浅谈AOI在SMT生产线上的放置

./浅谈AOI在SMT生产线上的放置摘要：本文简要地介绍了根据AOI的特性和不同生产工艺要求在SMT生产线上的合理放置问题,给SMT生产工作者有一定的启示。

关键词：AOI；性能；放置前言

众所周知,AOI可以在生产线上建立一个实时的工艺控制〔RPC体系。在这个体系中,AOI可以剔除不良PCB板上的各种缺陷,实时地跟踪分析出SMT生产线上产生各种缺陷的原因,并且及时地反映出这些信息,从而达到优化生产线的目的。然而笔者认为这种思维目前只停留在理论的层面上,在实际操作过程中却并不尽人意。何也,其一是对AOI产品的性能估计过高,其二是AOI在SMT生产线上如何放置还存在一些误区。AOI的性能

从理论上讲,AOI可以代替人眼看到一切能看到的物体,包括该物体的形状、图案、颜色以及可预知的趋向。从目前AOI公开的性能来讲有如下方面：

1．元件缺陷：缺件、立碑、歪斜、偏移、极性、翻件、破损、氧化、错件；

2．印刷缺陷：断路、污染、、锡膏的印刷的厚度不够、形状不规、面积不够和体积不够、锡膏偏移。

3．焊接缺陷：虚焊、空焊、短路、连锡。然而AOI毕竟不是人,它是要通过图像的采集和图像的分析处理的,而图像的分析处理现阶段的软件技术,还没有达到人的大脑级别,因而误判和漏判现象在所难免。目前整个AOI产品市场,由于软件处理技术"五花八门",处理的质量、速度参差不齐,要想AOI在SMT生产线上建立一个较理想的实时工艺控制体系,宛如痴人说梦一般。目前AOI在实际使用时主要存在以下问题：

1．多锡、少锡、偏移、歪斜的工艺要求的标准的界定不同,导致AOI误判的发生。

2．电容的容值不同而规格大小和颜色相同而引起的漏判。

3．字符处理方式不同而引起的极性判断的准确性差异较大。

4．绝大多数AOI对虚焊的理解发生歧义,而引起漏判推诿。一般来讲虚焊应包括：

A．而引起的虚焊

B．器件氧化而引起的虚焊

C．PCB上的焊盘氧化而引起的虚焊

D．炉温曲线把握不当而导致器件、焊盘二次氧化而引起的虚焊

E．线路板翘曲引起的虚焊；F．炉温曲线把握不当而导致锡膏去湿不完全而引起的空焊。去湿不完全而引起的空焊据AOI目前实际使用情况看,所有的进口AOI产品只有极少数对引起的虚焊有所表现,对后几种形式的虚焊的检测,进口AOI则显得无能为力,而第一种虚焊的发生率在整个虚焊的比例又是最低的。因此笔者认为AOI制造商所公开的能检测虚焊的"虚焊"是指膏而引起的虚焊。5．绝大多数进口AOI产品的检测速度较慢而导致检测效率不尽人意。只有少数几家采用扫描方法的进口AOI速度较快,但由于受扫描过快的影响存在的阴影和肓点难以消除,因而是目前漏判和误判最高的AOI,其实用性不大。

6．所有进口AOI产品的误判率居高不下,从而导致在PCB板上检测出的器件缺陷统计失真,继而影响对上游生产设备的调整,加大了对不良PCB板修护的工作量。

7．漏判的有效扼制问题。所有的进口AOI的误判率均在20%以上,这是AOI的具体操作者将其称之为"花瓶"的主要原因。国产AOI的误判率只有1%以下,是目前AOI的具体操作者唯一认可的AOI。

8．屏蔽罩,屏蔽圈遮蔽点的检测问题。

9．BGA的焊接质量保证问题。

10．所有进口AOI产品由于程序编程复杂、繁锁且调整时间漫长,对一切科研单位、小型OEM厂、多规格小批量产品的生产单位极不适应。进口AOI编程方式Aleader

AOI编程方式进口AOI的程序编排、调整的时间漫长而又复杂,且对制程工程师的要求相当高是业界人所共知的事情。进口AOI的制程工程师不但要有熟练的电脑操作技巧和熟练的外文阅读能力,而且还要对SMT生产线工艺十分了解。不具备这些条件是绝对编制不出一个合符SMT生产工艺要求的好程序的！因为所有的进口AOI产品的编程都是"钢板式"的,它们对一个器件的检测界定最少需要五个以上的参数,且每个参数都规定有一个围,如果一个好的器件被NG,就必须对该NG器件的各种参数进行修正,有时修正一个器件需要进行上百次的修正才基本合符生产线的工艺的要求〔事实上是很难修正到完全合符SMT生产工艺的要求的,至少目前我在接近三百家企业里没有见到过进口AOI能制订出这样的程序。而国产ALEADER牌AOI是世界上唯一的一家采用无数据库进行图像化智能编程的AOI产品,其编程时间一般为一小时之就能完成。据旭光科技股份介绍：该司用国产ALEADER牌AOI产品对7000块无铅PCB板的1995000个器件进行检测的结果为,编程时间四十二分钟,调试时间三十一分钟,检测时间每块板三秒,误判率为0.427%〔按器件算,漏判率为0.5个PPM。这是所有进口产品无法达到的指标！该司采用ALEADER牌ALD-H-350产品上线后,其产品的废品率下降了73%!因此,只有真正弄清了AOI产品要受到以上因素的制约,AOI产品的放置才能做到有的放矢,才能最大限度地综合利用AOI产品。AOI的放置AOI的放置由以上原因,笔者认为将AOI产品放置在SMT生产线上的锡膏印刷机之后和回流焊接之后是最理想的选择。主要理由如下：

其一,将AOI放在锡膏印刷后。用AOI对锡膏印刷后进行检测,可以发现印刷过程的各种缺陷,从而将因锡膏印刷不良产生的焊接缺陷降到最低点。比较典型的印刷缺陷有：

1．印刷的锡量过多或过少；

2．印刷发生锡膏偏移；

3．锡膏塌边引起桥接；

4．PCB板上的焊盘之间的锡膏印刷时脱锡不流利而发生锡桥等。

在这里笔者认为将AOI主要用于检测BGA的焊点的焊膏的印刷质量和屏蔽罩、屏蔽圈遮蔽地方的器件的焊点的焊膏的印刷质量,是非常有效的确保BGA的焊接质量和屏蔽罩、屏蔽圈遮蔽的器件的焊接质量的重要前提。

