目录
1 绪论 ................................................................................................................................. 1
1.1 SMT简介 ............................................................................................................. 1 1.2 AOI诞生背景 ...................................................................................................... 1 1.3 AOI在SMT生产线中的应用 ............................................................................ 2 1.4 AOI人员工作内容 .............................................................................................. 3 2 详解AOI ......................................................................................................................... 5
2.1 AOI定义 .............................................................................................................. 5 2.2 AOI在SMT中的位置 ........................................................................................ 5 2.3 AOI基本原理： .................................................................................................. 6
2.3.1 光学原理： ............................................................................................... 7 2.3.2 焊点检测原理(举例)................................................................................. 8 2.3.3 模板匹配(Template-matching).................................................................. 9 2.3.4 AOI检测的速度 ..................................................................................... 10 2.3.5 编程 ......................................................................................................... 10 2.4 AOI检测方法 .................................................................................................... 11 2.5 AOI与SPC ........................................................................................................ 12
2.5.1 SPC 概述 ................................................................................................ 12 2.5.2 AOI 和 SPC 的结合 ............................................................................. 12 2.5.3 实时监控 ................................................................................................. 13
3 AOI应用实例 VI-5K ................................................................................................... 14
3.1 VI-5K简介 ......................................................................................................... 14 3.2 VI-5K坐标系统的CAD转换 .......................................................................... 17
3.2.1 准备CAD 数据 ........................................................................................ 18 3.2.2 整理 CAD 数据 ....................................................................................... 19 3.3 TST程序生成 .................................................................................................... 21
3.3.1 VIS的生成过程 ...................................................................................... 21 3.3.2 TST的生成过程 ..................................................................................... 25 3.4 VI-5K程序Debug ............................................................................................. 27
3.4.1 Histogram模型 ....................................................................................... 28 3.4.2 Vi-Pro模型.............................................................................................. 29 3.4.3 Edge模型 ................................................................................................ 30 3.4.4 BGA模型 ................................................................................................ 31 3.4.5 Custom模型 ............................................................................................ 32 3.5 服务器SuperVisor和目视站DefectViewer ..................................................... 34 3.6 VI-5K测试流程 ................................................................................................. 36 4 展望未来AOI的发展趋势 .......................................................................................... 38
