航天电子产品表贴印制板组件的AOI检测分析

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航天电子产品表贴印制板组件的 AOI 检测分析

虽然 AOI 检测技术在航天型号产品表贴印制板组件检测的使用还不成熟，且还有很多困难需要

解决。但为提高产品的质量一致性和检测效率，AOI 设备的使用已经迫在眉睫。如何将已经在

民用产品成熟使用的 AOI 检测技术，成功地应用于航天电子产品表贴印制板组件检测，来取代

人工目视检测的方法，提高产品的质量和生产效率是每一个航天电子产品生产企业面临的难题

[1].

本研究选择航天型号产品表贴印制板组件中片式器件回流炉后的 AOI 检测这一重点，着重讨论

炉后片式器件的 AOI 检测程序的设定要求及程序，统计分析检测误报、漏报较高的缺陷，并提

出解决思路。

1 AOI 技术原理

自动光学检测（AOI）技术，是利用光源相机获取图像，再将实际影像进行颜色和像素分析，

并与模板影像特征进行对比，属于一种外观检测技术[2].AOI 设备通过摄像头，用 CCD 照明光

源从不同角度采集印制板电路板的图像，再利用设备自身的光学镜头将器件发射的光收集起

来，最后通过软件的各种算法与之前储存的标准模板信息进行分析，判断印制板电路板组件的

各种缺陷。

2 AOI 技术在 SMT 生产中的应用

在SMT 生产过程中，AOI 技术具有印制板光板检测、焊膏印刷检测、元件检验和焊接后印制

板组件检测等功能。AOI 设备放置的位置不一样，其检测的侧重点也有所不同[3].将AOI 设备

放置于 SMT 生产线的丝印设备后，对印制板的印刷质量进行检测。将 AOI 设备放置于贴片设

备后，对印制板的元器件贴装质量进行检测。将 AOI 设备放置于回流炉后，对印制板组件焊接

的最终情况进行检测，该检测为 SMT 生产的最终检测，其他的检测均为过程控制检测。

3 航天型号产品表贴印制板组件片式器件检测标准

要想利用 AOI 设备进行印制板电路板组件检测，首先要了解检测的工艺标准，不同的检测标准

对设备的程序设置是完全不同的。公司型号产品表贴贴装印制电路板组件检测依据的是科工集

团的检测标准 Q/QJB177《表面贴装印制电路板组装件装配质量检验工艺规范》[4].工艺规范中

对片式器件的检测相关标准有两个方面要求，其一是片式器件焊接端与焊盘的相对位置标准，

如图 1所示：元器件沿 Y向偏移，最小搭接量 L应大于元器件焊接端长度 T的75%;元器件沿

X向偏移，侧面偏移 A应小于或等于元器件焊接端宽度 W的15%或焊盘宽度 P的15%;元器件

在焊盘上有旋转偏差，侧面偏移 A应小于或等于元器件焊接端宽度 W的15%或焊盘宽度 P的

15%其中的较小者，且不违反最小电气间隙。

其二是片式器件焊接点外观标准，焊点宽度 C大于或等于元器件焊接端宽度 W的75%,焊接端

有良好的润湿，焊料偏少时焊点高度 F大于三分之一元器件本体的高度 H,焊料偏多时焊料超出

焊盘或爬升至金属镀层的顶部，但不应接触元器件本体。侧面可焊接元器件焊点质量图例如图

2所示。

4.片式器件焊接缺陷 AOI 检测程序的设定

4.1 片式器件 AOI 图像特征区域的识别

AOI 设备检测流程中最为关键的步骤是如何设 CG F 置片式器件的检测区域和检测参数。为解

决这一问题，首先要将片式器件在光学检测下的检测关键特征点转化为AOI 设备图像中的特征

区域。

根据Q/QJ1B77 标准，片式器件焊点的光学检测有几个重要指标：焊锡应覆盖至少焊盘宽度的

85%;爬锡高度至少为器件本体高度的 33%;器件的上下边缘焊锡应有润湿。根据这几个特征建

立片式器件的检查特征区域：电极区（内侧的两个矩形区域）、焊锡形态主检测区（图中最外

