第7章 SMT检测
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第7章 SMT检测工艺
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表面组装检测工艺内容包括组装前来料检测、组装工艺过程检测（工序 检测）和组装后的组件检测三大类，检测项目与过程如图7-1所示。 检测方法主要有目视检验、自动光学检测（AOI）、自动X射线检测（X-Ray 或AXI）、超声波检测、在线检测（ICT）和功能检测（FCT）等。 具体采用哪一种方法，应根据SMT生产线的具体条件以及表面组装组件 的组装密度而定。
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图7-5 MF—760VT型自动光学检测仪
7.2.3 自动X射线检测（X-Ray）
•
X-Ray检测是利用X射线可穿透物质并在物质中有衰减的特性来发现缺 陷，主要检测焊点内部缺陷，如BGA、CSP和FC中Chip的焊点检测。尤其 对BGA组件的焊点检查，作用无可替代，但对错件的情况不能判别。
1. X-Ray检测工作原理
7.3 ICT在线测试
• ICT是英文In Circuit Tester的简称，中文含义是“在线测试仪”。ICT 可分为针床ICT和飞针ICT两种。飞针ICT基本只进行静态的测试，优点是不 需制作夹具，程序开发时间短。针床式ICT可进行模拟器件功能和数字器件 逻辑功能测试，故障覆盖率高；但对每种单板需制作专用的针床夹具，夹具 制作和程序开发周期长。
•
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X射线透视图可以显示焊点厚度、形状及质量的密度分布；能充分反映 出焊点的焊接质量，包最大特点是能对BGA等部件的内部进行检测。
图7-6 X-ray的基本工作原理
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当组装好的线路板（SMA）沿导轨进入机器内部后，位于线路板 下方有一个X射线发射管，其发射的X射线穿过线路板后被置于上方 的探测器（一般为摄像机）接受，由于焊点中含有可以大量吸收X射 线的铅，照射在焊点上的X射线被大量吸收，因此，与穿过其他材料 的X射线相比，焊点呈现黑点产生良好图像，使对焊点的分析变得相 当直观，故简单的图像分析算法便可自动且可靠地检验焊点缺陷。
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在SMT实际生产中，除了焊点质量不合格导致焊接缺陷以外，元器件极 性贴错、元器件品种贴错、数值超过标称值允许的范围，也会导致产品缺陷， 因此生产中不可避免的要通过ICT进行性能测试，检查出影响其性能的相关 缺陷，并根据暴露出的问题及时调整生产工艺，这对于新产品生产的初期就 显得更为必要。
7.3.1针床式在线测试仪
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3.飞针式在线测试仪的维护保养
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1）每天检查设备的清洁程度，特别是Y轴。应该使用真空吸尘器进行大 型部件清洁，并使用酒精浸泡小型部件。不要使用压缩空气进行清洁，以避 免将灰尘吹入设备内部而影响使用。
2）周期性的检查过滤器状态。检查频率应根据设备使用的空气类型而 定，空气含有杂质越多检查应越频繁，并偶尔更换过滤器。为评价过滤器工 作状态，关闭开关并拧开外壳。过滤器应干燥并颜色一致。如有痕迹表示有 油或水。如果污染痕迹比较明显，更换过滤器并检查气源。 3）通过运行自检程序能够检查系统状态。从VIVA主窗口，点击 SELFTEST图标启动该程序。将显示出左边的对话窗口。在这个窗口中，操 作者可以设置不同的选项来检查设备。
光源1 图像采集
图形比较
主控计算机 光源2 工作台
图7-4 AOI的工作原理模型
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3．A0I的基本组成