据不完全统计,BGA的焊接质量95%以上取决于BGA焊点的锡膏的印刷质量,贴装引起的不良焊接几乎微乎其微,即便引起焊接不良也是可见的,因为这一情况的出现主要表现在贴装BGA时发生的歪斜上。焊点的短路、虚焊又怎样杜绝呢？这个不用担心,因为BGA焊点的间距为1.27M。所以只要我们保证了BGA的焊点的印刷质量,同时也就保证了BGA的焊接质量,BGA的焊接质量保证了,BGA的虚焊和短路也就不可能发生〔除非PCB板的焊盘氧化和BGA器件本身氧化而形成虚焊。再者,BGA属大尺寸器件,这类器件贴装时很少出现不良现象,即使出现了也是很容易发现,并能及时纠正。同理,对屏蔽罩、屏蔽圈周围器件的焊点的锡膏印刷质量的有效控制,也能把其周围器件的不良焊接缺陷降至最低。其二,将AOI放在炉后。这里是PCB板不良焊接的集结处,是整个SMT生产线的生产工艺的集中反应,因而在这里放置AOI是非常必要的。综合起来看AOI放置在炉后的优点有以下几个方面：

1．可以及时跟踪丝印的印刷质量,如网孔堵塞造成器件焊接情况的不良,如少锡、虚焊、短路等不良焊接的情况的发生。

2．可以及时跟踪器件和PCB板的不良,如器件破损、器件氧化、PCB板氧化等导致坏料上板和虚焊的发生。

3．可以及时跟踪贴装的不良情况。如器件贴装偏移过大而引起开路和抛件、翻件、缺件、立件、极性反向、错件的发生。

4．可以及时跟踪调整炉温曲线,防止造成器件二次氧化、PCB焊盘二次氧化而导致虚焊的产生,还可及时发现锡膏在炉去湿不完全而形成锡球从而导致器件空焊的产生,还可以及时发现因炉子的均温区和降温区的时间控制不当而发生器件的应力产生作用而形成的"碎件"的产生。

5．杜绝不良缺陷流入客户。

近段时间有很多SMT工艺操作人员向笔者提出这样的一个问题,在炉后放置的AOI究竟是采用在线的好还是采用离线的好,他们感到有些困惑。笔者认为采用离线产品是最理想的选择！理由如下：

A．凡是放在炉后的AOI在检测产品时都需要人来分检良品和不良品；

B．所有的被检出的不良品都必须人来修正。离线AOI可以实现边检测边维修,而在线产品不能实现这一要求；

C．所有被检出的不良品都要进行统计分析,找出不良品产生的原因,且这些原因越是早发现,越是有利于对生产线的调整,越是能将不良率进行有效的控制,在线AOI比离线AOI统计分析出的不良原因的准确性低,统计的数据要延迟得多；

D．由于AOI存在误判,因此对AOI已经NG的器件还是要人来进行确诊,离线AOI可以实现边检测出边确诊,而在线产品不能实现这一要求；E．离线产品价格便宜,但一定要采用落地式,带图像储存功能,且图像直观、清晰、明了,便于对NG器件疹断的AOI产品,国产ALEADER牌AOI产品能满足以上各种功能。

F．落地式的离线产品只需要一个人操作,就能胜任检测、分检、修护和信息反馈等工作,而在线产品和桌面式离线产品做这些工作最少两人以上才能满足要求！综上所述,在经济不十分宽裕时,采用在丝印后和炉后放置AOI是OEM、EMS及实际性价比最好的产品是国产ALEADER牌的ALD-H-150型AOI。

诚然,在经济允许的围,在炉前放置一台AOI也是可行的,但在这里放置应注意三个问题

：

其一,不能莫视AOI的误判率,因为误判率太高,会产生生产线上的瓶颈,会影响生产效率的提高。当今所有的进口产品的误判率均在20%以上,以这样高的误判率,要想不影响生产,是不可能的。

其二,因贴装原因发生的不良焊接情况,还要受到器件本身的质量和炉温曲线的制约,也就是说这里的可控系数极低,会导致二次维修的产生,从而增加了维修的工作量,增加了维修成本。

其三,增加了设备的维护成本和固定资产的投资,增加了人工费用。这些成本企业应考虑企业本身的承受度和适用性。

笔者认为涉及到人身安全的医疗设备生产商和国防工业,可以考虑3+1的配备方式,其余,如果在这一地方放置AOI完全是戴斗笠打雨伞——多此一举！结论

总之,AOI的合理放置是广大SMT工作者十分关注的问题。AOI只有根据不同的工艺要求进行经济合理的放置,才能起到良好的检测效果,才能服务于SMT生产线,才能从根本上杜绝不良产品走出SMT生产线。基于此,在锡膏印刷之后和焊接之后放置AOI是你的最佳选择！AOI技术资料1．AOI的全称是AutomaticOpticInspection〔自动光学检测,是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备。

为什么要用AOI？为了进行质量控制,在SMT生产线上要进行有效的检测。2.1SMT生产线上通常用到的检测方法1人工目检用人眼来检测电路板焊接完成前后其上各元件是否正确、是否连焊、焊锡是否合适。人工目检通常位于贴片机后或回流炉后的第一个工位。

2在线测试〔ICT通过对电性能的检测,判断元件是否到位,是否焊接良好。在线测试的位置通常位于回流炉后,人工目检之后。

3功能测试〔FUNCTIONALTESTING在生产线的末端,利用专门的测试设备,对电路板的功能进行全面的测试,用以确认电路板的好坏。2.2常用方法的缺点人工目检是最方便、实用、适应性最强的一种。因为从原理上说,设计好的电路板,只要其上的元件类型、位置、极性全部正确,并且焊接良好的话,其性能就应该符合设计要求。但是由于SMT工艺的提高,及各种电路板结构尺寸的需要,使电路板的组装向着小元件、高密度、细间距方向发展。受自身生理因素的限制,人工目检对这种电路板已很难进行准确、可靠、重复性高的检测了。

