利用视觉系统来防止PCB缺陷的产生

1、前言

　　在现代电子产品世界中，PCB(印刷电路板)是组成电子产品的重要环节，很难想象在一台电子设备中有不采用PCB的，所以PCB的质量如何将对电子产品能否长期正常可靠工作带来非常大的影响。提高 PCB的质量是电子产品制造厂商应引起足够重视的重要课题。

　　如果在PCB的装配过程中，在焊盘上面施加了过量的焊膏，或者说焊膏添加不足、甚至于根本没有安置焊膏，那么在随后所实施的再流焊接以后，一旦焊点形成，就会引发在元器件和电路板之间的电子连接产生缺陷。事实上，大多数的缺陷可以借助于焊膏的应用情况找到相关的质量优劣痕迹。

　　目前许多电路板的制造厂商己经采用一些内置电路测试(in—circujt test简称lCT)或者说X射线技术来检测焊点的质量状况。它们将有助于消除由于印刷工艺操作所产生的缺陷，但是这些方式不能监测印刷工艺操作本身。印刷错误的电路板可能会接受随后所增加的工艺步骤，而每一项工艺步骤都会不同程度的增加生产成本，使得这样一块有缺陷的电路板最终直达生产的贴装阶段。最后制造厂商就需要丢弃这块有缺陷的电路板，或者需要接受成本昂贵和形成大量时间浪费的返修工作，此刻可能还没有非常明确的答案来说明产生缺陷的根本原因。

　　不良的焊膏印刷工艺实施可以引发电子线路的连接问题。为了能够有效地解决这一问题，许多筛网印刷设备制造厂商采用了在线机器视觉检测技术，下面予以简单的介绍。

　　2、在线综合视觉检测

　　为了有助于电路板的制造厂商在生产工艺实施的早期阶段能够发现所产生的缺陷，目前愈来愈多的筛网印刷设备制造厂商在他们所制造的筛网印刷设备中综合了在线机器视觉技术。内置的视觉系统能够实现三个主要目标：

　　首先，它们能够在印刷操作实施以后直接发现所存在的缺陷情况，在主要的制造成本被添加上电路板以前，可以让操作者能及时处理有关的问题。该步骤一般包含在电路板从印刷装置上移下来的时候、在清洗剂中清冼好了以后、以及在返修好了返回生产线的时候。

　　其次，因为在该阶段发现了有关的缺陷，所以可以预防有缺陷的电路板送达生产线的后端。于是预防了返修现象或者在有些场合所形成的废弃现象。

　　最后，也许是最重要的：能够给操作者以及时的反馈，使之明了正在操作中的印刷工艺操作是否良好，进而可以有效地防止缺陷的产生。

　　为了能够在这一层面的工艺操作过程中提供有效的控制，配置在线视觉系统能够检测焊膏涂覆好了以后的PCB上焊盘的情况，以及相应的印刷模板缝隙是否存在堵塞或者拖尾现象。绝大多数情况下，对微细间距的元器件进行检测是为了优化检测时间和集中于最容易产生问题的区域。为此，当消除了所可能产生的问题的时候，在检测方面所化费的这点时间还是值得的。

　　3、摄像机定位和检测

　　在一般常规的在线视觉检测应用中，摄像机被安置在电路板的上方，用以获取印刷位置的图像，并且能够将有关的图像发送到视觉检测设备的处理系统中去。在那里，图像分析软件将对所获取的图像与存贮于设备存储器中相同位置的参考图像进行对比。这样，系统可以确认所施加的焊膏是多了还是少了。同样系统也可以揭示出在焊盘上的焊膏位置是否对准了。它可以发现在两个焊盘之间是否有多余的焊膏形成象桥梁样的连接现象?这个问题也就是许多印刷电路板制造厂商所俗称的“桥接”现象。

　　检测印刷模板隙缝的工作是在一个相同的形式之中。当多余的焊膏被堆积在印刷模板的表面上的时候，视觉系统可以被用来检测隙缝处是否被焊膏所堵塞，或者是否产生了拖尾现象。在发现了缺陷以后，设备可以马上自动要求对下面的筛网进行清洗系列操作，或者警示操作者有问题存在需要进行修复。对印刷模板的检测也能够提供用户有关印刷质量和一致性方面的非常有用的数据。

　　最先进的在线视觉系统的一个关键功能是能够对具有高反射性的PCB电路板和焊盘表面实施检测，以及在不均匀的光环境下或者在干燥的焊膏结构造成差异的条件下进行检测。举例来说，HASL电路板一般会呈现出不均匀平坦的、表面轮廓易变和具有反射能力的特点。要获取最高质量的图像，合适的照明也扮演着一个非常重要的角色。光线必须能够“瞄准”电路板的基准和焊盘，转而使其它的不易察觉的特征变为清楚可识别的形状。这样下一步可以使用视觉软件规则系统(vision software algorithms)，以充分发挥出它们的潜在能力。

　　在一些特定的场合，视觉系统能够用来检测焊盘上焊膏的高度或者体积的大小，有时可能仅采用离线的检测系统来做这些事情。采用该程序意味着在给定的印刷模板中形成一个相应的堆积度，以确认在相同的焊盘上焊膏的体积是否缺失。

　　4、焊膏的检测

　　具体可分为对PCB上焊膏的检测和对印刷模板上的焊膏检测二大类：

　　a.对PCB的检测

　　主要检测印刷区域、印刷偏移和桥接现象。对印刷区域的检测是指在每个焊盘上面的焊膏面积。过量的焊膏可能会引发桥接现象的发生，而过小的焊膏也会引发焊接点不牢固的现象产生。对印刷偏移的检测是针对位于焊盘上的焊膏数量与规定的位置是否有不同。对桥接现象的检测是针对在相邻两个焊盘之间所施加的焊膏是否超过了规定的数量。这些多余的焊膏可能会引发电气短路现象。

　　b.对印刷模板的检测

　　对印刷模板的检测主要为针对阻塞和拖尾现象的检测。对阻塞的检测是指检测在印刷模板上的孔中是否堆积了焊膏。如果孔被堵塞住了的话，那么在下一个印刷点上可能所施加的焊膏会显得太少。对拖尾的检测是指是否有过量的焊膏堆积在印刷模板的表面上。这些过量的焊膏可能会施加在电路板上不应导通的位置上面，从而引发电气连接问题.

　　5、结束语

　　在线的机器视觉系统能够以不同的方式使PCB制造厂商收益。除了确保焊点的高度完整性以外，它能够防止制造厂商因为电路板的缺陷以及所导致的返工而产生的费用浪费现象。也许最重要的是，它能够提供接连不断的工艺过程反馈，这样不仅能够有助于制造厂商优化筛网印刷工艺流程，而且也在工艺操作过程中能够增添人们更多的信心。