AOI(自动光学检测)详细资料大全
AOI（Automated Optical Inspection）的全称是自动光学检测，是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备。AOI是新兴起的一种新型测试技术，但发展迅速，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，测试的焊点与资料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。 运用高速高精度视觉处理技术自动检测PCB板上各种不同帖装错误及焊接缺陷。PCB板的范围可从细间距高密度板到低密度大尺寸板，并可提供线上检测方案，以提高生产效率,及焊接质量。通过使用AOI作为减少缺陷的工具，在装配工艺过程的早期查找和消除错误，以实现良好的过程控制。早期发现缺陷将避免将坏板送到随后的装配阶段，AOI将减少修理成本将避免报废不可修理的电路板。 基本介绍 中文名 ：自动光学检测 外文名 ：Automated Optical Inspection 基础 ：光学原理 类别 ：新型光学测试技术 主要特点 ：高速检测系统 错误类型,主要特点,相关比较,实施目标,最终品质,过程跟踪,放置位置,锡膏印刷之后,回流焊前,回流焊后,最佳化设计,基本最佳化,布局建议,布局建议,结论,实际套用,工艺条件,检查库,生产厂家,国内,国外, 错误类型 刷锡后贴片前：桥接-移位-无锡-锡不足 贴片后回流焊前：移位，漏料、极性、歪斜、脚弯、错件 回流焊或波峰焊后：少锡/多锡、无锡短接 锡球 漏料-极性-移位脚弯错件 PCB行业裸板检测 主要特点 1）高速检测系统 与PCB板帖装密度无关 2）快速便捷的编程系统 图形界面下进行 运用帖装数据自动进行数据检测 运用元件资料库进行检测数据的快速编辑 3）运用丰富的专用多功能检测算法和二元或灰度水平光学成像处理技术进行检测 4）根据被检测元件位置的瞬间变化进行检测视窗的自动化校正，达到高精度检测 5）通过用墨水直接标记于PCB板上或在操作显示器上用图形错误表示来进行检测电的核对 相关比较 人工检查 AOI检查 pcb1。同样的规则也适用于C-leads器件的 弯月型和器件本体两侧的焊盘设计。这里，我们建议Xc对 Xi的比率稍微大于1.5。值得注意的是：任何元器件的长度 变化也必须计算在内。 图7 “鸥翼”型 引脚器件 通常，这类器件的判定标准可以通过对毛细效应在垂 直方向的作用的分析中找到。由于毛细力，焊锡从焊盘末端 爬到引脚上形成焊点。由于工艺波动和器件边缘的阻挡作 用，导致不能完全形成一个完整的上半月型焊点。尽管没有 形成一个上半月型的焊点，但也可以被认为焊接得很好。 “鸥翼”型引脚焊锡的侧面爬升情况由于器件变化或 焊盘设计的原因，并不是经常能够被检查出来，这是由于 焊锡的爬升方向必须用同引脚方向垂直的角度去检查。假 如爬升很小，必须从其他角度来检查，而只有通过这样的辅助检查，才能提供丰富的图像信息去评估焊点的好坏。? 斜角检测：PLCCs型器件 图6 PLCCs器件的引脚的焊盘有着不同设计。如果是一个 长焊盘设计，在PLCC引脚上焊锡的爬升效果是可以检查 的。如果焊盘保持明亮，那么焊锡已经爬升到了引脚端， 所以认为器件是焊上了。假如遵循这个设计原则，可以通过垂直检测来检查出缺陷。 对于PLCC焊点，有时会出现少锡的情况。由于引脚少 锡的爬升情况和没有焊锡时是一样的，所以对PLCC焊点不 能通过垂直检测，而要通过斜角检测的方式来检查少锡缺陷。 布局建议 PCB的整体布局 对于普通的AXI测试PCB布局，所有的焊盘都必须进行 阻焊处理。这是因为阻焊层和实际的焊盘并没有真正地接 触到，在阻焊层和焊盘之间存在着一定的间隙。这样做的 好处是：焊锡受热后就可以聚集在焊盘内，这也使得在XRAY影像中很容易再现焊料的爬升情况。 2D x-ray 当套用2D x-ray技术时，所有的器件都需要被布置在 PCB的正面。而用2Dx-ray去检测这些器件时，还必须再定 义出一块没有器件的地方为“禁区”。对于有些BGAs，会 推荐使用一种泪滴型的不对称焊盘设计，这使得焊锡的成 型性质被系统错误的判断为一种几何的连线形态；此外， 一些特殊的QFN向内或向外的弯月型焊盘设计也同样有这种情况。 