矢量成像技術(shù)在PCB板裝配過程中的應(yīng)用

隨著目前線路板密度不斷增高以及封裝不斷縮小，過去的檢測方法已不能滿足高速生產(chǎn)的要求，一種新的矢量檢測法應(yīng)運(yùn)而生。在PCB裝配過程中采用矢量成像技術(shù)來識別和放置組件，可以提高檢測的精密度、速度和可靠性。 

PCB裝配生產(chǎn)在線的每臺設(shè)備其性能都因需求而異，生產(chǎn)廠商對產(chǎn)量的要求加上線路板上更高的密度、更復(fù)雜的排板技術(shù)及更小的組件等等，都給錫膏涂覆、組件貼放、回流焊以及對這些過程進(jìn)行檢測帶來了極大的困難。  

產(chǎn)量提高和封裝減小增加了檢測難度，使得現(xiàn)在的檢測和分析方法已跟不上業(yè)界發(fā)展的需求。過去幾年?人們開發(fā)出多種不同類型的方法對印刷電路板裝配進(jìn)行檢測，如X射線檢測、激光掃描、自動(dòng)光學(xué)檢測(AOI)及X射線/AOI混合檢測等，這些方法中只有AOI具有在線檢測能力，而其它方法只能在較小范圍內(nèi)使用，如激光掃描用于錫膏檢測，二維或三維X射線則用于檢測面數(shù)組器件內(nèi)的錫球互聯(lián)情況。  

  
自動(dòng)光學(xué)檢測的基本原理是使用軟件工具使作業(yè)人員找到并確定組件的位置，可檢測出有引腳器件、芯片級封裝(CSP)及球柵數(shù)組(BGA)封裝器件等。傳統(tǒng)AOI依靠對像素網(wǎng)格值進(jìn)行分析來確認(rèn)線路板上組件的位置，這種方法又稱為灰度相關(guān)法，它將組件灰度模型或參考圖與板上實(shí)際組件相比較，一旦選準(zhǔn)要搜索的模型，圖像處理系統(tǒng)就藉由計(jì)算像素?cái)?shù)目找尋一個(gè)與之精確匹配的組件，如果找到了，組件的位置也就知道了。由于系統(tǒng)不斷會檢測到一些新組件，因此為適應(yīng)這些新的組件形狀參考圖形可能經(jīng)常發(fā)生變化。  

當(dāng)組件相對參考模型旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度或者大小不太一致時(shí)，像素網(wǎng)格分析方法就會出問題。同樣，產(chǎn)品的顏色、光照及背景情況也很重要，如果變化很大，可能很難或者根本就找不到相匹配的模型。  

矢量成像技術(shù)

矢量成像技術(shù)采用合成圖像作為示教參考模型，以確保不產(chǎn)生錯(cuò)誤。矢量成像不需要像素分析，它靠的是定義組件形狀的交點(diǎn)矢量，矢量由方向和傾斜度確定，在矢量成像技術(shù)?一個(gè)正方形相當(dāng)于四條線段，一個(gè)足球則相當(dāng)于兩個(gè)弧形。 

矢量成像技術(shù)采用窗口操作系統(tǒng)，使用一種高分辨率數(shù)字相機(jī)，系統(tǒng)采用統(tǒng)計(jì)過程控制(SPC)軟件和一個(gè)根據(jù)線路板上所裝配并需要進(jìn)行檢查測量分析組件所作的綜合組件圖形庫，它能將Gerber、CAD或ASCII/Centrid數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成機(jī)器代碼。  

為得到最佳對比度和成像清晰度，需要用到幾種光源，檢查時(shí)由程序來選擇光源、顏色組合和光強(qiáng)，以達(dá)到最佳視覺效果。為了確保識別的正確性，組件的高度必須小于8mm(從PCB板表面到組件頂端)。  

由于矢量成像技術(shù)用到的是幾何信息，所以組件是否旋轉(zhuǎn)、得到的圖形與參考模型大小是否一致都沒有影響，而且也和產(chǎn)品顏色、光照和背景等的變化無關(guān)。矢量成像檢查分三部進(jìn)行：  
1.    矢量成像系統(tǒng)在組件影像圖上找出主要特征并將其分離出來(圖1)，然后對這些顯著特征進(jìn)行測量，包括形狀、尺寸、角度、弧度和明暗度等；  
2.    檢查合成圖像和被測組件圖像主要特征的空間關(guān)系；  
3.    最后，不論組件旋轉(zhuǎn)角度、大小或相對其背景的總體外觀如何，它在線路板上的x、y和θ值都可藉由計(jì)算確定下來。  

和其它檢測方法不同，矢量成像技術(shù)只要?jiǎng)?chuàng)建了參考模型，就能適應(yīng)線路板上的每一個(gè)組件，而不管其形狀、大小和方向。當(dāng)把組件模型從一臺視像檢查設(shè)備轉(zhuǎn)移到另一臺光學(xué)系統(tǒng)不同的設(shè)備上時(shí)，所得到的圖像大小會發(fā)生改變，但此時(shí)系統(tǒng)能自動(dòng)對變化進(jìn)行處理。  
此外，矢量成像技術(shù)還能適應(yīng)組件外觀變化(圖2)、組件上附加的其它特性或由于重迭造成某個(gè)組件部份被隱藏遮擋，傳統(tǒng)的像素網(wǎng)格系統(tǒng)一般無法分析出被遮擋組件的位置。  

矢量成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn).  

除了能適應(yīng)板上組件輪廓和位置的變化外，矢量成像與像素網(wǎng)格技術(shù)相比還有其它一些優(yōu)點(diǎn)：  
•    這種方式比傳統(tǒng)檢測方法準(zhǔn)確10倍以上，如角度測量值可達(dá)±0.02°精密度范圍。  
•    使用合成圖形庫，檢測系統(tǒng)完全可以直接從一個(gè)制造工廠移到另一個(gè)制造工廠。  
•    由于它能適應(yīng)多種不同的角度、大小和外觀，所以光學(xué)設(shè)備的設(shè)置更加簡單，即使由于相機(jī)移動(dòng)和光源變化導(dǎo)致焦點(diǎn)和照度改變也能保持同樣的精密度。  
•    在基板對位方面，傳統(tǒng)的AOI系統(tǒng)對同一組件通常需要多個(gè)圖像，而矢量成像技術(shù)一次測量就能完成。  
•    當(dāng)把設(shè)備從一條生產(chǎn)線移到別的生產(chǎn)線的時(shí)候，矢量成像不需要重新進(jìn)行校準(zhǔn)或做其它設(shè)置測量。 

本文結(jié)論 

矢量成像技術(shù)是一種圖形位置搜索技術(shù)，它可以在PCB板裝配過程中提高組件識別定位的精密度、速度和可靠性。矢量成像技術(shù)可以很方便地用于專用生產(chǎn)環(huán)境下。對OEM廠商和電子制造服務(wù)(EMS)供貨商來說，關(guān)鍵是要提高組件的檢測能力并降低整體制造費(fèi)用。