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AOI设备一般由照明单元、伺服驱动单元、图像获取单元、图像分析单 元、设备接口单元等组成。图7-5所示为国产明富MF—760VT型自动光学检 测仪。
MF—760VT型自动光学检测仪适用PCB 回流焊制程的检测，检查项目： 再流炉后 缺件、错件、坏件、锡球、偏移、侧立、立碑、反贴、极反、桥连、 虚焊、无焊锡、 少焊锡、多焊锡、元件浮起、IC引脚浮起、IC引脚弯曲；再 流炉前 缺件、多件、错件、坏件、偏移、侧立、反贴、极反、桥连、异物。
7.1 来料检测
• 来料检测是保障SMA可靠性的重要环节，它不仅是保证SMT组装工艺质 量的基础，也是保证SMA产品可靠性的基础，因为有合格的原材料才可能有 合格的产品。来料检测包括元器件和PCB的检测，以及焊锡膏、助焊剂等所 有SMT组装工艺材料的检测。 检测的基本内容有元器件的可焊性、引线共面性、使用性能，PCB的尺 寸和外观、阻焊膜质量、翘曲和扭曲、可焊性、阻焊膜完整性，焊锡膏的金 属百分比、粘度、粉末氧化均量，焊锡的金属污染量，助焊剂的活性、浓度， 粘结剂的粘性等多项。
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• •
2）根据摄像机位置的不同，AOI设备可分为纯粹垂直式相机和 倾斜式相机的AOI。 3）根据AOI使用光源情况的不同可分为两种：
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① 使用彩色镜头的机器，光源一般使用红、绿、蓝三色，计算 机处理的是色比；
② 使用黑白镜头的机器，光源一般使用单色，计算机处理的是 灰度比。
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2．A0I的工作原理
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7.2.2 自动光学检测（AOI）
• • • • • • 自动光学检测（AOI）主要用于工序检验；包括焊膏印刷质量、贴装质量 以及回流焊炉后质量检验。 1．A0I分类 AOI设备一般可分为在线式（在生产线中）和桌面式两大类。 1）根据在生产线上的位置不同，AOI设备通常可分为三种。 ① 放在焊锡膏印刷之后的AOI。将AOI系统放在焊锡膏印刷机后面，可 以用来检测焊锡膏印刷的形状、面积以及焊锡膏的厚度。 ② 放在贴片机后的AOI。把AOI系统放在高速贴片机之后，可以发现元 器件的贴装缺漏、种类错误、外形损伤、极性方向错误，包括引脚（焊端） 与焊盘上焊锡膏的相对位置。 ③ 放在回流焊后的AOI。将AOI系统放在回流焊之后，可以检查焊接品 质，发现有缺陷的焊点。
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4）定期检查探针及探针座的磨损情况，将其更换后，必须执行校准程 序。 5）Y轴上出现油或其他液体痕迹，表示空气过滤器出现问题。应停止设 备操作并联系设备维护人员。 6）重要的计算机软件及数据应当有备份；不得在计算机内安装其他应 用软件；使用外盘应进行杀毒，防止计算机被病毒感染，确保计算机与主机 连线正确可靠。
工作时在测单元（UUT）通过皮带或者其他传送系统输送到测试机内，然后固定， 测试仪的探针根据预先编排的坐标位置程序移动并接触测试焊盘（test pad）和通路 孔（via），从而测试在测单元的单个元件，测试探针通过多路传输系统连接到驱动器 （信号发生器、电源等）和传感器（数字万用表、频率计数器等）来测试UUT上的元 件。当一个元件正在测试的时候，UUT上的其他元件通过探针器在电气上屏蔽以防止 读数干扰。如图7-9所示。
由于ICT的测试速度快，并且相比AOI和AXI能够提供较为可靠的电性能 测试，所以在一些大批量生产电子产品的企业中，成为了测试的主流设备。
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图7-8 针床式在线测试仪内部结构
7.3.2飞针式在线测试仪
• 1.飞针测试系统的结构与功能
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•
