PCB印制板外觀檢查方法

1PCB印制板檢查的目的

1．1  品質(zhì)保證，省力化，缺陷規(guī)格

　　修補錫銅線檢查的H的在于保證制造的產(chǎn)品品質(zhì)，在外觀上不會產(chǎn)牛缺陷的產(chǎn)品。利用自動化檢奮，可以節(jié)省人力。工場中的檢查人員依然占有較大的比例，而檢出的缺陷局限于功能缺陷。然而與功能無關的變形、變色或者損傷等不良也有檢出的必要性，因此合理的設定檢查缺陷規(guī)格很有必要，以便實現(xiàn)檢查系統(tǒng)的有效利用、品質(zhì)保證和降低成本的統(tǒng)一。

1．2PCB印制板檢查的嚴密性

　　檢查必須嚴密的進行到一定程度。例如對于終端消費者產(chǎn)品的情況下，對成本的要求相當嚴格，這時主要著重于產(chǎn)品的最低限度功能的檢查。對于鐵道、金融系統(tǒng)和航空機器使用的產(chǎn)品，因為產(chǎn)品的不良會造成社會的重大影響，必須進行嚴格檢查。這種情況下的產(chǎn)品成本相當高，為了保證高可靠性，必須檢查出會導致產(chǎn)品不良的潛在缺陷。因此，不僅要在通常制品使用環(huán)境下進行檢查，而且．還要在提高使用電壓的情況F檢查，需精密的槍查電阻。此外，嚴密的檢查中間產(chǎn)品的外觀是消除潛在缺陷的有力于段。

1．3  產(chǎn)品合格率的提高和工程水平管理

　　檢查不僅是保證產(chǎn)品的最終品質(zhì)而且也是提高產(chǎn)品合格率的重要手段。這時，如果在制造工程的中間階段導入檢查系統(tǒng)，則可避免不良產(chǎn)品流入后道工程。如果在制造的最終階段發(fā)現(xiàn)小良，則必須忍痛割愛，不得不報廢好不容易制成的產(chǎn)品。

　　此外，根據(jù)中間階段的檢查結果進行制造工程的狀態(tài)分析，可以判定制造工程的優(yōu)劣，這時如果針對劣化的工程采取對策，則可保持工程的最適宜狀態(tài)。

2 PCB印制板線路圖形的檢查

2．1  PCB印制板線路圖形的檢查概述

圖1表示了線路圖形的檢查法和適用對象。

2．1．1  PCB印制板設計規(guī)則法(特征抽取法，特意圖形抽取法)

　　設計規(guī)則法是假設采用某種單純的規(guī)則描繪圖形，并且根據(jù)這種規(guī)則判定缺陷的部分(圖1右上圖)。由于這種方法的安裝也簡單，使用于初期的裝置中。然而如果缺陷的形狀接近于正常圖形的形狀，則不能檢出它的缺陷，由于脫落的圖形也不能檢出，因此現(xiàn)在多用下述比較法的補全功能。

2．1．2  PCB印制板比較法

　　比較法是與某種基準圖形比較的方法。比較的方法有(1)從圖形抽取形狀的特征(端點、分歧點等)，再比較這些特征的存在(圖1左上圖)；(2)采用像素狀態(tài)的比較法(圖1右處)。前者的處理信息量少時可以辦到，但有時會放過沒有抽取的缺陷，后者難以發(fā)現(xiàn)公差之類的缺陷。

　　基準圖形有兩種：(1)根據(jù)繪圖儀用N C數(shù)據(jù)制作的蝕劑圖形；(2)根據(jù)實物圖形抽取的圖形。前者雖然正確，但是未必有用。圖形多值和多層的情況下很難根據(jù)設計數(shù)據(jù)再現(xiàn)實物圖形外觀。

2．2  PCB印制板PCB圖形的檢查

　　PCB圖形的檢查足一個困難的課題，理由有：(1)必須檢出微細的短路缺陷，線路本身的變形(公差)大；(2)往往表面的變色和損傷等缺陷(虛法)搞錯圖形，基材部同樣變黑色而被檢出(或者放過)短路缺陷，因此檢出困難。

　　關于PCB圖形檢查[光板(Bare Board)檢查1，已有許多市售的自動檢查裝置，它們大多數(shù)采用比較法。日本國產(chǎn)的檢查裝置多采用比較法(2)，日本以外的檢查裝置也多采用比較法(1)。紅砂擦

　　圖形的照明方法通常采用從上方或從周圍照明的方式。在這種方法中，如果圖形表面沾污，變色或者凹凸，則會誤認這些為缺陷。以后開發(fā)了采用紫光照明，檢出從基材產(chǎn)生的熒光的方法，如圖2所示。這時圖形的黑像(Silhouette)檢查可以鮮明的檢出圖形形狀，因此可以檢出微細的短路，減少虛報。但是不能檢出圖形面上的損傷。

