基于自动光学检测系统（AOI）设计

自动光学检测(AOI)是电子印刷电路板(pcb)制造和测试中的一项关键技术。自动光学检测，AOI能够快速准确的检测电子组件，特别是pcb，确保产品出厂质量高，产品制作正确，没有制造故障。

 

为什么需要自动光学检测（AOI）

尽管已经取得了重大进展，但现代电路远比几年前的电路板复杂得多。表面贴装技术的引入以及进一步缩小尺寸意味着电路板特别紧凑。即使是相对平均的电路板也有数千个焊接接头，这些都是容易出现问题的地方。

电路板复杂性的增加也意味着现在人工检查不是一个可行的选择。即使这是一种公认的方法，它目前来讲人工检测并不是特别有效，检查员很快受疲劳和主管因素影响，很容易出现错误的检查。随着市场对产品的需求量越来越大，为了保证产品的高质量，需要非常快速、非常可靠和快速的方法将高质量的产品推向市场。自动化光学检测是集成电子测试策略中必不可少的工具，通过在生产线早期检测故障，确保成本尽可能低。

其中一个解决方案是使用自动光学检测系统。自动光学检测系统可以在焊接工艺之后立即放入生产线。通过这种方式，它们可以用于在生产过程的早期发现问题，并具有许多优点。随着故障在生产过程中被发现的时间越晚，修复成本越高，即使发现故障可以避免高额修复成本。此外，焊料和装配区域的工艺问题可以在生产过程的早期看到，信息用于快速反馈到早期阶段。通过这种方式，快速反应可以确保问题得到迅速识别，并在批量板材出现相同问题之前得到纠正。

AOI、AXI、ICT的主要缺陷检测能力比较
缺陷类型	AOI	AXI	ICT
焊接缺陷
开路	Y	Y	Y
焊桥	Y	Y	Y
焊锡短路	Y	Y	Y
少锡	Y (not heel of joint)	Y	N
焊料空隙	N	Y	N
锡多	Y	Y	N
焊料质量	N	Y	N
部件缺陷
脚浮	Y	Y	Y
部件缺失	Y	Y	Y
未对齐或放置错误的组件	Y	Y	Y
错误的元件值	N	N	Y
故障部件	N	N	Y
BGA和CSP缺陷
BGA 短路	N	Y	Y
BGA开路连接	N	Y	Y

自动光学检测基础

自动光学检测系统（AOI）使用可视化的方法来监控印刷电路板的缺陷。它们能够检测各种表面特征缺陷，例如结节，划痕和污点，以及更常见的尺寸缺陷，例如开路、短路和焊料变薄。它们还可以检测不正确的组件、缺少组件和错误放置的组件。因此，他们能够执行之前由手动操作员执行的所有视觉检查，并且更加迅速和准确。

他们通过视觉系统来扫描电路板的表面来实现这一目标。系统由几个光源照明，并且使用一个或多个高清摄像机。通过这种方式，AOI设备能够创建电路板的图像。

自动光学检测（AOI）系统使用捕获的图像进行处理，然后与机器所具有的板材外观知识进行比较。使用这种比较，AOI系统能够检测和突出任何缺陷或可疑区域。

AOI使用多种技术来分析电路板是否存在任何缺陷：

模板匹配:利用这种方法，自动光学检测系统（AOI）将获得的图像与“金板”上的图像进行比较。

模式匹配:利用这种技术，AOI系统存储好的和坏的PCB组件的信息，将得到的图像与这些信息进行匹配。

统计模式匹配：除了使用基于统计的方法解决问题之外，这种方法与上面的方法非常相似。通过存储多个电路板的结果和几种类型的故障，它能够适应较小的可接受的偏差而不会出现错误。

为了建立电路板应该是什么的数据库，使用已知的状态板和PCB设计信息，如下所述。

随着技术的进步，AOI系统能够非常精确地预测缺陷，并且具有少量未发现缺陷的场景。因此，AOI系统在复杂的制造环境中形成非常有用的元素。

AOI图像采集与分析

自动光学检测系统的关键部件之一是图像采集系统。通过捕捉印刷电路板、PCB组件的图像，然后由AOI系统内的处理软件进行分析。图像捕获系统有许多变体，这些变体取决于准确的应用程序和AOI系统的复杂性和成本。