4.1 AOI的现状和不足 ............................................................................................ 38 4.2 AOI 技术的发展趋势 ....................................................................................... 38 4.3 新型光学检测技术--AXI测试.......................................................................... 40 4.4 中、外AOI技术比 ........................................................................................... 41
5 总结 .............................................................................................................................. 43 致谢 ..................................................................................................................................... 44
绪论
1 绪论
1.1 SMT简介
SMT 是Surface mount technology的简写，意为表面贴装技术，亦即是无需对PCB钻插装孔而直接将元器件贴焊到PCB表面规定位置上的装联技术，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。SMT的工艺流程有如下几步：准备PCB、贴片元件?贴片程式录入、道轨调节、炉温调节 ?上料?PCB入轨?锡膏印刷（点胶）?贴片?检测?过炉?检测 ?包装?入库。
中国的电子工业，特别是以表面安装技术（SMT）作为新一代的电子装联技术，己经浸透到各个行业，各个领域。近十年来SMT技术发展神速，应用范围十分广泛，在许多领域中己经部分或完全取代了传统的线路板通孔插装技术。SMT技术以其自身的特点和优势，使电子组装技术发生了根本性的、革命性的变化。比如，组装密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80%，而且，SMT技术易于实现自动化，提高生产效率，降低成本达30%~50%，节省材料、能源、设备、人力、时间等。
中国的电子工业经过二十年来的蓬勃发展,已经大量引进和购置了各种各类的SMT工艺设备。SMT设备正向高效、灵活、智能、环保等方向发展。 提高SMT设备的生产效率一直是人们的追求目标，SMT生产设备巳从过去的单台设备工作，向多台设备组合连线的方向发展；从多台分步控制方式向集中在线控制方向发展；从单路连线生产向双路组合连线生产方向发展。SMT的发展趋向是高效、智能、环保、高精度、高速度、多功能。所以，这里还有一个如何保证SMT高精度、高质量的贴片工作问题。除了要提高SMT设备自身的生产能力，还需要配套的检测监控系统来保证产品治量。
1.2 AOI诞生背景
当前PCB的价格以每年六到八个百分点的速度持续滑落，产品的生产良率就成为维持产业竞争力的要素。在当今的经济形势下，PCB制造商需要考虑更多如何降低成本，保证高品质产品生产，以在未来市场抢占先机。要获得高的良品率，需要有良好的制造控制能力，而要获得良好的制程控制，就必须要在各个制程中执行良好的检测管制。检测技术在电子产业中逐步发展，人们意识到这些所谓的无附加价值程序，实际上对于制程控制与良率改善会有实质的帮助。换言之，用在检测上的每一块钱，
第1页（共44页）
基于VI-5K平台的自动光学检测技术在SMT中的应用
都有可能帮助业者在别的地方省下更多钱。因为产品需求的增加和SMT技术发展日趋成熟，当前PCB产品向着超薄型、小元件、高密度、细间距方向发展。早期依赖人工目检产品的作法已经无法符合需求，已不能完全适应当今制造技术的进步，如：电子组装使用进行锡膏印刷、漏件检查、接点状况判断等等工作就是大家耳熟能详的作法。严格而又准确的检测技术，对于确认产品有良好表现，同时提供更佳的产品服务与最终良品率有着至关重要的作用。因此，AOI（automated optical inspection，即自动光学检测）技术就是为适应这一环镜而诞生的。AOI诞生之初，经历了目视检测、用放大镜检测、台式光学仪器检测、2D自动光学仪器检测、3D自动光学仪器检测、离线自动光学仪器检测、在线自动光学仪器检测等历程。
相对于人工目视检查来说，AOI具有更高的可重复性和更快的检测速度。八十年代曾有研究表明，当两个人检查相同的板四次时，他们的相互认同率少于28%，认同自己的只有大约44%左右。而尽管如此，在2005年前，绝大部分电子制造厂商依然依赖于人工目视检查。因为早期引进的进口AOI设备，给电子制造业界的人士的感觉是：使用繁琐、复杂，价格昂贵；或者说因为AOI设备编程调试繁复，令工程师不能充分发挥AOI设备的性能，导致AOI未能达到预期的检测效果，从而觉得AOI设备只是一种“昂贵的摆设品”。但是由于AOI在近几年逐渐兴起，发展较为迅速，目前很多厂家都推出了AOI测试设备。当自动检测时，机器通过摄像头自动扫描PCB，采集图像，并将采集到的图像数据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上缺陷，并通过显示器或自动标志把缺陷显示标示出来，供维修人员修整。AOI可以在生产线上建立一个实时的工艺控制系统。在这个系统中，AOI能把生产过程中各工序的工作质量以及出现缺陷的类型等情况收集、反馈出来，根据AOI检测结果，工艺控制人员能够实时地跟踪分析出SMT生产线上产生各种缺陷的原因，并及时地反映出这些信息，从而达到改善产品质量、优化生产线的目的。有了AOI，可以节省大量因为制造缺陷所产生的报废成本。AOI是唯一可以用来进行事前影像检查检知缺陷的工具，这样可以让电路板制作成本最小化并极大化其良品率。AOI可以侦测到其它方法所无法侦测的缺点模式，这样不仅只是可以节省人工成本，同时可以标示较高密度电路板的缺点，特别是一些人眼睛无法侦测到的缺点，从而降低了由人工目检所造成的误判率，大大提升了SMT的生产速度。
1.3 AOI在SMT生产线中的应用
AOI在SMT生产线中的应用具体体现在三个方面：
（1）锡膏印刷之后。在生产中，焊膏印刷质量将直接影响元器件的焊接质量。例如，焊膏缺失将导致元器件开焊，焊膏桥接将会导致焊接短路，焊膏坍塌将导致元器件虚焊等缺陷。通常来说，有缺陷的焊接均来源于有缺陷的锡膏印刷。在这个阶段可以很容易、很经济地清除掉PCB上的焊接缺陷。大多熟检测系统便能监控锡膏的偏移和歪斜、不足的印刷区域以及溅锡和短路等。
（2）AOl放置在贴装机后、焊接前——可对贴片质量作工序检测。可检测元件
第2页（共44页）
绪论
贴错、元件移位、元件贴反(如电阻翻面)、元件侧立、元件丢失、极性错误、以及贴片压力过大造成焊膏图形之间粘连等。
（3）回流焊之后。炉后是PCB上不良焊接的集结处，是整个SMT生产线生产工艺的集中反映。AOl放置在再流焊炉后——可作焊接质量检测。可检测元件贴错、元件移位、元件贴反(如电阻翻面)、元件丢失、极性错误、焊点润湿度、焊锡量过多、焊锡量过少、漏焊、虚焊、桥接、焊球(引脚之间的焊球)、元件翘起(竖碑)等焊接缺陷。因而，在这里放置AOI设备是非常必要的。
（4）X光检测。BGA、CSP、FlipChip的焊点在器件的底部，用肉眼和AOl都不能检测，因此，X光检测就成了BGA、CSP器件的主要检测设备。
至于应该将AOI应用在哪一工序，应该根据元件和工艺的类型、和对产品可靠性的要求进行。如果使用许多BGA、芯片级封装（CSP）或者倒装芯片元件，就需要将检测系统应用到印刷后和片式贴装后，以发挥其最大的功效。另外，在炉后进行检测可以有效地发现低档消费品的缺陷。而对运用在航空航天、医学及安全产品（汽车气囊）领域的PCB来说，由于对质量要求十分严格，则可能会要求在生产线上的许多地方都进行检测，尤其是在片式贴装和炉后。当然，也要根据本身的经济状况来放置AOI，以最求最高的性价比，发挥一台设备的最佳性能来实现我们理想的效果。大部分PCB厂只用到第一步和第三步，因为在焊接前检测PCB可能会导致元件位移，造成不必要的工艺重复和锡膏、元件损失，而且，回流焊之后的检测完全重复了焊接前的检测步骤。而X光检测则是关键性的一步，如用肉眼和AOl都不能检测的CPU（BGA）底部焊点，若这类元件产生缺陷而又不能及时被发现，所导致的结果将是致命的
1.4 AOI人员工作内容
笔者在工作期间的工作内容:
1. 收集和整理了新机种试产数据, 编制了AOI测试程序并不断调试和维护，完成了相关资料的归档工作；
2、在实际生产中启用了自己编制的AOI测试程序进行检测，并跟踪了测试效果的，改进及优化了测试方法，降低了漏测与误判率。同时，对测试有效性的提高及测试问题处理进行了不断的研究和尝试；
3. 向相关部门及时反馈了不良信息，与之商讨了产品工艺的跟进调试及改善对策；
4. 编写和建立了相关系统文件和标准操作指导手册；
5. 定期保养和维护机台，对AOI测试程序进行了持续性的维护，在生产线上排除设备故障, 购买备品；
6. 完成了对相关产线作业人员的作业指导工作。
第3页（共44页）