AOI技术在SMT生产上的实施技巧与策略

摘 要：本文简要介绍了当今SMT应用的先进自动光学检查技术，通过分析SMT生产方式，有针对性地提出了配合SMT柔性生产模式的实施技巧与策略，并分析了其在SMT生产上的应用时需注意的几个问题和工艺要点。



关键词：AOI;SMT





引言



经过近10年的努力，自动光学检测系统（AOI）最终被成功地运用在印刷电路板（PCB）的贴装生产线上。在这段时间内，AOI供应商数量急剧增加，各种AOI技术也得到了长足发展。目前，从简单的摄像系统到复杂的3-D
X光检测系统，众多供应商们已几乎能够提供可以适用于所有自动生产线的AOI设备。



过去十年当中，锡膏印刷机和SMT
贴片机的性能得到了改善，这使得产品组装的速度、精确度和可靠性都得到了提高，大制造商的成品率也因此得以提高。元器件生产商提供的越来越多的SMT封装
元件，也推动了印刷电路板组装线自动化的发展，而SMT元件的自动贴装几乎可以完全杜绝生产线上人工组装可能产生的错误。



在电子组装业中，元件的微型化和密集化一直以来是发展趋势，这促使制造商为其生产线安装AOI设备，因为依靠人工已经不可能对分布细密的元件进行可靠而一
致的检测，并且保存精确的检测记录。而AOI则可以进行反复而精确的检测，检测结果的存贮和发布还可以实现电子化。

AOI已成为有效的过程控制工具，它可以帮助制造商提高在线测试(ICT)或功能测试的通过率、降低目检和ICT的人工成本、避免ICT成为产能瓶颈、缩短新产品产能提升周期以及通过统计过程控制(SPC)改善成品率。
作为对传统测试方法经济、可靠的补充，AOI被用做测量印刷机或组件贴装机性能的过程监测工具，其优点如下。



检查和纠正PCB缺陷，在过程监测期间进行的成本远远低于在最终测试和检查之后进行的成本。



能尽早发现重复性错误，如贴装位移或不正确的料盘安装等。

为工艺技术人员提供SPC资料。AOI技术的统计分龉δ苡隨PC工艺管理技术的结合为SMT生产工艺的适时完善提供了有力的武器，PCB装配的成品率进而
得到明显的提高。随着现代制造业规模的扩大，生产的受控越来越重要，对SPC资料的需求也不断增长，AOI系统的应用将越发显出其重要性。



能适应PCB组装密度进一步提高的要求。随着电子产品组装密度的大幅提高，传统的一些测试技术，如ICT等，已不能适应SMT技术的发展要求，0402片式组件的出现已经使ICT无法检测，而AOI则不会受这些因素的影响。



测试程序生成迅速。AOI设备的测试程序可直接由CAD资料生成，十分快捷。与ICT相比，由于无需制作专门的夹具，其测试成本也大幅降低。

能跟上SMT生产线的生产节拍。目前许多工厂在生产过程中主要依靠人工目检对PCB组件进行检验，随着PCB尺寸的加大和组件数的增多，这种检测方式已经不堪重负。而AOI测试目前能做到0.1秒/幅的速度，可以满足在线检测的要求。



检测的可靠性较高。检测的要素是精确性和可靠性，人工目检始终有其局限性，而AOI测试则避免了这方面的不利因素，能保持较好的精确性和可靠性。



图1　AOI的放置策略（略）





应用策略与技巧



检测设备所放置的位置可以实现或阻碍检查目标，不同的位置可产生相应的不同程控信息。一般说来，实施AOI的目标是改进全面的最终品质，所以把设备放在过
程的后面可能比放在前面更有价值。把设备放在前面的原因是，在过程的早期维修缺陷的成本大大低于发货前的维修成本。可是，许多缺陷是在生产的后期出现的，
这意味着不管前面发现多少缺陷，发货前还是需要全面的视觉检查。