成像系统可以由一个或多个摄像机组成，以提供更好的成像和3D功能的可能性。摄像头也应该能够在软件控制下移动。这将使他们能够移动到一个给定的PCB组装的最佳位置。

除此之外，相机的类型对性能也有影响。速度与精度之间的平衡是必须达到的，并将影响所使用的照相机类型：

流式视频：用于自动光学检测（AOI）的一种类型的摄像机，采用流式视频从中获取完整的帧。然后，通过捕获的帧使生成在可以执行信号处理的静止图像。这种方法不如其他静止图像系统那样精确，但具有非常高的速度的优点。

静止图像相机系统：通常放置在相对靠近目标PCB的位置，因此需要良好的照明系统，还需要能够在软件控制下移动相机。

在分析电路板图像时，AOI系统会自动寻找各种特定特征：如元件放置、元件尺寸、电路板基准、标签图案（例如条形码）、背景颜色和反射率等。作为其任务的重要元素AOI系统还检查焊接接头，以确保它们接头是否符合要求。

在分析电路板时，AOI系统必须考虑好电路板之间的许多差异。每个批次之间不仅尺寸变化很大，而且颜色和反射率也不同。通常在丝网印刷中也存在差异，其中油墨厚度和颜色字体可能会有细微的变化。

AOI光源

照明是AOI系统的关键要素。通过选择正确的光源，可以更容易地突出显示不同类型的缺陷。随着近年来在照明技术方面取得的进步，这使得照明能够用于增强可用的图像，并且这使得系统能够更容易地突出电路板缺陷，从而减少所需的处理并且提高速度和准确性。

大部分AOI系统都有一个固定的照明系统，这取决于操作要求和需要测试的产品类型。这些通常针对预期的条件进行了优化。然而，有时可能需要一些定制，良好的照明是提高系统性能的关键因素。

提供多种类型的照明:

荧光灯：荧光灯广泛用于AOI自动光学检测应用，因为它为观察PCB上的缺陷提供了有效的照明形式。AOI应用的荧光灯照明的主要问题是灯泡会随着时间而降低。这意味着自动光学检测系统将受到不断变化的光水平和质量的影响、

LED照明：LED照明的发展意味着AOI自动光学检测系统能够采用更加稳定的照明形式。虽然LED照明确实受到LED随时间的光输出减少的影响，但是这可以通过增加电流来补偿。使用LED照明，也可以控制照明水平。因此，LED比几年前使用的荧光灯或白炽灯更令人满意的照明形式

红外线或紫外线：在某些情况下，可能需要红外线或紫外线照明来增强某些缺陷，或者能够进行自动光学检查以发现某些类型的缺陷。

除了照明形式之外，自动光学检测系统AOI的照明定位同样重要。光源需要定位以不仅确保所有区域都是良好的照明，这在某些组件可能投射阴影时尤其重要，而且需要突出缺陷。不同的组件可能需要细微的调整。

自动光学检测系统（AOI）编程

为了能够使用自动光学检测（AOI）检查PCB组件，必须在系统中存储接收电路板板的详细信息。如果AOI系统能够正确检测通过的PCB组件上的任何缺陷，则必须正确执行该编程活动。

有几种方法可用于AOI系统编程：

使用标准版：一种方法是提供一种已知的好板作为目标，供自动化光学检测系统（AOI）使用。通过系统传递的，以便它可以学习相关的属性。它将着眼于组件，每个接头的焊接轮廓，以及许多其他方面。向系统提供足够的相关数据，这种方法通常需要数块标准版作为参考。

基于算法的编程：将PCB数据提供给系统，然后为电路板板生成自己的配置文件。该方案还需要真正的电路板，但通常需要的电路板较少。

两个系统都有优点和缺点。它是设置时间、维护、精度和特定自动光学检测系统（AOI）要求之间的平衡。通常，要求在很大程度上取决于使用的机器。

至关重要的是，任何印刷电路板制造区域都能够检查线路末端的电路板质量。只有这样，他们才能监控质量，并在检测到问题时纠正过程，以便其他电路板不会受到同样问题的影响。通过这种方式，自动光学检查和必要的X射线检查是制造业的两个必不可少的工具。