AOI - 什么是AOI测试技术
AOI是近几年才兴起的一种新型测试技术，但发展较为迅速，目前很多厂家都推出了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。AOI - AOI的主要目标
1、实施目标:实施AOI有以下两类主要的目标：
（1）最终品质(End quality)。对产品走下生产线时的最终状态进行监控。当生产问题非常清楚、产品混合度高、数量和速度为关键因素的时候，优先采用这个目标。AOI通常放置在生产线最末端。在这个位置，设备可以产生范围广泛的过程控制信息。
（2）过程跟踪(Process tracking)。使用检查设备来监视生产过程。典型地包括详细的缺陷分类和元件贴放偏移信息。当产品可靠性很重要、低混合度的大批量制造、和元件供应稳定时，制造商优先采用这个目标。这经常要求把检查设备放置到生产线上的几个位置，在线地监控具体生产状况，并为生产工艺的调整提供必要的依据。
2、放置位置
虽然AOI可用于生产线上的多个位置，各个位置可检测特殊缺陷，但AOI检查设备应放到一个可以尽早识别和改正最多缺陷的位置。有三个检查位置是主要的：
（1）锡膏印刷之后。如果锡膏印刷过程满足要求，那么ICT发现的缺陷数量可大幅度的减少。典型的印刷缺陷包括以
下几点：
A.焊盘上焊锡不足。
B.焊盘上焊锡过多。
C.焊锡对焊盘的重合不良。
D.焊盘之间的焊锡桥。
在ICT上，相对这些情况的缺陷概率直接与情况的严重性成比例。轻微的少锡很少导致缺陷，而严重的情况，如根本无锡，几乎总是在ICT造成缺陷。焊锡不足可能是元件丢失或焊点开路的一个原因。尽管如此，决定哪里放置AOI需要认识到元件丢失可能是其它原因下发生的，这些原因必须放在检查计划内。这个位置的检查最直接地支持过程跟踪和特征化。这个阶段的定量过程控制数据包括，印刷偏移和焊锡量信息，而有关印刷焊锡的定性信息也会产生。
（2）回流焊前。检查是在元件贴放在板上锡膏内之后和PCB送入回流炉之前完成的。这是一个典型地放置检查机器的位置，因为这里可发现来自锡膏印刷以及机器贴放的大多数缺陷。在这个位置产生的定量的过程控制信息，提供高速片机和密间距元件贴装设备校准的信息。这个信息可用来修改元件贴放或表明贴片机需要校准。这个位置的检查满足过程跟踪的目标。
（3）回流焊后。在SMT工艺过程的最后步骤进行检查，这是目前AOI最流行的选择，因为这个位置可发现全部的装配错误。回流焊后检查提供高度的安全性，因为它识别由锡膏印刷、元件贴装和回流过程引起的错误。AOI - 针对AOI检查的PCB优化设计为了便于检查，一块PCB能够在设计阶段就进行优化布局吗？ 答案当然是肯定的，我们在本文中提供了一些建议供参考。
每块PCB可以采用光学或者X-ray技术并运用适当 的运算法则来进行检查。基于图像检查的基本 原理是：每个具有明显对比度的图像都是可以 被检查的。在AOI中存在的主要问题是，当一些检查对象是 不可见的，或是在PCB上存在一些干扰使得图像变得模糊 或隐藏起来了。然而，实际经验和系统化测试都表明，这 些影响是可以通过PCB的设计来预防甚至减少的。为了推 动这种优化设计，可以运用一些看上去很古老的附加手段（这些方法仍在很多领域被推崇），它的优点包括：
• 减少编程时间
• 最大限度地减少误报
• 改善失效检查。
制定设计方针，可以有效地简化检查和显著地降低生 产成本。Viscom AG 和 KIRRON GmbH &Co.KG 合作开发 出一项特殊测试方案，目的是为了从根本上研究和证明这 些设计在检查中产生的效果。基于IPC-7350标准的PCB布 局被推荐为针对这些测试的基准。首先，为了探究每一种 布局的检查效果，建议在大量PCB布局上采用这种基准； 之后，再有意地利用PCB错误布局，使得它产生一些工艺 中的缺陷，如立碑和引脚悬空等。
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针对AOI检查的布局建议
• 针对AOI检查的PCB整体布局
器件到PCB的边缘应该至少留有3mm（0.12”）的工 艺边。片式器件必须优先于圆柱形器件。布局上建议考虑 传感器技术，因为有时检查只能通过垂直（正交）角度，而其他时候又需要一个辅助的角度来进行。
• 元器件
对一个稳定的工艺过程来说，一个重要的因素是元器 件，这不仅与PCB上直接的器件布局有关，而且或多或少 也与“工艺流程设计”有关。目前元器件的采购趋势是尽 可能地便宜，而不管它在颜色、尺寸等参数上的不同。不 幸的是，这些选择在日后对AOI或AXI检查过程中造成的影 响往往被忽略了。始终采用同样的材料和产品能够显著地 减少检查时间和误报，而这些问题主要是通过元器件以及 PCB的突然变化而出现的。
• 元器件尺寸
IPC-7350标准描述了器件的尺寸，并对某些焊盘的尺 寸提出了建议。根据IPC标准，器件的长度和引脚的宽度可 以有一个较大变化范围，相反，焊盘的尺寸却是相对固定 的。此外，PCB制造公差的影响相对于这些器件的变化来说 也是是很小的。
