| 印刷電路板(PCB, Printed Circuit
Board)制造商不斷地面臨測試與檢查的挑戰。電路板密度的增加挑戰著傳統的針床(bed-of-nails)在線測試(ICT,
in-circuit
test)以及操作員的視覺檢查。改變電路板的尺寸大小提出更多的挑戰，因為它使手工檢查更加困難。為了對這些發展作出反應，越來越多的制造商開始評估自動光學檢查(AOI,
automated optical inspection)作為一個解決方案。
AOI策略
在大批量和高復雜性的制造環境中，裝配線上每個操作員工位的占地面積都代表著一個特殊的價值。對此，電子制造服務(EMS)提供商*希望檢查技術可以防止"漏網之魚"走出工廠，提高產品品質。因此，該公司將AOI作為一個工具，來幫助裝配線生產出持續的高品質電路板。
通過使用AOI作為減少缺陷的工具，在裝配工藝過程的早期查找和消除錯誤，該公司預期得到幾項利益：
* 早期發現缺陷將避免將壞板送到隨后的裝配階段
* AOI將減少修理成本
* 將避免報廢不可修理的電路板
表一、AOI 在裝配線上檢查什么
檢查頂面回流焊接元件
檢查波峰焊接前通孔元件
檢查波峰焊接之后的通孔及SMT元件
檢查壓入配合之前的連接器引腳
檢查壓入配合之后的連接器引腳
在裝配線中使用AOI
表一解釋了AOI在該裝配線上檢查什么。對該制造商，AOI系統及其傳送帶是制成一體的，因此通過檢查的板可連續地通過裝配線。可是，如果發現失效的板，它被傳送到第二條傳送帶，返回到操作員工位進行修理。在該制造商那里，AOI提供全面的缺陷覆蓋，同時滿足每塊板2
- 2.5分鐘的裝配線速度。
特別有幫助的是，該系統可以在施加全部裝配壓力之前發現高密度壓力配合連接器的不對準的引腳。由于連接器容易不對準，在部分壓入之后、完全壓入之前，AOI檢查這些1000個引腳單元，看其引腳尖是否到了通孔內。如果這時發現折彎的或不見的引腳，還可以進行修理。在最后壓入之后的第二次檢查確認裝配的完整性。這里，AOI用作缺陷預防與檢查工具。
在該制造商的情況中，AOI系統補充ICT測試與功能測試。通過在電氣測試之前掃描電路板，AOI從裝配過程發現缺陷，提高電氣處理或功能測試階段的合格率(例如，焊接品質問題，不可測試的元件，元件位置錯誤)，減少工廠的"漏網之魚"。
連接器壓入是最后的裝配步驟。如果連接器引針在壓入期間彎曲，裝配就全部損失。通過防止該類缺陷的發生，AOI系統降低報廢成本。
AOI與人工檢查比較
在 AOI
之前，由人工操作員來完成電路板的檢查。該過程涉及許多操作員在裝配線的工位上，使用顯微鏡和電路板覆蓋圖來找出丟失的元件、錯誤的貼放位置和焊接缺陷。檢查板是通過四分區的程序，即，每個工位負責檢查板的四分之一。雖然檢查小板相對容易，但是隨著板的尺寸增加到18"x20"，成千個元件在上面，這項工作很快變成繁重的體力負擔。因為檢查最重要的因素是準確性與可靠性，所以甚至在最好的環境中，手工檢查都有其局限性。
對這個EMS提供商，人工檢查的進一步挑戰就是時間。每一個檢查工位必須產生連續的板流，滿足裝配線的"節奏"，以保持持續性。如果一個工位被耽誤，它將影響整個裝配線。并且對較大的板，檢查時間增加到視覺品質評估簡直無法保持生產線速度的地部。最后，需要雇傭更多的操作員來處理較大的板造成額外的人工成本和人力資源問題。
AOI與X光檢查比較
該公司使用X光檢查來完成諸如球柵陣列(BGA)檢查的任務，作為ICT的補充。可是，考慮到自動檢查方案，X光被排除了，因為它不能滿足電路板尺寸、厚度、重量和周期時間的要求。需要的是一臺可以在壓入之前檢查通孔中元件引腳的機器。
評估與選擇一個AOI解決方案
對系統的檢查要求包括，以裝配線速度100%的視覺缺陷覆蓋、快速編程時間、低錯誤標記率、快速轉換、可靠運行、以及準確的、可重復的和連續的結果。但是公司也有一些影響AOI評估與選擇的特殊需求。
回流焊后及之外
尋找一個單一的AOI系統，來跨越回流焊接和波峰焊接、手工插件、和最終檢查等階段。回流焊后檢查表包括檢查丟失的、方向錯誤的和多余的元件；元件歪斜；豎立的元件；翹起的引腳；錫橋；少錫或多錫；錫球；表面缺陷；通孔元件引腳；和金手指污染。
所選擇的系統**包括如下特性：
移動相機與移動板。評估過程特別集中在相機移動的AOI機器。公司認為，相機固定和板架移動的機器可能在檢查期間將歪斜的元件"踢開"。為了減少這個危險，只對板靜止和相機移動的AOI機器進行評估。這樣的安排允許整個機器的占地面積較小。例如，為了處理24"寬的板，接納板在固定相機下移動的機器要求48"的最小寬度加上處理和移動的機構所需的額外空間。比較之下，移動相機的機器不要求太大的寬度，這樣允許縮小機器寬度，使整體占地面積更小。
板的特性。決策過程中板的尺寸與高度是關鍵因素 -
訂購大、重、高價品的電路板是常見的。板的尺寸(與托架)可達 24 x 24" ，重量 11