侧的两个绿色矩形区域），器件侧面爬锡检测区（图中器件本体周围的四个小尺寸矩形框），

如图 3所示。

4.2 片式器件缺陷的 AOI 检测程序具体设定

根据公司以往生产数据统计并结合国内相关企业的数据，片式器件的焊接缺陷种类有，丢件

（缺件）、错件、翻件、多锡、少锡、偏移和歪斜等。

4.2.1 片式器件的丢件和翻件检测

对于片式器件的丢件和翻件，可通过 AOI 生成图像的本体区域的灰度与正常情况不同进行检

测，如出现丢件时，灰度值应接近255（接近白色）与正常情况差距很大，通过分析图像的本

体区域的平均灰度值可以检测出该缺陷。

4.2.2 片式器件焊点少锡缺陷检测

少锡缺陷可分析 AOI 生成图像的主焊锡检测区域，对比与合格品的焊锡存在区域及焊锡在AOI

下反应出的平均灰度值的不同来进行检测。需要对焊锡主检测区（图 3中的最外侧两个绿色矩

形）的面积、主检测区的灰度值进行设定。

4.2.3 片式器件偏移缺陷检测

片式器件的偏移是指器件在宽向水平、或者高向垂直偏出器件焊盘，可以通过分析器件中心偏

移量，给出可接受的偏移量。

4.2.4 片式器件歪斜缺陷检测

片式器件的歪斜指器件不是水平或者垂直偏出焊盘，而是存在某个角度，它的分析难点在于虽

然在某个角度方向超出焊盘的长度，超出了可接受范围，但分解到水平和垂直两个方向有可能

在可接受的范围内，若仅用器件中心的偏移量的判断会出现漏报的情况。需要分析其他参数来

弥补这个情况。

4.2.5 片式器件焊点多锡缺陷检测

多锡缺陷指器件焊盘上焊锡爬升到了器件的本体上，或者在器件可焊区域堆积过多造成润湿角

超过了 90°，可能会引起润湿不良。若焊锡未接触到器件本体或者润湿角未超过90°，均为可接

受情况，与少锡一样，需要对焊锡主检测区（如图 3所示的最外侧绿色矩形区域）进行分析。

但在实际检测过程中可接受的多锡情况经常被认为是少锡或者丢件，造成设备误报。

4.2.6 片式器件错件检测

错件缺陷是指焊接的器件不是此位置应该焊接的器件，对于片式电容，若是封装一致但容值不

同AOI 设备无法识别此情况；对于片式电阻，通过分析本体字符的不同造成灰度值不同的特

点，可以识别。主要需要分析器件本体字符在灰度处理后的图片与模板图片进行对比识别。

4.3 片式器件 AOI 设备检测数据统计

根据公司某种AOI 设备对多个批次印制板组件的片式器件进行检测（统计近1年的SMT 回流

焊后 AOI 检测报告，共1 000 余块印制板组件），得出设备对每种缺陷检测误报、漏报统计数

据并进行分析：检测程序对片式器件的丢件、错件和偏移检测成功率较高，而对少锡、多锡、

歪斜误报和漏报率较高。

5 片式器件检测缺陷误报和漏报率高原因分析及解决思路

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摘要：

航天电子产品表贴印制板组件的AOI检测分析虽然AOI检测技术在航天型号产品表贴印制板组件检测的使用还不成熟，且还有很多困难需要解决。但为提高产品的质量一致性和检测效率，AOI设备的使用已经迫在眉睫。如何将已经在民用产品成熟使用的AOI检测技术，成功地应用于航天电子产品表贴印制板组件检测，来取代人工目视检测的方法，提高产品的质量和生产效率是每一个航天电子产品生产企业面临的难题[1].本研究选择航天型号产品表贴印制板组件中片式器件回流炉后的AOI检测这一重点，着重讨论炉后片式器件的AOI检测程序的设定要求及程序，统计分析检测误报、漏报较高的缺陷，并提出解决思路。1AOI技术原理自动光学检测（AOI...

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