基于AOI技術的PCB常見質量缺陷檢測分析

黃碗明

摘要：印刷電路板（PCB）是對電子元器件進行支撐和連接的載體，采用電子印刷術制作而成，檢測PCB質量缺陷是質量控制的一個關鍵環節。文章介紹了PCB常見質量缺陷類型，指出自動光學檢測（AOI）技術的特點和優勢，闡述了AOI技術在PCB質量缺陷檢測中的應用，以供同行參考。

關鍵詞：PCB板;質量缺陷;AOI技術;優勢;檢測

我國的PCB產業處于全球領先地位，早在2015年PCB總產值就居于世界首位，而生產技術和質量，直接關系到PCB產業的未來發展。傳統檢測方法中，主要采用人工目檢和孔位、孔數檢測機，因效率低、工作量大、不滿足實際工作需求，必須對檢測方法進行創新。以下結合學者的工作實踐，探討了AOI技術在PCB質量缺陷檢測中的應用。

1.PCB常見質量缺陷類型

1.1 焊接不良

以MIC為例，地線焊接不良見圖1。分析原因如下：①地線焊接端的剝皮長度短，因尺寸不足焊接不牢。②焊接之后，沒有對透錫品質全面檢查。

1.2 電容脫落

電容脫落見圖2，分析原因如下：PCB在加熱爐內加熱后，再經過AOI檢查，工作人員需在傳輸鏈上取下產品，置于周轉架上。周轉架一般前后兩面放置，如果錯位會導致PCB板邊緣凸起，并且撞擊電容造成脫落。

1.3 元器件移位

元器件移位見圖3，分析原因如下：焊盤上的導熱孔，為了確保灌滿錫，焊盤下的基板和銅板之間并沒有半固化片，錫膏印刷后會形成密封的氣穴。焊接作業時，因空氣膨脹將錫膏吹跑，造成元器件移位[1]。

1.4 焊錫未熔

焊錫未熔見圖4，分析原因如下：①錫膏本身質量差。②在加熱爐內加熱時，爐溫不夠。③焊接面上存在氧化物。

1.5 焊料球不良

焊料球不良的原因有：①錫膏保存時間長，已經超過保質期。②錫膏在使用前，沒有在室溫下放置4-5h。③在加熱爐內預熱時，溫度上升過快，錫膏內的水分沒有充分揮發，再次焊接時在水分影響下形成焊料球。

2.AOI技術的特點和優勢

2.1 特點

AOI技術是在光學原理下，對焊接過程中常見的缺陷進行檢測。作為一種新型的檢驗技術，AOI發展迅速，目前市場上有多種檢測設備。AOI檢測時，利用攝像頭自動掃描PCB，采集圖像后分析焊點數據，并和數據庫中的標準參數對比，從而明確缺陷類型，將缺陷顯示出來。

相比于人工檢查，AOI檢查的持續性、可靠性更好，具體見表1。總結AOI技術特點如下：一是檢測速度快，和PCB板的印刷密度無關;二是可進行快速便捷編程，利用元件數據庫對測量數據進行編輯;三是多功能檢測算法、二元或灰度水平光學成像處理技術作為輔助;四是可根據PCB板的位置變化，自動化校正檢測窗口，提高精準度;五是可在PCB板上使用墨水做標記，或在顯示界面上標記圖形，對檢測結果進行核對[2]。

2.2 優勢

第一，節省人力物力。傳統人工檢測，需要消耗大量的人力和時間，隨著檢測時間延長，工作人員會產生疲勞感，影響檢測效率。AOI技術的應用，利用機械設備取代人工，可自動化、連續性運行，減輕人力工作量和成本[3]。

第二，提高檢測質量。人工檢測依賴于工作人員的經驗，具有一定的主觀性，因此難以保證檢測結果的精準度。AOI技術采用先進的技術手段，將科技和人工有機結合，科技為主、人工為輔，可提高檢測精準度。

3.AOI技術在PCB質量缺陷檢測中的應用

3.1 檢測流程

利用AOI技術檢測PCB質量缺陷，主要是由操作系統、照明系統、圖像處理系統、數據處理系統組成，檢測流程見圖2。其中，CIS是接觸式圖像傳感器，和圖像采集卡相配合，組成了圖像采集系統。計算機、顯示器和打印機，組成了數據處理系統。PCB移動平臺和傳送帶，組成了運動控制系統。

簡單來看，AOI檢測流程是：①待檢PCB置于移動平臺上，利用傳送皮帶送至圖像傳感器的下方;②照明系統照射PCB，圖像傳感器采集圖像，并傳輸至圖像采集卡;③圖像從采集卡傳輸至計算機，處理后和數據庫中的標準對比，判斷PCB是否合格，指出缺陷部位。

3.2 AOI儀的應用

AOI儀是基于AOI技術原理制成的檢測儀器，以PCB孔位檢測為例，照明系統照射PCB，產生的光波波長和孔徑相近，透過電路板表面，光穿過小孔時會產生光學衍射現象，形成衍射條紋。計算機系統對衍射條紋的粗細、明暗、顏色變化進行分析，就能判斷孔位是否合格，確定孔壁的均勻度[4]。

以國產AOI儀為例，適用于表面貼片技術生產線中所有的視覺檢測階段，具有穩定、準確的檢測能力，可提高檢測效能，完成快速編程，隨時了解產品品質。以FLPE-A110、FLPE-A115、FLPE-A120三種型號的儀器為例，性能對比見表2。

3.3 優化設計

結合實際應用，AOI技術檢測PCB質量缺陷時，優化設計方法如下：

第一，如果檢查對象是不可見的，或受到干擾導致圖像模糊，此時可制定設計方針。以Viscom AG 和 KIRRON GmbH &Co KG 合作開發的特殊測試方案為例，能減少編程時間，減少誤報概率。

第二，在PCB整體布局上，元器件的尺寸應滿足IPC標準，減小制造公差;為了防止顏色造成的干擾，建議使用無光澤的阻焊層，尤其焊盤間要覆蓋阻焊層。設置基準點，通常情況下至少有2個基準點，每個基準點距離PCB板邊緣5mm，并配合統一的黑色背景。

第三，優化焊接工藝。為避免焊點反射，元器件不要對稱排列;經過波峰焊，焊點參數會發生變化，檢查算法應該包括這些變化。如果基準點沒有被阻焊膜蓋住而過波峰焊，此時可用十字型作為基準點，或用阻焊層覆蓋基準點。

4.結語

綜上所述，PCB常見質量缺陷有焊接不良、電容脫落、元器件移位、焊錫未熔、焊料球不良等。AOI技術不僅節省人力物力，而且能提高檢測質量，將其應用在PCB質量缺陷檢測中，具有較高的應用價值。希望通過本文，為實際檢測工作提供借鑒，推動PCB產業高質量發展。

參考文獻

[1]瞿棟，汪鵬宇，黃允，等.基于卷積神經網絡的PCB缺陷圖像識別[J].計量與測試技術，2021，48（8）：21-23.

[2]郭聯金，謝躍信，羅炳軍.基于亞像素的PCB表面質量檢測[J].電子質量，2018（6）：8-13.

[3]邵帥，李冰潔.SMT工藝質量要求及常見缺陷[J].設備管理與維修，2021（16）：112-113.

[4]郭民，王蕊.AOI 技術在 PCB 缺陷檢測中的設計與實現[J].測控技術，2016，35（12）：127-130.