经过近10年的努力，自动光学检测系统（AOI）终于被成功地运用在印刷电路板（PCB）生产线上。在这段期间，AOI供应商的数量急剧增加，各种AOI技术也得到了长足发展。目前，从简单的摄影系统到复杂的3-D X光检测系统，?多供应商们已经能够提供几乎可以适用于所有自动生产线的AOI设备。

在过去的十年当中，锡膏印刷机和表面黏着技术（SMT）零件插放设备的性能得到了改善，进而提高了?品组装速度、精确度和可靠性。制造厂商的产品良率也因此提高。元件制造商提供越来越多的SMT封装元件，也带动了印刷电路板组装线自动化的发展。而SMT元件的自动贴装几乎可以完全杜绝生产线上人工组装可能?生的错误。

AOI提升整体良率

在PCB产业中，元件的微型化和密集化是一直以来的发展趋势。这促使SMT工厂?其生产线安装AOI设备。因?依靠人工已经不可能对分布细密的元件进行可靠而一致的检测并且留下精确的检测记录。而AOI则可以进行反覆而精确的检测，还可以透过电脑进行检测结果的储存和发布。

在许多情况下，制程工程师对锡膏印刷机和组装进程的检测和调节可以保证生产线的瑕疵率只有百万分之几（ppm）。对于一条高?量/少机种的生产线来说，比较典型的瑕疵数是百万分之二十至百万分之一百五十。实际证明，仅靠对印刷电路板样本进行抽样检测是较难发现每一个以及每一种瑕疵的。只有对所有的电路板进行100％的检测才能保证更大的检?覆盖，从而实现统计式制程控制（SPC）。

大致而言，特定种类瑕疵（通常种类不会很多）的?生可以和某些特定的生?设备联系起来。在许多情况下，你还可以将一种瑕疵的?生归结于某一台特定的仪器。但是，对于某些变数，例如元件偏移（由于回焊过程当中的凝结效果），就无法回溯到某一具体生?步骤上。

因此?了能发现所有的瑕疵，就产生了在生产线上对每一个生?步骤进行100％的检测的需求。然而在现实当中，基于经济上的考量，PCB制造商不可能在每进行完一道程序之后，对每一块电路板都进行一次测试。因此，制程工程师和品管经理必须仔细考虑如何在投资检测设备上和提高?量所带来的收益间取得最佳平衡。

一般说来，如(图一)所示，可以在一条生产线中四个生?步骤的任意一站之后有效地运用AOI。以下几个段落将分别介绍AOI在SMT PCB生产线上的四个不同生?流程后的应用。我们可以粗略地将AOI分?预防问题与发现问题两类。在接下来的描述中，锡膏印刷之后、高速置件机之后和元件贴装之后的检测可以归?预防问题一类，而最后一个步骤—回流焊接之后的检测—则可以归于发现问题一类，因?在这个步骤检测并不能阻止缺陷的?生。

《图一 PCB生产流程中AOI量测时机》

1、锡膏印刷之后

大致说来有缺陷的焊接均来自于有缺陷的锡膏印刷。在这个阶段，可以很容易、很经济地清除掉PCB上的锡膏印刷缺陷。大多数2-D检测系统便能监控锡膏的偏移和歪斜、不足的粘贴区域以及瑕疵和锡桥。 3-D系统还可以测量锡膏印刷的量。

2、高速置件机之后

这个阶段的检查可以检查出缺少或偏移的晶片以及歪斜的晶片或晶片定位缺陷。这个检测系统同时还可以检查fine-pitch元件和BGA元件的位置上的锡膏。

3、元件贴装之后

在设备往PCB上贴装元件之后，检测系统能够检查PCB上缺少、偏移以及歪斜的元件，还能查出元件极性的错误。

4、回流焊接之后

在生产线的末端，检测系统可以检查元件的缺少，偏移和歪斜的情况，以及所有极性方面的缺陷。该系统还一定要对焊接状况的正确性以及焊接不足、焊接锡桥和引线翘起等缺陷进行检测。

如果需要，还可以在第2、3和4步骤加入自动文字辩识（OCR）和自动符号检查（OCV）这两种方法进行检测。

量测选择标准

工程师和厂商对不同检测方法利弊的讨论总是无休无止，其实选择的主要标准应该着眼于元件和生产流程的类型、误差范围和对?品可靠性的要求。如果使用许多BGA、晶片级封装（CSP）或者覆晶封装（flip-chip）元件，就需要将检测系统应用到第一和第二步骤，以发挥其最大的功效。

另外，在第四阶段后进行检测可以有效地检测平价消费品的缺陷。而对运用在航空航太、医学及安全?品（汽车安全气囊）领域的PCB来说，由于对品质要求十分严格，则可能会要求在生产线上的许多地方都进行检测，尤其是在第二和第四步骤后。对这一类PCB则可以选用X射线来进行检测。

如果要对在生产线上运用AOI的步骤进行评估，则需要区分只能进行检测的系统和可以进行测量的系统。

只寻找诸如元件缺少、位置放错等缺陷的检测系统是不能提供制程控制的工具，所以不能用它们来改善SMT的生?制程。工程师还是必须手动来调整生?制程。但是，这些检测系统既快捷又便宜。

另一方面，量测系统能够提供每一个元件的准确资料，对测量生?制程参数十分重要。这些系统要比检测系统昂贵，但是当你将他们和SPC软体整合到一起，量测系统则可以提供改善生?制程所必需的资讯。

整体说来，厂商仅仅依据检测系统报错的准确率，即真实错误（准确报错）对虚假错误（虚假报错）的比例来评估其好坏是不全面的。如果要评估量测系统，还必须要评估其在较小的公差范围内的量测精确性。

统计程序控制

最后，如​​果想运用来自AOI系统的资料有效地帮助你控制生?流程，从而使公司实现更高的?量和更高的利润，必须掌握如下资讯：

透过在印刷或者置件过程中安装AOI系统，可以帮助消除在生?流程中其他制程所累积的其他制程变数。假定在回焊之后测量元件是否发生了位置偏移，收集的资料并不能够反映​​置件过程的准确性。应该对置件和回流焊接后的结果都进行测量。

因此该资讯对于控制元件置件参数的调整几乎是没有用的。如果要监测生产品质的改变趋势，在必须要监测的流程附近安装AOI系统，并且能够迅速产生一个可以纠正即将发生问题的参数，同时近距离检测还可以减少在检测过程前不符规格的产品的数量。

结论

虽然大多数电子产业的AOI用户仍然只重视回焊之后的检测，但是今后元件和PCB的小型化趋势会要求更有效的封闭回圈（close loop）的流程控制。能够提供有效的检测和测量方案的AOI系统将会吸引越来越多的用户，工程师们也会认?在这样系统上的投资更加物超所值。对于所有的客户来说，AOI将在改进?品生产线和提高良品率方面持续地扮演重要的角色。 （作者为安捷伦科技爱尔兰影像?品部门高级资深产品经理）