炉后AOI 检测对PCB 板焊接缺陷的影响

PCB 是电子产品的重要组成部分，是整个电子信息工业的基础。中国一直是世界 PCB 工业的领导者，2015 年其产量已超过世界 40% ，其品质直接关系到整个电器的品质。在电子设备小型化和精密化的背景下，PCB 板向小孔径化、窄线距和多层数的方向发展，使得材料的品质检验变得更加困难，而焊接的控制尤为重要。

目前，PCB 的检测方法主要有人工目检和数铣等，检测精度低，效率低，已不能满足印刷电路板的实际需要。自动化光学检测（AOI）以其光学原理，自动化程度高、检测效率高、检测精度高，是目前 PCB 质量检测的主要手段，特别是炉后 AOI 检测，可以对焊后印刷电路板进行全方位的检测，从而实现对焊接缺陷的检测，保证生产的质量。因此，研究在实际生产中采用AOI 法进行PCB 焊缝质量检验的可行性具有重要意义。

1.PCB 板焊接缺陷及传统检测方法弊端

1.1 PCB 板常见焊接缺陷

1.1.1 孔缺陷

在 PCB 的制造过程中，由于加工精度和加工工艺的限制，容易产生各种孔洞。主要是由于小孔位置不准确，钻头松动引起的钻孔偏差；孔径偏离，主要是由于钻头的选用和钻孔参数的选择不合理；由于钻头磨损，电路板材质不匹配，导致孔壁不平整；毛边是由于在钻削时，进刀速度，转速不匹配等引起的。

1.1.2 板缺陷

PCB 的弯曲变形是由于印刷电路板基材的选择不合理，生产流程不正常（例如受热不均）和雪印的不合理等因素造成的，不仅会降低 PCB 的贴合性，而且在焊接过程中，器件的焊接部位容易发生错位，造成虚焊、脱焊等现象，严重损害了电路的整体性能[1]。

1.2 传统检测方法弊端

1.2.1 检测精度与缺陷识别局限性

目前，产品的品质检验主要依靠人工目检和数铣验光机进行。传统的肉眼检测方法由于人为的原因，在检测过程中容易出现微小、隐蔽的缺陷，并且检测的速度非常慢，不能适应批量制造的要求。目前，数控机床存在精度低、工作量大、检测效率低等问题，严重落后于 PCB 板的发展步伐，难以实现对焊接质量的准确及时控制，逐步被淘汰。

1.2.2 效率与生产节奏不匹配

手工检验需要逐块，在批量制造时，PCB 数量庞大，测试速度远远赶不上制造节奏；目前，由于数控机床的测试过程复杂、耗时长，严重影响了产品质量的实时高效控制。在 PCB 板中，由于孔、板等缺陷引起的焊缝质量问题，很难对其进行追溯和修正，从而导致了产品的制造时间和制造费用的增长，逐步被市场所抛弃。

2.AOI 检测系统及原理

2.1 AOI 检测系统结构与组成

以 AOI 为核心的 PCB 测试装置，主要包括 AOI 探测器与 PCB ，系统构成包括操作系统、照明系统、图像处理系统以及数据处理系统等，这些系统之间相互关联，相互影响，形成了一个完备的测试架构。所述的一种影像撷取装置，由一种与影像撷取卡所构成的一种影像撷取装置；由电脑、显示器、打印机等组成的资料处理系统；PCB 移动台与输送带构成了一个运动控制单元，通过对被测量对象的协调，完成印刷电路板在测试过程中的传递和定位。

2.2 AOI 检测工作原理

测试过程分为三个步骤：将 PCB 放置在活动工作台上，通过输送带直接输送到 CIS 下；其次，LED 光源对印刷电路板进行光照，得到 PCB 上的透射图像；通过采集卡将最终的图像传输到电脑上，并与标准版的图像进行比对，从而判定 PCB 的孔形和焊缝的质量。该方法基于光绕射理论，利用与 PCB 口径相当的光线照射入孔内，使其出现显著的绕射，并通过对其进行衍射条纹（如条纹亮度、厚度、颜色等）的研究，并与计算模拟得到的衍射图像相比较，来判定孔洞中有无均匀、不平整等缺陷[2]。

