表面贴装技术

表面贴装技术(Surface Mounting Technology，SMT)是一种将无引脚或者短引脚表面组装元器件安放在印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)的表面或者其基板的表面上，通过再流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电子组装技术[1]。作为新一代的电子组装技术，SMT使电子产品更具有轻、薄、短、小、多功能、高可靠性、低成本等一系列优点。经过多年的发展,该技术宽泛应用于计算机、通信、消费电子、工业自动化等电子制造行业中，使电子产品进一步向微型化、小型化、高可靠性方向发展[2]。据调查，国外发达国家电子产品SMT使用率大约在80%～90%之间，我国目前已经达到了60%左右，而且中国的SMT产业还有进一步发展的空间。

高性能、高复杂性、高质量PCB的生产，除了应保证优良的原材料、具备先进的生产工艺、设备和先进的管理模式之外，还必须具备完备的技术质量,保证体系和先进检测设备。

1 SMT工艺流程

SMT的基本工艺流程如图1所示。其中，检测环节是SMT流程中非常重要的一个环节，是SMT中质量控制的关键。

图1 SMT工艺流程

随着PCB贴片工艺向着更小和密度更高的方向发展，贴片产品的质量检测和质量控制遇到新的问题。传统的人工视觉目测由于效率低、工艺水平主观性强，对于微小器件和集成芯片IC(Integrated Circuit)引脚无法进行可靠检测。IC芯片的*小引脚间距只有0.3 mm，即使借助光学放大设备帮助，人工目测效率非常低、易疲劳、主观性强，根本无法适应高效、自动化的贴片安装生产[3]。AOI是对贴片产品的可见光图像进行光电传感器变换、数字图像采集处理，然后进行模式识别，是结合人的视觉经验和计算智能的机器视觉的一种应用。它具有非接触、无损、快速、准确、可靠的特点，目前在国外SMT生产线上已经得到了宽泛应用，成为电子制造自动化中的重要一环[4]。

2 AOI技术原理

AOI是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备，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，将测试的焊点与数据库中的合格参数进行比较，经过图像处理，检查出PCB上的缺陷，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。作为SMT生产线上一种重要的在线检测设备，AOI目前已得到越来越宽泛的应用[5]。

2.1 AOI的优点

AOI被用作SMT的过程监测工具，其优点包括：

(1) 检查和纠正PCB缺陷，过程中的监测成本远远低于在*终测试和检查之后进行的成本。

(2) 能尽早发现重复性错误，如贴装位移或空焊等。

(3) 为工艺技术人员提供统计过程控制(Statistics Process Control，SPC)资料。AOI技术的统计分析功能与SPC工艺管理技术的结合为SMT生产工艺的适时完善提供了有效工具，使得PCB装配的次品率得到了明显的降低[6]。

2.2 AOI的实施目标

实施AOI有以下两类主要的目标：

(1) *终品质(End Quality)。对产品走下生产线时的*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*末端。在这个位置，设备可以产生范围宽泛的过程控制信息。

(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。当要求产品可靠性很重要，是低混合度的大批量制造并且是在元件供应稳定时，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。

3 AOI在各个工序中的应用

在SMT中，AOI技术具有PCB空板检测、焊锡膏印刷检测、元器件检测、焊接后组件检测等功能，在不同环节进行检测时，其侧重点也会所不同[7]。

3.1 PCB检测

PCB缺陷可大致分为短路(包括基铜板短路、细的走线短路、电镀短路、尘埃短路、凹坑短路、重复性短路、污渍短路、干膜短路、蚀刻力度不够短路、镀层太厚短路、刮擦短路、褶皱短路等)，开路(包括重复性的开路、刮擦开路、真空开路、缺口开路等)和其他一些可能导致PCB报废的缺陷(包括蚀刻过度、电镀烧焦**)[8]。在PCB生产流程中，基板的制作、覆铜的过程都有可能产生一些缺陷，但大部分缺陷是在蚀刻之后产生，AOI一般安排在蚀刻工序之后进行检测，主要用来发现其上缺少的部分和多余的部分。

在PCB检测中，图像对比算法应用比较多，且以平面检测为主，主要包括数据分析类(对输入的数据进行初步分析，过滤过小的**和残留铜及不需检查的孔等)，测量类(对输入的数据进行特征获取，记录的具有特征代码、尺寸和方位并与标准数据来比对)和拓扑类(用于分析增加或丢失的特征)。

3.2 焊膏印刷检测