何佳乐 廖庆霞 徐铭 吴金珠
(广东省梅州市质量计量监督检测所 广东梅州 514021)
摘要：我国印制电路板产业增长迅猛，科技含量和复杂程度不断提高，在大规模生产，制作过程复杂且工序繁琐的情况下，印制电路板在生产过程中必然会出现各种各样的缺陷。而基于印制电路板的AOI检测设备，对比传统的的印制电路板质量检测方法，能够更加高效，准确地实现印制电路板常见缺陷的检测。根据基于印制电路板AOI检测设备的原理以及印制电路板的常见缺陷，可以通过制作一套自动光学检测设备的标准印制电路板，完成对基于印制电路板AOI检测设备的计量校准。
关键词：计量学； 印制电路板；AOI检测设备；计量校准
Measurement Based on Printed Circuit Board AOI Testing Equipment
He Jia-le，Liao Qing-xia, Xu Ming，Wu Jin-zhu
(Guangdong Meizhou Quality & Metrology Supervision and Testing Institute,Meizhou,Guangdong 514021,China)
Abstrac: Printed circuit board industry is growing rapidly, and its technological content and complexity are constantly increasing. In the case of large-scale production, complex manufacturing processes and cumbersome procedures, various defects will inevitably occur in the production process of printed circuit boards. The AOI testing equipment based on the printed circuit board, compared with the traditional printed circuit board quality inspection method, can achieve the detection of common defects of the printed circuit board more efficiently and accurately. According to the principle of printed circuit board based AOI testing equipment and common defects of printed circuit boards, standard calibration printed circuit boards based on printed circuit board AOI testing equipment can be completed by making a set of standard printed circuit boards with automatic optical testing equipment.
Key words: Metrology;printed circuit board; AOI testing equipment; measurement
1 引言
我国印制电路板产值由2014年的261亿美元增长至2018年的327亿美元，年均复合增长率为5.8%，预计2023年产值将达到406亿美元[1]。根据广东省电路板行业协会统计，广东省占国内印制电路板总产值的60%左右，且印制电路板百强企业和上市公司数量均处于绝对领先地位。
印制电路板作为电子元件的连接载体，是电子产品的重要组成部分。作为电子信息制造业的上游，印制电路板的制造品质不仅直接影响电子信息产品的可靠性，而且影响电子元器件之间信号传输的完整性。而AOI（Automated Optical Inspection自动光学检测）作为一种检测技术，可以很好地通过扫描方式检查出印制电路板的缺陷和漏洞。而对AOI检测设备的计量校准，则可以更好地维护AOI检测设备的检测精度。
2 印制电路板的常见缺陷
对于生产质量来说，由于印制电路板采用大规模生产，且制作过程复杂且工序繁琐，这便导致了印制电路板在生产过程中必然会出现各种各样的缺陷。
比如，在印刷电路板的制造工艺流程中，钻孔花费的时间工序最多，因钻孔出现的问题也最多。而由于印制电路板孔的缺陷与设备性能和工作环境有较大的联系，很难适应设备的更换与工作环境的改变。另外，孔的缺陷还包括孔位偏移，孔径失真，孔壁粗糙以及毛刺较多等。随着电子信息产品日趋微型化、精密化，印制电路板的设计和生产也日趋小型化、精密化，向着小孔径、窄线距、多层数方向发展，线宽控制、电子元件的焊接、大面积铜箔容易引起阻焊剂脱落的问题，以及电路短路、断路，连接区域被覆盖，加工层次不明确等等具体的质量问题有待AOI检测设备高效准确的检测。
3 AOI检测设备对印制电路板常见缺陷检测的重要性
3.1 AOI检测原理
基于印制电路板的AOI检测设备，是基于光学衍射原理的光学检测仪器，一般具有操作、照明、图像采集以及数据处理四个主要系统，不同系统之间相互连接，互相影响。其中，图像传感器与图像采集卡共同形成了图像采集系统，以满足移动平台上图像采集的技术要求。被检测的印制电路板在LED灯源的照射下，通过 LED产生与印制电路板孔径差不多的光波波长透过印制电路板表面，光通过小孔会产生明显的光学衍射现象的衍射条纹，被采集成像。数据处理系统则将该图像进行分析，和利用计算机仿真建模的印制电路板衍射图像进行对比，以判断印制电路板的故障或合格情况。
3.2 AOI检测设备的优势
印制电路板传统的质量检测方法，主要包括人工目检法、使用孔数检测机和孔位检测机等，由于工作量大，且容易受到视觉疲劳等因素的影响导致检测不准确、检测效率低等缺点，跟不上印制电路板发展的速度，对印制电路板的质量和生产效率产生不良影响，渐渐被淘汰。
显然，对比传统的的印制电路板质量检测方法，基于印制电路板的AOI检测设备更加高效，提高了印制电路板常见缺陷检测的准确性。
3 基于印制电路板AOI检测设备的计量校准
根据上述基于印制电路板AOI检测设备的原理以及印制电路板的常见缺陷，可以通过制作一套自动光学检测设备的标准印制电路板， 对基于印制电路板AOI检测设备进行计量校准，从而提高对印制电路板进行检测的准确性。
这一套标准印制电路板将在每一块板上至少设置一个预设电路上的预设缺陷，如上述所说的短路、断路、缺口等，这样便可以使得基于印制电路板AOI检测设备对该标准电路板进行检测时，通过基于印制电路板AOI检测设备检测出该标准电路版中存在的实测缺陷。
这套标准板的尺寸一般而言小于或等于AOI检测设备的测试台面尺寸，并可以根据实际需求进行灵活的设置。
将基于印制电路板AOI检测设备测得的实测缺陷与标准电路板上的预设缺陷进行对比，则可以根据比较结果给出计量校准结果。
另外，还可以根据需要，设定具体的检测缺陷匹配阈值，若基于印制电路板AOI检测设备测得的实测缺陷与标准电路板上的预设缺陷的匹配度大于或等于设定的匹配度阈值，则可以确定基于印制电路板AOI检测设备的检测性能较好，若匹配度小于设定的匹配度阈值，则需要进一步根据基于印制电路板AOI检测设备的实测缺陷与预设缺陷的具体不同，再进行评估判断。
4 总结
上述内容主要对印制电路板常见的缺陷以及基于印制电路板AOI检测设备对常见缺陷的检测进行概括，说明随着印制电路板的快速发展，制作过程复杂以及工序繁琐，其质量检测问题越来越需要得到重视，而基于印制电路板AOI检测设备利用光学的衍射原理，使得衍射出来的图像和由计算机建模仿真后得到的衍射图像进行比较分析，能够高效准确地进行检测。而通过制作一套在每一块板上至少设置一个预设电路上的预设缺陷的标准印制电路板，是实现基于印制电路板AOI检测设备的计量校准的有效方法。
参考文献
[1].印制电路板行业现状与发展趋势[J].网印工业,2020(04):13-14.
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[3]刘阳.基于图像处理的PCB焊接缺陷检测技术研究[D].大连：大连理工大学.
[4]卢荣胜，吴昂，张腾达，王永红，等.自动光学（视觉）检测技术及其在缺陷检测中的应用综述[J]. 光学学报，2018，（8）：0815002-1-0815002-36.