自动光学检测系统(AOI)的原理及应用

自动光学检测系统（AOI）的原理及应用

摘要：主要介绍AOI的工作原理、技术模块以及其在PCB检测上的应用。

关键词：AOI，PCB，检测作用.

随着集成电路的迅猛发展及特殊电子元器件的不断出新，从而促使PCB技术发生相应的转变。由于PCB产品也向着高密度、超薄型、细间距，小元件的方向发展，这样导致线路板上的元器件组装密度要求提高，PCB板上的线宽、间距、焊盘越来越细，现已经达到微米级，相应板的层数也越来越多。因而传统的人工目视检测和在线飞针检测（ICT），已经不能适用当今制造技术发展的需要，自动光学检测系统（AOI）就迅速发展起来，并已经逐步替代传统的人工检测和在线飞针检测（ICT）。由于AOI在线检测的检测效率和准确率及检测精度远高于人工检测，现在许多大型的PCB生产厂家都使用AOI设备进行PCB在线检测，用于监视和保证生产过程的品质。现代AOI不仅用于PCB制造行业中，并扩展到SMT封装线、MCM基片组装线、玻璃模板、胶片模板的制造，多层陶瓷的封装，Wafer封装等半导体行业等领域。现在国际上比较有名的AOI生产厂家有以色列的Orbotech、Camtek，日本的Sony等.

1. PCB中常见缺陷及AOI的检测作用

PCB的制造过程中，内外层主要缺陷有短路、断路、缺口、突起、针孔、残铜、线宽不足、间距不足、图形丢失、漏钻孔、孔尺寸不符、孔破等。AOI 系统的作用就是检测PCB在生产过程中有可能出现的上述不良缺陷，通过控制并及时调整工艺，从而提高产品的品质与生产产能。通常AOI 系统检测系统用在内外层生产的关键工序控制点上，防止大批批量的报废。

AOI的系统通常有运动工作平台、电气控制、CCD成像系统、图像软件处理系统等四大模块组成。

3. AOI的系统工作原理

AOI的工作原理简单的说，就是标准图像与实际板层图像进行比较对比。核心就是CCD摄像系统抓取图片，然而通过图像处理卡与计算机处理软件系统等系列的算法处理后，与标准图像进行对比，发现缺陷，并生产文件，等待操作者确认或送检修站检修。工作原理如下图一

4. AOI的系统技术模块

AOI系统是集精密机械、自动控制、光学图像处理、软件系统等多学科的自动化设备。具体分为四大精密机械驱动模块、电气控制模块、图像处理模块（CCD、Len.及光源）、软件系统.

4.1.精密机械系统

AOI的精密机械系统通常有交流伺服驱动电机、精密滚珠丝杆、精密直线导轨等组成。由系统驱动软件会准确通过这些精密机械的运动，使PCB板传送到CCD及光源下进行扫描。

当然现有些公司已经采用线性马达替代了交流伺服驱动电机和精密滚珠丝杆，这样在扫描速度及效率大大提高，并且便于维修服务。

4.2.自动控制系统

AOI的自动控制系统通常有光栅尺、运动控制驱动器、运动控制卡、图像采集卡、主控计算机、I/O卡等组成。它主要是完成XY Z轴的精密运动以及电磁阀自动控制真空系统。主控计算机是整个系统的核心，实现整机数据的采集传送分析处理等，并发送各种指令控制，完成机械传动、图像处理及检测功能。运动控制卡完成X Y Z轴运动信号的采集，传送各种运动数据，动作执行指令等功能。图像采集卡主要是完成PCB板的图像采集转化。

4.3.光学图像系统

AOI的光学图像系通常CCD线阵相机、聚集镜头、卤素或LED灯光源及图像采集卡等组成。根据所扫描的PCB板的线宽的不同，CCD线阵相机通常有4k、8k、12k等。CCD线阵相机所采集的视频图像信号传送到图像采集卡上，由图像采集卡进行采集，通过主控计算机将视频图像处理后，将结果返回给主控程序，通过显示器对图像进行观察比较从而达到相应的控制。4.4.软件系统

AOI的软件系统系通常由运动控制、图像处理及算法三大部分组成。用户可以通过视窗界面可以控制X Y Z轴运动，图像的识别及处理等。AOI通常算法有模板匹配（Template matching）、DRC设计规则检查、CMTS形态检查。

5.AOI在PCB制作过程中的应用

PCB的制造过程中，通常在内外层生产过程中都要用到AOI设备。

参考文献：

[1]姚立新. AOI系统在PCB中的应用. 电子工业专用设备112 期

作者简介；（邓振华，男，湖南，1972年6月3号康代影像（苏州）科技有限公司，中级职称，—AOI设备的生产）