PCB板一(yi)般缺陷檢測法及(ji)其(qi)優缺點分析(xi)

PCB( Printed Circuit Board 印刷電(dian)(dian)(dian)路(lu)板(ban))是電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)產品中眾多電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)元器(qi)件的(de)(de)(de)(de)(de)承載體(ti)，它為(wei)各電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)元器(qi)件的(de)(de)(de)(de)(de)秩序(xu)連接提供(gong)了可能，PCB已成為(wei)現(xian)(xian)代(dai)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)產品的(de)(de)(de)(de)(de)核心部(bu)分。隨(sui)著現(xian)(xian)代(dai)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)工(gong)業迅(xun)猛發(fa)展，電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)技(ji)術不(bu)斷革新，PCB密集度不(bu)斷增大(da)，層(ceng)級越來(lai)越多，生(sheng)產中因(yin)焊接缺(que)陷(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)等各種原(yuan)因(yin)，導致電(dian)(dian)(dian)路(lu)板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)合格率降低影響整機質量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)事故(gu)屢見不(bu)鮮。隨(sui)著印刷電(dian)(dian)(dian)路(lu)板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)精度、集成度、復雜度、以及數量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)斷提高，PCB板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)缺(que)陷(xian)檢測(ce)已成為(wei)整個(ge)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)行業中重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)檢測(ce)內容(rong)。其中人工(gong)目測(ce)等傳統的(de)(de)(de)(de)(de)PCB缺(que)陷(xian)檢測(ce)技(ji)術因(yin)諸多弊端已經(jing)不(bu)能適應現(xian)(xian)代(dai)工(gong)業生(sheng)產水平的(de)(de)(de)(de)(de)要求,因(yin)此(ci)開(kai)發(fa)和應用新的(de)(de)(de)(de)(de)檢測(ce)方(fang)法已顯(xian)得尤(you)為(wei)重(zhong)要。

根據PCB板(ban)缺陷(xian)(xian)產生的(de)原因和目前慣用的(de)缺陷(xian)(xian)檢測(ce)(ce)方法及其不足，發(fa)展出(chu)了符合現代工(gong)業要求的(de)PCB一般(ban)缺陷(xian)(xian)檢測(ce)(ce)方法2。包括(kuo)：自動光學檢測(ce)(ce)技術(shu)(shu)（AOI）、機器(qi)視(shi)覺(jue)檢測(ce)(ce)技術(shu)(shu)（MVI）、計算(suan)機視(shi)覺(jue)檢測(ce)(ce)技術(shu)(shu)（AVI）。

1、人工目視主觀判定法

借助于校(xiao)準(zhun)的顯微鏡或者放大(da)(da)鏡，完(wan)全依據(ju)操作(zuo)人(ren)(ren)(ren)員直觀(guan)視(shi)覺測量來確定電(dian)路(lu)板的合格(ge)率，獲得(de)校(xiao)正操作(zuo)的時間。他雖然預(yu)算(suan)成本(ben)低且(qie)不(bu)(bu)需要測試夾具，但此種方法因(yin)人(ren)(ren)(ren)員主觀(guan)判斷(duan)因(yin)素強準(zhun)確率低、人(ren)(ren)(ren)員成本(ben)投入高、缺(que)陷檢測不(bu)(bu)連(lian)續(xu)、數(shu)據(ju)集合困難度大(da)(da)等諸多(duo)缺(que)點被淘汰(tai)。

