自动光学检测（AOI）：原理、流程与核心价值

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在项目中使用印制电路板（PCB）时，需确保它们表现良好、让客户满意。拥有可靠方式测试PCB缺陷、确保其按预期功能至关重要。

印制电路板变得更小更复杂——今日PCB可能含数千焊点和大量微小元件。这种复杂性增加可能导致错误可能性更大。当标准目视检测不足以检测密集拥挤板微小瑕疵时，自动光学检测（AOI）等技术帮助提供更深入洞察和准确性。

如何定义自动光学检测？

如何定义AOI？自动光学检测是用使用光成像机器扫描仪对完成电路板进行目视检测。它评估工艺质量，确保PCB适合采购使用。

AOI系统通常含多光源和多摄像头，有时含视频摄像头。光源从不同角度照亮PCB，摄像头拍照或录像创建综合图像供评估。

AOI测量通常用机器扫描仪自主扫描设备，无需人工目视检测。扫描仪可检查可能导致灾难性故障缺陷——如关键元件缺失——也可测试较小瑕疵降低PCB质量性能。这些较小缺陷含元件轻微错位、焊接形成错误尺寸形状等问题。

AOI在许多不同生产阶段有用。裸板检测、锡膏检测、回流前、回流后均适用。每个阶段可能向PCB板设计引入缺陷，AOI帮助在有缺陷板上生产进一步推进前捕获它们。

实操中，大多数AOI发生后生产阶段。因AOI可用单系统同时检测多种缺陷。做一次全面检测比每步后检测耗时少。用AOI作最终检查帮助生产更快、允许更高生产力和截止日期达成。若AOI后生产阶段发现缺陷，缺陷板返工、其余板推进。

AOI角色

AOI在PCB生产中扮演关键角色。确保每块板具备复杂电气应用要求的高性能能力。

当AOI在PCB发现缺陷，标记板返工。此过程可通过几种方式发生。AOI发现可能不符特定设施要求——如板上所有线必须超特定尺寸要求。此时人工检查发现、决定哪些板退回进一步工作。或AOI将真实PCB与计算机辅助设计（CAD）完美PCB图像比较。AOI可自动检测实板偏离理想设计处、标记返工。

AOI为PCB生产提供以下益处：

• 确保质量： AOI让您确信PCB产品按预期功能。确保产品质量帮助提高客户满意度、增强商业声誉、对服务客户价值安心。
• 评估复杂板： Millenium Circuits若板含超100元件，自动进行AOI。AOI能以人眼无法匹配准确度检测复杂板设计。
• 改进流程： 若缺陷源于故障流程，通过AOI立即捕获缺陷可帮助识别缺陷模式、在生产数千同款故障板前调整流程。国际工程先进技术期刊近期研究报告：近期组装板捕获故障成本仅是裸板捕获缺陷10倍，但现场使用板发现故障成本是裸板1000倍。早期捕获错误最小化未来返工可能性、使生产运营更高效。
• 可定制性： AOI是自动化过程，但操作员可设置参数告知扫描仪检测什么。若设计规格变化，易调整设置检测需发现缺陷。

AOI检测内容

以下是AOI检测审查因素：

焊接缺陷

焊接用低熔点合金（常锡铅或无铅合金）连接PCB金属元件。过程类似焊接但不熔化金属元件。焊接缺陷发生在两金属元件连接未按应有方式形成时。

以下是AOI可检查几种常见焊接缺陷：

1. 开路

PCB开路相对常见缺陷，因不完整电路阻碍电流运行而成问题。电路开路时，板不能正确功能。

开路可能因vias和走线形成不当、或焊接未达目标发生。目视检测或X射线成像有时能检测明显开路，但AOI能识别甚至轻微开路、标记板返工正确闭合电路。

2. 焊桥或焊短路

焊桥发生当焊料连接PCB上不应电气连接两元件。生产用过多焊料或焊料渗入板预期无焊区域时可形成。

焊桥常发生在焊料固化前未从引脚分离。引脚是连接板上两位置设计金属焊盘。焊料可能不分离因引脚太大、或焊膏粘太多、或板间距极浅。

焊桥有问题因干扰板预期电流流向。可导致短路、烧毁关键元件或走线。也因极难用肉眼检测——即使微小焊料渗漏也可导致焊桥形成。幸好AOI扫描能检测甚至微小焊桥、发回有缺陷板维修。

