利用視覺系統(tǒng)來防止PCB缺陷的產生

1、前言

　　在現(xiàn)代電子產品世界中，PCB(印刷電路板)是組成電子產品的重要環(huán)節(jié)，很難想象在一臺電子設備中有不采用PCB的，所以PCB的質量如何將對電子產品能否長期正?？煽抗ぷ鲙矸浅４蟮挠绊?。提高 PCB的質量是電子產品制造廠商應引起足夠重視的重要課題。

　　如果在PCB的裝配過程中，在焊盤上面施加了過量的焊膏，或者說焊膏添加不足、甚至于根本沒有安置焊膏，那么在隨后所實施的再流焊接以后，一旦焊點形成，就會引發(fā)在元器件和電路板之間的電子連接產生缺陷。事實上，大多數(shù)的缺陷可以借助于焊膏的應用情況找到相關的質量優(yōu)劣痕跡。

　　目前許多電路板的制造廠商己經采用一些內置電路測試(in—circujt test簡稱lCT)或者說X射線技術來檢測焊點的質量狀況。它們將有助于消除由于印刷工藝操作所產生的缺陷，但是這些方式不能監(jiān)測印刷工藝操作本身。印刷錯誤的電路板可能會接受隨后所增加的工藝步驟，而每一項工藝步驟都會不同程度的增加生產成本，使得這樣一塊有缺陷的電路板最終直達生產的貼裝階段。最后制造廠商就需要丟棄這塊有缺陷的電路板，或者需要接受成本昂貴和形成大量時間浪費的返修工作，此刻可能還沒有非常明確的答案來說明產生缺陷的根本原因。

　　不良的焊膏印刷工藝實施可以引發(fā)電子線路的連接問題。為了能夠有效地解決這一問題，許多篩網印刷設備制造廠商采用了在線機器視覺檢測技術，下面予以簡單的介紹。

　　2、在線綜合視覺檢測

　　為了有助于電路板的制造廠商在生產工藝實施的早期階段能夠發(fā)現(xiàn)所產生的缺陷，目前愈來愈多的篩網印刷設備制造廠商在他們所制造的篩網印刷設備中綜合了在線機器視覺技術。內置的視覺系統(tǒng)能夠實現(xiàn)三個主要目標：

　　首先，它們能夠在印刷操作實施以后直接發(fā)現(xiàn)所存在的缺陷情況，在主要的制造成本被添加上電路板以前，可以讓操作者能及時處理有關的問題。該步驟一般包含在電路板從印刷裝置上移下來的時候、在清洗劑中清冼好了以后、以及在返修好了返回生產線的時候。

　　其次，因為在該階段發(fā)現(xiàn)了有關的缺陷，所以可以預防有缺陷的電路板送達生產線的后端。于是預防了返修現(xiàn)象或者在有些場合所形成的廢棄現(xiàn)象。

　　最后，也許是最重要的：能夠給操作者以及時的反饋，使之明了正在操作中的印刷工藝操作是否良好，進而可以有效地防止缺陷的產生。

　　為了能夠在這一層面的工藝操作過程中提供有效的控制，配置在線視覺系統(tǒng)能夠檢測焊膏涂覆好了以后的PCB上焊盤的情況，以及相應的印刷模板縫隙是否存在堵塞或者拖尾現(xiàn)象。絕大多數(shù)情況下，對微細間距的元器件進行檢測是為了優(yōu)化檢測時間和集中于最容易產生問題的區(qū)域。為此，當消除了所可能產生的問題的時候，在檢測方面所化費的這點時間還是值得的。

　　3、攝像機定位和檢測

　　在一般常規(guī)的在線視覺檢測應用中，攝像機被安置在電路板的上方，用以獲取印刷位置的圖像，并且能夠將有關的圖像發(fā)送到視覺檢測設備的處理系統(tǒng)中去。在那里，圖像分析軟件將對所獲取的圖像與存貯于設備存儲器中相同位置的參考圖像進行對比。這樣，系統(tǒng)可以確認所施加的焊膏是多了還是少了。同樣系統(tǒng)也可以揭示出在焊盤上的焊膏位置是否對準了。它可以發(fā)現(xiàn)在兩個焊盤之間是否有多余的焊膏形成象橋梁樣的連接現(xiàn)象?這個問題也就是許多印刷電路板制造廠商所俗稱的“橋接”現(xiàn)象。