　　 市售的檢查裝置都沒有判定圖形面上的變色或者淺損傷的虛報問題。此外，利用裝置的圖形檢出上或者檢查計數(shù)上也有不能檢出的缺陷。檢查裝置導入要符合適用對象的要求。市售的圖形檢查裝置要設法解決照明、檢出、檢查計數(shù)法置偏移的影響等問題。

2．3  PCB印制板多層·多值圖形的檢查

2．3．1 PCB印制板成品PCB的檢查(PCB最終檢查)

　　表l示出成品PCB和焊盤部的缺陷。進來適應成品PCB的缺陷檢查裝置已有市售。成品PCB是多層圖形，而且各層圖形的形成精度不同，每層圖形上檢出的缺陷大小形形色色，因此很難進行自動檢查。

2．3．2 PCB印制板焊盤部的檢查

　　近來迫切要求檢查BGA、CSP等焊盤部的沾污、壓痕、損傷、變色、異物和色澤不均之類的微小缺陷。檢查裝置采用數(shù)種角度的照明和多結圖像處理，根據(jù)顯現(xiàn)的缺陷部分進行檢查。然而為了檢查感覺和官能的缺陷，需要10彼特(Bit)以上的圖像灰度等級的色彩處理。關于這方面的技術現(xiàn)處于發(fā)展階段。

3 PCB印制板安裝元件的檢查

　　安裝元件的次品、位置偏移和品名等的缺陷檢查通常采用通用圖像處理裝置，根據(jù)圖形匹配進行檢查，大致與下述焊接部的檢查裝置一體化。將來希望開發(fā)適應三維安裝的檢查技術。

4 PCB印制板焊接部的檢查

4．1   PCB印制板三角測量法(光切斷法，光構造化法)

　　檢查立體形狀的方法一般為三角測量法。已經(jīng)開發(fā)了利用三角測量法檢出焊料引線部的截面形狀的裝置。然而因為三角測量法是從光入射的不同方向進行觀測，本質(zhì)上在對象物面為光擴散性的情況下，這種方法最適宜。焊料面接近于鏡面條件的情況下，這種方法不適宜。

4．2  光反射分布測量法

　　光反射分布測量法是采用市售的焊接部檢查裝置的代表性檢查方法，從傾斜方向入射光，在上方設置TV攝像進行檢出。這時為了知道焊料表面的角度，有必要知道照射的光的角度信息，如圖3(a)所示，點滅各種角度的燈，根據(jù)各燈的色彩來獲得角度信息。相反，如圖3(b)所示的裝置，從上方照射光束，測量由焊料面反射的光的角度分布，檢查焊料表面的傾斜。

　　這種裝置的光反射分布測量法可以容易的檢出焊料表面的角度，而且裝置構成價廉。它的缺點是：(1)因為必須采用大角度照明，伴隨著高密度化而產(chǎn)生元件影子的影響，甚至有時檢出困難；(2)雖然知道焊料表面的角度，但是不能知道絕對高度如果積分，可以計算高度，但是可能不穩(wěn)定)；(3)不能檢出比45。更陡的表面。

4．3使用變換角度的多個攝像的檢查圖像的方法

　　檢查裝置具有變換角度的多個(5臺)攝像和由多個LED構成的照明。通常使用多個圖像，采用接近目測的條件進行檢查，可以提高可靠性。

4．4焦點檢出利用法

　　第4．1節(jié)～第4．3節(jié)的方法都是需要寬立體角的檢出法。對于高密度化的安裝基板，不是所希望的條件。圖4所示的多段焦點法，由于可以直接的檢出焊料表面的高度，它是實現(xiàn)高精度的檢出法。如圖4所示，設置了1 0個焦點面檢出器，通過求出最大輸出所獲得的焦點面，檢知出焊料表面的位置。采用微細激光束照射對象物，在z方向上錯開配置1 0個具有針孔的焦點位置檢出器，可以成功地檢查0．3mm節(jié)距引線的安裝。

4．5  PCB印制板利用X線的方法

　　外觀檢查中，由于不能檢查焊接部內(nèi)部的孔，因此檢查內(nèi)部的孔時可以使用X線。通過使用顯微聚焦(Microfocus)X線源使焊接部放大投影，可以檢出內(nèi)部的孔，利用X線的方法還可以檢出焊料厚度的變化，但是未必能檢出焊料表面形狀變化或者結合性。

4．6 PCB印制板焊接部檢出的問題

　　某種產(chǎn)品進行檢查時，要設定檢查條件，這種檢查條件不能適用于其它產(chǎn)品。如果元件形狀或者焊接部的形狀不同，則需再設定條件。此外，由于光反射對表面的形狀敏感，如果工藝條件發(fā)生變化，則需要變化檢查條件，這就是焊接部儉查的困難之所在。如果產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量大，則難以實現(xiàn)檢查自動化的效果。

