锡膏检测技术的发展及研究现状

传统的检测方法是进行人工目检,即利用人眼和光学器件(如放大镜和电子显微镜等)相配合,对电路板上的焊点及贴片等进行检查。

人工目检锡膏印刷质量

人工目检2,易受个体经验及主观因素影响。长时间的观测,易引起视觉疲劳,造成误判,且速度慢。数据表明,人工目检在单层板情况下,平均错误发现率可达90%,对于多层板(如6 层情况),错误发现率迅速降低到50%。即使在最容易观测的基层底板,错误发现率也不超过70%。

为满足引脚细密的器件快速、高精度的检测要求,自动化的光学检测设备应运而生。随着机器视觉的快速发展,基于视觉技术的工业自动化检测开始流行起来。自动光学检测设备集成了光学、电子、计算机视觉和自动控制等一系列现代化技术,检测速度快、方法先进、自动化程度高。根据实拍电路板图像,可以检测锡膏的面积、缺失、偏移等。但二维检测存在明显局限,在焊点面积相同的情况下,体积可能差异很大,导致锡膏印刷存在的缺陷不能彻底检查,同时,二维检测对于PCB 板弯、起翘和发生虚焊的情况无能为力。三维的锡膏检测通过对锡膏的高度、面积和体积参数的测量,与标准文件对比,全面检测出锡膏的形状不良、位置偏移、连桥等信息。


三维的锡膏印刷质量检测设备在21 世纪初相继研制出来,包括德国WOOC-124、日本欧姆龙公司的产品等。由于国外的技术垄断,使得上述设备价格昂贵。目前国外做得好的是韩国的KohYoung3D 锡膏检测仪,它具有高精度、高速的优势,占据市场,但价格高,日本Omron 和台湾的TRI 分别位居行业第二第三。为打破锡膏检测技术的垄断,我国研制了自己的3D-SPI,目前做得比较好的代表有Sinic-Tec(思泰克)、东莞神州视觉、劲拓、矩子科技、振华兴、明锐理想、中纬智能等公司。


锡膏检测设备基于计算机视觉理论,结合外部的光栅、激光光源,通过电荷耦合器件(Charged Coupled Device,CCD)相机成像,按不同算法生成被测物体三维形貌。常见的检测设备如锡膏检测仪(Solder Paste Inspection,SPI),用于发现品质变化趋势、提供缺陷种类提示,检测效率高,价格相对便宜,检测过程中易受PCB 板起翘、板弯等影响;自动光学检测(Automated Optical Inspection,AOI)用于贴片后的检测,成本较高;自动X 射线检测(Automated X-Ray Inspection,AIX)[15],利用X 光对非金属物质的穿透特性,对被测物体进行检测,在SMT 中,通过X 射线断层扫描(CT)检查,可发现BGA 等元器件是否存在焊接不良及短路现象,但成本较高,适用于产品的预研阶段。


三维锡膏检测仪根据几何结构关系、照明方式的不同,可以分为两种,即被动视觉检测与主动视觉检测。前者采用非结构光照明,根据被测点在不同的像平面上相关匹配结果,获得该点的世界坐标,如激光三角测量;后者,通过结构光在被测物点的精确定位来获得高度信息,如相位光栅测量。主流3D-SPI 产品的检测原理有相位轮廓测量术(Phase Measuring Profilometry,PMP)和激光三角轮廓测量术。

 

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