• PCB的颜色和阻焊
通常，设备能够检查 出所有不同单板的颜色， 尽管检查中的某些细节处 理是不倚赖于颜色的。例 如， 一块白色和一块绿 色的PCB有着不同的对比 度，因此设备需要一些特 定的补偿。在一种极端情 况下，桥接在亮背景下呈 现黑色，而在另一种极端情况下，桥接在黑背景下却是呈现出亮色。这里我们建议 使用无光泽的阻焊层。在我们的实践中，焊盘间（甚至是 细间距引脚）的区域也应该覆盖着阻焊层，这个建议也已 经被焊料供应商所响应。
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• 印刷图案
所有印有图案的PCB也是能够被检查的，例如，当元 器件的边框或元器件本体上的字母单独出现在组件的某个 区域从而干扰对其他部分的检查时，可以手工调整检查程 序。尽管如此，在生产允许的范围内，图案的印刷范围仍 然有一个较大的选择，因此，减少非反射性标识印刷（黑 或暗黄）值得加以考虑。另外一个可能出现的情况是需要 有选择地印刷标识：例如，当某些特定的器件（如霍尔传 感器）正面向下时就必须印刷成白色；而另一种情况是印 有极性标志的有倾斜角的钽电容器件；这样能使标识和背 景形成鲜明的对比，使得检查的图像更加清晰。
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• 基准点
设备可以检查所有 类型的基准点，而且任 何构件都可以被定义成 一个基准点。虽然三个基 准点可以补偿一块单板的 变形，但通常情况下只需 要确定两个基准点就可以 了。每个基准点至少离单 板边缘5mm（0.2”）。 十字形、菱形、星形等比较适用，并建议使用统一的黑背 景。此外，十字形的基准点特别有优势，他们在检测光下的图像十分稳定且可以被快速和容易地判定。
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• 确认坏板
设备有能力检查所有已知类型的坏板标识。板上的任 何构件都可以被定义为坏板标识。这里建议采用与上述基 准点的判定相类似的方法，即在可能的情况下，首先通过 检查整板或已完成组装的单板上的单个坏板标识来进行确 认。板上每个单独的坏板标识只有在整板的坏板标识检查失败后才会被逐一检查；整板的坏板标识应该定位于PCB的边上。
• 避免焊点反射
焊点的形状和接触角是焊点反射的根源。焊点的形成 依赖于焊盘的尺寸、器件的高度、焊锡的数量和回流工艺 参数。为了防止焊接反射，应当避免器件对称排列。
• 波峰焊
经过波峰焊后，焊点所有的参数会有很大的变化，这 主要是由于焊炉内锡的老化导致焊盘反射特性从光亮到灰 暗，因此，在检查时算法上必须要包含这些变化。在波峰焊 中，典型的缺陷是短路和焊珠。当检测到短路时，假如印刷 的图案或者无反射印刷这两种情况的减少以及应用阻焊层， 就可以消除这些误报。如果基准点没有被阻焊膜盖住而过波 峰焊，可能会导致一个圆形基准点上锡成了一个半球，其内 在的反射特性将会发生改变；应用十字型作为基准点或者用 阻焊层覆盖基准点，可以防止这种情况的发生。
• 片式元件、MELF器件和C-leads 器件 在片式元件和MELF器件上，弯月状的焊点必须被正 确地识别出来；而在器件本体两侧下方的焊点由于焊锡无 爬升，很难检查。另外，焊盘边缘到焊端的间距Xc也需要 注意（图5）。Xc （焊盘的外侧间距）对Xi（焊盘的内侧间 距）的比率应选择>1。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。
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• “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
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。
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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。
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AXI检测的PCB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
当应用2D x-ray技术时，所有的器件都需要被布置在 PCB的正面。而用2D x-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接形态；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。
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