AOI在PCB检测中的问题及工艺改进方案

摘要：随着PCB行业的飞速发展，印制电路板的制造难度越来越大。为保证制造的高成品率，其制程中广泛使用AOI设备进行产品质量检测。AOI（Automatic optic Inspection）即自动光学检测，主要原理是利用普通光和激光配合电脑程序，对电路板制造中不同阶段的线路板进行平面性外观检测。本文首先简要介绍AOI工作原理及流程，然后重点从AOI效率的提升、AOI漏检的预防两方面阐述用于PCB裸板检测的AOI工艺控制方案。

关键词：AOI;效率;漏检;工艺控制

一、引言

（一）研究背景

目前印刷电路板制造技术的不断发展，其制造的品质要求越来越严格。但因印制电路板制造技术涉及到物理、化学、光化学、高分子、化学动力等诸多方面，印制电路板制造过程容易产生形形色色的品质缺陷。目视加放大镜的检测方法已不足以过滤所有的缺陷。为了提高产品的品质，AOI被广泛应用到现代印制电路板的生产中。

电路板主要包括PCB裸板和贴装元器件后的SMT板，本论文主要对用于PCB裸板检测的AOI进行研究。在PCB生产中蚀刻段工序的生产工艺及环境的控制极其不易，产生随机缺陷的机率很大，因此蚀刻后PCB裸板上的缺陷种类和复杂度也最高，AOI设备在该环节的使用最为普遍，本论文是基于此种情况AOI使用现状进行的调查研究。

（二）AOI使用中易出现的问题

（1）外层板检测效率较低：AOI设备在进行外层板检测时显示的每拼板假缺陷数量最多可达到1000个点左右，导致检测效率低下。

（2）缺陷漏检现象：漏检导致缺陷不能及时被修复，缺陷板流入下工序而产生较大的质量隐患。

本文的目的主要是针对以上两点问题并以康代AOI设备为例提出相应的工艺控制方案，及时改善并预防问题的发生。

二、AOI基础

（一）AOI工作原理

AOI其工作原理（见图2.1）是采用图形对比方式，将扫描图像与标准图像进行逻辑比较，从而产生缺陷信息。

AOI系统自动对PCB板进行扫描，通过光学部分获得需要的检测图像并进行数字化处理，然后与预存的“模板”图像进行比较，经过分析处理和判断，发现缺陷并进行位置提示，同时生成文件，等待操作者进一步确认。

（二）AOI工作流程

资料制作：主要是利用软件对参数进行设置。

料号选择：从指定的资料库或区域中选择已经存在的料号文件。

板层设定：选择材料类型、反光强度、板厚、对位模式及其他参数;指定对位区块、设定不检区域、资料学习等。

对位、扫描：确定板子在台面的位置，使参考图像和扫描图像对位以保证精确重叠，并产生临界值;AOI程序自動进行扫描操作，使扫描图像和参照图像进行重合并报告重合不良的地方，扫描图像和参照图像按象素进行对比并找出差异。

验证：操作员工逐一目检判断AOI找出的缺陷是否为真缺陷，并对真的缺陷进行修理及确认。

三、AOI工艺控制方案

（一）工艺控制提高AOI检测效率

AOI检测时设备必须逐一找到扫描出来的缺陷让操作员工目检判断并确认缺陷为真还是假，假缺陷越多验证时间就越多，可见提升AOI设备外层板检测效率关键在于减少假缺陷。本节将对外层板假缺陷过多的原因及其解决方案进行阐述。

1.外层假缺陷类型及产生原因

外层板假缺陷主要表现为假缺陷在铜面上，缺陷指示处无任何异常。

产生的主要原因是外层板电镀后因其表面附着的铜晶粒而极其光亮，检测时经设备直射光照射外层板，铜晶粒表面产生较强的反射光干扰，致使AOI设备获得的扫描影像变差，产生大量假缺陷。

2.提高AOI检测效率的工艺控制方案

针对外层板假缺陷产生的主要原因，可以从两方面进行改善，提高检测效率。

方法一：对待测外层板进行磨板处理。

外层板磨板后既可使铜表面变得粗糙，使直射光入射后在铜表面形成漫反射，降低反射光干扰，又可以使外层板表面灰尘得到清洁，避免因板表面脏污而使AOI误报假缺陷。

方法二：对设备光学系统进行改善，在光学系统射出部位加装滤光膜。

加入滤光膜后系统直射光经过薄膜产生散射，散射光射到电镀板上减少铜晶粒强反射光的干扰，使AOI设备获得的扫描影像更为清晰，减少其误报率。滤光膜及系统的光学示意图如图3.8所示：

