AOI在SMT生產上的實施技巧與策略

2019-11-03 09:59:46

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烽火通信科技股份有限公司鮮飛

　　摘要：本文簡要介紹了當今SMT應用的先進自動光學檢查技術，通過分析SMT生產方式，有針對性地提出了配合SMT柔性生產模式的實施技巧與策略，并分析了其在SMT生產上的應用時需注意的幾個問題和工藝要點。

　　關鍵詞：AOI;SMT

　　引言

　　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）的貼裝生產線上。在這段時間內，AOI供應商數量急劇增加，各種AOI技術也得到了長足發展。目前，從簡單的攝像系統到復雜的3-D X光檢測系統，眾多供應商們已幾乎能夠提供可以適用于所有自動生產線的AOI設備。

　　過去十年當中，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，大制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。

　　在電子組裝業中，元件的微型化和密集化一直以來是發展趨勢，這促使制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布細密的元件進行可靠而一致的檢測，并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布還可以實現電子化。

　　AOI已成為有效的過程控制工具，它可以幫助制造商提高在線測試(ICT)或功能測試的通過率、降低目檢和ICT的人工成本、避免ICT成為產能瓶頸、縮短新產品產能提升周期以及通過統計過程控制(SPC)改善成品率。作為對傳統測試方法經濟、可靠的補充，AOI被用做測量印刷機或組件貼裝機性能的過程監測工具，其優點如下。

　　檢查和糾正PCB缺陷，在過程監測期間進行的成本遠遠低于在最終測試和檢查之后進行的成本。

　　能盡早發現重復性錯誤，如貼裝位移或不正確的料盤安裝等。

　　為工藝技術人員提供SPC資料。AOI技術的統計分齬δ苡隨PC工藝管理技術的結合為SMT生產工藝的適時完善提供了有力的武器，PCB裝配的成品率進而得到明顯的提高。隨著現代制造業規模的擴大，生產的受控越來越重要，對SPC資料的需求也不斷增長，AOI系統的應用將越發顯出其重要性。

　　能適應PCB組裝密度進一步提高的要求。隨著電子產品組裝密度的大幅提高，傳統的一些測試技術，如ICT等，已不能適應SMT技術的發展要求，0402片式組件的出現已經使ICT無法檢測，而AOI則不會受這些因素的影響。

　　測試程序生成迅速。AOI設備的測試程序可直接由CAD資料生成，十分快捷。與ICT相比，由于無需制作專門的夾具，其測試成本也大幅降低。

　　能跟上SMT生產線的生產節拍。目前許多工廠在生產過程中主要依靠人工目檢對PCB組件進行檢驗，隨著PCB尺寸的加大和組件數的增多，這種檢測方式已經不堪重負。而AOI測試目前能做到0.1秒/幅的速度，可以滿足在線檢測的要求。

　　檢測的可靠性較高。檢測的要素是精確性和可靠性，人工目檢始終有其局限性，而AOI測試則避免了這方面的不利因素，能保持較好的精確性和可靠性。

　　應用策略與技巧

　　檢測設備所放置的位置可以實現或阻礙檢查目標，不同的位置可產生相應的不同程控信息。一般說來，實施AOI的目標是改進全面的最終品質，所以把設備放在過程的后面可能比放在前面更有價值。把設備放在前面的原因是，在過程的早期維修缺陷的成本大大低于發貨前的維修成本。可是，許多缺陷是在生產的后期出現的，這意味著不管前面發現多少缺陷，發貨前還是需要全面的視覺檢查。

　　一般情況下，可以在一條生產線的四個生產步驟中的任意一步之后有效地運用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后的應用。我們可以粗略地將AOI分為預防問題與發現問題兩類，錫膏印刷之后、(片式)元件貼放之后和元件貼放之后的檢測可以歸為預防問題一類，而最后一個步驟-回流焊接之后的檢測-則可以歸于發現問題一類，因為在這個步驟檢測并不能阻止缺陷的產生。

　　1．錫膏印刷之后：有缺陷的焊接在很大程度上均來源于有缺陷的錫膏印刷。在這個階段，可以很容易、很經濟地清除掉PCB上的焊接缺陷。大多數2D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，3D系統還可以測量焊錫的量。

　　2．片式元件貼放之后：這個階段的檢測可以檢查出片式元件缺件、移位、歪斜和片式元件的方向故障。這個檢測系統同時還可以檢查用于連接密間距和球柵陣列（BGA）元件的焊盤上的錫膏。

　　3．芯片貼放之后：在設備向PCB上貼裝芯片之后，檢測系統能夠檢查出PCB上缺失、偏移以及歪斜的芯片，還能查出芯片極性的錯誤。

　　4．回流焊接之后：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，以及所有極性方面的缺陷。該系統還必需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，還可以在第2、3和4步驟加入光學字符識別（OCR）和光學字符校驗（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止的，其實選擇的主要標準應該著眼于元件和工藝的類型、故障譜以及對產品可靠性的要求。如果使用許多BGA、芯片級封裝（CSP）或者倒裝芯片元件，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，在第四階段后進行檢測，可以有效地發現低檔消費品的缺陷。而對運用在航空航天、醫學及安全產品（汽車氣囊）領域的PCB來說，由于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后，對這一類PCB可以選用X射線來進行檢測。

　　引進AOI設備的意義

　　引進AOI設備的意義首先在于，克服了人工目檢的局限性。目前，在產品生產過程檢測上主要依靠人工目檢，由于人工檢驗的主觀性，其檢驗結果并不十分令人信服。而且，對于高密度復雜的表面貼裝電路板，人工目檢即不可靠也不經濟，而對微小的組件，如0603及0402等，人工目檢實際上已失去了意義。

　　另外，引進AOI設備可以改變先進生產設備與落后檢測方式的不協調。目前許多PCB組裝生產企業斥巨資引進了先進的SMT生產線，但是與之不相協調的是，在全自動的生產線上仍有一排排的檢測工人的身影。引進AOI設備，勢必會在這方面有大幅改善，進而提高工廠的企業形象。

　　盡管AOI技術目前還存在著諸多問題，但其發展前景十分看好，各種設備紛紛被推出，許多先進的制造廠家都引進了這一檢測技術，并在實際使用過程中獲得了許多有益的經驗。引進這一新技術，將會促使工藝技術人員盡快接觸熟悉這一新技術，從而能有效利用這一新技術去改善目前生產品質。

　　避免AOI測試的局限性

　　由于AOI技術是一項新技術，還有一些不完善的地方，因此在引進上不能盲目。對于正在考慮引進這一新技術的企業，建議在對各種型號AOI設備進行仔細調研的基礎上，先引進一臺適合的AOI設備離線使用，主要用于工廠所有SMT生產線產品的抽檢工作。若生產線出現特別的問題，可根據情況對某條線特別的位置(如回流焊后等)進行全檢，這樣既兼顧了設備的利用率，同時又考慮了對工廠所有SMT生產線進行監控的要求，并節約了生產投資。若使用情況良好，可考慮再引進幾臺AOI設備在線使用，以改變目前主要依靠人工目測的現狀，提高工廠的自動化生產水平。

　　任何事物都不可能是十全十美，AOI技術也存在其不足之處，如AOI系統不能檢測電路錯誤，對不可見焊點(如BGA)的檢測無能為力，AOI檢測設備的可靠性、準確性不能令人完全信任及SPC應用不夠成熟等。需要指出的是，由于上述局限性的存在，AOI還不能完全取代ICT和X射線測試等其它技術，應通過與其它技術一起使用來達到最佳的測試效果。

　　
摘自《世界電子元器件》　　

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