lb。元件高度可達2.5"；包裝尺寸為0603以上。AOI設備也需要在壓入配合的前后，接納高密度的1000個引腳輸入/輸出(I/O)的連接器。
供應商伙伴關系。最后一個標準是找到一個考慮成為伙伴關系的供應商。公司希望很高的承約水平與支持，作為評估AOI供應商的關鍵因素。主要原因就是要進入產品的發展周期，和保證其要求得以滿足。
AOI解決方案
這個AOI評估使得該EMS提供商選擇到一個滿足其所有標準和要求的系統。所選擇的系統具有如下設計性能：
結構性燈光為每個清晰的檢查提供專用的照明，即，通過角度、方向和強度來調節燈光。結構燈光檢查輪廓鏡面表面，如新的焊點，揭示真正的焊接點輪廓。
該制造商的系統使用多達400個單獨控制的發光二極管(LED)安裝在一個精密的陣列中，全部聚焦在視覺區。照明頭的LED可為每一個相機的檢查類型，編程提供光的最佳結構、角度、方向和強度。不象單個的氙閃光管或熒光燈，成百的LED提供可靠的焊接點檢查所需要的照明靈活性，同時控制光源保證可重復的缺陷檢查。照明使用多個視區以接納不同尺寸的元件。
相機。高速視頻相機與內置電路板彎曲補償，檢查電路板的目標區域。一個相機定位于直接下看，而其它相機都有角度。隨著優化的檢查軟件運算法則運用到看到的區域，相機檢查元件或焊錫點表面。角度相機是檢查許多缺陷所必須的、對那些遮擋垂直相機的焊接點檢查區域是不可少的，如
J 型引腳焊點、錫橋和開路。還有，如果沒有角度相機，一般不可能可靠地檢查到抬起的QFP引腳。
機械系統。精密的線性馬達提供長期的機械可靠性與可重復性。圖形子系統在X/Y軸上移動，而板保持靜止。這消除了板與圖形的振動和穩定時間。
圖形分析運算法則。使用經過證明的運算法則進行深入的分析，并不犧牲產量。一個窗口或"瞬態圖"把特殊的檢查標準應用到窗口內的區域，以結構照明突出缺陷，并簡化所要求的分析。表二顯示窗口分類(運算法則類型)和它們怎樣用于檢查。
圖形抓拍與分析體系結構允許在一次單一的高速掠過板面中得到每個視區10個圖象。在這次掠過中得到每個元件的多個圖象，消除了再次掃描的需要。一個高速、直接到內存的子系統將圖象直接輸入內存，允許計算機進行詳細的圖形分析，而對機器產量無影響。AOI將所有掃描圖形保存在內存中，允許掃描期間的同步分析，加速整個機器的運轉。
掃描與圖形分析是與元件密度或焊接點數無關的，這允許對不同板類型的一致的機器輸出。AOI系統通過分立的智能外圍控制器控制馬達、光和相機，支持高速、一致的圖形數據處理。外圍控制器精確地同步系統運行，保證準確的定位和可重復性。
軟件。所選擇的AOI系統使用基于 Windows NT
的軟件來編制程序，優化和確認。確認檢查程序的覆蓋范圍的性能曲線提供在發放到生產之前的缺陷覆蓋與程序的穩定性。建立已知邊界消除不必要的程序調整和導致錯誤標記的控制因素。每個包裝類型的標準和用戶化庫模塊縮短了包含特有元件在內的新檢查程序的開發。
最后，統計過程檢測軟件通過測量多塊板的缺陷分布數量實現過程的穩定性，通過檢測檢查合格與失效的結果來顯示過程的趨勢。修理工位的軟件向操作員顯示電路板特定的失效數據，以及收集操作員的修理數據、行動和說明。
** Teradyne Optima 7300.
表二、AOI圖形分析運算法則
窗口類型
運算法則類型
檢查中的角色
存在/不存在
變量或平均
缺陷：如果元件有(或沒有)
通過：如果燈的水平高過界限
相反邏輯
變量或平均
與存在/不存在窗口相反，
即：如果水平低于界限，通過
錫橋
連續性*
檢查焊錫短路，
如果光標橫穿窗口，失效
空洞
連續性*
檢查焊錫間隙與偏斜
與錫橋窗口相反
查找
相關性
檢查之前找到元件位置，
也為SPC貼裝數據測量元件位置
* 垂直或水平
* Benchmark Electronics, Huntsville, Ala.
Rob Rice III, is production engineering manager and Richard Garnick,
is staff process engineer at Benchmark Electronics, 4807 Bradford
Drive, Huntsville, AL 35895; (256) 722-6899; E-mail: rob.rice@bench.com
and richard.garnick@bench.com. Iqbal Syed, is a product manager at
Teradyne Inc., Assembly test Div., 2625 Shadelands Dr., Walnut
Creek, CA 94598; (925) 932-6900; E-mail: iqbal.syed@teradyne.com.
(A 01/03/2001) |
