AOI 與ICT技術

一、AOI測試技術 AOI是近幾年才興起的一種新型測試技術，但發展較爲迅速，目前很多廠家都推出了AOI測試設備。當自動檢測時，機器通過攝像頭自動掃描PCB，採集圖像，測試的焊點與數據庫中的合格的參數進行比較，經過圖像處理，檢查出PCB上缺陷，並通過顯示器或自動標誌把缺陷顯示/標示出來，供維修人員修整。 1、實施目標:實施AOI有以下兩類主要的目標： （1）最終品質(End quality)。對產品走下生產線時的最終狀態進行監控。當生產問題非常清楚、產品混合度高、數量和速度爲關鍵因素的時候，優先採用這個目標。AOI通常放置在生產線最末端。在這個位置，設備可以產生範圍廣泛的過程控制信息。 （2）過程跟蹤(Process tracking)。使用檢查設備來監視生產過程。典型地包括詳細的缺陷分類和元件貼放偏移信息。當產品可靠性很重要、低混合度的大批量製造、和元件供應穩定時，製造商優先採用這個目標。這經常要求把檢查設備放置到生產線上的幾個位置，在線地監控具體生產狀況，併爲生產工藝的調整提供必要的依據。 2、放置位置 雖然AOI可用於生產線上的多個位置，各個位置可檢測特殊缺陷，但AOI檢查設備應放到一個可以儘早識別和改正最多缺陷的位置。有三個檢查位置是主要的： （1）錫膏印刷之後。如果錫膏印刷過程滿足要求，那麼ICT發現的缺陷數量可大幅度的減少。典型的印刷缺陷包括以下幾點： A.焊盤上焊錫不足。 B.焊盤上焊錫過多。 C.焊錫對焊盤的重合不良。 D.焊盤之間的焊錫橋。 在ICT上，相對這些情況的缺陷概率直接與情況的嚴重性成比例。輕微的少錫很少導致缺陷，而嚴重的情況，如根本無錫，幾乎總是在ICT造成缺陷。焊錫不足可能是元件丟失或焊點開路的一個原因。儘管如此，決定哪裏放置AOI需要認識到元件丟失可能是其它原因下發生的，這些原因必須放在檢查計劃內。這個位置的檢查最直接地支持過程跟蹤和特徵化。這個階段的定量過程控制數據包括，印刷偏移和焊錫量信息，而有關印刷焊錫的定性信息也會產生。 （2）迴流焊前。檢查是在元件貼放在板上錫膏內之後和PCB送入迴流爐之前完成的。這是一個典型地放置檢查機器的位置，因爲這裏可發現來自錫膏印刷以及機器貼放的大多數缺陷。在這個位置產生的定量的過程控制信息，提供高速片機和密間距元件貼裝設備校準的信息。這個信息可用來修改元件貼放或表明貼片機需要校準。這個位置的檢查滿足過程跟蹤的目標。 （3）迴流焊後。在SMT工藝過程的最後步驟進行檢查，這是目前AOI最流行的選擇，因爲這個位置可發現全部的裝配錯誤。迴流焊後檢查提供高度的安全性，因爲它識別由錫膏印刷、元件貼裝和迴流過程引起的錯誤。 二、ICT測試技術 電氣測試使用的最基本儀器是在線測試儀（ICT），傳統的在線測試儀測量時使用專門的針牀與已焊接好的線路板上的元器件接觸，並用數百毫伏電壓和10毫安以內電流進行分立隔離測試，從而精確地測出所裝電阻、電感、電容、二極管、三極管、可控硅、場效應管、集成塊等通用和特殊元器件的漏裝、錯裝、參數值偏差、焊點連焊、線路板開短路等故障，並將故障是哪個元件或開短路位於哪個點準確告訴用戶。針牀式在線測試儀優點是測試速度快，適合於單一品種民用型家電線路板極大規模生產的測試，而且主機價格較便宜。但是隨着線路板組裝密度的提高，特別是細間距SMT組裝以及新產品開發生產週期越來越短，線路板品種越來越多，針牀式在線測試儀存在一些難以克服的問題：測試用針牀夾具的製作、調試周期長、價格貴；對於一些高密度SMT線路板由於測試精度問題無法進行測試。 基本的ICT近年來隨着克服先進技術侷限的技術而改善。例如，當集成電路變得太大以至於不可能爲相當的電路覆蓋率提供探測目標時，ASIC工程師開發了邊界掃描技術。邊界掃描(boundary scan)提供一個工業標準方法來確認在不允許探針的地方的元件連接。額外的電路設計到IC內面，允許元件以簡單的方式與周圍的元件通信，以一個容易檢查的格式顯示測試結果。 另一個非矢量技術(vectorlees technique)將交流(AC)信號通過針牀施加到測試中的元件。一個傳感器板靠住測試中的元件表面壓住，與元件引腳框形成一個電容，將信號偶合到傳感器板。沒有偶合信號表示焊點開路。 用於大型複雜板的測試程序人工生成很費時費力，但自動測試程序產生(ATPG, automated test program generation)軟件的出現解決了這一問題，該軟件基於PCBA的CAD數據和裝配於板上的元件規格庫，自動地設計所要求的夾具和測試程序。雖然這些技術有助於縮短簡單程序的生成時間，但高節點數測試程序的論證還是費時和和具有技術挑戰性。 