由于ICT需要针对不同的电路板制作不同的模板,制作和调试的周期较长,故只适用于大批量生产。功能测试需要专门的设备及专门设计的测试流程,故对绝大多数电路板生产线并不适用。2.3AOI的优点编程简单AOI通常是把贴片机编程完成后自动生成的TXT辅助文本文件转换成所需格式的文件,从中AOI获取位置号、元件系列号、X坐标、Y坐标、元件旋转方向这5个参数,然后系统会自动产生电路的布局图,确定各元件的位置参数及所需检测的参数。完成后,再根据工艺要求对各元件的检测参数进行微调。操作容易由于AOI基本上都采用了高度智能的软件,所以并不需要操作人员具有丰富的专业知识即可进行操作。故障覆盖率高由于采用了高精密的光学仪器和高智能的测试软件,通常的AOI设备可检测多种生产缺陷,故障覆盖率可达到80%。减少生产成本由于AOI可放置在回流炉前对PCB进行检测,可及时发现由各种原因引起的缺陷,而不必等到PCB过了回流炉后才进行检测,这就大大降低了生产成本。3．AOI的种类及主要生产厂家3.1AOI的种类由于设计思路及性能的不同,AOI系统可大致分为以下几种：1>按图象拾取设备分类：①使用黑白CCD摄像头②使用彩色CCD摄像头③使用高分辨率扫描仪2按测试项目分类：①主要检测焊点②主要检测元件③元件和焊点都检测3按设备的结构分类①需要气源供气②不需气源供气4按测试时的相对运动方式分类①电路板固定,摄像头或扫描仪移动②摄像头和电路板各往一个方向运动③摄像头固定,电路板进行两个方向的运动3.2AOI的三种机型：结合以上的各种配置,形成了主要的三种机器类型：①回流炉前无气源,电路板固定,元件检测为主,连焊检测为辅。②回流炉后使用,需要气源,电路板动,进行元件、焊点、连焊检测。③可兼容以上两项的检测,无气源,电路板固定不动。3.3AOI的主要生产厂家AOI的主要生产厂家有英国的DiagnoSYS,VisionPoint美国的Teradyne,日本的OMRON以色列的Orbotech爱尔兰的MVT等公司高效闭环AOI："易于获得的精确数据是最重要的"技术分类：测试与测量

作者：PeterConlon,安捷伦科技公司,AOI高级开发工程师

发表时间：2007-10-23人们常说"信息为王",各个行业都是如此,尤其是电子制造业。要想在生产电子产品的竞争中独占鳌头,制造商必须使用最新技术提高产量,减少保修期退货。近来,制造商一般都使用六西格玛或持续改进系统,而两者都离不开及时获取精确的工艺数据。AOI数据难题在电子制造领域,制造商通常在整个制造线上应用多种测量和测试技术,典型的测试技术有AOI、AXI和ICT,几乎所有的SMT生产线都使用其中几种或全部的测试测量技术。在每条装配线上,AOI和AXI允许对每个元件都进行检测。以手机电路板为例,每块电路板上有2000个元件,每个元件有5个AOI检测结果,每个电路板的生产时间为15秒。这就意味着每小时有4万个数据点,或大约每天84万个数据点。注意,这种情况只针对实际检测本身,还可能需要保存故障设备的图像以及维修结果,这样的海量数据让人无从下手。使数据更实用AOI设备检测并测量SMT组件上的每个元件,主要信息来源就是其检测的数据。但是,与每个元件相关的属性数据也非常重要,它们是一些有用的辅助信息。SMT组件上的每个元件都必须在其板上贴装,可以通过贴装设备进行,操作人员也可以手动贴装。每个元件都有物料代码、封装形式、方向等。

通常,AOI用户都希望利用检测数据改进贴装工艺。在这种状况下,可以为每个贴装部件确定精确的贴装位置,这一点非常重要。用AOI改进工艺的第一步是把贴装数据与AOI检测数据结合起来。

首先,工艺工程师需确定缺陷并修复缺陷。应该了解的是,回流焊后缺陷帕累托不只限于AOI回流焊后缺陷帕累托,它还可以来自AXI、ICT或人工检测。一旦有了缺陷帕累托,就可以用这些信息来确定正确的缺陷预防策略〔表1,图1。

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回流焊后

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回流焊前

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混合模式

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3D焊膏

在步骤2中,工艺工程师可以使用缺陷预防,根据AOI收集到的属性数据及测量数据,追踪缺陷根源。

在步骤3中,使用人工闭环可减少/消除缺陷根源。一旦降低或消除了特定的原因变异,工艺工程师就可以进入步骤4了。

最后是步骤4,对贴装设备的监视性能实施测量分析,并检测设备性能中的早期变化,防止其导致缺陷产品。缺陷预防的真正目的是在无人介入的情况下实施步骤4,AOI数据直接反馈到贴装设备,然后设备根据数据自动对偏移程序进行自我修正〔图2。缺陷探测－查找并修复使数据易于获取意味着将产生的检测和测量数据提炼成相关的、易于理解的数据。工艺控制的第一步是检测缺陷并对根源问题进行分析,因此,信息系统需要提供检测到的产品缺陷数据,并初步确认缺陷如何产生,以及产生缺陷的位置。数据应当是及时的现场数据,向用户显示的图和表应在每次检测之后进行更新。数据的精度同样非常关键,未出现问题的地方就不会做任何修复。所以可信的数据必须是精确且相关的。

为了让用户对缺陷状况快速做出反应,任何软件工具都必须重点关注生产线上出现问题最多的那些部分。这样,工艺工程师及其团队就可以先集中精力确定生产线上哪些部分出现的问题最多,然后再去关注最重要的缺陷原因。先查找后修复这种方法的缺点是必须有缺陷产品才能产生正确的措施。缺陷预防－预测并排除当新产品的生产变得稳定时〔已获知常见缺陷的原因,所提供的数据类型就会改变,持续改进工艺成为核心任务,测量数据就变得非常重要。查看单个器件的测量结果无助于工程师解决任何问题,依据产品各部件在生产线上所处的环节对测量数据进行分组,就可以检测出那些失去控制的情况。采用缺陷预防方法意味着SMT线在控制之。生产线必须受控,否则测量数据没有任何意义,甚至还会产生误导,使情况更糟糕。

