AOI设备的功能设计及设计指标

AOI是基于视觉,也是基于自动控制技术和计算机图像分析技术的光学检测系统,这样可以使用软件编程方式完成AOI的功能设计。

AOI设备的功能和设备的使用环境,设备检测的对象密切相关。在设计AOI设备的功能的时候,必须考虑这些因素。

AOI设备的应用环境

目前,PCB生产厂家生产完成的pcb板,早已经从传统的低频率的模拟电路印制扳,过渡到高频率的数字电路印制板,而其中的SMT即表面贴装技术(Surface Mounting Technology)在现在的数字电路印制板生产中的使用是最为广泛的。

在SMT生产全过程中,AOI设备对PCB板的检测,可以在多个生产环节里使用。从图中,我们看一下AOI在SMT生产各环节的作用,不同的检测点要选择不同的AOI设备,其目的是要追求最大的生产性价比。

aoi工作环境

aoi工作环境

 

 

从上图中可以看到,在SMT生产过程中,至少可以有四个环节使用到AOI设备用于检测,它们是:PCB的裸板检测,锡膏印刷后的检测,元器件放置后的检测,回流焊接后的检测。在四种检测的功能分别是:

1.PCB裸板检测:用于检测PCB生产过程中,由于基板制作、覆铜、蚀刻等产生的缺陷和瑕疵,其中最主要的瑕疵来自蚀刻,主要是检查其多余的和缺少的部分。AOI在这里一般可以发现大多数问题,存在少量漏检;主要影响其可靠性的是误检问题,PCB加工过程中灰尘、沾污和一部分材料反射差会造成误检。解决的办法是,在AOI检测后,进行人工验证。

2.锡膏印刷后的检测:锡膏印刷是SMT初始环节,也是大部分缺陷位置所在。缺陷主要表现在焊盘上焊膏不足或过多;大焊盘中间部分焊膏刮擦,小焊盘边缘部分焊膏拉尖;印刷偏移,桥连,及沾污等。

3.元器件放置后的检测:元器件贴装环节对设备精度要求很高,常出现的缺陷有漏贴、错贴、偏移歪斜、极性相反等。AOI检测可以检查出上述缺陷,同时还可以在此检查连接密间距和BGA元件上的焊盘焊膏。由于这个环节是可预防缺陷的最后的一个环节了,这是可改正的最后的一个检测环节。

4.回流焊接后的检测:在回流焊后,因为缺陷已经被固定,所以这里的检测是用于发现问题。这里AOI设备可以检测元件的缺失、偏移和歪斜情况,以及所有极性方面的缺陷,还一定要对焊点的正确性以及焊膏不足、焊接短路和硗脚等缺陷进项检测。这是所有生产检测的最后一个环节,可以发现所有的装配错误,提供生产的高度安全性。上面列举了AOI设备可能的四种应用场合,在这些的场合中AOI设备的设计和功能都是不同的。比如后2个环节的AOI设备的处理是3D的采集和图形处理系统;锡膏印刷后的检测,可能是3D,也可以是2D的;而PCB裸板的检测必定是2D的采集和图形处理。

本文涉及的AOI设备是用于PCB裸板的检测,即上图中的第一个环节中使用的AOI设备。它的作用是针对PCB生产过程中,由于基板制作、覆铜和蚀刻等环节产生的缺陷和瑕疵。其实,该AOI设备一般不会用在SMT生产厂家,而是用在PCB板生产厂家,它是PCB厂家用于保证质量的最后保证。我们的设备正是针对PCB板生产厂家的。

AOI设备的检测对象

已经了解到本文涉及的AOI设备是用于PCB生产厂家出厂莳的最后检测,在这样一个环节,AOI设备需要检测三类瑕疵,如下图所示。根据Moganti归类法,图中的三种瑕疵相当于Moganti归类法的第二类瑕疵:针孔(Pin Hole)和第五类瑕疵:缺口(Mousebite).

pcb瑕疵点示意图

pcb瑕疵点示意图

把这二类瑕疵扩展为三种瑕疵,是因为在以后的图像识别和处理中,它们可能会涉及小同的算法和处理逻辑。这样,我们就详细地分析图中出现瑕疵的情况。

l.左图是一个导电的触点,它可以是一个过孔(Routing Via)或是球栅阵列(BGA,Ball Girl Array)的一个点。如是过孔Via的瑕疵,那可能是孔化上锡的工艺问题,在两层板之间电信号传导可能会不通;如是球栅阵列BGA的瑕疵,那因为BGA是通过机械电接触导通,显然就会无法电接触了。我们将此类瑕疵归于BGA类的针孔(Pin Hole)瑕疵。

2.中间图是可以插入标准插槽的标准连接部件~金手指(Connecting Finger)上的一个电触片(Pin),这类瑕疵会造成插入插槽后的接触不良。因为现在大多数的金手指的Pin脚已经不采用黄金为材料,而专用锡材料。如有疵点无疑会造成Pin脚容易磨损,不利于经常插拔。我们将此类瑕疵归于PAD类的缺口(Nick)瑕疵。

3.右图是一个普通的SMT焊盘(PAD),一般用于焊接表面贴装元器件SMD(Surface Mounting Device)如片状电阻、电容等,如有疵点,则在焊接时会造成如无法上锡,或焊接后的假焊的问题。我们将此类瑕疵归于PAD类的针孔(Pin Hole)瑕疵。

由此,我们的检测主要是在两类BPC中的结构上进行,即PAD和BGA。而检测的瑕疵也就是出现在PAD和BGA上的针孔(Pin Hole)和缺口(Nick)瑕疵。

AOI设备的设计指标

AOI设备的要完成的设计指标比较简单,主要有三个:

1.缺陷检出率:≥95%

2.误报率:≤10%

3.一帧图像(4008pix*2672pix)的检测速度:≤1秒

简单概括就是:高速、高检出率和低误报率。

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