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应用于SMT行业先进的在线检测设备－自动光学检查系统
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欧姆龙中国有限公司技术支援部 董连京
面向21世纪的高度信息化社会，电子机械的发展日新月异，手机及各种自动机械的轻薄短小化和普及发展加速了元件精密化及高密度贴装的趋势，而这也给整个SMT行业带来了深刻的影响。新型元器件的不断出现与应用，使得印制电路板(PCB)上的元器件密度增加，IC芯片引脚距离变小，同时元件的尺寸也越来越小。近年来由于精密元器件的单价降低，即便是贴装面积充足的板面也采用使用精密元件的设计等等事例也经常发生。在这种元件精密化及高密度贴装的背景下，使得传统的在线测试系统，不管是针床式还是飞针、夹具式都有不少显得无能为力的地方，甚至连目视检查也无法进行。近几年来出现了以光学系统为主的检测系统，它们统称自动光学检查系统(AOI，Automatic Optical Inspetor)。
对于国内用户大量采用的人工目视检查来说，人工检查员还在完成大部分的检查工作，但是越来越小的电路板特性已经使得人工检查不可靠，主观和容易产生与手工装配有关的成本和质量问题不断出现。人工检查的可重复性水平低，特别是一个操作员不同于另一个，以及视觉疲劳问题，不可避免地导致疏忽缺陷。由于这些原因，AOI逐渐地在装配线上取代人工检查。
由于AOI在生产过程中即可对产品故障进行检测，因而返修成本相对较低，近几年来广泛地被采用，特别是具有高产量和高质量要求的场合，如通信设备、汽车电子和家电产品等。在以前的生产中，很多厂商也都注意了这一点，对这些工序也加强了检验，但使用的是大量的人工目检。AOI的出现不仅提高了生产效率，也提高了产品的质量。
相对于今天越来越复杂的PCB和固体元件，传统的ICT与功能测试编程正变得费力和费时。PCB制造商发现，使用针床(bed-of-nails)测试夹具很难获得对密、细间距板的测试探针的物理空间。为复杂的板编写功能测试程序是一个令人敬畏的任务，这些板的测试夹具的制造也是昂贵和费时的。为了克服这个障碍，AOI证明是对ICT和功能测试的一个有力的补充。
因此，为了提高PCB上元件在组装过程中的错误检测率，电路板焊锡检测设备迅速普及，2000年度普及的势头仍很旺盛。另外，近来，从环境保护的观点出发，使用电路板焊锡检测设备进行工程管理及工程改善来防止不良的发生，或是停止使用最终成为产业废弃物的ICT之类的多pin型器械，改用光学式电路板焊锡检测设备的例子也不断增多。
视觉检查可以直接了当的对各种故障进行检测。元件与其下面PCB的形状、尺寸、颜色和表面特征是轮廓分明的，元件可以在板的表面上可预见的位置找到。由于这个简单性，PCB装配的自动检查在25年前成为计算机化的图象分析技术的首例工业应用。
我们知道，在PCB生产线上，新出现的故障分布大约是：焊接错误占75%以上，包括开路、短路、焊锡不足、焊锡过多等，元器件错误占8%-10%，包括极性反，漏放，位置错误，元件错误等。这些故障都可通过光学检查系统准确的判别出来。仅剩下不到10%为元件、器件电气参数不合格。当然为使整块PCB的功能能达到技术指标的要求，还要进行电气测量，包括功能测量和组合测量。
在PCB的生产线上，AOI系统一般可以放置在三个工位，首先放置在印刷机的后面，主要检查焊膏印刷的情况，尤其是对BGA、CSP这类元件需要特别注意，如焊膏的形状、厚度、管脚间的桥接等；其次是在元件贴装之后、回流之前的元件检查工序，以检查贴片的正确与否，可以较早地发现丢失、歪斜、漏贴的元件或极性错误的元件，减少成本高的回流后返修；然后在回流焊工序后再放一台，以检查焊接后的质量，包括焊点质量与元件位置，如锡桥、焊球、破裂焊点、焊锡过多、焊锡过少和其它缺陷。可是，锡点检查无可争辩地是基于运算法则(Algorithm-based)的AOI系统的最困难的任务，因为可接受的焊点外观的变化范围广，同时焊点检查之后即为成品出厂，一般不会再有检测，因此对AOI的检测全面性与准确性要求最高。
一般来说，AOI设备根据其检测原理分为两大类，一类使用激光（Laser）作为检测手段，另一类则使用CCD镜头摄取图象进行处理。
对于使用激光的AOI来说，可以准确地检测出高度，如焊膏的厚度、元件的高度以及焊锡的高度等，属于三维检测。但相对来说，技术处理较为困难，尤其是对编程的要求较高，也极为复杂。同时激光检测使用一条激光线，对元件贴装位置的变化无法处理，而在回流焊后PCB板受热翘曲变形是经常发生的，这种情况往往会导致误判。
现在AOI的设备厂商大多使用CCD镜头的方式作为其主要检测手段。主要原因是图象的直观化，同时CCD采样得到的图象可以进行数字化的二值化处理，相对于激光方式来说技术处理较为简单。
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