（二）工艺控制预防AOI漏检

AOI检测PCB上的缺陷时不能够把缺陷报告出来，称为“漏检”。当设备出现漏检时，某些本可以被修补的缺陷因为被发现而错过修补，造成质量隐患。

1.AOI漏检种类及产生原因

漏检现象可分为三类：

（1）因设备状况不良使本来可检测到的缺陷被漏检。

（2）缺陷被设备找到，但因检测参数设定不严格，系统自动将缺陷当成假缺陷而不报告出来。

（3）缺陷无法被设备找到，其产生原因有三种，一是缺陷大小≤设备最小像素值，设备无法找到缺陷;二是算法对缺陷大小、形状有要求（缺陷的大小必须大于两个完整的象素;实际线宽至少必须有10个象素），缺陷超出算法制约的范围则而被漏检;三是扫描分辨率影响漏检率，AOI分辨率越低产生漏检的可能性就越大。

2.AOI漏检的工艺预防方案

（1）保持设备良好状况为漏检预防工作的前提，设备状况的好坏主要通过三方面进行检定。

一是工作台面运动状况检测，设备台面运动的平稳度直接影响成像系统的图像采集质量，每次使用前运行系统的“台面运动检测软件”对工作台面运动状况进行检测。

二是检测功能逻辑卡检定，计算机逻辑处理卡功能的好与坏直接决定AOI检测功能是否正常工作，使用前运行系统自带测试软件对检测功能逻辑卡进行检定。

三是扫描光源状况检定，光源质量好坏直接影响图像的质量，光学强度和方向必须保持良好状态。扫描光源由左、右两束斜射和一束直射共三束聚焦光组成成像光源，运行软件ORCAL中“Scan”，直射光、斜射光（左、右两束）三束光聚焦在一起（三线合一），纵向为照明灰度，横向为扫描线宽度，通过灰度的横向水平度检定光学质量。

（2）PCB板面状况改善有利于降低漏检

获取图像是AOI的关键，所获取图像的质量好坏直接影响最终的检测效果。可采用以下两种措施对）PCB板面状况进行改善：

一是板面受污染的PCB可先经过化学清洗或磨板工艺后再到AOI检测;

二是板面平整度改善，局部翘起或隆起必须改善真空吸附力度，减少因扫描焦距变化的漏检。

（3）优化光学文件，分类设置参数，检测参数匹配不同PCB，减少漏检的发生。

每个材料都有自己的反光特性，材料选择实质上是光的选择，直接关系到扫描结果。反光特性包含“检测材料”和“反射率”两个参数，二者如何组合选取，则须根据板材分类调试并验证为最佳参数。

（4）周期性驗证设备的检测能力

制作具有典型缺陷（如开、短路，残铜等）的标准板，使设备重复对其扫描，通过检出率差异寻找漏检原因，修正检测参数。

总结以上方法，定期设备维护和检测设备状况是保障设备持续、稳定、可靠使用的前提;分类设置检测参数、优化光学文件使设备能力最好发挥;定期使用缺陷验证板进行设备侦测能力测试，动态掌握差异变化，预防在先，降低漏检率。

四、结论

随着印制电路制作难度的逐渐提高，AOI在质量检测方面起着不可或缺的作用，它对于产品合格率的提升至关重要。本文分别从减少漏检概率、提升AOI效率两方面介绍了提升AOI工艺能力的管控方案。论文提供的工艺控制方案是在AOI基本原理和流程的基础上，结合实际检测状况综合得出的。通过以上方案的使用可有效采用减少设备漏检率;减少测试过程中假缺陷的产生，提高检测效率，实现AOI的有效工艺控制。

参考文献

[1]赫荣威等.计算机图像处理技术[M].北京：北京师范大学出版社，1990.

[2]姜培安.印制电路板的可制造性[M].中国电子学会生产技术学分会出版，2007.3.

作者简介：王丽婷（1989.01-），女，吉林人，工程师。