检测缺陷时,用户使用的检测设备没有任何特殊要求,但是其应用的检测算法应该有足够大的覆盖率,以捕获SMT生产线产生的缺陷。要进行缺陷预防,AOI设备必须能够进行测量,测量工具的定义如下：

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测量工具有<10%的重复性和再现性〔GR&R；

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测量能收集每个被测元件的X、Y和Theta偏置。解决方案用户可以采用多种方法为生产线提供实用的AOI闭环解决方案,但是要高效地利用数据来提供解决方案还需要一些特殊的软件工具,安捷伦科技公司的APCS软件就是这种软件工具。使用这种工具,工艺质量可以显著提升,下面是两个实例：

第一个例子,合同制造商以前在生产线中利用混合模式检测策略,检测安装电路板上的芯片元件数量和BGA、CSP的焊膏。未实施回流焊前AOI,制造商的回流焊后缺陷PPM大约为30+DPPM。实施回流焊前AOI仅四周之后,回流焊后DDPM约降低一半。

对在混合模式发现的缺陷根源进行深入分析,并采取即时反馈控制,就可以在回流焊前降低DPPM,并进一步将回流焊后DPPM降到低于10DPPM的水平[图3]。

为了说明这种改进对制造商利润率产生的影响,以大批量手机生产为例,我们给出一些回流焊后DPPM下降的数字。

如果每块面板上有四个电路板,且每块电路板上有300个元件,每天的产量是3000块电路板。我们假设每块电路板上只有一种缺陷,维修/元件废品的成本就是每块电路板8美元。只要将DPPM从36DPPM降到8DPPM,每年就能节省72000美元。

一般行业回流焊后DPPM在100~300之间,具体数值还要取决于电路板的复杂程度。如果同一块电路板的DPPM从100降到8,就意味着可以节省20多万美元。

有了缺陷预防,一般的DPPM目标是稳定在50PPM或低于回流焊前DPMO,对于改进的生产线终端,产量为10PPM或低于回流焊后DPMO。

第二个例子来自OEM客户的体验,他们以前只使用混合模式检测。制造商在维修回流焊后缺陷时无需进行任何回流焊前检查或维修。现在他们选择实施检测预防,以降低产品废料和保修期退货。

回流焊前检测〔如果是3D焊膏检测重点应放在片式元件和BGA、CSP焊膏上。片式元件占电路板贴装的80%~90%,故印刷环节的精确测量非常重要。因为回流焊后完成后看不到焊点,所以焊膏印刷质量对BGA和CSP来说至关重要。焊膏不足可导致50%或更高返修成本,这还不包括废料带来的更多损失。

以前,在每月生产8000块电路板的情况下,维修和元件废料的费用是每块电路板100美元。仅1％的改进就能减少80块不合格的电路板,每月在电路板维修和元件废料方面就节省8000美元。总结为终端用户提供一件缺陷产品就可能会惹上很大麻烦。最近,作者遇到汽车行业一个案例,他们的客户仅仅因为个位数的PPM缺陷率就退回了产品,现在他们迫于压力不得不改变工艺。这个代价是惨重的,所以最好在产品下线之前对缺陷进行检测或预报,然后将问题解决。对于电子制造领域来说"易于获得的精确数据是最重要的",因此,其信息系统必须带有实时检查和测量机器,并配备灵活的数据分析软件。電子組裝檢測設備的搭配策略[来源:TPCA周刊][作者:toptouch][时间:2005-1-2710:02:06]SMT的技術發展已有相當長的時間了,因此對大部分的SMT設備而言,產品週期已經是進入相當成熟的階段,但是對SMT檢測設備而言,目前正處於起飛的階段,各種不同的檢測設備依然保有特定的市場成長空間,主要的設備有以下四類：

<一>人工視覺檢測設備：MVI雖然是最傳統的檢測技術加上對先進封裝產品如BGA等,是無法以視覺直接目視檢測,因此也限制了MVI的應用領域。但由於MVI設備價格便宜,因此對消費性電子產品製造商而言是具有較優勢的成本效率的檢測設備,尤其是亞洲地區的製造商接受的意願較高,加上自動化設備尚無法突破感測死角的技術能力,使得人工視覺設備市場仍有獲利的空間存在。<二>自動光學檢測設備：自動光學檢測設備是近年來相當具有市場潛力的檢測設備,在整條SMT生產線中使用AOI的流程包含回銲<Reflow>後檢測、網印<Screenprinter>後檢測、以及元件放置後<Post-placement>檢測,估計20XX銷售的AOI中有20.8%用於網印後檢測,21.3%用於元件放置後檢測,其他的57.9%則是用於回銲後檢測,但是一般製造商對於表面粘著的重工<Rework>及修補<Repair>的成本損耗相當重視,尤其是印刷電路板的損失,因此有更多廠商越來越重視網印及元件取放的檢測,可預期的是AOI在這兩方面的應用比例將會逐年增加。<三>雷射檢測設備：雷射檢測設備也是近年來逐漸成長的設備市場,主要是用在於偵測錫膏<Solderpaste>的高度及寬度,也是因為錫膏塗佈的高度及厚度受到製程工程師相當高的要求,因此帶動了雷射檢測設備的高速成長。由於會有更多廠商對回銲前銲點錫膏量的測量日益重視,因此預估在未來五年中,雷射檢測設備市場仍會有穩定成長的實力。目前全球投入雷射檢測設備製造的廠商數不多,主要是因為開發雷射檢測設備的成本過高所致。<四>X-ray檢測設備：X-ray檢測設備正值快速成長的階段,主要是因為先進封裝產品<如BGA>運用於電子產業的比重逐年增加所致,先進封裝產品接點的錫球或是凸塊只能以X-ray透視電子元件以檢測接點的缺損,其他的檢測設備則無此能力,因此預估未來隨著其他先進封裝產品<如CSP、FlipChip>的普及,X-ray檢測設備市場仍將會有成長的空間。以上是各種檢測設備的市場趨勢,而整體SMT檢測設備市場將隨著無導線架<Lead-free>封裝產品對檢測設備的需求增加而成長,主要是因為無導線架封裝必須在高溫下將電子元件粘著於印刷電路板上,高溫容易對印刷電路板及電子元件產生熱衝擊而造成傷害,所以檢測設備的角色便更加的重要。