3. 焊料不足

焊料不足焊点发生生产过程用太少焊料连接不同元件到板。有时焊料完全无法连接元件——这些情况称焊料跳跃。

当焊料不足元件连接不稳定，可能无法形成稳定电气连接，板性能差。若焊料量极微无法固定元件于板，板最终缺失零件，极可能导致灾难性故障。AOI可扫描记录每元件焊料量或与正确图像比较、判定板是否需返工焊接。

4. 焊料过量

焊料过量发生相反情况——生产过程在板上放太多焊料。有时因焊接尖端太宽、或因过度涂抹。

焊料过量可导致许多困难，含焊桥等畸形。生产在板针脚涂太多焊料时，也可创建大圆焊球，难判断针脚是否充分润湿粘板。

焊球因尺寸相对易检测，但人工检查员看几十近乎相同板后可能漏掉。优秀AOI扫描仪易检测焊料过量、发回板用吸锡器或吸锡带返工。

元件缺陷

元件缺陷是连接板上小功能零件故障。以下PCB常见元件缺陷：

1. 引脚翘起

引脚翘起发生PCB微小金属焊盘未妥当粘附时。有时因生产中过热或操作、或板弯曲导致。其他时候引脚过长接触焊料时上翘导致。

引脚翘起有问题因不稳定。板上焊盘允许针脚连接底层铜板，但引脚翘起针脚无法正确连接。错过连接可导致元件故障、损害板性能。

2. 缺失元件

PCB可能缺元件因几个不同原因。焊料不足导致缺失元件，或生产过程跳过必要零件。

缺失元件是PCB严重缺陷——极可能导致灾难性故障。人眼可能注意到缺失零件，但因后果严重，拥有可靠AOI扫描仪对捕获缺失元件PCB、防其流向消费者至关重要。

3. 错位或放错元件

错位或放错可能发生生产过程错误放置元件、或放置后元件移位。元件移位回流期间常见，因熔融焊料表面张力元件易滑动。

有错位放错元件，PCB可能仍工作但性能迟钝。或完全无法工作。错位可能太微小肉眼不可见，拥有可靠AOI扫描仪对捕获这些缺陷至关重要。

AOI与其他检测方法对比

与其他工艺比较，AOI为检测PCB故障提供若干优势。以下AOI如何对标其他检测方法细分：

1. 自动X射线检测（AXI）

AXI用X射线而非光成像检测PCB。公司常用AXI评估特别复杂或高密度构建板。因X射线穿透材料成像。AOI用光反射表面，可能一元件遮挡另一。X射线穿透不同材料层，准确成像所有层。

AXI是新精密技术，主要缺点是昂贵。因AXI太贵，除特别复杂高度聚类板外常不值得用。

2. 自动激光测试（ALT）测量

ALT测量用激光而非传统光成像扫描测量PCB。激光光反射PCB元件，ALT系统用激光位置精确定位不同元件定位高度、评估反射率。同AOI一样，ALT系统可将实测量与原理图或规格比较、检测任何缺陷。

ALT测量特别适用评估焊膏位置数量，虽干扰有时致测量不准。

3. 在线测试（ICT）

在线测试用电气探针评估组装PCB如何功能。用电流检查每元件就位正确工作。测试短路开路、评估电容电阻等基本电气质量。

因用电流而非成像，ICT提供焊接信息比AOI有限。可评估电气元件质量、提供影响电路焊接缺陷信息，但无法提供太多焊料不足过量细节。

AOI通常比在线测试更可靠，尤其针对今日开发更小PCB。

4. 人工目视检测（MVI）

大多数PCB公司偏好AOI而非人工目视检测，因AOI不需接触板。人工检查员须处理板，处理可能向完美板引入缺陷。AOI可扫描PCB不干扰精密元件、保持结构完整性。

AOI也比人工目视检测更可靠。人易漏过PCB微小缺陷。但AOI能捕获甚至最微小错误。其严格敏锐度不减退、能比人眼允许更精细扫描板、在生产所有阶段持续可靠。

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