2、儀器線上檢測法

線(xian)上測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)法(fa)是通過(guo)模擬測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)實(shi)驗和電(dian)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)，檢查電(dian)路板焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)開(kai)路、短路及故障(zhang)元(yuan)件和元(yuan)器(qi)件的(de)(de)(de)(de)功能檢測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)。若電(dian)板上元(yuan)器(qi)件布置(zhi)密度(du)(du)過(guo)大(da)，測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)點(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)設置(zhi)具(ju)(ju)有(you)一(yi)定難(nan)度(du)(du),此(ci)時(shi)可使用(yong)邊(bian)界掃描技(ji)術,通過(guo)預先設計的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)電(dian)路把測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)點(dian)(dian)匯總至電(dian)路板焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)邊(bian)緣(yuan)連接(jie)(jie)(jie)(jie)器(qi),使各(ge)個位置(zhi)的(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)都能被在線(xian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)儀所(suo)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)到。基(ji)于(yu)電(dian)信號(hao)為媒介的(de)(de)(de)(de)在線(xian)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)技(ji)術，可以非常接(jie)(jie)(jie)(jie)近于(yu)實(shi)用(yong)情況的(de)(de)(de)(de)檢測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)到電(dian)路板焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)實(shi)際形態。儀器(qi)線(xian)上測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)技(ji)術具(ju)(ju)有(you)使用(yong)轉換率高、成本低廉、缺陷檢測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)覆蓋大(da)、易于(yu)操控的(de)(de)(de)(de)優點(dian)(dian)。但(dan)需要測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)(shi)夾具(ju)(ju)且夾具(ju)(ju)制造(zao)成本高，使用(yong)難(nan)度(du)(du)大(da)、編程與調試(shi)(shi)(shi)時(shi)間多等缺點(dian)(dian)。

3、功能測試法

系(xi)統功能測(ce)試(shi)(shi)(shi)法(fa)是借用專門的(de)(de)測(ce)試(shi)(shi)(shi)設(she)備在生產線(xian)的(de)(de)中、末端，全(quan)面測(ce)試(shi)(shi)(shi)電路(lu)板的(de)(de)功能模塊，以(yi)便于及時確認電路(lu)板的(de)(de)好壞(huai)。但用于過程改進的(de)(de)元件級和(he)腳級診(zhen)斷等深層數據(ju)，是功能測(ce)試(shi)(shi)(shi)法(fa)所無法(fa)提供的(de)(de)，而且需用特種設(she)計的(de)(de)測(ce)試(shi)(shi)(shi)流程和(he)專門的(de)(de)測(ce)試(shi)(shi)(shi)設(she)備，不僅(jin)測(ce)試(shi)(shi)(shi)程序的(de)(de)編寫復(fu)雜，而且推(tui)廣使用局(ju)限性大。

4、視覺檢測技術

視(shi)覺檢(jian)測(ce)(ce)(ce)技(ji)術涵(han)蓋了電子、機械、光學、計算(suan)(suan)機軟硬件等(deng)方(fang)面的(de)知識是(shi)計算(suan)(suan)機學科的(de)一(yi)個重要(yao)分支，涉及到圖像處理、PC應(ying)用(yong)、模式識別(bie)、信號(hao)處理、人工(gong)智能(neng)、機電一(yi)體化等(deng)多個領域是(shi)當今工(gong)業檢(jian)測(ce)(ce)(ce)領域的(de)重要(yao)手段。基于以(yi)上缺陷(xian)(xian)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)方(fang)法的(de)局限性，采用(yong)視(shi)覺檢(jian)測(ce)(ce)(ce)技(ji)術實現PCB缺焊的(de)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)已經成為當前PCB缺陷(xian)(xian)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)研究的(de)主體方(fang)向。具體方(fang)式如下：

（1）自(zi)動光(guang)(guang)學檢測技術(AOI)：它綜合采用自(zi)動控制(zhi)、圖像分(fen)析(xi)處(chu)理、電子計算機應(ying)用等多種(zhong)技術，基于光(guang)(guang)學原理對(dui)生產(chan)中(zhong)遇到的(de)焊接缺(que)(que)陷進行(xing)檢測和處(chu)理,是一(yi)種(zhong)能快速、準(zhun)確檢測出制(zhi)造缺(que)(que)陷的(de)方法。它主要通過相(xiang)機對(dui) P CB 板(ban)進行(xing)掃描獲(huo)取(qu)(qu)到 P CB 板(ban)焊點區域的(de)圖像，運用視覺處(chu)理技術高速、精準(zhun)完成自(zi)動檢測PCB焊接缺(que)(que)陷，提(ti)取(qu)(qu)相(xiang)應(ying)焊點的(de)特(te)征(zheng)(zheng)。根據提(ti)取(qu)(qu)的(de)焊點特(te)征(zheng)(zheng)與數(shu)據庫中(zhong)標準(zhun)特(te)征(zheng)(zheng)進行(xing)對(dui)比，確定(ding)焊接缺(que)(que)陷類(lei)型并標示，分(fen)析(xi)質量問題給(gei)出檢測結果數(shu)據。等待相(xiang)關(guan)人員處(chu)理。