另外,將檢測設備整合在SMT設備中也是未來發展的趨勢,雖然這個趨勢將會威脅到單機檢測設備的市場,但是在目前的生產流程中整合設備的績效並不顯著,加上產速較慢,目前尚無法獲得電子組裝廠的青睞,但是未來如果將檢測機構嵌入SMT設備中,進而改善現有生產流程,勢必會是單機市場的強大競爭者,另一方面也將為檢測設備製造商創造新的市場商機。在電子組裝檢測設備的搭配策略方面,除了生產缺陷分析<MDA>、線上測試<ICT>和功能測試及組合測試之外,最近幾年,更增加了自動視覺檢測<AVI>、自動光學檢測<AOI>和自動X-Ray檢測<AXI>,它們可提供電路板的靜態圖像及不同平面上的X射線電路板的分層圖像,從而確定虛焊及焊點橋接缺陷。

組裝印刷電路板測試面臨著微封裝<0402,0201>及"不可見"焊點<如BGA、CSP和FlipChip>的挑戰。同時,隨著技術的發展,組裝與焊接的難度也日益增加,迫使測試技術必須由ICT轉化到其他新測試技術上,最明顯的是功能測試技術的崛起,然而ICT在逐漸退出主流的時候,部分缺陷便需要藉由檢測監控功能來填補,最普遍的方式是自動X-Ray檢測與自動光學檢測AOI。組裝印刷電路板的檢測包含焊墊測試、佈局檢查及電性測試等方式<如圖二所示>,各自有其功能及侷限性,因此缺陷覆蓋率也各有高低。ICT的長處是電氣缺陷測試,如元件的功能不正常或錯值；X-Ray檢驗可對許多焊墊進行綜合檢驗；而AOI系統可以X-Ray系統通常達不到的速度,對元件黏著位置和多種焊墊缺陷進行檢驗。<一>AOI搭配ICT自動光學檢查<AOI>已成為生產流程控制的有效工具,使用AOI的好處有很多,例如可以提高在線測試<ICT>或功能測試的良率、降低目檢和ICT的人工成本、避免使ICT成為產能瓶頸甚至取消ICT、縮短新產品產能提升週期以及藉由統計製程控制<SPC>和統計品質控制<SQC>改善制程良率等等。已經有許多OEM和EMS成功導入了AOI。整體而言,AOI對缺陷檢測及良品率改善等可獲得良好的績效。

AOI可執行的檢測有兩類,包含缺陷檢測<傳統意義的AOI應用>和整批PCB的差異測量。其中差異測量對即時SPC應用非常重要,根據AOI系統類型及它所處生產線位置的不同而不同。對生產流程控制而言,許多廠商已經意識到快速獲取設備狀態資訊以及採取立即糾正措施,是有效達到即時管控的重要方式。AOI具有生產線上收集數據的能力,可提高訊息傳輸率和流程最佳化,並能融入到工廠管理系統以取得更好的效果。