　　檢測印刷模板隙縫的工作是在一個相同的形式之中。當多余的焊膏被堆積在印刷模板的表面上的時候，視覺系統(tǒng)可以被用來檢測隙縫處是否被焊膏所堵塞，或者是否產生了拖尾現(xiàn)象。在發(fā)現(xiàn)了缺陷以后，設備可以馬上自動要求對下面的篩網進行清洗系列操作，或者警示操作者有問題存在需要進行修復。對印刷模板的檢測也能夠提供用戶有關印刷質量和一致性方面的非常有用的數(shù)據(jù)。

　　最先進的在線視覺系統(tǒng)的一個關鍵功能是能夠對具有高反射性的PCB電路板和焊盤表面實施檢測，以及在不均勻的光環(huán)境下或者在干燥的焊膏結構造成差異的條件下進行檢測。舉例來說，HASL電路板一般會呈現(xiàn)出不均勻平坦的、表面輪廓易變和具有反射能力的特點。要獲取最高質量的圖像，合適的照明也扮演著一個非常重要的角色。光線必須能夠“瞄準”電路板的基準和焊盤，轉而使其它的不易察覺的特征變?yōu)榍宄勺R別的形狀。這樣下一步可以使用視覺軟件規(guī)則系統(tǒng)(vision software algorithms)，以充分發(fā)揮出它們的潛在能力。

　　在一些特定的場合，視覺系統(tǒng)能夠用來檢測焊盤上焊膏的高度或者體積的大小，有時可能僅采用離線的檢測系統(tǒng)來做這些事情。采用該程序意味著在給定的印刷模板中形成一個相應的堆積度，以確認在相同的焊盤上焊膏的體積是否缺失。

　　4、焊膏的檢測

　　具體可分為對PCB上焊膏的檢測和對印刷模板上的焊膏檢測二大類：

　　a.對PCB的檢測

　　主要檢測印刷區(qū)域、印刷偏移和橋接現(xiàn)象。對印刷區(qū)域的檢測是指在每個焊盤上面的焊膏面積。過量的焊膏可能會引發(fā)橋接現(xiàn)象的發(fā)生，而過小的焊膏也會引發(fā)焊接點不牢固的現(xiàn)象產生。對印刷偏移的檢測是針對位于焊盤上的焊膏數(shù)量與規(guī)定的位置是否有不同。對橋接現(xiàn)象的檢測是針對在相鄰兩個焊盤之間所施加的焊膏是否超過了規(guī)定的數(shù)量。這些多余的焊膏可能會引發(fā)電氣短路現(xiàn)象。

　　b.對印刷模板的檢測

　　對印刷模板的檢測主要為針對阻塞和拖尾現(xiàn)象的檢測。對阻塞的檢測是指檢測在印刷模板上的孔中是否堆積了焊膏。如果孔被堵塞住了的話，那么在下一個印刷點上可能所施加的焊膏會顯得太少。對拖尾的檢測是指是否有過量的焊膏堆積在印刷模板的表面上。這些過量的焊膏可能會施加在電路板上不應導通的位置上面，從而引發(fā)電氣連接問題.

　　5、結束語

　　在線的機器視覺系統(tǒng)能夠以不同的方式使PCB制造廠商收益。除了確保焊點的高度完整性以外，它能夠防止制造廠商因為電路板的缺陷以及所導致的返工而產生的費用浪費現(xiàn)象。也許最重要的是，它能夠提供接連不斷的工藝過程反饋，這樣不僅能夠有助于制造廠商優(yōu)化篩網印刷工藝流程，而且也在工藝操作過程中能夠增添人們更多的信心。