（2）機(ji)器(qi)視(shi)(shi)覺(jue)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(MVI)：視(shi)(shi)覺(jue)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)應用范圍和實(shi)(shi)用功能伴(ban)隨著(zhu)不斷發(fa)展和進步(bu)的(de)(de)現代工(gong)業(ye)自動(dong)化，也越來越廣泛(fan)和完善(shan)，特別是(shi)(shi)CMOS和CCD攝像(xiang)機(ji)、圖(tu)像(xiang)處(chu)理和模式(shi)識(shi)別技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)、數字圖(tu)像(xiang)傳感器(qi)、嵌入式(shi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)DSP、FPGA、ARM、的(de)(de)快速發(fa)展，快速的(de)(de)推動(dong)了機(ji)器(qi)視(shi)(shi)覺(jue)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)的(de)(de)進步(bu)。簡(jian)而言之，機(ji)器(qi)視(shi)(shi)覺(jue)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)就是(shi)(shi)利(li)用機(ji)器(qi)代替人眼來作各種測(ce)(ce)量和判斷。M V I作為最具(ju)有發(fa)展潛力的(de)(de)新技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)在精(jing)密測(ce)(ce)試(shi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)領域(yu)獨占鰲頭。其(qi)強大(da)之處(chu)表(biao)現為它是(shi)(shi)圖(tu)像(xiang)處(chu)理技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)（SRC）、光電(dian)探測(ce)(ce)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)（MSM）、計算機(ji)應用技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)（Enterterms）的(de)(de)集合體。之所以將機(ji)器(qi)視(shi)(shi)覺(jue)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)引入到工(gong)業(ye)PCB檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)中(zhong)，是(shi)(shi)因(yin)其(qi)具(ju)有速度快、非接觸(chu)、柔(rou)性好的(de)(de)突出優點(dian)，且在電(dian)子制作行業(ye)檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)中(zhong)發(fa)揮著(zhu)非常(chang)重要的(de)(de)作用。同時機(ji)器(qi)視(shi)(shi)覺(jue)也可實(shi)(shi)現PCB光板的(de)(de)自動(dong)缺陷檢(jian)(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)，避免生產過程中(zhong)的(de)(de)巨大(da)損失，對電(dian)子領域(yu)的(de)(de)發(fa)展具(ju)有現實(shi)(shi)的(de)(de)較高經(jing)濟價值。

（3）計算(suan)機(ji)視覺(jue)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)技術（AVI）：建立在(zai)計算(suan)機(ji)視覺(jue)研究基礎上的(de)計算(suan)機(ji)視覺(jue)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)技術是一門新興的(de)工業檢(jian)(jian)(jian)測(ce)技術。它采(cai)用圖(tu)像傳(chuan)感器(qi)實現三維測(ce)算(suan)被測(ce)物的(de)尺寸(cun)及空間(jian)位置，所得數據通過計算(suan)機(ji)對標準和故障圖(tu)像進行比(bi)對后提取或直接從(cong)圖(tu)像中(zhong)提取，并依據檢(jian)(jian)(jian)測(ce)參數引導(dao)設備(bei)動作。這種基于視覺(jue)傳(chuan)感器(qi)的(de)智能(neng)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)系(xi)統(tong)具有時效高、結構簡單、抗擾力強等優(you)點(dian)，非(fei)常適(shi)合現代(dai)工業生產要求。