生產製程越多,誤判的可能性就越大,這是由於製程變化非常大時,缺陷檢測的複雜程度也越大。因此選擇在錫膏印刷、貼片、回焊後或者波焊後進行檢查,誤判率會有明顯的不同。一般來說,誤判率的高低取決於製程的變化以及組裝板的複雜程度。缺陷通常包含有缺件、空焊、零件移位和錫量不足等,每一種缺陷都有其判定範圍,用戶可能對缺陷的容忍度有不同的看法,此時必須仔細地設定檢查參數,使設備不會產生誤判。也可以從統計的觀點來看這種給定範圍的誤判,此時應該在既能滿足保護要求又能使總體檢測成本最低的情況下,選擇最佳檢測參數。在生產線上使用AOI可能有四種選擇：<1>Pick&Place之後,控制錫膏印刷製程中的元件黏著；<2>焊前模式,放在Pick&Place之後,回焊爐之前；<3>焊前模式,放在錫膏印刷機之後；<4>焊後模式,放在回焊爐之後。<二>AXI搭配FunctionalTester組裝印刷電路板自動X-Ray檢驗具有許多優點和獨特的性能,可滿足目前乃至未來所面臨的挑戰。自動X射線檢驗系統的運作流程是：在PCBA上方的X射線管中產生X射線,X射線穿過PCBA,被置於測試板下面的探測器所接收。由於焊點常都包含有鉛,而鉛可以大量地吸收X射線,因此與穿過玻璃纖維、銅、矽及其它PCBA材料的X射線相比,照射在焊點上的X射線被大量吸收,從而產生良好"訊號"<焊點>與"噪音"<PCB、器件等>比的X射線視像。這是PCBA的X射線檢驗的基本優點,即只有焊點本身可在X射線視像中顯示,從而使得分析變得相當簡單。元件、導線、各層PCB、焊墊等在X射線視像中基本上看不見。因此簡單的圖像分析算法便可自動而且可靠地檢驗焊點的缺陷。隨著組裝電路板數量的增加,特別是在可攜式消費電子產品中的應用,設計時對於ICT測試節點僅留有很小的空間,甚至被取消。這就意味著你將面臨大量的潛在問題,對於複雜的電路板,直接從SMT生產線送至功能測試,不僅會導致合格率的下降、重工量與故障診斷費用的增加,而且會造成生產的延誤。此時,可用X射線檢驗取代ICT,保持高的功能測試的產出率,並減少故障診斷與重工的負擔。值得注意的是,X射線檢驗可以查出許多原由ICT檢驗的結構缺陷,因此這些缺陷在Ｘ射線檢驗過程中不會被漏掉。同時,雖然X射線不能查出元件的電氣缺陷,但這些缺陷卻可在功能測試中檢出。總之,不會漏掉製造過程產生的任何缺陷。更好的是,X射線檢驗還能夠查出一些ICT查不出的缺陷。就實際經濟效益上講,使用AXI對廠商會有非常積極的回報,除了減少潛在的現場故障外,一些用戶也指出使用AXI的好處：降低ICT和功能測試的返修率、加快產品面市時間、縮短製造周期、降低ESS故障率、取消ESS、樣機測試成本更低、覆蓋率更高。使用AXI的經濟效益取決於產品、規模、可靠性要求、各測試段維修成本、現場故障率、故障造成的後果以及其它因素,一般來說,板面越大、越複雜,或者探查困難,AXI在經濟上的回報就越大。AXI可取代人工視覺檢驗,並能更有效地找出缺陷,所以不良焊點的維修費用也非常低,而且AXI檢驗時也不需要接觸到PCB。這些原因再加上近幾年AXI設備的改進,為AXI帶來更優良的經濟效益。調整測試組合的目的在於找到適合某一種產品的必不可少的組合測試方案。在開始設計製程前,要定義實施所需測試的簡單策略。在產品研發周期的早期考慮產品的可測性問題,而不是在後期考慮。這會大大降低從最初設計到終測的每個節點的測試成本,並獲得較高的節點可測試性。AOI及AXI分別可在生產製程終及成品檢測中,禰補因高密度印刷電路板及新封裝技術所帶來的測試限制,另一個涵義就是組合搭配的方式將為AOI及AXI帶來龐大的商機,但也象徵電氣測試的重要性逐漸被其他非接觸式檢測設備所取代,是否因此造成PCBA測試設備市場成長的阻力則是需要觀察的重點。统计建模技术在AOI中的应用发布时间:2007-8-2111:42:19容提要本文用较详细的资料系统地论证和介绍了统计建模技术在AOI中的应用方法；阐述了统计建模技术在AOI应用中的先进性；揭示了传统AOI技术上的不足；开辟了AOI技术发展的一个新思路。前言众所周知,理想的AOI可以在SMT生产线上建立一个完整的实时工艺控制体系〔RPC,借以实现真正意义上的SMT生产线的闭环控制系统。然而,AOI发展至今,由于理论和实际相差甚远,在实际运用中并不尽人意。主要问题如下：1．误报难以销除。2．检出的缺陷不能自动地分析出缺陷产生的原因。3．程序制定时间过长。4．RS485网络与印刷机、贴片机、回流炉和AOI之间有待实现相互兼容从而实现行之有效的实时工艺控制〔RPC。5．虚焊的检测能力不强。如果以上问题能够得到有效的解决,那么AOI一定会迎来一个最美丽的春天！统计建模技术在AOI上的成功应用是这一春天到来的一缕晨曦！传统AOI技术上不足传统的AOI由于软件运算方式和硬件配合的不同,差异性较大。通常采用的软件分析技术有:模板比较、边缘检查、灰度模型、特征提取、固态建模、矢量分析、图形配对和傅里叶氏分析等；主要硬件有：摄像机、丝杆或传送带、伺服马达或步进马达和彩色光源或黑白光源。工作原理为摄像机获得一块板的照明图像并数字化,然后通过软件与已经定义"好"

