印制板电路内层AOI在线分板技术的应用分析

邓建设 陈炯辉

（黄石广合精密电路有限公司，湖北 黄石 435000）

0 前言

内层AOI（自动光学检测）在线分板技术是印制电路板（PCB）行业智能工厂不可或缺的一个环节，随着在线分板技术的日趋成熟，其分板效率已经初步满足了生产线的需求。在项目实施的过程中，暴露出了很多的问题，例如如何保证每片板（PCS）之间二维码的唯一性，每个站点后二维码是否会受到破坏，二维码内容如何实现与人的交互，分板程序如何设计才能满足产线的实际需求，二维码的Gerber图形设计成什么样子等等。随着这些问题的解决优化，在线分板技术才能真正地应用在产线上，为企业降本增效，实现企业的数字化转型。

1 内层AOI在线分板的总体设计

PCB生产在基板开料后送往激光打码机，在指定位置雕刻出一个二维码，随着片数的增加，二维码流水号相应增加，以此保证PCS之间的唯一性；蚀刻后在制板进入扫描机，扫描机调取转档后的Gerber资料存为标准档，在扫描在制板的同时读取激光雕刻的二维码，二维码与AOI资料结合，发往人工复检站；人工复检站处理完资料后，上传至数据库，随后实物板子进入收板机，读码器读取二维码后从数据库调取该二维码对应的AOI结果并将结果通过二进制数字发给收板机，收板机机械手接收到信号后将板子放到相应的工位。其主要流程如图1所示。

2 内层AOI在线分板各应用要点分析

2.1 激光打码

（1）吸尘的选择：排尘系统优先选用中央吸尘，如使用吸尘器，过滤网更换频率建议控制在3天/次。因为小吸尘器的吸尘效果不好，每周更换过滤网则达不到良好的吸尘效果，容易造成车间粉尘弥漫，激光打码器粉尘过多后打码效果不良，造成AOI分板失效

（2）二维码的设计：二维码的孔径应当大于0.3 mm，否则容易湿膜封孔，内容应当包含2到3位流水号＋产品批次，位置居中最佳，统一设置在元件面（C面）。考虑到曝光精度，机械手拍板精度以及层压裁边精度的影响，二维码距板边的余量应当大于6 mm，距内单元的余量应当大于3 mm。当设计不满足此要求时，会使二维码进单元导致芯板报废，或内转外失败导致追溯系统无法形成闭环。综合考虑到扫描机的读码原理，二维码供扫描机使用的寻PIN区域可在传统的自动曝光机二维码基础上进行优化，保留4个直角即可，定位PIN的宽度设计成0.1 mm，小于0.1 mm时扫描机很难找到定位PIN，大于0.1 mm则会降低二维码的活动空间。

（3）二维码打码参数的选择：100 W功率的激光器可以保证打穿0.105 mm（3 oz）厚的铜箔，如采用功率较低的激光器时，业界普遍采用增加打码次数的方法来保证二维码的质量，但是考虑到重复精度的问题，打码次数大于3次时，二维码将受到破坏，从而无法读取。为了达到产线9 P/min的限速，二维码保证打穿铜箔即可（因为基材和铜箔的光线存在色差，超出一般读码器所容许的色阶需求，能够满足读码之需要）。切片结果二维码孔深应当控制在0.55 mm以内，否则容易造成棕化后药水残留。

2.2 读码器的选择

按照需求购买读码器，读码器需要重点考虑的参数分为：适配的产线速度，读取二维码大小，二维码内容，读码视野大小，读码器的大小，以及数据上传速度，所支持的网络协议。购买读码器时务必和卖方详细沟通上述参数，因为二维码的读取原理是：接收到感应器读码信号后，读码器按照一定的频率拍照，同时，读码器按照拍照的顺序依次解码，直到解出二维码或者到达设定解码时间停止解码，如达到设定解码时间仍然未解析出二维码内容，则输出固定的字符，解码时读码器将固定的像素点数分布在读码视野范围内。单个二维码数据单元内像素点达到一定比例时，将该数据单元固定为二进制数字1或者0，随后通过线性代数的矩阵，转换出二维码的内容。由上述可知，随着产线速度的增加，拍照的数量必然减少，拍到二维码的概率降低；随着视野范围的增大，解码时间必然增加，在解码总时间一定时，解码率降低。部分读码器虽然性能上能够满足读码的要求，但是体积过大，产线无法提供较大的安装空间，因此读码器的体积也是必须考虑的问题。读码器大致逻辑如图2所示。