3.炉后AOI 检测对焊接缺陷的影响及应用价值

3.1 对孔缺陷的检测与识别

在此基础上，提出了一种基于激光散射的方法来测量 PCB 上的孔洞，如孔位偏移、孔径偏移、孔壁粗糙、毛刺等，可精准检测。通过对激光照射孔内形成的衍射条纹进行研究，并将其与模拟得到的标准衍射图进行比较，可以判定孔内是否均匀，孔壁是否平整。比如，钻孔的移动会引起绕射条纹的位置发生变化，而表面的粗糙则会造成条纹的清晰度和粗细度的不正常，AOI 技术可以通过对这种微小的变化进行检测，从而为后续的修补和工艺改进提供基础，从而有效地防止由于孔洞造成的焊缝不均匀，从而提高焊缝的品质。

利用 AOI 技术对制孔过程进行跟踪，对制孔精度、制孔工艺参数（进刀速度、转速）以及对电路板材质的适应性进行检查。例如，当钻孔表面粗糙度较高时，可通过更换钻头、调整钻孔参数或者优选选材等方法，从根源上降低钻孔的缺陷，保证焊缝的品质稳定。

3.2 对板缺陷的检测与防控

针对板材的弯曲、翘曲等问题，采用 AOI 测试技术，通过对现场的数据进行实时的数据采集和处理，实现了对 PCB 平面度的准确判断。一旦发现了板材的瑕疵，就可以对整个制造过程进行追踪，对基材的选择、加热过程等方面存在的问题进行排查，并对制造过程中出现的问题进行实时的调节，从而对由于板材缺陷而导致的焊缝失效进行预防和控制，从而保证了元器件在焊接过程中的准确定位，降低了假焊和脱焊的风险，保证了电子接头的可靠性。

当 AOI 检测发现板弯板翘缺陷，企业可复盘生产流程，检查加热设备是否均匀供热、基材存储环境是否合理等，优化生产流程，避免同类缺陷重复出现，提升整体生产质量[3]。

3.3 对焊接可靠性的综合保障

AOI 检测是一种以光绕射为基础的检测方法，其检测精度高，效率高，能够满足印刷电路板批量制造的要求。该方法在国内外得到了广泛的认同，可以对零件的缺陷如孔、板材等缺陷进行准确的识别，实现对次品的早期拦截，减少了随后的制造返修费用，提高了产品的品质和制造效率。通过AOI 测试，可以发现 PCB 制作过程中存在的问题，从而促使企业对制程进行改进，提升其在行业中的竞争力。

通过 AOI 检测，可深入了解 PCB 生产工艺不足，推动企业优化生产流程，促进 PCB 制造技术迭代升级。比如，分析大量 AOI 检测数据，能发现钻孔、基材处理等环节共性问题，针对性研发新工艺、新设备，增强产品市场竞争力。

4.结束语

AOI 技术基于光散射理论，可以精确地发现印刷电路板中的孔洞、板材等缺陷，从而有效地解决了现有的缺陷，为 PCB 的质量检验提供了一种新的途径。在印刷电路向小型化和精细化方向发展的今天，AOI 测试方法需要不断优化，包括提高图像获取精度，优化算法以发现更精细的缺陷，扩展探测能力以适应更多的复杂缺陷。本项目的研究成果将促进我国电子制造业的高品质发展，保证我国的电子元器件的工作效率和可靠性，使我国的PCB 工业能够继续在世界范围内保持领先的位置。

参考文献

[1]邓建设,陈炯辉.印制板电路内层 AOI 在线分板技术的应用分析[J].印制电路信息,2022,30(08):54-57.

[2]冯嫦,刘庆伦,杨均保,李庆达,陈兆文.AOI 检测仪在 PCB 电路板的检测与改进措施[J].设备管理与维修,2020,(12):125-126.

[3] 孔凡梅.PCB 板元器件焊接缺陷识别算法探讨[J]. 煤炭技术,2012,31(10):244-246.