基于AOI技术的PCB常见质量缺陷检测分析

黄碗明

摘要：印刷电路板（PCB）是对电子元器件进行支撑和连接的载体，采用电子印刷术制作而成，检测PCB质量缺陷是质量控制的一个关键环节。文章介绍了PCB常见质量缺陷类型，指出自动光学检测（AOI）技术的特点和优势，阐述了AOI技术在PCB质量缺陷检测中的应用，以供同行参考。

关键词：PCB板;质量缺陷;AOI技术;优势;检测

我国的PCB产业处于全球领先地位，早在2015年PCB总产值就居于世界首位，而生产技术和质量，直接关系到PCB产业的未来发展。传统检测方法中，主要采用人工目检和孔位、孔数检测机，因效率低、工作量大、不满足实际工作需求，必须对检测方法进行创新。以下结合学者的工作实践，探讨了AOI技术在PCB质量缺陷检测中的应用。

1.PCB常见质量缺陷类型

1.1 焊接不良

以MIC为例，地线焊接不良见图1。分析原因如下：①地线焊接端的剥皮长度短，因尺寸不足焊接不牢。②焊接之后，没有对透锡品质全面检查。

1.2 电容脱落

电容脱落见图2，分析原因如下：PCB在加热炉内加热后，再经过AOI检查，工作人员需在传输链上取下产品，置于周转架上。周转架一般前后两面放置，如果错位会导致PCB板边缘凸起，并且撞击电容造成脱落。

1.3 元器件移位

元器件移位见图3，分析原因如下：焊盘上的导热孔，为了确保灌满锡，焊盘下的基板和铜板之间并没有半固化片，锡膏印刷后会形成密封的气穴。焊接作业时，因空气膨胀将锡膏吹跑，造成元器件移位[1]。

1.4 焊锡未熔

焊锡未熔见图4，分析原因如下：①锡膏本身质量差。②在加热炉内加热时，炉温不够。③焊接面上存在氧化物。

1.5 焊料球不良

焊料球不良的原因有：①锡膏保存时间长，已经超过保质期。②锡膏在使用前，没有在室温下放置4-5h。③在加热炉内预热时，温度上升过快，锡膏内的水分没有充分挥发，再次焊接时在水分影响下形成焊料球。

2.AOI技术的特点和优势

2.1 特点

AOI技术是在光学原理下，对焊接过程中常见的缺陷进行检测。作为一种新型的检验技术，AOI发展迅速，目前市场上有多种检测设备。AOI检测时，利用摄像头自动扫描PCB，采集图像后分析焊点数据，并和数据库中的标准参数对比，从而明确缺陷类型，将缺陷显示出来。

相比于人工检查，AOI检查的持续性、可靠性更好，具体见表1。总结AOI技术特点如下：一是检测速度快，和PCB板的印刷密度无关;二是可进行快速便捷编程，利用元件数据库对测量数据进行编辑;三是多功能检测算法、二元或灰度水平光学成像处理技术作为辅助;四是可根据PCB板的位置变化，自动化校正检测窗口，提高精准度;五是可在PCB板上使用墨水做标记，或在显示界面上标记图形，对检测结果进行核对[2]。

2.2 优势

第一，节省人力物力。传统人工检测，需要消耗大量的人力和时间，随着检测时间延长，工作人员会产生疲劳感，影响检测效率。AOI技术的应用，利用机械设备取代人工，可自动化、连续性运行，减轻人力工作量和成本[3]。

第二，提高检测质量。人工检测依赖于工作人员的经验，具有一定的主观性，因此难以保证检测结果的精准度。AOI技术采用先进的技术手段，将科技和人工有机结合，科技为主、人工为辅，可提高检测精准度。

3.AOI技术在PCB质量缺陷检测中的应用

3.1 检测流程

利用AOI技术检测PCB质量缺陷，主要是由操作系统、照明系统、图像处理系统、数据处理系统组成，检测流程见图2。其中，CIS是接触式图像传感器，和图像采集卡相配合，组成了图像采集系统。计算机、显示器和打印机，组成了数据处理系统。PCB移动平台和传送带，组成了运动控制系统。

简单来看，AOI检测流程是：①待检PCB置于移动平台上，利用传送皮带送至图像传感器的下方;②照明系统照射PCB，图像传感器采集图像，并传输至图像采集卡;③图像从采集卡传输至计算机，处理后和数据库中的标准对比，判断PCB是否合格，指出缺陷部位。

3.2 AOI仪的应用

AOI仪是基于AOI技术原理制成的检测仪器，以PCB孔位检测为例，照明系统照射PCB，产生的光波波长和孔径相近，透过电路板表面，光穿过小孔时会产生光学衍射现象，形成衍射条纹。计算机系统对衍射条纹的粗细、明暗、颜色变化进行分析，就能判断孔位是否合格，确定孔壁的均匀度[4]。

以国产AOI仪为例，适用于表面貼片技术生产线中所有的视觉检测阶段，具有稳定、准确的检测能力，可提高检测效能，完成快速编程，随时了解产品品质。以FLPE-A110、FLPE-A115、FLPE-A120三种型号的仪器为例，性能对比见表2。

3.3 优化设计

结合实际应用，AOI技术检测PCB质量缺陷时，优化设计方法如下：

第一，如果检查对象是不可见的，或受到干扰导致图像模糊，此时可制定设计方针。以Viscom AG 和 KIRRON GmbH &Co KG 合作开发的特殊测试方案为例，能减少编程时间，减少误报概率。

第二，在PCB整体布局上，元器件的尺寸应满足IPC标准，减小制造公差;为了防止颜色造成的干扰，建议使用无光泽的阻焊层，尤其焊盘间要覆盖阻焊层。设置基准点，通常情况下至少有2个基准点，每个基准点距离PCB板边缘5mm，并配合统一的黑色背景。

第三，优化焊接工艺。为避免焊点反射，元器件不要对称排列;经过波峰焊，焊点参数会发生变化，检查算法应该包括这些变化。如果基准点没有被阻焊膜盖住而过波峰焊，此时可用十字型作为基准点，或用阻焊层覆盖基准点。

4.结语

综上所述，PCB常见质量缺陷有焊接不良、电容脱落、元器件移位、焊锡未熔、焊料球不良等。AOI技术不仅节省人力物力，而且能提高检测质量，将其应用在PCB质量缺陷检测中，具有较高的应用价值。希望通过本文，为实际检测工作提供借鉴，推动PCB产业高质量发展。

参考文献

[1]瞿栋，汪鹏宇，黄允，等.基于卷积神经网络的PCB缺陷图像识别[J].计量与测试技术，2021，48（8）：21-23.

[2]郭联金，谢跃信，罗炳军.基于亚像素的PCB表面质量检测[J].电子质量，2018（6）：8-13.

[3]邵帅，李冰洁.SMT工艺质量要求及常见缺陷[J].设备管理与维修，2021（16）：112-113.

[4]郭民，王蕊.AOI 技术在 PCB 缺陷检测中的设计与实现[J].测控技术，2016，35（12）：127-130.