5 PCB印制板利用X線的內(nèi)部檢查

　　隨著．BGA安裝的發(fā)展，必須檢查外觀上看不到的部分。代表性的觀察方法除了使用上述纖維聚焦X線的觀察方法外，還有利用X線CT 三維觀察內(nèi)部狀態(tài)的方法。根據(jù)裝置價格和檢查速度的現(xiàn)狀，已經(jīng)應用于在線檢查分析用。

　　X線層狀(剖面)照片(Laminagraphy)足早已知道的技術，它是暈色(使顏色的界限漸濃漸淡)檢出某種特定深度以外圖像的方法。為了實現(xiàn)X線層狀照片，有必要同期的掃描X線源，對象物和X線攝像器中的任意兩種。

　　截面攝影裝置的情況如圖5所示的顯微聚焦X線源和攝像管，夾持對象物對向配置，圓弧狀的掃描這樣配置的X線源和攝像管。圖5中的兩個縱點成像于攝像器面上的同一點，可以鮮明的檢出，縱斷層以外的點在攝像面上模糊不清。x線層狀照片與CT不同，它的特征在于可以實時的觀察圖像。

6 PCB印制板檢查裝置運用上的問題

6．1  檢查裝置導入現(xiàn)場

　　為了正規(guī)的運用檢查裝置，需要掌握PCB的知識和檢查基準，制造工藝、裝置的操作和條件，特別是塒現(xiàn)場操作者加強領導的指揮者。為此，與有經(jīng)驗的制造者和負責技術的技術人員組成團隊，前者負責現(xiàn)場的導入實際事務，后者制定導入計劃和必要的資料，這樣有望獲得令人滿意的效果。檢查裝置的導入有時會隨著現(xiàn)場工程的變化而變化，因此需要有變更工程的權限。

　　一般的制造現(xiàn)場不希望變更傳統(tǒng)的工程。一旦導入檢查裝置，利用裝置的檢查就成為T程的一部分，沒有檢查裝置的工程也無須變更。不能過度的期待榆查裝置，要謀求榆杏裝置的有效運用，精心部署，才能有效的利用槍查裝置。

6．2檢查裝置運用效果

檢查裝置的運用效果除了評價檢查裝置的性能外，還要評價下面的主要因素。

(1)決定檢查的處理量時，要考慮檢查裝置的生產(chǎn)：量的同時，還要考慮缺陷確認作業(yè)的處理時間。

(2)還要評價檢查用的數(shù)據(jù)輸入時間。

(3)由檢查裝置的故障產(chǎn)生的損失應當很小，要評價檢查裝置制造商的應變性、原因調(diào)查時間、元件供應時間和修理時間等。

(4)實現(xiàn)這些對策的裝置白檢的功能充實，人工控制的整合和有關運用的咨詢等都要充分考慮。

7 PCB印制板今后的課題

7．1  微細化的適應性

　　傳統(tǒng)的圖形寬度約為100gm左右，最近的安裝電路的圖形寬度只有傳統(tǒng)的1／3左右，今后的檢查裝置必須適應圖形的微細化。為了要高精度的檢出缺陷，除了在研究像素的微細化和檢查計數(shù)法的改良的同時，還要研究采用透鏡來修正圖像傾斜或者自動焦點法。

7．2  材料變化和圖形變化的適應性

　　隨著檢查對象(基材、圖形和阻焊劑等)的薄型化，圖形檢查時必須設法改善檢出反差和檢查計數(shù)法。

7．3  降低虛報

　　如果檢查裝置振動，則會引起煩惱的虛報。由于裝置引起的虛極發(fā)生的特性不同，裝置導入以前必須進行充分評價。此外還必須致力于旨在減少虛報的工藝改善。

(1)減少圖形的微細損傷、沾污和生銹。
(2)通過環(huán)境氛圍的清潔化和工藝的改善來減少異物。
(3)改善由于基板的尺寸伸縮和蝕劑引起的圖形形狀的波動等方面的制造工藝。

7．4缺陷確認
　　檢查裝置檢出的缺陷往往要經(jīng)過操作者再確認并進行修正。但是有時會存在操作者漏看而放過缺陷的問題。為了使操作者容易確認缺陷，嘗試了下面的缺陷確認裝置的改良。

(1)變化照明角度，以便容易的發(fā)現(xiàn)缺陷。
(2)采用熒光檢查觀察，以便容易的發(fā)現(xiàn)微細缺陷。
(3)采用TV攝像的搖動功能進行三維觀察。

7．5焊料連接部的檢查

　　隨著安裝密度的提高，焊料連接部的檢查越來越困難，希望開發(fā)適應高密度安裝時的焊料連接部的檢查技術。

7.6  內(nèi)部檢查

　　隨著安裝構造的變化，必須檢查從外部難以看到的部分，為此，使用顯微聚焦X線源的檢查裝置的功能擴大，以及x線層狀照片和三維CT檢查的需要都在進一步提高。