自動光學檢測系統的選擇、應用與評估

經過近十年的努力，自動光學檢測系統最終被成功地運用在各類印刷電路板的生產線上。而在這段時間內，AOI供應商的數量也急劇增加，各種AOI技術得到了長足發展。目前，從簡單的攝像系統到復雜的3-D X光檢測系統，眾多的供應商們已經能夠提供幾乎可以適用于所有自動生產線的AOI設備。 

   
   平衡AOI設備投資與帶來的收益 

   
   在許多情況下，制程工程師對錫膏印刷機和組裝進程的檢測和調節可以保證生產線的錫膏粘污率(濺錫率)只有幾個ppm，而對于一條高產量/低混合的生產線來說，比較典型的錫膏粘污數是百萬分之二十至百萬分之一百五十。實踐證明，僅靠對印刷電路板樣本進行抽樣檢測是難于發現每一個以及每一種錫膏粘污的。只有對所有的電路板進行100%的檢測才能保證更大的檢測覆蓋率，從而實現統計過程控制(SPC)。 

   
   在許多情況下，可以將一種錫膏粘污的產生歸結于某一臺特定的設備。但是對于某些變數，例如元件偏移(由于回流過程當中的自校正效應)，就無法回溯到某一具體生產步驟上。因此，為了能發現所有的錫膏粘污，就需要在生產線上對每一個生產步驟進行100%的檢測。然而在現實當中，出于經濟上的考慮，PCB制造商不可能在每進行完一道工序之后，就對所有電路板都進行一次測試。因此，制程工程師和質量控制經理們必須仔細考慮如何在檢測投資和提高產量所帶來的收益間取得最佳平衡。 

   
   綜合考慮預防問題與發現問題 

   
   我們可以粗略地將AOI分為預防問題與發現問題這兩類。錫膏印刷之后、片式元器件貼放之后和其它元件貼放之后的檢測可以歸類為預防問題，而回流焊接之后的檢測則可以歸類于發現問題，因為在這個步驟的檢測并不能阻止缺陷的產生。 

   
   很大程度上有缺陷的焊接均來源于有缺陷的錫膏印刷，而在錫膏印刷之后這個階段，生產人員可以很容易、很經濟地清除掉PCB上的焊接缺陷。大多數2-D AOI檢測系統都可以監控錫膏的偏移和歪斜，找出錫膏不足的區域以及濺錫和短路問題，而3-D的系統還可以測量焊錫的量。 

   
   在SMT器件被貼放之后的這一階段，AOI檢測可以檢查出器件缺件、移位、歪斜和方向故障，同時還可以在此檢查連接密間距和BGA元件的焊盤上的錫膏。而當其它元件被貼放之后，AOI檢測系統能夠檢查PCB上缺失、偏移以及歪斜的元件，還能查出元件極性的錯誤。 

   
   回流焊接之后，AOI檢測系統可以在生產線的末端檢查元件的缺失，偏移和歪斜的情況，以及所有極性方面的缺陷。此時，系統還要對焊點的正確性以及錫膏不足、焊接短路和翹腳等缺陷進行檢測。 

   
   評估AOI應用效果要區分系統類型和相關工藝 

   
   工程師和檢測設備供應商對不同檢測方法利弊的討論總是無休無止，其實選擇的主要標準應該取決于元件/工藝的類型、故障譜和對產品可靠性的要求。如果生產線上使用了許多BGA、芯片級封裝或者倒裝芯片元件，就需要將AOI檢測系統應用到錫膏印刷之后和片式元器件貼放之后這兩個階段，以發揮其最大的功效。 

   
   回流焊接之后進行檢測可以有效地發現低檔消費品的缺陷。而對運用在航空航天、醫學及安全產品(如，汽車氣囊)領域的PCB來說，由于對質量要求十分嚴格，則可能會要求在生產線上的許多地方都進行檢測，尤其是在片式元器件貼放之后和回流焊接之后這兩個階段。對這一類PCB生產線，可以多選用X射線來進行檢測。 

   
   如果要對在生產線上運用的AOI進行評估，則需要區分只能進行檢測的系統和可以進行測量的系統。那些只能尋找諸如元件缺失、位置放錯等缺陷的檢測系統不能提供工藝控制的工具，所以不能用它們來提高PCB的生產工藝，工程師還是必須手動來調整生產工藝。但是，這些檢測系統既快捷又便宜。 

   
   相比之下，帶有測量系統的AOI能夠提供每一個元件的準確數據，對測量生產工藝參數十分重要。這些系統要比檢測系統昂貴，但是當你將他們和SPC軟件整合到一起時，測量系統可以提供改善生產工藝所必需的信息。 

總體說來，人們僅僅依據檢測系統報錯的準確率，即真實錯誤(準確報錯)對誤報(虛假報錯)的比例來評估其好壞是不全面的。如果要評估測量系統，還必須要依據測量系統在較小公差范圍內精確性的評估結果。 

   
   AOI系統幫助實現生產過程控制 

   
   如果想運用來自AOI系統的數據有效地幫助控制生產流程，從而使公司實現更高的產量和更高的利潤，則必須掌握如下信息：準確的測量數據、可再現和重復的測量、在時間和空間上接近事件的測量、以及實時的測量過程和所有有關生產工藝的信息。 

   
   通過在印刷或者貼裝過程中安裝AOI系統，生產和測試經理可以清除生產過程中積累的其它過程變量。假定你在回流焊接之后測量元件是否發生了位置偏移，你收集的數據并不能夠反映貼裝過程的準確性。你應該對貼裝后和回流焊接后的結果都進行測量。但該信息對于控制器件貼裝幾乎是沒有用的。鑒于實時監測技術發展的趨勢，在你必須要監測的流程附近安裝AOI系統能夠迅速糾正一個快進入下一步的參數，同時近距離檢測還可以減少在檢測過程前不符規格的PCB的數量。雖然大多數電子行業的AOI用戶仍然只重視焊接之后的檢測，但是今后元器件和PCB的小型化趨勢會要求更有效的閉環的流程控制。能夠提供有效的檢測和測量方案的AOI系統將會吸引越來越多的用戶，而生產經理們也會認為在這樣系統上的投資更加物有所值。對于所有的制造商來說，AOI將在改進產品生產線和提高成品率方面持續地扮演重要的角色。