基于視覺(jué)檢測(cè)的PCB缺焊檢測(cè)方法分析

章禹祺 沈紅衛(wèi)

摘 ? 要：PCB（印刷電路板）它是現(xiàn)代電子產(chǎn)品的核心部分，電子行業(yè)中對(duì)于印刷電路板的檢測(cè)，是整個(gè)檢測(cè)內(nèi)容的重點(diǎn)。時(shí)下隨著印刷電路板的精度、集成度、復(fù)雜度、以及數(shù)量的提高，人工目測(cè)等傳統(tǒng)的PCB缺陷檢測(cè)技術(shù)因諸多弊端已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)水平的要求，因此開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新的檢測(cè)方法已顯得尤為重要。本文通過(guò)列舉PCB板缺陷產(chǎn)生的原因和目前慣用的缺陷檢測(cè)方法及其不足，提出符合現(xiàn)代工業(yè)要求的PCB缺焊視覺(jué)檢測(cè)方法。包括：自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)（AOI）、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)（MVI）、計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)（AVI）。以便更好服務(wù)于現(xiàn)代電子工業(yè)促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：視覺(jué)檢測(cè) ?PCB缺焊檢測(cè) ?印刷電路板

中圖分類(lèi)號(hào)：TN41 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（b）-0086-02

1 ?PCB板產(chǎn)生焊接缺陷的原因分析

PCB板是電子產(chǎn)品中眾多電子元器件的承載體，它為各電子元器件的秩序連接提供了可能。現(xiàn)電子技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)日新月異，PCB板密集度不斷增大，層級(jí)越來(lái)越多，生產(chǎn)中因焊接工藝上的缺陷，導(dǎo)致電路板的合格率降低影響整機(jī)質(zhì)量的事故屢見(jiàn)不鮮。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)影響PCB板焊接質(zhì)量的因素主要有以下幾點(diǎn)。

1.1 設(shè)計(jì)缺陷影響焊接質(zhì)量

PCB設(shè)計(jì)尺寸過(guò)大，印刷線條長(zhǎng)，阻抗增大，抗噪能力弱，散熱性不佳，且布置距離較近的電子線路常常相互影響。較為普遍的情況表現(xiàn)為電磁作用對(duì)電路板的干擾嚴(yán)重。基于此迫切需要對(duì)PCB板作設(shè)計(jì)上的改進(jìn)和優(yōu)化。

1.2 電路板孔的可焊性關(guān)乎焊接質(zhì)量

如果電路板孔可焊性較低，則會(huì)造成PCB焊接中出現(xiàn)假焊問(wèn)題，直接造成電路中元器件技術(shù)參數(shù)錯(cuò)誤，進(jìn)而使得內(nèi)層線和多層板元器件的導(dǎo)通出現(xiàn)波動(dòng)，以至于導(dǎo)致整個(gè)集成電路區(qū)域功能喪失，最終影響整個(gè)電器產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。

PCB可焊性的影響因素主要有：（1）焊料的成份和被焊料的性質(zhì)。為防止因雜質(zhì)產(chǎn)生的氧化物被助焊劑所溶解，必須嚴(yán)格控制雜質(zhì)成分含有量的占比。（2）PCB板表面清潔程度及焊接溫度的影響。因焊料焊接時(shí)其擴(kuò)散速度與焊接的溫度成正比。當(dāng)活性達(dá)到最高時(shí)，電路板和焊料溶融表面迅速氧化，造成不可避免的焊接缺陷。同時(shí)電路板表面污染和清潔度較低也會(huì)導(dǎo)致可焊性降低，造成一系列的焊接缺陷例如，開(kāi)路、斷路、錫珠、錫球、光澤度低等。

1.3 焊接缺陷與翹曲問(wèn)題的息息相關(guān)

（1）各電子元器件和PCB板在焊接過(guò)程中由于PCB的上下部分溫度不平衡產(chǎn)生翹曲，因應(yīng)力變形而發(fā)生虛焊、短路等缺陷。

（2）元器件可與PCB板產(chǎn)生翹曲的同時(shí)也產(chǎn)生翹曲問(wèn)題造成例如空焊的缺陷。此缺陷的產(chǎn)生基于元器件中心的焊點(diǎn)被抬離PCB板，對(duì)整個(gè)電器產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量帶來(lái)極大隱患。而且當(dāng)沒(méi)有焊膏填補(bǔ)空白只使用焊劑時(shí)，會(huì)更為普遍的產(chǎn)生這種情況。但當(dāng)僅使用焊膏時(shí)，又會(huì)因形變?cè)斐珊盖蚺c焊膏粘結(jié)導(dǎo)致短路狀況。

