[分享]AOI檢測技術在PCBA生產環境中的應用

AOI檢測技術在PCBA生產環境中的應用

問題背景
自動光學檢測技術分屬於結構化測試，其在PCBA生產環境中的應用已日漸普及。作為電子製造企業的用戶，面對目前市場上為數眾多的AOI品牌，如何選擇適合自己的設備供應商，以及如何正確、有效地將AOI設備應用於生產流程，是一個值得商榷的問題。

專家建議
• 確立正確的使用期望值

目前，適用於PCBA產品的檢測技術主要可以分為：自動光學檢測AOI，自動X光檢測AXI，線上測試ICT，飛針測試Flying Probe，以及功能測試FT。其中，AOI是唯一能夠實現即時、線上應用，並同時反映SMT工藝變化趨勢的技術手段。

但是，AOI檢測技術只是可用於故障檢出、質量監控的一個工具，而不是提高產品質量的萬能鑰匙，不應期望在採用了AOI技術之後，產品的質量就會隨之自動提升。只有將 AOI的應用系統、有機地納入到用戶的生產和管理流程之中，才能有效地體現出採用該技術的效用。
• 選擇適合自己的應用模式

AOI設備可以應用於SMT生產線中不同的生產工位，常見地可分為焊前應用和焊後應用。在焊後應用中，是把AOI系統置於回流爐之後，用於故障的檢出，目的是防止有故障的產品流入到市場中。

焊前應用與之相比則更具前瞻性，其主要著眼點為通過對生產工藝的監控而達到對缺陷的預防，這種模式下，可將系統置於絲印機之後，檢測焊錫膏的印刷質量，或是置於貼片機之後，檢測元器件的貼裝質量。通過AOI設備具備的測量功能，對收集到的檢測資料進行統計分析，得出生產工藝的變化趨勢，進而可達到對生產工藝進行監控的目的。

此外，還有一種稱之為混合模式的使用方法，是將該設備擺放在高速貼片機和中速貼片機之間，在檢測片式器件的貼放質量的同時，檢測BGA、CSP、Fine Pitch等類型器件的錫膏印刷情況。

用戶應該根據自己的生產模式來選擇相應的AOI使用方式，通常，小批量、多品種的用戶模式，宜將AOI用於焊後檢測，如電訊、通信行業的電子製造廠商；而大批量、消費類產品為主的用戶模式，可以考慮將AOI用於焊前檢測，並輔以SPC工具，實現生產工藝的控制和反饋，此類用戶例如手機製造商。

而對於以代工為主的EMS用戶，可能需要強調設備的靈活性，即根據訂單的變化，既需要焊前的檢測，又需要焊後的檢測。此時，AOI設備如具備勝任這兩個工位的靈活性，將極大保護用戶在設備上的投資。
• 其他需要考慮的因素

在選擇AOI設備的供應商時，其他應該考慮的因素還包括：
1. 企業現有的檢測手段和測試策略，供應商是否可提供相應的全面解決方案；
2. 若用戶在多個國家、區域建有工廠，供應商是否具備全球化的客戶支援能力；
3. 供應商在本地的技術支援能力，達到現場服務的回應速度如何；
4. 供應商是否在本地建有備件倉庫，維修備件運抵現場的時限；
5. 供應商在AOI產品研發上的投入及實力如何，是否有AOI產品發展的長遠規劃；等等。
結語

將AOI自動光學檢測設備成功地應用於生產環境，進而提高產品質量，對於每個電子製造行業的用戶而言，都將是一個漫長而艱苦的過程。只有根據自身的情況，選擇合適的設備供應商，制定正確的使用模式，並將其納入到企業自身的生產、管理流程之中，才能最大限度地發揮AOI設備的效用。