PCB板產生焊接缺陷的原因分析

1、設計缺陷影響焊接質(zhi)量

PCB設(she)計尺寸過(guo)大，印(yin)刷線條(tiao)長(chang)，阻抗增大，抗噪能力(li)弱(ruo)，散熱(re)性不佳，且布置(zhi)距(ju)離較(jiao)近的電子線路常(chang)常(chang)相互影響。較(jiao)為(wei)普遍(bian)的情(qing)況表現為(wei)電磁作(zuo)用對電路板(ban)的干擾嚴重。基于(yu)此(ci)迫切需要對PCB板(ban)作(zuo)設(she)計上的改進和優化。

2、電路板孔的(de)可焊性關(guan)乎焊接(jie)質(zhi)量

如(ru)果電路(lu)板孔(kong)可(ke)(ke)焊(han)(han)性較低，則會(hui)造(zao)成PCB焊(han)(han)接(jie)中出(chu)現假焊(han)(han)問題，直接(jie)造(zao)成電路(lu)中元器(qi)件(jian)技術參數錯誤，進(jin)而使(shi)得內層線(xian)和(he)多(duo)層板元器(qi)件(jian)的導通出(chu)現波動，以至于導致(zhi)整個集成電路(lu)區域功能喪失(shi)，最終影(ying)響整個電器(qi)產(chan)品(pin)生產(chan)質量。PCB可(ke)(ke)焊(han)(han)性的影(ying)響因(yin)素主要有：

（1）焊料的成份和被(bei)焊料的性質。為防止(zhi)因雜質產生的氧化(hua)物被(bei)助(zhu)焊劑所溶解，必須(xu)嚴格(ge)控制雜質成分含有量(liang)的占比(bi)。

（2）PCB板表(biao)面(mian)(mian)清(qing)潔(jie)程度(du)及(ji)焊(han)接溫(wen)度(du)的(de)(de)影響。因焊(han)料(liao)焊(han)接時(shi)其擴(kuo)散速度(du)與焊(han)接的(de)(de)溫(wen)度(du)成正(zheng)比。當活性達(da)到最(zui)高(gao)時(shi)，電(dian)路(lu)板和(he)焊(han)料(liao)溶融表(biao)面(mian)(mian)迅速氧化，造(zao)成不可避(bi)免(mian)的(de)(de)焊(han)接缺陷(xian)。同時(shi)電(dian)路(lu)板表(biao)面(mian)(mian)污染和(he)清(qing)潔(jie)度(du)較低也會導致可焊(han)性降低，造(zao)成一系列的(de)(de)焊(han)接缺陷(xian)例如：開(kai)路(lu)、斷路(lu)、錫(xi)珠、錫(xi)球、光澤度(du)低等。

3、焊接缺陷與翹曲問題(ti)的息(xi)息(xi)相關

（1）各電子元器(qi)件(jian)和PCB板在焊接過程中由于(yu)PCB的(de)上下(xia)部(bu)分溫度(du)不平衡產生(sheng)翹曲，因應力變形而發生(sheng)虛焊、短路等缺陷。

（2）元器(qi)件(jian)與(yu)PCB板產生(sheng)(sheng)翹曲的(de)同時，也會產生(sheng)(sheng)由翹曲造(zao)成的(de)例(li)如空焊(han)的(de)缺陷。此缺陷的(de)產生(sheng)(sheng)基(ji)于元器(qi)件(jian)中心的(de)焊(han)點被抬離PCB板，對整個電器(qi)產品生(sheng)(sheng)產質量帶來極大隱(yin)患。而且當沒(mei)有(you)焊(han)膏填補空白(bai)只使(shi)用焊(han)劑時，會更(geng)為(wei)普遍的(de)產生(sheng)(sheng)這種情(qing)況。但當僅使(shi)用焊(han)膏時，又會因形變(bian)造(zao)成焊(han)球(qiu)與(yu)焊(han)膏粘結導致短(duan)路狀況。

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