一般情况下，如图1所示，可以在一条生产线的四个生产步骤中的任意一步之后有效地运用AOI。以下几个段落将分别介绍AOI在SMT
PCB生产线上的四个不同生产步骤后的应用。我们可以粗略地将AOI分为预防问题与发现问题两类，锡膏印刷之后、(片式)元件贴放之后和元件贴放之后的检
测可以归为预防问题一类，而最后一个步骤-回流焊接之后的检测-则可以归于发现问题一类，因为在这个步骤检测并不能阻止缺陷的产生。



1．
锡膏印刷之后：有缺陷的焊接在很大程度上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。大多数2D检测系统便能
监控锡膏的偏移和歪斜、不足的锡膏区域以及溅锡和短路，3D系统还可以测量焊锡的量。



2． 片式元件贴放之后：这个阶段的检测可以检查出片式元件缺件、移位、歪斜和片式元件的方向故障。这个检测系统同时还可以检查用于连接密间距和球栅阵列（BGA）元件的焊盘上的锡膏。



3． 芯片贴放之后：在设备向PCB上贴装芯片之后，检测系统能够检查出PCB上缺失、偏移以及歪斜的芯片，还能查出芯片极性的错误。



4．
回流焊接之后：在生产线的末端，检测系统可以检查元件的缺失、偏移和歪斜，以及所有极性方面的缺陷。该系统还必需对焊点的正确性以及锡膏不足、焊接短路和
翘脚等缺陷进行检测。如果需要，还可以在第2、3和4步骤加入光学字符识别（OCR）和光学字符校验（OCV）这两种方法进行检测。



工程师和厂商对不同检测方法利弊的讨论总是无休止的，其实选择的主要标准应该着眼于元件和工艺的类型、故障谱以及对产品可靠性的要求。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第一和第二步骤，以发挥其最大的功效。另外，在第四阶段后进行检测，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，尤其是在第二和第四步骤后，对这一类PCB可以选用X射线来进行检测。





引进AOI设备的意义



引进AOI设备的意义首先在于，克服了人工目检的局限性。目前，在产品生产过程检测上主要依靠人工目检，由于人工检验的主观性，其检验结果并不十分令人信
服。而且，对于高密度复杂的表面贴装电路板，人工目检即不可靠也不经济，而对微小的组件，如0603及0402等，人工目检实际上已失去了意义。



另外，引进AOI设备可以改变先进生产设备与落后检测方式的不协调。目前许多PCB组装生产企业斥巨资引进了先进的SMT生产线，但是与之不相协调的是，
在全自动的生产线上仍有一排排的检测工人的身影。引进AOI设备，势必会在这方面有大幅改善，进而提高工厂的企业形象。



尽管AOI技术目前还存在着诸多问题，但其发展前景十分看好，各种设备纷纷被推出，许多先进的制造厂家都引进了这一检测技术，并在实际使用过程中获得了许
多有益的经验。引进这一新技术，将会促使工艺技术人员尽快接触熟悉这一新技术，从而能有效利用这一新技术去改善目前生产品质。





避免AOI测试的局限性



由于AOI技术是一项新技术，还有一些不完善的地方，因此在引进上不能盲目。对于正在考虑引进这一新技术的企业，建议在对各种型号AOI设备进行仔细调研
的基础上，先引进一台适合的AOI设备离线使用，主要用于工厂所有SMT生产线产品的抽检工作。若生产线出现特别的问题，可根据情况对某条线特别的位置
(如回流焊后等)进行全检，这样既兼顾了设备的利用率，同时又考虑了对工厂所有SMT生产线进行监控的要求，并节约了生产投资。若使用情况良好，可考虑再
引进几台AOI设备在线使用，以改变目前主要依靠人工目测的现状，提高工厂的自动化生产水平。



任何事物都不可能是十全十美，AOI技术也存在其不足之处，如AOI系统不能检测电路错误，对不可见焊点(如BGA)的检测无能为力，AOI检测设备的可
靠性、准确性不能令人完全信任及SPC应用不够成熟等。需要指出的是，由于上述局限性的存在，AOI还不能完全取代ICT和X射线测试等其它技术，应通过
与其它技术一起使用来达到最佳的测试效果。