基于AOI技术的PCB常见质量缺陷检测

基于AOI技术的PCB常见质量缺陷检测

摘要：印制电路板简称PCB，作为电子元器件的支撑体和电子元器件电气连接的载体，是重要的电子部件，由于它采用的是电子印刷术制作的，所以被称为印制电路板。AOI 全称自动光学检测，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。基于AOI的PCB质量检测指的是AOI机器通过摄像头自动扫描PCB，采集图像，测试的焊点与数据库中的合格的参数进行比较，经过图像处理，检查出PCB的缺陷，并通过显示器或自动标志把缺陷标示出来，供维修人员修整。实践表明，这种方法操作性强、可行性强。

关键词：AOI；PCB；质量检测

引言

PCB作为连接电子元器件的载体，是电子器件重要的组成部分。中国的PCB产业一直保持在全球领先地位，到2015年，中国的PCB总产值已经占全球PCB总产值的48%，跃居全球第一。

就此看来，印刷电路板产品的生产技术和生产质量对PCB的发展起着决定性作用。就PCB的生产技术来说，采用SMT表面贴装技术，已满足客户对PCB的各项要求。然而对于生产质量来说，由于印刷电路板采用大规模生产，在生产

过程中必然会出现各种各样的质量问题。有资料显示，在印刷电路板的制造工艺流程中，钻孔花费的时间精力最多，然而因钻孔出现的问题也最多。随着电子产品日趋微型化、精密化，PCB的设计和生产也日趋小型化、精密化，向着小孔径、窄线距、多层数方向发展，这使得PCB质量检测技术变得必不可少。PCB质量检测中，孔的质量检测变为重中之重。

就印制电路板传统的质量检测方法来说，主要包括人工目检法、孔数检测机和孔位检测机等，由于检测不准确、工作量大、检测效率低等缺点，渐渐的跟不上PCB发展的速度，甚至严重滞后了PCB的发展，渐渐被淘汰。目前大多数企业采用AOI检测仪对PCB进行检测，该方法已经被国际所认可，可行性强。

1 PCB常见质量问题

1.1 PCB孔缺陷

PCB生产加工过程中，会出现各种各样的孔缺陷，有些是不可避免的：加工零件的机械精度不够、加工过程中出现累积误差等导致的孔缺陷，而有些缺陷是可以避免的：加工粗糙、加工过程中工序不对、设计时没考虑加工因素等导致的孔缺陷。其中主要的孔缺陷包括：孔位偏移、孔径失真、孔壁粗糙、毛刺等。

（1）孔位偏移：孔位偏移一方面可能是人为因素，在小孔定位时，没有准确定位。另外一方面可能是钻头原因，

钻头松动、钻孔程序不对以及操作人员对钻头使用不熟练等都会造成孔位偏移。（2）孔径失真：孔径失真的主要原因是钻头，钻头使用不规范、钻头选择不恰当以及钻头在钻孔过程中的进刀速率和转速等都会影响孔径的精度。（3）孔壁粗糙：孔壁粗糙的主要原因是钻头的磨损、印刷电路板材料选择不合适以及钻孔过程中的进刀速率和转速配合不恰当等会导致孔壁粗糙。（4）毛刺：毛刺的主要原因是钻孔过程中的进刀速率和转速配合不恰当、钻头的磨损程度以及材料选择不合适等会使印制板产生毛刺。

1.2 PCB板缺陷

PCB质量检测过程中可能印刷电路板的板会出现问题，主要是指板弯板翘，其原因主要包括：印刷板的板材选择不当、生产流程异常、重工控制不良、运输或存放过程不当等。

2 基于AOI的PCB质量检测原理介绍

基于AOI的PCB的质量检测设备主要由AOI检测仪和印制电路板两部分组成，系统结构主要包括操作系统、照明系统、图像处理系统和数据处理系统等系统，不同系统之间相互联系，相互影响，构成整个系统框架，如图1所示。

其中CIS是接触式图像传感器，它和图像采集卡构成系统框架中的图像采集系统，计算机和显示及打印机构成系统的数据处理系统，PCB移动平台和传送皮带作为系统中的运动控制系统，以及受测物体共同组成PCB通过AOI质量检测

系统的系统框架。

图1所示的系统框架和箭头指向就能清楚明了的说明系统的工作原理：第一步将受测体即PCB印制电路板放置到PCB移动平台上，由移动平台通过传送皮带将其送到接触式图像传感器的正下方。第二步是让LED照明系统照射PCB，形成图像，由接触式图像传感器来获取，并传至图像采集卡。最后一步是将图像采集卡采集的图像传送到计算机上，计算机把采集到的图像进行处理后，和利用计算机仿真建模后所采集的图像进行比较，进而判断生产出的印制电路板是否合格。

AOI自动光学检测仪：AOI自动光学检测仪是基于光学

衍射原理开发的光学检测仪器。通常，光在传播过程中，遇到障碍物或小孔（小孔线度约等于光波长时），光将偏离直

线传播的途径而绕到障碍物后面的阴影区进行传播的现象。光波遇到障碍物后或多或少的都会偏离几何光学中直线传

播定律，在光孔线度远大于光的波长时，衍射现象很不明显，近似于直线传播。当光孔线度逐渐变小，衍射现象明显，在远处会出现明暗相间的衍射条纹。到差不多光波长时，衍射范围会充满整个障碍物后面，衍射现象会渐渐变为散射现象。所以在用AOI检测PCB质量中，主要是通过LED照明系统产生与PCB孔径差不多的光波波长透过印制电路板表面，光通过小孔会产生明显的光学衍射现象的衍射条纹，然后通过计

算机对衍射图像中衍射条纹的明暗、粗细、以及颜色变化进行分析，和利用计算机仿真建模的PCB出的衍射图像进行比较，然后反过来判断，PCB孔的合格率，是否存在孔壁不均匀，不优化等缺陷。这种方法因为是与计算机仿真建模后的标准衍射图形进行比较，可行性强。

3 结束语

文章主要基于AOI对PCB进行质量检测，由于PCB孔多且密，同时由于PCB越来越向微型化、精密化方向发展，所以PCB孔的质量就必须要得到保障，然而PCB的质量问题很大一部分难以解决的主要是关于PCB孔的质量问题，所以文章主要是利用AOI检测技术针对于PCB孔的检测。通过对AOI 自动光学检测仪的根本原理进行解释，同时对AOI对PCB板检测过程的介绍，我们认识到AOI质量检测的可行性强，可信度高，它可以利用光学的衍射原理，得到不同的孔缺陷会使得光波在光传播过程中发生路径的变化，使得衍射出来的图像和由计算机建模仿真后得到的衍射图像进行比较分析，得出PCB孔是否会存在孔缺陷，以及孔缺陷的类型。给有关人员关于PCB的质量检测提出了真实有效的检测方法，并论证了它的合理性。

参考文献

[1]姚立新，张武学，连军莉.AOI系统在PCB中的应用[J].测试与测量技术，2004（112）：25-28.