飞针式测试仪是对传统针床在线测试仪的一种改进，它用探针来代替针床，在x－ y机构上装有可分别高速移动的4～8根测试探针（飞针），最小测试间隙为0.2mm。
•
•
AOI的工作原理与贴片机、焊锡膏印刷机所用的光学视觉系统的原理相 同，基本有设计规则检测（DRC）和图形识别两种方法。
AOI通过光源对PCB板进行照射，用光学镜头将PCB的反射光采集进计 算机，通过计算机软件对包含PCB信息的色彩差异或灰度比进行分析处理， 从而判断PCB板上焊锡膏印刷、元件放置、焊点焊接质量等情况，可以完成 的检查项目一般包括元器件缺漏检查、元器件识别、SMD方向检查、焊点检 查、引线检查、反接检查等。在记录缺陷类型和特征的同时通过显示器把缺 陷显示/标示出来，向操作者发出信号，或者触发执行机构自动取下不良部件 送回返修系统。AOI系统还能对缺陷进行分析和统计，为调整制造过程的工 艺参数提供依据。
• • • • 试。 •
2. 飞针测试仪的特点 1）较短的测试开发周期，系统接收到CAD文件后几小时内就可以开始生产，因 此，原型电路板在装配后数小时即可测试。 2）较低的测试成本，不需要制作专门的测试夹具。 3）由于设定、编程和测试的简单与快速，一般技术装配人员就可以进行操作测 4）较高的测试精度，飞针在线测试的定位精度（10μm）和重复性（±10μm） 以及尺寸极小的触点和间距，使测试系统可探测到针床夹具无法达到的PCB节点。与 针床式在线测试仪相比，飞针式ICT在测试精度、最小测试间隙等方面均有较大幅度的 提高。以目前使用较多的四测头飞针测试机为例，测头由三台步进电机以同步轮与同 步带协同组成三维运动。X和Y轴运动精度达2mil，足以测试目前国内最高密度的 PCB，Z轴探针与板之间的距离从160mil至600mil可调，可适应0.6～5.5mm厚度的各 类PCB。每测针一秒钟可检测3到5个测试点。
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7.2工艺过程检测
•
•
表面组装工序检测主要包括焊锡膏印刷工序、元器件贴装工序、焊接工
序等工艺过程的检测。 目前，生产厂家在批量生产过程中检测SMT电路板的焊接质量时，广泛 使用人工目视检验、自动光学检测（AOI）、自动X射线检测（X-Ray）等方 法。
7.2.1 目视检验
• 目检是借助带照明或不带照明、放大倍数2～5倍的放大镜，用肉眼观察 检验焊锡膏印刷质量、元器件贴装质量和SMA焊点质量的一种工艺过程。目 视检验简便直观，是检验评定产品工艺质量的主要方法之一。 以回流焊接为例，目视检查可以对单个焊点缺陷乃至线路异常及元器件 劣化等同时进行检查，是采用最广泛的一种非破坏性检查方法。但对空隙等 焊接内部缺陷无法发现，因此很难进行定量评价。目视检查的速度和精度与 检查人员对相关知识的掌握和识别能力以及操作人员的经验和认真程度有关。 该方法优点是简单、成本低；缺点是效率低、漏检率高。
•
5）和任何事情一样，飞针测试也有其缺点，因为测试探针与通路孔和 测试焊盘上的焊锡发生物理接触，可能会在焊锡上留下小凹坑。对于某些客 户来说，这些小凹坑可能被认为是外观缺陷，因而拒绝接受；因为有时在没 有测试焊盘的地方探针会接触到元件引脚，所以可能会检测不到松脱或焊接 不良的元件引脚。 6）飞针测试时间过长是另一个不足，传统的针床测试探针数目有500～ 3000只，针床与PCB一次接触即可完成在线测试的全部要求，测试时间只要 几十秒，针床一次接触所完成的测试，飞针需要许多次运动才能完成，时间 显然要长的多。 另外针床测试仪可使用顶面夹具同时测试双面PCB的顶面与底面元件， 而飞针测试仪要求操作员测试完一面，然后翻转再测试另一面，由此看出飞 针测试并不能很好适应大批量生产的要求。
• 1.针床式在线测试仪的功能与特点
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针床式在线测试仪是通过对在线元器件的电性能及电气连接进行测试来 检查生产制造缺陷及元器件不良的一种标准测试手段。ICT使用专门的针床 与已焊接好的线路板上的元器件焊点接触，并用数百mV电压和10mA以内电 流进行分立隔离测试，从而精确地测量所装电阻、电感、电容、二极管、可 控硅、场效应管、集成块等通用和特殊元器件的漏装、错装、参数值偏差、 焊点连焊、线路板开、短路等故障，并将故障是哪个元件或开路位于哪个点 准确告诉用户。