的图像进行分析、比较而实现其检测功能的。然而每种软件和处理方法都存在着其本身的优势和缺陷,因此在实际应用中都不够理想和完美。主要表现在以下几个方面：1.有些AOI采用多相机多光源方案,机械结构非常复杂,必须有非常精密的机械制造,这必然增加生产成本和维护成本。2.AOI操作复杂,必须由非常有经验的工程师才能有效地编制AOI程序并且将其调试稳定。有的AOI要求工程师必须潜心研究2年以上才能熟练使用。3.检测参数的阀值难以控制,直接影响误报和漏报的产生。4.硬件复杂不便于维护。5.检测速度慢与SMT生产线不协调。由于受以上因素的影响,目前大多数AOI厂商采用图像配对与多种图像分析技术相结合的方法,综合成一个独特的"处方",形成一个新的运算法则,力图改变上述困境。图像处理的难点包含光源的设计和图像判别。其中图像判别部分是目前世界上公认的难点部分。如一个标准图像同待测图像比较,计算其差异,如果差异小于某个阀值,则判断OK,否则NG。这种方法的难点在于：A．标准图像必须事先准备好,而且电脑里面必须保存所有学习过的OK零件的图片,否则在测试中一旦出现新的可以接受的图像,就很难将其综合到标准中去。例如标准图片是由200个OK元件综合的,为了以后能够再学习第201个OK零件,前面的200个零件的图片都必须保存,可以想像,对于有2000个零件的PCB,需要学习200次OK零件,电脑需要多大的存储空间！<假设每个图片为24位真彩色,大小为100*55像素,则每个图片为16.1kb,所有图片的大小为16.1*2000*200kb=6440000kb=6289MB=6.14GB>B．在比对图像时,传统的图像比对方法采用逐个比较的方法,首先用第一个标准去比较,如果没有通过,再用第二个标准比较,一直到标准比较完毕或是通过为止。这样标准越多,判别花费的时间越长。如果标准不多,则误判很快增加。C．如果不用学习的方法产生标准图片,则必须由操作者凭借丰富的经验创造一个标准,给出一个判别阀值。类似操作的说明书厚度就已经让人害怕了。D．如果用标准图片直接去比对待测图片,发现OK零件和NG零件的差异非常小,而且存在很大的重叠区域,对于重叠的区域,机器当然无确区分OK和NG了。E．阀值由人工设置,如果阀值设置过于宽松,则可能NG的零件也作为PASS,无法达到检查的目的。如果阀值设置过严,机器将会把OK的零件判为NG,频繁报警,让人无法忍受。为此大多数AOI要求使用者必须有很强的工作经验。F．计算速度问题。为了同生产线的速度匹配,要求AOI有较快的处理速度。无论处理方式是否优越,如果处理一个零件的时间超过30毫秒,这都是毫无价值的方法。G．有些AOI的算法以灰度模型和边缘识别为主。灰度模型的缺点在于受光线明暗的影响较大,另外打光的角度难以控制,这两点是这一算法的死结,是漏判和误判高居不下的主要原因。边缘识别的缺陷在于被检点的边缘不可能是一条标准的直线,因而它必须提高像机的分辨率来加强像素分割进行补偿,然而分辨率越高由此产生的像素分割噪音也就越大,这样对软件分析产生的干扰也越大,从而影响检测的准确性,这也是使用这一技术而速度不尽人意和存在大量误判、漏判的主要原因。全新的AOI图像处理技术——统计建模技术统计建模技术,使用了一种简单直观的数学模型,它能自动地计算出图形的合理变化的趋向,并且具有自调节功能,而且采用这种技术在实际应用中的误报率要比现有的AOI技术要好10至20倍,程序编制快,操作也十分简单。简单地说,就是给AOI一系列OK的元件,让AOI自动学习统计,由AOI自动掌握图像的变化规律,判断正确的零件大概像什么,可能有一些什么样的变化,可能变化到什么程度等。这样AOI得到了1个标准图像,2个辅助图像以及自动计算得到的判别阀值。统计建模技术在AOI中的使用模式和优点。1.使用该方法,AOI不保存已经学习的任何图片,自始至终,电脑里只储存3个图像及很少的误差方面的参数,大大节约了电脑空间。2.在测试过程中可以随时学习新的图片。这样AOI可以边测试边学习,学习到一定程度,AOI自动建立了一套十分稳定可靠的标准图片和判别阀值。3.在自动学习过程中,AOI将误差围以的图像自动学习,不需要人工干预。误差围以外的图像才由人工确定是否需要学习,大大简化了操作。4.通常,一个标准的建立需要学习大约20~30个不同的零件。在本系统中,可以将多个同类零件到同一个标准,这样,如果1块线路板上有20个同类零件,对于该标准的建立,只需要学习1~2块线路板就已经足够了。因此,可以很快就建立一套十分稳定可靠的标准。5.编制新的测试程序时,如果采用以前已经稳定的标准库,则根本不需要学习过程,直接测试即可得到可靠的结果。6.这种图像处理方法,将SMT零件的所有检查项目全部简单地归结为图像外观检查,因此在AOI中,所有检查项目均用相同的方法处理〔IC连锡除外,而且同一部AOI,可以检查锡膏的印刷〔不检查锡膏厚度、SMT贴片以及回流焊后焊点的检查。7.这种图像处理方法,对硬件的要求非常低,不需要复杂精密的机械设计制造。该方法不仅可以用于AOI中,而且可以移植到其他外观检查项目中去。8.这种图像处理方法的可重复性为一个像素的二十分之一,比传统的图像处理方法的可重复性十分之一像素要精确得多,因而性能稳定、精确、灵活性强,并且受像素分割时所产生的噪音变量影响较小。9.这种图像处理方法不需要人工来对硬件反复进行调整和补偿,它能自动地执行这一关键的步骤,也不需要人工来评诂和调整库的记录,还可以自动比较新图像与原有图像的基本特征向量,从而简化了操作程序。学习45次后建立的结果通过45个零件的学习,系统建立的判别标准为21.33%。2.特殊的的彩色图像比对方法图像比对也不是简单地用一个标准图片同待测图片比较,而是用标准图片、2个辅助图像同待测图像综合比较。这种方法对于OK零件,计算的结果非常集中,在平均误差附近,而NG图像的差异非常明显,同OK图像没有重叠区域。上述例子中,学习了45个零件,建立的误差围为21.33%。利用此标准对NG零件的判别结果如下：完整的AOI技术方案下面是统计建模技术图像处理方法完整的AOI解决方案：1.系统的构成WINDOWS2000,因为基于WINDOWSNT技术,系统可靠性好,实时性好,非常适用于机器控制。3.

零件的焊点检查方案在焊接良好的情况下,焊锡应分布在元件管脚和焊盘之间的位置。焊锡的分布为斜坡状。为此,我们采用环形白色LED光源,该光源垂直照射,于是,垂直向下的光线照到焊锡后便向侧面反射了。表现在摄像头中的图像,便是黑色。而焊盘及管脚处则为白色。如下图：于是,焊点的检查也就可以简单地用外观检查解决了。4.

摄像头标定采用自标定技术,设备自动计算镜头畸变规律,得出像素和实际坐标的数学关系,同时计算出摄像头安装的角度偏差并且进行软件校正。这样机器制造的精度要求就不是十分苛刻了。5.

MARK校正技术利用MARK校正技术,可以校正PCB的位置偏差〔1个MARK点,角度偏差〔2个MARK点以及曲面变形等误差〔3个或以上MARK点6.

镜头分配以及路径优化摄像头每次拍摄的围〔FOV有限,必须通过XY平台的移动才能将所有元件拍摄完毕。为了节约XY平台的运动时间,a.必须采用最少的拍摄次数将所有零件拍摄―――镜头的自动分配b.XY平台的运动路径必须最短―――路径自动优化7.

系统整体优化采用多线程技术和使用采集缓冲区的方法,充分利用系统停顿的时间做图像处理工作,使系统整体效率达到最高。ALeader牌统计建模技术AOI功能简介一：检测项目二、超高检测速度：ALeader-AOI采用AC伺服驱动、高精密丝杆传动以及成熟的统计建模技术,确保每秒超过60个〔0402元件的高速检测。三、多库处理：ALeader-AOI在遇到一种元件有多个供应商,而且元件的尺寸及外观有变化时,"多库处理"功能可以令检测顺利进行,而且丝毫不影响检测速度。四、超低的使用维护成本：ALeader-AOI在作业时,一般的工程师、技术员经过短期培训即可独立作业,节省了聘请专业AOI工程师的费用。设备配置一步到位,后期维护简单易行。五、操作简便：统计建模原理使得编程、调试非常直观快捷。编程可手工输入或CAD导入。编程时只需在要测试的地方画一个框,自动检测时所需的各种参数可由程序自动生成。程序制作流程注：1、如提供PCBCADorMountData,利用软件的CADDATA导入功能可以大幅提高编程速度。2、图示化的BlockCopy功能,多拼板程序的制作快捷简单。实际案例：120点左右的PCB：在1个小时可以投入测试。测试时间:13sec。