三、AXI測試技術 AXI是近幾年才興起的一種新型測試技術。當組裝好的線路板（PCBA）沿導軌進入機器內部後，位於線路板上方有一X-Ray發射管，其發射的X射線穿過線路板後被置於下方的探測器（一般爲攝象機）接受，由於焊點中含有可以大量吸收X射線的鉛，因此與穿過玻璃纖維、銅、硅等其它材料的X射線相比，照射在焊點上的X射線被大量吸收，而呈黑點產生良好圖像，使得對焊點的分析變得相當直觀，故簡單的圖像分析算法便可自動且可靠地檢驗焊點缺陷。AXI技術已從以往的2D檢驗法發展到目前的3D檢驗法。前者爲透射X射線檢驗法，對於單面板上的元件焊點可產生清晰的視像，但對於目前廣泛使用的雙面貼裝線路板，效果就會很差，會使兩面焊點的視像重疊而極難分辨。而3D檢驗法採用分層技術，即將光束聚焦到任何一層並將相應圖像投射到一高速旋轉的接受面上，由於接受面高速旋轉使位於焦點處的圖像非常清晰，而其它層上的圖像則被消除，故3D檢驗法可對線路板兩面的焊點獨立成像。 3D X-Ray技術除了可以檢驗雙面貼裝線路板外，還可對那些不可見焊點如BGA等進行多層圖象“切片”檢測，即對BGA焊接連接處的頂部、中部和底部進行徹底檢驗。同時利用此方法還可測通孔（PTH）焊點，檢查通孔中焊料是否充實，從而極大地提高焊點連接質量。 ICT測試是目前生產過程中最常用的測試方法，其具有較強的故障能力和較快的測試速度等優點。該技術對於批量大，產品定型的廠家而言，是非常方便、快捷的。但是，對於批量不大，產品多種多樣的用戶而言，需要經常更換針牀，因此不太適合。同時由於目前線路板越來越複雜，傳統的電路接觸式測試受到了受到了極大限制，通過ICT測試和功能測試很難診斷出缺陷。隨着大多數複雜線路板的密度不斷增大，傳統的測試手段只能不斷增加在線測試儀的測試接點數。然而隨着接點數的增多，測試編程和針牀夾具的成本也呈指數倍上升。開發測試程序和夾具通常需要幾個星期的時間，更復雜的線路板可能還要一個多月。另外，增加ICT接點數量會導致ICT測試出錯和重測次數的增多。 AOI技術則不存在上述問題，它不需要針牀，在計算機程序驅動下，攝像頭分區域自動掃描PCB，採集圖像，測試的焊點與數據庫中的合格的參數進行比較，經過圖像處理，檢查出PCB上缺陷。極短的測試程序開發時間和靈活性是AOI最大的優點。AOI除了能檢查出目檢無法查出的缺陷外，AOI還能把生產過程中各工序的工作質量以及出現缺陷的類型等情況收集，反饋回來，供工藝控制人員分析和管理。 但AOI系統也存在不足，如不能檢測電路錯誤，同時對不可見焊點的檢測也無能爲力。並且經過我們的調研，我們發現AOI測試技術在實際應用過程中會會存在一些問題：1）AOI對測試條件要求較高，例如當PCB有翹曲，可能會由於聚焦發生變化導致測試故障，而如果將測試條件放寬，又達不到測試目的。2)AOI靠識別元件外形或文字等來判斷元件是否貼錯等，若元件類型經常發生變化（如由不同公司提供的元件），這樣需要經常更改元件庫參數，否則將會導致誤判。 AXI技術是目前一種相對比較成熟的測試技術，其對工藝缺陷的覆蓋率很高，通常達97%以上。而工藝缺陷一般要佔總缺陷的80%—90%，並可對不可見焊點進行檢查，但AXI技術不能測試電路電氣性能方面的缺陷和故障。儘管如此，AXI技術在電子通訊行業中的應用前景令人看好，例如上海貝爾、青島郎訊等都已採用了這一新技術。 從目前應用情況來看，採用兩種或以上技術相結合的測試策略正成爲發展趨勢（如圖1略所示）。因爲每一種技術都補償另一技術的缺點：從將AXI技術和ICT技術結合起來測試的情況來看，一方面，X射線主要集中在焊點的質量。它可確認元件是否存在，但不能確認元件是否正確，方向和數值是否正確。另一方面，ICT可決定元件的方向和數值但不能決定焊接點是否可接受，特別是焊點在封裝體底部的元件，如BGA、CSP等。圖2爲AXI和ICT測試方法檢查範圍互補圖。 需要特別指出的是隨着AXI技術的發展，目前AXI系統和ICT系統可以“互相對話”，這種被稱爲“AwareTest"的技術能消除兩者之間的重複測試部分。通過減小ICT/AXI多餘的測試覆蓋面可大大減小ICT的接點數量。這種簡化的ICT測試只需原來測試接點數的30%就可以保持目前的高測試覆蓋範圍，而減少ICT測試接點數可縮短ICT測試時間、加快ICT編程並降低ICT夾具和編程費用。在過去的兩三年裏，採用組合測試技術，特別是AXI/ICT組合測試複雜線路板的情況出現了驚人的增長，而且增長速度還在加快，因爲有更多的行業領先生產廠家意識到了這項技術的優點並將其投入使用。