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表面组装检测工艺内容包括组装前来料检测、组装工艺过程检测（工序 检测）和组装后的组件检测三大类，检测项目与过程如图7-1所示。 检测方法主要有目视检验、自动光学检测（AOI）、自动X射线检测（X-Ray 或AXI）、超声波检测、在线检测（ICT）和功能检测（FCT）等。 具体采用哪一种方法，应根据SMT生产线的具体条件以及表面组装组件 的组装密度而定。
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图7-5 MF—760VT型自动光学检测仪
7.2.3 自动X射线检测（X-Ray）
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X-Ray检测是利用X射线可穿透物质并在物质中有衰减的特性来发现缺 陷，主要检测焊点内部缺陷，如BGA、CSP和FC中Chip的焊点检测。尤其 对BGA组件的焊点检查，作用无可替代，但对错件的情况不能判别。
1. X-Ray检测工作原理
7.3 ICT在线测试
• ICT是英文In Circuit Tester的简称，中文含义是“在线测试仪”。ICT 可分为针床ICT和飞针ICT两种。飞针ICT基本只进行静态的测试，优点是不 需制作夹具，程序开发时间短。针床式ICT可进行模拟器件功能和数字器件 逻辑功能测试，故障覆盖率高；但对每种单板需制作专用的针床夹具，夹具 制作和程序开发周期长。
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X射线透视图可以显示焊点厚度、形状及质量的密度分布；能充分反映 出焊点的焊接质量，包最大特点是能对BGA等部件的内部进行检测。
图7-6 X-ray的基本工作原理
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当组装好的线路板（SMA）沿导轨进入机器内部后，位于线路板 下方有一个X射线发射管，其发射的X射线穿过线路板后被置于上方 的探测器（一般为摄像机）接受，由于焊点中含有可以大量吸收X射 线的铅，照射在焊点上的X射线被大量吸收，因此，与穿过其他材料 的X射线相比，焊点呈现黑点产生良好图像，使对焊点的分析变得相 当直观，故简单的图像分析算法便可自动且可靠地检验焊点缺陷。
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在SMT实际生产中，除了焊点质量不合格导致焊接缺陷以外，元器件极 性贴错、元器件品种贴错、数值超过标称值允许的范围，也会导致产品缺陷， 因此生产中不可避免的要通过ICT进行性能测试，检查出影响其性能的相关 缺陷，并根据暴露出的问题及时调整生产工艺，这对于新产品生产的初期就 显得更为必要。
7.3.1针床式在线测试仪
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3.飞针式在线测试仪的维护保养
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1）每天检查设备的清洁程度，特别是Y轴。应该使用真空吸尘器进行大 型部件清洁，并使用酒精浸泡小型部件。不要使用压缩空气进行清洁，以避 免将灰尘吹入设备内部而影响使用。
2）周期性的检查过滤器状态。检查频率应根据设备使用的空气类型而 定，空气含有杂质越多检查应越频繁，并偶尔更换过滤器。为评价过滤器工 作状态，关闭开关并拧开外壳。过滤器应干燥并颜色一致。如有痕迹表示有 油或水。如果污染痕迹比较明显，更换过滤器并检查气源。 3）通过运行自检程序能够检查系统状态。从VIVA主窗口，点击 SELFTEST图标启动该程序。将显示出左边的对话窗口。在这个窗口中，操 作者可以设置不同的选项来检查设备。
光源1 图像采集
图形比较
主控计算机 光源2 工作台
图7-4 AOI的工作原理模型
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3．A0I的基本组成
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AOI设备一般由照明单元、伺服驱动单元、图像获取单元、图像分析单 元、设备接口单元等组成。图7-5所示为国产明富MF—760VT型自动光学检 测仪。
