摘 要 概述了PCB印制板外观检查方法和动向。
关键词 印制板；PCB；外观检查技术
Visual Inspection Technology 0f
Printed Circuit B0ard and M0unting Substrate
CAI Ji—qing
Abstract This paper describes the current state and trend of external inspection technology of printed circuit board and mounting substrate．
Key words printed circuit board；mounting substrate：externaI inspection technoIogy
1PCB印制板检查的目的
1．1 品质保证，省力化，缺陷规格
检查的H的在于保证制造的产品品质，在外观上不会产牛缺陷的产品。利用自动化检奋，可以节省人力。工场中的检查人员依然占有较大的比例，而检出的缺陷局限于功能缺陷。然而与功能无关的变形、变色或者损伤等不良也有检出的必要性，因此合理的设定检查缺陷规格很有必要，以便实现检查系统的有效利用、品质保证和降低成本的统一。
1．2PCB印制板检查的严密性
检查必须严密的进行到一定程度。例如对于终端消费者产品的情况下，对成本的要求相当严格，这时主要着重于产品的最低限度功能的检查。对于铁道、金融系统和航空机器使用的产品，因为产品的不良会造成社会的重大影响，必须进行严格检查。这种情况下的产品成本相当高，为了保证高可靠性，必须检查出会导致产品不良的潜在缺陷。因此，不仅要在通常制品使用环境下进行检查，而且．还要在提高使用电压的情况F检查，需精密的枪查电阻。此外，严密的检查中间产品的外观是消除潜在缺陷的有力于段。
1．3 产品合格率的提高和工程水平管理
检查不仅是保证产品的最终品质而且也是提高产品合格率的重要手段。这时，如果在制造工程的中间阶段导入检查系统，则可避免不良产品流入后道工程。如果在制造的最终阶段发现小良，则必须忍痛割爱，不得不报废好不容易制成的产品。
此外，根据中间阶段的检查结果进行制造工程的状态分析，可以判定制造工程的优劣，这时如果针对劣化的工程采取对策，则可保持工程的最适宜状态。
2 PCB印制板线路图形的检查
2．1 PCB印制板线路图形的检查概述
图1表示了线路图形的检查法和适用对象。
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2．1．1 PCB印制板设计规则法(特征抽取法，特意图形抽取法)
设计规则法是假设采用某种单纯的规则描绘图形，并且根据这种规则判定缺陷的部分(图1右上图)。由于这种方法的安装也简单，使用于初期的装置中。然而如果缺陷的形状接近于正常图形的形状，则不能检出它的缺陷，由于脱落的图形也不能检出，因此现在多用下述比较法的补全功能。
2．1．2 PCB印制板比较法
比较法是与某种基准图形比较的方法。比较的方法有(1)从图形抽取形状的特征(端点、分歧点等)，再比较这些特征的存在(图1左上图)；(2)采用像素状态的比较法(图1右处)。前者的处理信息量少时可以办到，但有时会放过没有抽取的缺陷，后者难以发现公差之类的缺陷。
基准图形有两种：(1)根据绘图仪用N C数据制作的蚀剂图形；(2)根据实物图形抽取的图形。前者虽然正确，但是未必有用。图形多值和多层的情况下很难根据设计数据再现实物图形外观。
2．2 PCB印制板PCB图形的检查
PCB图形的检查足一个困难的课题，理由有：(1)必须检出微细的短路缺陷，线路本身的变形(公差)大；(2)往往表面的变色和损伤等缺陷(虚法)搞错图形，基材部同样变黑色而被检出(或者放过)短路缺陷，因此检出困难。
关于PCB图形检查[光板(Bare Board)检查1，已有许多市售的自动检查装置，它们大多数采用比较法。日本国产的检查装置多采用比较法(2)，日本以外的检查装置也多采用比较法(1)。
图形的照明方法通常采用从上方或从周围照明的方式。在这种方法中，如果图形表面沾污，变色或者凹凸，则会误认这些为缺陷。以后开发了采用紫光照明，检出从基材产生的荧光的方法，如图2所示。这时图形的黑像(Silhouette)检查可以鲜明的检出图形形状，因此可以检出微细的短路，减少虚报。但是不能检出图形面上的损伤。
