预设的标准参数进行比较，然后通过图像处理检查板的缺陷。然后通过显示器标出检测到的缺陷，以便维护人员进行维护。这种检测方法能准确而快速对表面贴装电路板进行自动检测，标记缺陷，这是提高电子制造业产品质量和自动化的重要技术。

1 国内外研究现状

国外AOI的起步较早，国内从2003年东莞市神州视觉有限公司研发的第一代AOI开始，市场也比较普遍。主要以2D AOI为主，3D AOI在国内技术还没有完全成熟。采用统计建模技术和彩色图像比对法，能够准确而高速地检测出以下几种缺陷：

①锡膏印刷缺陷：桥接，缺少印刷，污染，拉尖，少锡，多锡，塌陷，偏移等；②零件放置缺陷：少件、错件、偏移、元器件损坏、侧立、元器件翻转、极性错误等；③焊接缺陷：少件、错件、偏移、立碑、多锡、少锡、连锡等；国产神州视觉的AOI采用的是中文界面，方便学习和使用。此外，北京星河公司和厦门福信光电集成有限公司也成功开发了自己的AOI设备，为国内AOI检测技术的研究和开发奠定了基础。

2AOI检测的意义

由于回流焊接过程存在很多因素的影响，表面贴装电路板经过回流焊后，可能会有桥接、立碑等各种缺陷出现，这极大地影响了产品的可靠性和性能，因此在回流焊接之后，需要对SMA进行全面检查。对焊点质量的要求如下：焊点均匀、完整、连续，接触角小于90°，焊点表面光滑，焊膏量适中。焊盘上元件的引线或焊接端的位置偏差不能超过规定的范围。

随着SMT电路的小型化和高密度化，检测工作量越来越大，依靠人工目视检查的难度也越来越高，判断标准也不完全一致。目前，制造商在批量生产过程中检测SMT板的焊接质量，并广泛使用自动光学检测（AOI）或自动X射线检测（X射线）。自动光学检测（AOI）主要用于工序检，主要包括印刷后的锡膏印刷质量检测、贴片后的贴装质量检测和回流焊炉后的回流焊接质量检测，在SMT三个关键工序（印刷-贴片-回流焊接）中使用AOI设备实现生产过程检测跟踪。典型内容包括详细的缺陷分类和元件放置偏移信息。AOI通过在线监控追踪生产过程和状况，为调整生产过程和工艺提供必要的基础。

3 研究内容

3.1 AOI分类

AOI中文是指自动光学检测，也泛指自动光学检测设备或自动光学检测技术。AOI设备一般可分为两种类型：桌面式和在线式（在生产线上）。

（1）AOI设备通常可以根据生产线上的位置分为三种类型：①放在焊锡膏印刷之后的AOI。可用于检测焊膏印刷的面积、形状以及锡膏印刷的厚度。②放在贴片机后的AOI。可以发现元件缺失、错误，损坏和极性错误，包括焊端或者引脚在PCBA焊盘上与焊锡膏的相对位置。③放在回流焊后的AOI。可以检查焊接质量并找出有缺陷的焊点。

AOI最常见的检测位置是在回流焊接之后，这是因为它可以检测所有装配错误，并提供高度安全性，以防止有缺陷的产品流入客户。本论文重点关注回流焊后的焊接质量检测，并通过基于机器视觉的AOI检测识别锡膏印刷、元件贴装和回流焊接工艺引起的误差。检查元器件的缺件、少件、立碑、偏移以及所有极性错误的缺陷，以及焊接短路、少锡、和管脚翘曲等缺陷进行全面检测。

（2）根据摄像机位置，AOI设备可分为垂直摄像机和倾斜摄像机的AOI。

（3）根据使用光源的不同，AOI可分为两种类型：①对于使用彩色镜头的机器，光源通常使用红色、绿色和蓝色计算机处理色彩比率。②在使用黑白镜头的AOI机器中，光源通常是单色的，计算机处理灰度比。

3.2 AOI工作原理

AOI基本上有两种检测方法，分别是图形识别法和设计规则检测（DRC）法。AOI通过光源照亮PCB，并使用光学镜头将来自PCB的反射光收集到计算机中。通过计算机软件分析PCB信息的色差或灰度比，以判断PCB上的焊膏印刷、元件放置和焊点质量等一系列情况，并通过显示器显示、标记缺陷，同时记录缺陷类型和功能，向操作员发出信号，或触发执行器以自动移除有缺陷的组件并将其返回到修复系统。

4AOI应用前景

AOI系统的缺点是它只能对图形进行直观的检查，检测的效果取决于光学系统的分辨率。它有两个缺点，一是不能定量测试电气性能；其次，不可能检测到隐形焊点和元件，如BGA等，这时就需要用到X射线来进行隐形焊点的缺陷检测。目前大多数电子行业的表面贴装电路板加工厂仍然只重视焊接之后的自动光学检测，而对印刷和贴片后的自动光学检测还有所忽略，随着印刷电路板与元器件不断小型化，生产中也要求实现更有效的闭环流程控制。这就要求能提供有效的检测和测量方案，更多的表面贴装电路板生产加工商也会认识到这样的投资更加物有所值，从而选择在生产的各个环节当中使用自动光学检测系统，因此AOI自动光学检测系统将在提高成品率和改进产品生产线方面扮演着重要的角色。