AOI的作用以及應用過程中的問題與解決

隨著元件尺寸減小，貼裝密度的不斷增大，生產商在產品質量，生產工藝控制和發貨週期等方面都受到很大挑戰，從而對生產線提出更高的要求：
1. 很快地找出生產線上產品的缺陷，並及時快速地完成返修；
2. 提高後端功能測試的直通率；
3. 不斷對生產工藝進行改進，減少工藝缺陷產生的可能性。
AOI以其低廉的價格，高穩定性的檢測，高覆蓋率和足夠跟上生產線節奏的速度從而很快成為一種主流檢測技術。然而由於市面上AOI層出不窮，在應用方面一般會碰到以下問題：
1. 漏測和誤報使得其有效性下降與應用成本的提高；
2. 一般一個工廠裏有多台AOI設備，程式的可攜性會影響AOI的工程師成本；
3. 編程的難易程度影響其有效性和應用成本；
4. AOI檢測的重複性會影響使用者的信任度。
所以用戶在挑選AOI設備時要注意很多方面，比方說：
1. 挑選一個容易上手，編程簡單的系統，從而保證大多數人都能使用，而且都能達到很好的效果；
2. 挑選程式移植性好的AOI；
3. 挑選漏測和誤報率低，重複性高的系統，從而增強最終使用者的信心。


自動光學檢測系統如何運用於印刷電路板的生產
上網時間 : 2002年10月16日
經過近10年的努力，自動光學檢測系統（AOI）最終被成功地運用在印刷電路板（PCB）生產線上。在這段時間內，AOI供應商的數量急劇增加，各種AOI技術也得到了長足發展。目前，從簡單的攝像系統到複雜的3-D X光檢測系統，眾多供應商們已經幾乎能夠提供可以適用於所有自動生產線的AOI設備。
在過去的十年當中，錫膏印刷機和SMT 貼片機的性能得到了改善，這使得產品組裝的速度、精確度和可靠性都得到了提高。大製造商的成品率也因此得以提高。元器件生產商提供的越來越多的SMT封裝的元件，也推動了印刷電路板組裝線自動化的發展。而SMT元件的自動貼裝幾乎可以完全杜絕生產線上人工組裝可能產生的錯誤。
在PCB製造業，元件的微型化和密集化是一直以來的發展趨勢。這促使製造商為其生產線安裝AOI設備。因為依靠人工已經不可能對分佈細密的元件進行可靠而一致的檢測，並且保存精確的檢測記錄。而AOI則可以進行反復而精確的檢測，檢測結果的存貯和發佈還可以實現電子化。
在許多情況下，制程工程師對錫膏印刷機和組裝進程的檢測和調節可以保證生產線的錫膏粘汙率（濺錫率）只有百萬分之幾(ppm)。對於一條高產量/低混合的生產線來說，比較典型的錫膏粘汙數是百萬分之二十至百萬分之一百五十。實踐證明，僅靠對印刷電路板樣本進行抽樣檢測是難於發現每一個以及每一種錫膏粘汙的。只有對所有的電路板進行100％的檢測才能保證更大的檢測覆蓋率，從而實現統計程序控制（SPC）。
很大程度上，特定種類的錫膏粘汙只有很少一部分真正存在，這些錫膏粘汙的產生可以同某些特定的生產設備聯繫起來。在許多情況下，你還可以將一種錫膏粘汙的產生歸結於某一台特定的設備。但是，對於某些變數，例如元件偏移（由於回流過程當中的自校正效應），就無法回溯到某一具體生產步驟上。因此，為了能發現所有的錫膏粘汙，就需要在生產線上對每一個生產步驟進行100%的檢測。