2.3 数据库的底层逻辑

此处将人工复检站传过来数据的时间记为A项，线号记为B项，人工复检站传过来的二维码记为C项，AOI结果记为D项，批次记为E项，收板机读到二维码记为F项，收板机读到二维码的时间记为G项，收板机结果记为H项，收板类型记为I项，NG类型记为J项，按照如下逻辑编写数据库（见表1所示）。

表1 设计表

（1）人工复检站点击确认，上传二维码、AOI结果、线号、时间

（2）二维码匹配F项（异常类型为：异常类型TC层不参与匹配），如匹配成功，I项更新为V检超时，如匹配失败，重开一行，1小时后F项无二维码则I项显示抽检板

（3）收板机读码，如读码NG，重开一行，EFH项显示NG，I项显示读码失败，如读码成功，匹配C项二维码，如匹配成功，且AOI结果为OK，H项显示OK，I项显示正常解析-OK，如匹配成功，且AOI结果为NG，H项显示NG，I项显示正常解析-NG，如匹配失败，重开一行，H项显示NG，I项显示未解析

（4）同一块板过多次AOI连线，扫描机时间、扫描机二维码、扫描结果、收板机时间、收板机结果、异常类型以最后一次读到此二维码为准（若多次过连线，V检超时会OK/NG混乱）

（5）收板机二维码只匹配编辑人工复检站30分钟以内上传的结果

2.4 其他节点分析

（1）由上述分析可知，整个系统对于网络的要求非常高，因此，在洽谈商务合同时，务必考虑到相关硬件的配置，交换机选用千兆宽带，电脑配置需要高于办公电脑的配置，主机水冷，路由器的铺设，均需要按照千兆网络的标准配置

（2）不容易被考虑到的一点是部分基材与铜面的色差相当接近，考虑到业界普遍采用的CCD镜头的作业能力，当色阶差值小于30时，此部分产品无法通过常规的AOI在线分板，因此扫描机的设备能力需要适应较低的色差的场景，考虑到绝大多数厂商不会批量生产此类产品，需要在接单时进行APQP（产品质量先期策划）评审。

3 内层AOI在线分板的应用效果

3.1 实现品质数据的收集分析

由上述数据库章节可以知道，内层AOI在线分板系统是完全可以获取每个PCS的品质状态的，同时在进行参数下发环节时，将工艺参数与批号进行绑定，即可实现工艺参数和品质参数的关联，对于技术部门来讲，此部分数据尤其重要，实现了工艺分析的有据可循。

3.2 实现计划的先期管理

生产某一个产品后，其生产用时、品质数据、生产成本一目了然，业务部完全可以根据这部分数据通过一定逻辑分析，得出在此时生产哪类产品对公司最划算，从而对生产的批次进行分级，优先生产对公司最有益的产品，而不是过去的计划部直接排期，生产部按照要求执行

3.3 实现人员的节省

原有的人工分板系统，产品摆放凌乱、耗时多。实现内层AOI在线分板系统后，需要人工再次确认的产品将会非常的少，各种类型的产品摆放整齐，避免了人员的无效浪费。

3.4 追溯系统实现闭环管理

通过与MRB（材料审查委员会）系统的关联，完成芯板追溯系统的建立，此系统中可以包含一块芯板的开料到AOI的所有信息，通过配套机自动配套读码系统，熔铆防呆防错系统，层压读码，实现芯板与母板追溯信息的关联，

4 结论

内层AOI在线分板系统虽然还存在一些美中不足的地方，但通过工程师们的努力，一定可以达到为企业降本增效。同时，收集到这些品质、工艺、生产数据后，通过对这些数据的二次应用，也能够改善计划、采购、业务、工程等部门原有的设计，真正地实现黑灯工厂的宏大愿景，朝着无人化工厂的方向迈进！