AOI原理及其在SMT焊接质量检测中的应用

李华 黄淑云

（湖北三江航天红峰控制有限公司 湖北 孝感 432100）

引言

科技的发展使电子工业进入了一个全新的发展时期，各种新的技术手段不断在电子生产线中得到应用。当前要求电子产品质量轻、体积小、高可靠，不断推动电子产品朝着微型化、集成化的方向发展，因而电子产品生产线的质量检测显得尤为关键。然而对于印制电路板中的SMT焊接工艺而言，微小的缺陷通常是难以发现的，AOI技术的出现，使得SMT焊接质量检测的效率有了很大的提升。

1 AOI基本工作原理

自动光学检测（Automated Optical Inspection, AOI）是一种基于现代光学理论而设计的高精密光电检测设备，由于其检测过程是基于光学原理的，因而可以达到很高的分辨率，完全可以满足细微结构的高分辨率识别，目前广泛应用于电子产品生产线的印制电路板微小缺陷检测。

一台典型的AOI设备主要包括三维工作台、CCD图像传感器、运动控制系统和人机交互软件等四大组成部分。

在检测时，首先需要把待检测的印制电路板固定在工作台上，然后通过操作人机交互软件界面对镜头的坐标位置进行调整，使待检测的部分牌检测视域的中央。开始检测之后，光源的光线会通过电路板反向到镜头上，带有图像信息的光线通过镜头的光路转换被CCD传感器接收。CCD在程序的控制下将光学信号自动转化为电流信号并以图像的方式存储起来，从而完成图像采集工作。考虑到电路板中一般不止一个检测点，因此CCD图像传感器在检测程序的控制下会自动扫描整个电路板，根据相关的特征识别出SMT焊点，然后通过一系列的图像处理算法对焊点图像进行分析，判断焊点是否存在缺陷。

AOI设备检测到的缺陷会在软件界面实时显示出来，并根据缺陷的特征自动识别缺陷类型，从而完成实时的SMT焊点质量检测，满足自动化生产线的在线检测要求。

2 SMT焊接常见缺陷分析

在电子生产流水线中，SMT是一项极其重要的工艺，包括焊膏印刷、贴片、再流焊、清洗、测试等一系列复杂工序。由于工艺的复杂性和流水线生产的快速性，SMT生产中往往会出现一些带有缺陷的产品，而这些缺陷很大一部分都出现在焊点上。在SMT工艺中，常见的焊点缺陷有很多，例如焊膏漏印、焊锡不足、边缘不清、位置偏移、焊点桥接、表面粗糙、粘结不牢、气泡空洞，等等。当然，不同的企业由于工艺上的差异，不同的缺陷类型出现的概率是不一样的，但焊点的质量缺陷对产品的影响却是大同小异的。焊点的质量影响到的不仅仅是一个元器件的功能，而是会对整个电子系统的性能和可靠性产生严重的影响，严重时可直接导致产品报废[1]。

3 AOI在SMT焊接质量检测中的应用

AOI设备基于光学原理进行检测的重要优点之一，就是可以无接触的情况下快速完成检测工作，不会对产品产品破坏，因而是电子工厂流水线生产的重要自动化检测装置。

3.1 检测方式

对于电路板而言，SMT贴片安装数量通常是很多的，而这些贴片器件的相互距离又较近，如果在贴片完成焊接后一次检测，可能存在检测的盲区，因此AOI检测是贯穿于整个生产过程的。通常来说，AOI设备在生产线上的安装位置通常包括以下三个：焊膏印刷后、再流焊前、再流焊后，如果产品有特殊的检测需求，也可以根据实际情况增加AOI检测节点[2]。

3.2 检测优势

AOI设备在SMT焊点质量的检测场合中，对焊点也是有一定要求的。在传统的焊点检测中，一般是在焊点上随机选择若干采样点，估算出焊膏的高度，从而对焊接质量进行判断。显然这种方法过于简的，因为焊点质量并不仅仅是受到焊膏高度的影响，它与焊点的面积也息息相关。但焊点的面积通常又可能是不规则的，这就给焊点的体积估算带来了困难。近年许多电子企业都在推行无铅工艺，这对于SMT焊点质量检测而言更是一个巨大的挑战[3]。

而现代AOI设备在这些检测场合中具有很好的适用性，不仅可以快速准确估算焊点面积，测量焊点高度，还能准确识别焊点的形态，从而为缺陷的识别奠定了良好的基础。AOI设备采用了多级摄像技术，在不同的角度对焊点进行图像采集，准确识别焊点的形状、颜色、体积和温度等参数，综合对这些信息进行分析，对比缺陷库中的缺陷特征信息，即可快速、准确地判别出焊点的缺陷[4]。

3.3 检测设备

前已述及，AOI利用了光学原理进行焊点质量检测，因而对焊点的3D测量成为了准确识别缺陷的前提。当前许多厂家已经推出了非常高性能的三维精密测量系统并应用于AOI设备中，例如美国的RVSI、比利时的ICOS、中国台湾的TRI，这些光学系统不仅可以进行多方向环绕，还可以实现多视野实时采集，测量速度和精度都很高[5]。

4 结语

随着电路板不断朝着集成化、微型化发展，传统的检测手段已经很难满足现代化电子生产自动化流水线的需求。SMT焊接质量对于整个电路板来说是至关重要的，采用AOI设备进行检测可以达到很高的效率，完全满足了现代电子工业的发展趋势。因而AOI在未来的电子工业的生产质量检测中仍然会继续占据着重要地位，同时AOI设备的性能也将不断提高，以满足日益多元化的SMT产品质量检测要求。