然而在現實當中，出於經濟上的考慮，PCB製造商不可能在每進行完一道工序之後，對每一塊電路板都進行一次測試。因此，制程工程師們和質量控制經理們必須仔細考慮如何在檢測投資和提高產量所帶來的收益間取得最佳平衡。
一般說來，如圖1所示，你可以在一條生產線中四個生產步驟的任意一步之後有效地運用AOI。以下幾個段落將分別介紹AOI在SMT PCB生產線上的四個不同生產步驟後的應用。我們可以粗略地將AOI分為預防問題與發現問題兩類。在接下來的描述中，錫膏印刷之後、(片式)器件貼放之後和元件貼放之後的檢測可以歸為預防問題一類，而最後一個步驟——回流焊接之後的檢測——則可以歸於發現問題一類，因為在這個步驟檢測並不能阻止缺陷的產生。
1． 錫膏印刷之後：在很大程度上有缺陷的焊接均來源於有缺陷的錫膏印刷。在這個階段，你可以很容易、很經濟地清除掉PCB上的焊接缺陷。大多數2-D檢測系統便能監控錫膏的偏移和歪斜、不足的錫膏區域以及濺錫和短路。3-D系統還可以測量焊錫的量。
2． (片式)器件貼放之後：這個階段的檢測可以檢查出(片式)器件缺件、移位、歪斜和(片式)器件的方向故障。這個檢測系統同時還可以檢查用於連接密間距和球柵陣列（BGA）元件的焊盤上的錫膏。
3． 元件貼放之後：在設備向PCB上貼裝元件之後，檢測系統能夠檢查PCB上缺失、偏移以及歪斜的元件，還能查出元件極性的錯誤。
4． 回流焊接之後：在生產線的末端，檢測系統可以檢查元件的缺失，偏移和歪斜的情況，以及所有極性方面的缺陷。該系統還一定要對焊點的正確性以及錫膏不足、焊接短路和翹腳等缺陷進行檢測。如果需要，你還可以在第2、3和4步驟加入光學字元識別（OCR）和光學字元校驗（OCV）這兩種方法進行檢測。
工程師和廠商對不同檢測方法利弊的討論總是無休無止，其實選擇的主要標準應該著眼於元件和工藝的類型、故障譜和對產品可靠性的要求。如果使用許多BGA、晶片級封裝（CSP）或者倒裝晶片元件，就需要將檢測系統應用到第一和第二步驟，以發揮其最大的功效。另外，在第四階段後進行檢測可以有效地發現低檔消費品的缺陷。而對運用在航空航太、醫學及安全產品（汽車氣囊）領域的PCB來說，由於對質量要求十分嚴格，則可能會要求在生產線上的許多地方都進行檢測，尤其是在第二和第四步驟後。對這一類PCB則可以選用X射線來進行檢測。
如果要對在生產線上運用的AOI進行評估，則需要區分只能進行檢測的系統和可以進行測量的系統。
只能尋找諸如元件缺失、位置放錯等缺陷的檢測系統不能提供工藝控制的工具，所以不能用它們來提高PCB的生產工藝。工程師還是必須手動來調整生產工藝。但是，這些檢測系統既快捷又便宜。
另一方面，測量系統能夠提供每一個元件的準確資料，對測量生產工藝參數十分重要。這些系統要比檢測系統昂貴，但是當你將他們和SPC軟體整合到一起，測量系統則可以提供改善生產工藝所必需的資訊。
總體說來，人們僅僅依據檢測系統報錯的準確率，即真實錯誤（準確報錯）對誤報（虛假報錯）的比例來評估其好壞是不全面的。如果要評估測量系統，還必須要依據測量系統在較小的公差範圍內精確性的評估結果。
統計程序控制
最後，如果你想運用來自AOI系統的資料有效地幫助你控制生產流程，從而使公司實現更高的產量和更高的利潤，你必須掌握如下資訊：
• 準確的測量資料
• 可再現、可重複的測量
• 在時間和空間上接近事件的測量
• 以及即時的測量過程和所有的有關生產工藝的資訊
通過在印刷或者貼裝過程中安裝AOI系統，可以幫助你清除生產過程中積累的其他過程變數。假定你在回流焊接之後測量元件是否發生了位置偏移，你收集的資料並不能夠反映貼裝過程的準確性。你應該對貼裝後和回流焊接後的結果都進行測量。但該資訊對於控制器件貼裝幾乎是沒有用的。鑒於監測發展的趨勢，在你必須要監測的流程附近安裝AOI系統能夠迅速糾正一個快進入下一步的參數，同時近距離檢測還可以減少在檢測過程前不符規格的PCB的數量。
雖然大多數電子行業的AOI用戶仍然只重視焊接之後的檢測，但是今後元器件和PCB的小型化趨勢會要求更有效的閉環的流程控制。能夠提供有效的檢測和測量方案的AOI系統將會吸引越來越多的用戶，工程師們也會認為在這樣系統上的投資更加物有所值。對於所有的客戶來說，AOI將在改進產品生產線和提高成品率方面持續地扮演重要的角色。