MF—760VT型自动光学检测仪适用PCB 回流焊制程的检测，检查项目： 再流炉后 缺件、错件、坏件、锡球、偏移、侧立、立碑、反贴、极反、桥连、 虚焊、无焊锡、 少焊锡、多焊锡、元件浮起、IC引脚浮起、IC引脚弯曲；再 流炉前 缺件、多件、错件、坏件、偏移、侧立、反贴、极反、桥连、异物。
7.1 来料检测
• 来料检测是保障SMA可靠性的重要环节，它不仅是保证SMT组装工艺质 量的基础，也是保证SMA产品可靠性的基础，因为有合格的原材料才可能有 合格的产品。来料检测包括元器件和PCB的检测，以及焊锡膏、助焊剂等所 有SMT组装工艺材料的检测。 检测的基本内容有元器件的可焊性、引线共面性、使用性能，PCB的尺 寸和外观、阻焊膜质量、翘曲和扭曲、可焊性、阻焊膜完整性，焊锡膏的金 属百分比、粘度、粉末氧化均量，焊锡的金属污染量，助焊剂的活性、浓度， 粘结剂的粘性等多项。
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2）根据摄像机位置的不同，AOI设备可分为纯粹垂直式相机和 倾斜式相机的AOI。 3）根据AOI使用光源情况的不同可分为两种：
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① 使用彩色镜头的机器，光源一般使用红、绿、蓝三色，计算 机处理的是色比；
② 使用黑白镜头的机器，光源一般使用单色，计算机处理的是 灰度比。
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2．A0I的工作原理
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7.2.2 自动光学检测（AOI）
• • • • • • 自动光学检测（AOI）主要用于工序检验；包括焊膏印刷质量、贴装质量 以及回流焊炉后质量检验。 1．A0I分类 AOI设备一般可分为在线式（在生产线中）和桌面式两大类。 1）根据在生产线上的位置不同，AOI设备通常可分为三种。 ① 放在焊锡膏印刷之后的AOI。将AOI系统放在焊锡膏印刷机后面，可 以用来检测焊锡膏印刷的形状、面积以及焊锡膏的厚度。 ② 放在贴片机后的AOI。把AOI系统放在高速贴片机之后，可以发现元 器件的贴装缺漏、种类错误、外形损伤、极性方向错误，包括引脚（焊端） 与焊盘上焊锡膏的相对位置。 ③ 放在回流焊后的AOI。将AOI系统放在回流焊之后，可以检查焊接品 质，发现有缺陷的焊点。
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工作时在测单元（UUT）通过皮带或者其他传送系统输送到测试机内，然后固定， 测试仪的探针根据预先编排的坐标位置程序移动并接触测试焊盘（test pad）和通路 孔（via），从而测试在测单元的单个元件，测试探针通过多路传输系统连接到驱动器 （信号发生器、电源等）和传感器（数字万用表、频率计数器等）来测试UUT上的元 件。当一个元件正在测试的时候，UUT上的其他元件通过探针器在电气上屏蔽以防止 读数干扰。如图7-9所示。
由于ICT的测试速度快，并且相比AOI和AXI能够提供较为可靠的电性能 测试，所以在一些大批量生产电子产品的企业中，成为了测试的主流设备。
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图7-8 针床式在线测试仪内部结构
7.3.2飞针式在线测试仪
• 1.飞针测试系统的结构与功能
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飞针式测试仪是对传统针床在线测试仪的一种改进，它用探针来代替针床，在x－ y机构上装有可分别高速移动的4～8根测试探针（飞针），最小测试间隙为0.2mm。
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AOI的工作原理与贴片机、焊锡膏印刷机所用的光学视觉系统的原理相 同，基本有设计规则检测（DRC）和图形识别两种方法。