1300点左右的电脑主板：约需3.5小时完成编程并投入测试。测试时间：36sec。六、多重安全保护功能1、X/Y驱动系统的3重限位保护措施。A、驱动器限位。B、运动卡限位。驱动器限位和运动卡限位是通过限位开关实现的,两种限位开关独立工作,只要任意一个限位开关起作用,都可停止马达运动从而达到保护目的。C、软件限位：软件限位是除了驱动器限位开关、运动卡限位开关后的第3道防线,是为了预防程序编制时的一些X/Y坐标超限。2、设备标配安全光幕,确保如果有异物进入Table工作围时设备会紧急停止。使设备安全性能更高,更能保证操作人员的安全。3、前挡护盖可翻动,如果操作员手误放在上面而受到撞击,翻盖会自动打开,避免操作员受到伤害。4、PCB固定托架为专用ESD材料制作,有良好的防静电作用。七、软件特色：操作软件的标准界面有中文和英文选择,也可以根据客户需要编制其他语言界面。编程测试统计管理一体化

实时打印问题信息结论：总之,电子制造业的零缺陷制造,是广大OEM和ESM厂商共同追求的终极目标,而这一目标得以实现的必经之路是AOI检测能力的完善,统计建模技术在AOI中的成功运用,给陷入困境的AOI产业迎来了一个灿烂的春天,给电子制造业,实现真正意义上的实时工艺控制,从而建立完整的制造的闭环控制体系,带来了一缕晨曦！从"独上高楼,望断天涯路"到"众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在灯火爤珊处"是统计建模技术在AOI中应用的真实写照！X光测试的得失文章来源：网络采集

发布时间:2006-3-1810:37:47本文介绍,怎样评估X光测试技术在你的PCBA制造工艺过程中的需要。今天的电子制造正面对变得越来越密的印刷电路板装配<PCBA,printedcircuitboardassembly>,在线测试<ICT,in-circuittest>的可访问性大大减少了。这个受局限的测试访问意味着制造商必须扩展测试策略,而不只是视觉检查、ICT和功能测试。一个针对受局限的访问性问题的迅速增长的测试技术是X光检查/测试。X光测试检查焊接点的结构完整性,查找开路、短路、元件丢失、极性电容反向、和冷焊锡点这类的缺陷。X光测试的典型覆盖大约是工艺过程的、或机械的缺陷的97%,所有缺陷的70~90%。X光的覆盖围补充和重叠传统的ICT技术<图一>。了解X光测试为了完整地理解X光测试的潜在的优点,考查X光检查系统的一些能力是重要的。从这些能力,可勾勒出X光测试的潜在优点。X光测试的能力包括：工艺过程缺陷的高覆盖率,典型地97%不管可访问性的高覆盖率测试开发时间短,短至2~3小时不要求夹具对ICT既有补偿又有重叠所找出的缺陷是其它测试所不能可靠地发现的,包括空洞<voiding>、焊点形状差和冷焊锡点。测试设定成本通常比ICT程序和夹具的成本低得多。自动化系统设计用于在线<in-line>使用一次过测试单面或双面板的能力工艺参数,如锡膏厚度、的有关信息准确地定位缺陷,达到引脚位置水平,精确定位,提供快速、低成本的修复表一列出使用X光测试的潜在优点和可能受益的电子制造商类型。表一、使用X光测试的潜在优势潜在优势理由制造商类型减少在ICT和功能测试时失效板的数量,减少在ICT和功能测试时诊断和修理成本X光具有良好的工艺缺陷覆盖,在ICT和功能测试之前使用X光,将筛选出工艺缺陷,结果减少在ICT和功能测试的失效、修理和诊断将从减少在ICT或功能测试的返工数量受益的任何制造商更少的现场失效X光测试抓住那些任何其它测试技术所不能可靠地抓住的缺陷,包括冷锡、脚跟的少锡和空洞,抓住这些经常可减少现场失效那些想减少现场失效的制造商,许多使用X光的已经报告现场失效大大降低具有对所有板的高测试覆盖,独立于电子与视觉测试的可访问性X光具有高覆盖率,不要求可访问性,电路板的密度越高,X光的系统性能越好那些需要灵活的测试策略来出来受局限访问的板的任何制造商降低原型试验成本,而增加测试覆盖,潜在地改进测试时间使用X光的测试开发可以很快和不要求夹具,测试覆盖率高,与访问性无关,使用X光来作现在用ICT的原型测试或者ICT成本高的原型测试可实现节约生产许多原型板的和现在ICT夹具与程序的成本高的制造商在原型板中减少给设计者的缺陷改进原型阶段测试的覆盖率可得到较少缺陷的板送给设计者生产那些可能有缺陷板送给设计者的原型板制造商,通常,高混合的工厂到达市场更快的时间测试原型板更快和具有更高的覆盖率可得到原型板的更快发货,从而较快的市场时间那些使用ICT作原型测试的和可能为原型ICT夹具等数周的制造商更流畅的工艺流程减少到ICT和功能测试的缺陷可得到这些测试阶段的较少瓶颈,从而使工艺流程更流畅那些ICT或功能测试是瓶颈的制造商,那些想保证流畅工艺流程不受过程问题影响的制造商减少过程中的工作<WIP>减少在ICT和功能测试的缺陷,使工艺流程流畅可帮助计划和减少过程中板的总数那些可从减少其WIP或仓存成本的到经济价值的和那些有大量成本限制在ICT或功能测试的制造商改进过程合格率来自图象与测量的数据可用来改进过程合格率那些想通过改进合格率来降低成本的制造商以最高可靠性来发货X光测试覆盖率是对ICT和功能测试的补充,也可抓住其它测试技术不能可靠地抓住的缺陷有高度可靠性要求的制造商,包括电信、计算机、医疗、汽车和军队/航空X光系统的不同类型一个分类X光系统不同类型的简单方法是分成手工<maual>与自动<automated>和透射<transmission>与截面<crosssectional>系统。透射系统对单面板是好的,但在出来双面板时有问题。截面X光系统,本质上为锡点产生一个医疗的X体轴断层摄影扫描,适用