2 ?PCB板一般缺陷檢測(cè)法及其優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 人工目視主觀判定法

借助于校準(zhǔn)的顯微鏡或者放大鏡，完全依據(jù)操作人員直觀視覺(jué)測(cè)量來(lái)確定電路板的合格率，獲得校正操作的時(shí)間。他雖然預(yù)算成本低且不需要測(cè)試夾具，但此種方法因人員主觀判斷因素強(qiáng)準(zhǔn)確率低、人員成本投入高、缺陷檢測(cè)不連續(xù)、數(shù)據(jù)集合困難度大等諸多缺點(diǎn)被淘汰。

2.2 儀器線上檢測(cè)法

線上測(cè)試法是通過(guò)模擬測(cè)試實(shí)驗(yàn)和電性能的測(cè)試，檢查電路板焊接的開(kāi)路、短路及故障元件和元器件的功能檢測(cè)。若電板上元器件布置密度過(guò)大，測(cè)試點(diǎn)的設(shè)置具有一定難度，此時(shí)可使用邊界掃描技術(shù)，通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的測(cè)試電路把測(cè)試點(diǎn)匯總至電路板焊接的邊緣連接器，使各個(gè)位置的點(diǎn)都能被在線測(cè)試儀所檢測(cè)到。

基于電信號(hào)為媒介的在線測(cè)試技術(shù)，可以非常接近于實(shí)用情況的檢測(cè)到電路板焊接的實(shí)際形態(tài)。儀器線上測(cè)試技術(shù)具有使用轉(zhuǎn)換率高、成本低廉、缺陷檢測(cè)覆蓋大、易于操控的優(yōu)點(diǎn)。但需要測(cè)試夾具且?jiàn)A具制造成本高，使用難度大、編程與調(diào)試時(shí)間多等缺點(diǎn)。

2.3 功能測(cè)試法

系統(tǒng)功能測(cè)試法是借用專(zhuān)門(mén)的測(cè)試設(shè)備在生產(chǎn)線的中、末端，全面測(cè)試電路板的功能模塊，以便于及時(shí)確認(rèn)電路板的好壞。但用于過(guò)程改進(jìn)的元件級(jí)和腳級(jí)診斷等深層數(shù)據(jù)，是功能測(cè)試法所無(wú)法提供的，而且需用特種設(shè)計(jì)的測(cè)試流程和專(zhuān)門(mén)的測(cè)試設(shè)備，不僅測(cè)試程序的編寫(xiě)復(fù)雜，而且推廣使用局限性大。

3 ?視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)

視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)涵蓋了電子、機(jī)械、光學(xué)、計(jì)算機(jī)軟硬件等方面的知識(shí)是計(jì)算機(jī)學(xué)科的一個(gè)重要分支，涉及到圖像處理、PC應(yīng)用、模式識(shí)別、信號(hào)處理、人工智能、機(jī)電一體化等多個(gè)領(lǐng)域是當(dāng)今工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域的重要手段。

基于以上缺陷檢測(cè)方法的局限性，采用視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)PCB缺焊的檢測(cè)已經(jīng)成為當(dāng)前PCB缺陷檢測(cè)研究的主體方向。具體方式如下。

（1）自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)（AOI），它綜合采用自動(dòng)控制、圖像分析處理、電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用等多種技術(shù)，基于光學(xué)原理對(duì)生產(chǎn)中遇到的焊接缺陷進(jìn)行檢測(cè)和處理，是一種能快速、準(zhǔn)確檢測(cè)出制造缺陷的方法。

它主要通過(guò)相機(jī)對(duì) PCB 板進(jìn)行掃描獲取到 PCB 板焊點(diǎn)區(qū)域的圖像，運(yùn)用視覺(jué)處理技術(shù)高速、精準(zhǔn)完成自動(dòng)檢測(cè)PCB焊接缺陷，提取相應(yīng)焊點(diǎn)的特征。根據(jù)提取的焊點(diǎn)特征與數(shù)據(jù)庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)特征進(jìn)行對(duì)比，確定焊接缺陷類(lèi)型并標(biāo)示，分析質(zhì)量問(wèn)題給出檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)。等待相關(guān)人員處理。