AOI通过光源对PCB板进行照射，用光学镜头将PCB的反射光采集进计 算机，通过计算机软件对包含PCB信息的色彩差异或灰度比进行分析处理， 从而判断PCB板上焊锡膏印刷、元件放置、焊点焊接质量等情况，可以完成 的检查项目一般包括元器件缺漏检查、元器件识别、SMD方向检查、焊点检 查、引线检查、反接检查等。在记录缺陷类型和特征的同时通过显示器把缺 陷显示/标示出来，向操作者发出信号，或者触发执行机构自动取下不良部件 送回返修系统。AOI系统还能对缺陷进行分析和统计，为调整制造过程的工 艺参数提供依据。
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2. 飞针测试仪的特点 1）较短的测试开发周期，系统接收到CAD文件后几小时内就可以开始生产，因 此，原型电路板在装配后数小时即可测试。 2）较低的测试成本，不需要制作专门的测试夹具。 3）由于设定、编程和测试的简单与快速，一般技术装配人员就可以进行操作测 4）较高的测试精度，飞针在线测试的定位精度（10μm）和重复性（±10μm） 以及尺寸极小的触点和间距，使测试系统可探测到针床夹具无法达到的PCB节点。与 针床式在线测试仪相比，飞针式ICT在测试精度、最小测试间隙等方面均有较大幅度的 提高。以目前使用较多的四测头飞针测试机为例，测头由三台步进电机以同步轮与同 步带协同组成三维运动。X和Y轴运动精度达2mil，足以测试目前国内最高密度的 PCB，Z轴探针与板之间的距离从160mil至600mil可调，可适应0.6～5.5mm厚度的各 类PCB。每测针一秒钟可检测3到5个测试点。
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7.2工艺过程检测
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表面组装工序检测主要包括焊锡膏印刷工序、元器件贴装工序、焊接工
序等工艺过程的检测。 目前，生产厂家在批量生产过程中检测SMT电路板的焊接质量时，广泛 使用人工目视检验、自动光学检测（AOI）、自动X射线检测（X-Ray）等方 法。
7.2.1 目视检验
• 目检是借助带照明或不带照明、放大倍数2～5倍的放大镜，用肉眼观察 检验焊锡膏印刷质量、元器件贴装质量和SMA焊点质量的一种工艺过程。目 视检验简便直观，是检验评定产品工艺质量的主要方法之一。 以回流焊接为例，目视检查可以对单个焊点缺陷乃至线路异常及元器件 劣化等同时进行检查，是采用最广泛的一种非破坏性检查方法。但对空隙等 焊接内部缺陷无法发现，因此很难进行定量评价。目视检查的速度和精度与 检查人员对相关知识的掌握和识别能力以及操作人员的经验和认真程度有关。 该方法优点是简单、成本低；缺点是效率低、漏检率高。
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5）和任何事情一样，飞针测试也有其缺点，因为测试探针与通路孔和 测试焊盘上的焊锡发生物理接触，可能会在焊锡上留下小凹坑。对于某些客 户来说，这些小凹坑可能被认为是外观缺陷，因而拒绝接受；因为有时在没 有测试焊盘的地方探针会接触到元件引脚，所以可能会检测不到松脱或焊接 不良的元件引脚。 6）飞针测试时间过长是另一个不足，传统的针床测试探针数目有500～ 3000只，针床与PCB一次接触即可完成在线测试的全部要求，测试时间只要 几十秒，针床一次接触所完成的测试，飞针需要许多次运动才能完成，时间 显然要长的多。 另外针床测试仪可使用顶面夹具同时测试双面PCB的顶面与底面元件， 而飞针测试仪要求操作员测试完一面，然后翻转再测试另一面，由此看出飞 针测试并不能很好适应大批量生产的要求。
• 1.针床式在线测试仪的功能与特点
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针床式在线测试仪是通过对在线元器件的电性能及电气连接进行测试来 检查生产制造缺陷及元器件不良的一种标准测试手段。ICT使用专门的针床 与已焊接好的线路板上的元器件焊点接触，并用数百mV电压和10mA以内电 流进行分立隔离测试，从而精确地测量所装电阻、电感、电容、二极管、可 控硅、场效应管、集成块等通用和特殊元器件的漏装、错装、参数值偏差、 焊点连焊、线路板开、短路等故障，并将故障是哪个元件或开路位于哪个点 准确告诉用户。