电路板常见贴装缺陷的AOI检测方法

摘要：自动光学检测（AOI）是SMT组装阶段的测试，使用AOI作为减少缺陷的工具，可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。KOHYOUNG公司的Zenith-L 3D AOI因采用获得专利的三维技术，能准确检出二维AOI检测设备无法测量的元件的正确形状、图案和焊点项目而被广泛运用于生产。本文针对这款设备的检测软件AOIGUI总结了目前几种常见焊接缺陷的检测参数设置方法。

关键词：焊点缺陷；检测模式；锡特征检查；OCVOCR；误差范围；亮度灰阶；漏贴；多贴

引言

该AOI采用了高级的视觉系统、新型的给光方式、高的放大倍数和复杂的处理法，从而能够以高测试速度获得高缺陷捕捉率，自动检测PCB板上各种焊点缺陷和贴装缺陷。它通过摄像头自动扫描PCB，采集图像，测试的焊点数据与数据库中的合格的参数进行比较，经过图像处理，检查出缺陷并在维修站电脑显示出来，由操作人员标记，供电装人员返修。该系统能够检验大部分的零件，包括矩形Chip组件、圆柱形MELF组件、钽电解电容、线圈、晶体管、排组、QFP、SOIC、连接器、异型组件等，能够检测元器件漏贴、极性错误、引脚偏移、弯曲或翘起、焊料过量或不足、焊点桥接等。

一、阻容焊接不良

此类型是最常见，发生频率最高的焊点缺陷，多为0402、0201电容电阻。现象为矩形片式元件翘起、立碑或引脚锡量少。立碑缺陷直接通过检测项中的尺寸必选项测量出元件尺寸值不在设置范围内即可检出；翘起缺陷需勾选元件检测项中的翘起检测项，将不平坦参数数值设置成小于60μm，通过与实际测量值比较，检测出大于这一数值的电容电阻后判定翘起。引脚锡量少缺陷需勾选引脚爬锡高度检测项，选最常用的Pad Steep Area（2D+3D）模式，设定测量检测框大小，爬锡高度和大于这一高度的最小面积百分比，通常这两个参数设为100μm 和50％。同时要打开锡特征检查中的最小接合倾斜度检查，设置倾斜角为15°，两测量点分别距离引脚100μm和150μm。这种设置方式不仅可以检测焊点是否锡少，也可以检测爬锡是否成正常斜坡状。当印制板焊盘与元件封装不匹配，焊盘过大时，引脚末端会形成锡球，未正常爬锡，通过机器检测出实际倾斜角度小于15°或小于0°，检测出焊点不良。

二、极性反

由于贴片时人工上料方向错误引起的缺陷，分为钽电容极性反和芯片极性反两种，先勾选极性检测项。测试钽电容极性反根据钽电容表面是颜色条纹标记还是斜切边标记设置不同的检测模式。通常条纹的亮度会与表面其它部位亮度有明显不同，用“Bar”（条状）模式通过检测条纹标记检测框和与它相对的对比框的亮度差值是否大于或小于某一设定数值从而判定是否贴反。斜切边标记钽电容需选用“Champer”（斜切边）模式，由于斜切深度远大于钽电容表面平整的部位，同样通过检测框与对比框的深度数值对比判定是否贴反。比起只有两种标记方式的钽电容，集成电路芯片（SOIC、SOJ、BGA、QFP、QFN等）极性标注方式更加种类繁多，标注方式各不相同。目前主要有白色圆点、斜切边、圆形凹槽点、图形标记四种形式。多次检测结果表明 ，清晰的白色圆点选用“Circle” 测圆直径方式判断极性正确率最高，效果最佳，优于用“box”测对比度方式。当圆点颜色呈淡黄色，或与芯片表面色差不明显时，“box”检测方式会极大的增加误报率，更不可选用。 圆形凹槽点标记只可用“Dimple”测深度模式，图形图案标记如“ΔΔ”和“█” 需用“OCV”图像检测模式。

三、错装

目前机器可以检测出的错装分为电阻阻值错装和封装不同的元件之间错装两种，原因由于人工上错料或人工手贴环节贴错导致。若不在检测参数各环节上加以设置，会导致漏检，降低检测合格率。第一种情况案例：R-0603-301电阻贴成R-0603-511。电阻阻值的检测需在电阻检测项里加勾选“OCR”文字对比选项，键入电阻膜上的阻值数，选取一副最清晰的图像保存即可。少数电阻上有反光膜，OCR功能无法读取数值，改用“OCV”图像对比选项，检测框框住电阻表面数字，相机获取整幅图像对比判定阻值数是否正确。第二种情况案例：某型号产品一块印制板上L6的位置应贴磁珠 GPB4516-600/6A，实际贴成电容C-1206-0.47UF，未被检测出来，原因是这两种元器件的尺寸大小较接近，而之前尺寸选项中元件的长宽高允许误差值范围设置的过大导致。之后将原先的默认值70％～130％手动调整为80％～120％，保存至元件封装数据库，可避免大部分不同型号元件之间的错装。

四、桥连

桥连也是一种常见的焊点缺陷，多发生在细间距芯片引脚之间。桥连后，引脚间锡的亮度值接近亮度最大灰阶值250，很容易被检出。这里需要注意的是2D导出模式中最小灰阶参数值的设定，由于引脚间亮度值会受到引脚焊盘间可能存在的印制板表面金丝布线的干扰，使其在未发生桥连时，亮度值也会在大约100到200之间。为避免误报，设备出厂默认值120已不能满足要求，将其改为220，误报率降为0。本体边缘空隙参数根据实际元件封装本体到引脚根部的距离值设定，通常为0。引脚侧空隙根据引脚之间距离大小设置，通常为50µm或100µm。

五、缺件和多件

缺件是元件本体检测项中唯一的默认选项，即检测元件是否漏贴。漏贴时本体处为空白，本体尺寸测量值为0，故良品最小体积可手动设置在30％左右，当检测到焊盘两端内有元件小于最小体积设定值时报出“缺件”。由于高永3D  AOI测高最大值为5000µm，如果有超过的元件，如大钽电容CAK55-F4-35V-150UF，厚度为6090µm，如果本体预设里选常用自适应高度Full 3D（Adaptive Hei.Ths.）检测方式，软件会误报“缺件”，无法正常检测，改成异形模式odd shape 后电容检测恢复正常。

多件与缺件相反，在不应贴装的位置贴上了元件。在本体检测里勾选“多件”项检测，勾选后，其它检测项变成灰色不可用。缺失条件仅应用于元件级别，分配级别更改成元件级别，不会影响其它相同部件名或封装的元件。当有检测到焊盘两端内有元件尺寸大于30％元件体积时，即报出“多件”。

结论

以上参数设置方法是本人在长期从事Zenith AOI检测工作中遇到问题后对解决方案的总结与经验的积累。除以上几种外，其它一些不良如翻件、平坦度、偏位、翘脚的缺陷参数设置都具有唯一性，不易造成误报，直接运用即可。在全面掌握了这些基本的缺陷检测方法之后，常见复杂的电路板的AOI检测程序制作也会变得简单，极大的提高了一次检测合格率和生产效率。

参考文献：

【1】龙绪明.《电子表面组装技术——SMT》，电子工业出版社2008年8月（340～352页）