图8 QFN 焊盘设计 QFN器件的焊盘尺寸、焊膏印 刷面积与它的引脚尺寸是同样大小 的，而且器件的引脚是交错排列在 封装体底部的(图8)。 因此，QFN的 焊盘设计建议为：焊盘伸出于器件引脚的外端， 而缩进于器件的内 端，这样使得在器件引脚的内外形成弯月型焊盘。在这里 很重要的一点是，在进行设计计算时必须考虑器件的公差范围。(图9) 图9 BGA 设计 在BGA设计时，焊点的形状（如泪滴型）可以通过特 别的布局使其成为可见的；就是说，泪滴型的焊点除了具 有奇怪的形状外，它的方向也是很随意的。总而言之，在 器件面的焊盘和在PCB上的焊盘正好和BGA焊球的大小是 一样的（图10 ）。在德国Erlangen 大学，学者做了大量的 研究去评价单个焊盘形状的模型；他们发现，无论焊盘是 圆形还是非圆形的，焊膏印刷图形要保持为圆形不变。 图10 结论 作为惯例，在生产中，测试系统应当根据生产批量的要 求建立并最佳化。实际运作中无数次地证明，仅这样做是远 远不够的。如果在两周的生产时间内要测试一个新批次的 PCB，有可能会发生这样的情况：ELKO的颜色突然由黑色 变为了黄色，或者电晶体的引脚变短了、是弯的；或是电阻的颜色由黄色变成了蓝色的，等等。 AOI检查程式必须而且能够处理这些不同的变化所带来 的问题。但是，其中的一些变化需要花费时间进行处理， 因为我们不能预先知道是否有一种新的元器件被使用，或 是存在一个错误的元器件布局。同时，面对质量方面的困 难，大量允许的可能出现的情况也需要一个一致的，确实 可行的说明。 始终采用同样的材料和产品，再加上最佳化的PCB设计， 正如上面所描述的那样，可以减小由于产品的变更对AOI/ AXI测试所造成的影响。在这里必须指出，比照所有用于 AOI和AXI 检查的标准，PCB布局的建议可使检查工艺适当 简化并更有效率。DFT可以提高缺陷的检查率，减少误报， 缩短编程时间和降低编程的难度，从而最终达到有效降低 产品制造成本的目的。 实际套用 对无缺陷生产来讲，自动光学检查（AOI）是必不可少的。在转到使用无铅工艺时，制造商将面临新的挑战，在生产中会出现其他的问题，引起了人们的关注。本文分析转到无铅工艺的整个过程，特别是在大规模生产中引进了0402无铅元件。 由于缺乏无铅元件，转到使用无铅元件是分阶段进行的。在2004年，由于要求电子产品的体积越来越小，迫使制造商广泛地用0402元件来取代0603元件和0805元件。 工艺条件 除了普遍使用的0402元件，印刷电路板的第一次合格率（FPY）必须达到95%，而且必须根据印刷电路协会（IPC）的2级标准来检测缺陷。例如，在有608个焊点的168元件的情况下，相当于要求误报率是百万分之65。为了达到FPY的要求，在检测缺陷时必须考虑以下条件：元件长度的公差、元件供应商、贴片公差、在25 个AOI系统上的全球检测资料库、有80个独特产品的全球检测资料库、无铅焊料、不同的电路板供应商以及检测质量要达到IPC的2级标准。 无铅焊接带来的变化 可以从三个方面看到无铅的影响：灰度值提高、流程的改变和有效的助焊剂。无铅焊点的亮度平均值高了2.5%。这相当于亮度提高了五级。焊点看上去粗糙，而且表面呈粗大的颗粒状。这可以利用特性萃取方法来消除或者过滤掉。流动性稍微差一些，特别是对于那些较轻的元件，会妨碍元件在熔化焊膏中浸没或者浮起。这表示元件自动对正的程度较差。由于效果差，意味着轻轻的0402元件沿着纵向翘起的倾向会增强，结果是不能完全看到元件的顶部。 在回熔温度较高以及使用侵蚀性更强的助焊剂时，也会导致与助焊剂直接接触的较薄的元件受到侵蚀，元件顶部不能够反射光线。流动性的改变和侵蚀性助焊剂，对R0402型元件的影响比C0402型元件大，因为R0402型元件更轻也更薄。在使用R0603元件时，这也不常见。 检查库 围绕工艺的环境产生消极影响，必须通过几个途径降低到最小，以满足头工作的要求。 ● AOI全球检查库──对部分AOI制造商的标定工具进行调整是极为重要的，所以，这些变化能够传递到照相机和照明模组上。 ● 对于不同产品的AOI全球检查库，有可能在当地进行调整──这是AOI软体必备的特性。 ● 贴片公差——进料器常规的维护和校准。 ● 确定检查质量：IPC标准2级——必须允许使用朝下的电阻器。组件趐起和共面性的检测必须可靠。 关于元件长度公差，不同的组件供应商、电路板和无铅焊料的供应商都不可能没有任何直接的影响。优良的AOI程式应该能够应付这些这影响。如果这些个别点的变化可以保持不变，那么就能够相当大地简化AOI编程。经研究得到的结论是，由于无铅产生的影响，图形对照系统无法得到适合的检查结果，这是因为合格的样品变化太大。更加可行的方法是，取出确定每道工艺和元件变化的特性。这些变化可以分成不同的等级。如果在现在使用的工艺中，出现了一个新的变化，就要增加一个级别，来保证检查的精确性。所有认识到的和已知的缺陷都储存起来，他们的类型和图片可以用于AOI系统和全球资料库里的检查程式。我们没有必要把一块不同缺陷的电路板保存起来用于详细的检查。 用AOI软体核实真正的缺陷 AOI软体中有一个综合性的验证功能，它能减少检查的误报，保证检测程式无缺陷。它可以检查储存起来的有缺陷的样品，例如，修理站存放的样品，以及印刷了焊膏的空白印刷电路板。在最佳化阶段，在这方面花时间的原因是为了不让任何缺陷溜过去。所有已知的缺陷都必须检查，同时要把允许出现的误报数量做到最小。在针对减少误报而对任何程式进行调整时，要检查一下，看看以前检查出来的真正缺陷，是否得到维修站的证实。通过综合的核实，保证检查程式的质量，用于专门的制造和核查，同时对误报进行追踪。 无铅和检测工艺 适应性程式没有发现转到无铅会对焊点质量的检查带来什么影响。缺陷看上去还是一样的。毫无疑问，只需要稍微修改一下资料库，就足以排除其他误报可能会带来的影响。在元件顶上的内容改变时，就需要大量的工作，确定门限值。这些可以纳入到标准资料库中。在元件的一端立起来时，激活其他环节的检测，便可以进行可靠的分析。对于桥接的形成或者元件一端立起来的普遍看法，证明常常不是那样。经验表明，桥接的形成没有改变，元件一端立起来的现像就会有所减少。转到使用无铅焊膏并不需要投资新的系统或者设备，只要使用的AOI系统配备了灵活的感测器模组、照明和软体，就足以适应这些变化了。 生产厂家 国内 明锐理想 Magic Ray 振华兴VCTA 视界焦点VIFO 劲拓 JT 矩子智慧型 JUTZE 神州视觉ALEDER 北京星河康帝思 SRC 吉洋GEEYOO 国外 日本 -欧姆龙 Omron 日本 SAKI 赛过龙 cycione 日本 JVC 英国 安捷伦 Agilent 以色列 奥宝 ORBOTECH 以色列 康代 CAMTEK 韩国 美陆 mirtec 美国 安维普 mvp 美国 YESTECH yestech 法国 VI Vitechnology 德国VISCOM
AOI自动光学检测仪的原理是什么？
AOI自动光学检测仪的原理：
人认识物体是通过光线反射回来的量进行判断，反射量多为亮，反射量少为暗。AOI与人判断原理相同。AOI通过人工光源LED灯光代替自然光，光学透镜和CCD代替人眼，把从光源反射回来的量与已经编好程的标准进行比较、分析和判断。目前最常用的图像识别算法为灰度相关算法，通过计算归一化的灰度相关（normalized greyscale correlation）来量化检测图像和标准图像之间的相似程度。灰度相关的取值介于“0”和“1000”之间，“1000”代表图像完全相同，“0”代表图像完全不同，一般通过设定一个临界相关值（如650）来判断检测图像是否发生变化。相关值大于或等于临界相关值的为正常图像（元件或焊点正常），而小于临界相关值的为异常图像（元件或焊点异常）本社导入的AOI设备采用归一化的彩色相关算法（normalized color correlation），以RGB三基色的阶调度进行计算相似度。
AOI是近几年才兴起的一种新型测试技术，但发展迅速很多厂家都推出了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，测试的焊点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。
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