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市售的检查装置都没有判定图形面上的变色或者浅损伤的虚报问题。此外，利用装置的图形检出上或者检查计数上也有不能检出的缺陷。检查装置导入要符合适用对象的要求。市售的图形检查装置要设法解决照明、检出、检查计数法置偏移的影响等问题。
2．3 PCB印制板多层·多值图形的检查
2．3．1 PCB印制板成品PCB的检查(PCB最终检查)
表l示出成品PCB和焊盘部的缺陷。进来适应成品PCB的缺陷检查装置已有市售。成品PCB是多层图形，而且各层图形的形成精度不同，每层图形上检出的缺陷大小形形色色，因此很难进行自动检查。
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2．3．2 PCB印制板焊盘部的检查
近来迫切要求检查BGA、CSP等焊盘部的沾污、压痕、损伤、变色、异物和色泽不均之类的微小缺陷。检查装置采用数种角度的照明和多结图像处理，根据显现的缺陷部分进行检查。然而为了检查感觉和官能的缺陷，需要10彼特(Bit)以上的图像灰度等级的色彩处理。关于这方面的技术现处于发展阶段。
3 PCB印制板安装元件的检查
安装元件的次品、位置偏移和品名等的缺陷检查通常采用通用图像处理装置，根据图形匹配进行检查，大致与下述焊接部的检查装置一体化。将来希望开发适应三维安装的检查技术。
4 PCB印制板焊接部的检查
4．1 PCB印制板三角测量法(光切断法，光构造化法)
检查立体形状的方法一般为三角测量法。已经开发了利用三角测量法检出焊料引线部的截面形状的装置。然而因为三角测量法是从光入射的不同方向进行观测，本质上在对象物面为光扩散性的情况下，这种方法最适宜。焊料面接近于镜面条件的情况下，这种方法不适宜。
4．2 光反射分布测量法
光反射分布测量法是采用市售的焊接部检查装置的代表性检查方法，从倾斜方向入射光，在上方设置TV摄像进行检出。这时为了知道焊料表面的角度，有必要知道照射的光的角度信息，如图3(a)所示，点灭各种角度的灯，根据各灯的色彩来获得角度信息。相反，如图3(b)所示的装置，从上方照射光束，测量由焊料面反射的光的角度分布，检查焊料表面的倾斜。
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这种装置的光反射分布测量法可以容易的检出焊料表面的角度，而且装置构成价廉。它的缺点是：(1)因为必须采用大角度照明，伴随着高密度化而产生元件影子的影响，甚至有时检出困难；(2)虽然知道焊料表面的角度，但是不能知道绝对高度如果积分，可以计算高度，但是可能不稳定)；(3)不能检出比45。更陡的表面。
4．3使用变换角度的多个摄像的检查图像的方法
检查装置具有变换角度的多个(5台)摄像和由多个LED构成的照明。通常使用多个图像，采用接近目测的条件进行检查，可以提高可靠性。
4．4焦点检出利用法
第4．1节～第4．3节的方法都是需要宽立体角的检出法。对于高密度化的安装基板，不是所希望的条件。图4所示的多段焦点法，由于可以直接的检出焊料表面的高度，它是实现高精度的检出法。如图4所示，设置了1 0个焦点面检出器，通过求出最大输出所获得的焦点面，检知出焊料表面的位置。采用微细激光束照射对象物，在z方向上错开配置1 0个具有针孔的焦点位置检出器，可以成功地检查0．3mm节距引线的安装。
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4．5 PCB印制板利用X线的方法
外观检查中，由于不能检查焊接部内部的孔，因此检查内部的孔时可以使用X线。通过使用显微聚焦(Microfocus)X线源使焊接部放大投影，可以检出内部的孔，利用X线的方法还可以检出焊料厚度的变化，但是未必能检出焊料表面形状变化或者结合性。
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4．6 PCB印制板焊接部检出的问题
某种产品进行检查时，要设定检查条件，这种检查条件不能适用于其它产品。如果元件形状或者焊接部的形状不同，则需再设定条件。此外，由于光反射对表面的形状敏感，如果工艺条件发生变化，则需要变化检查条件，这就是焊接部俭查的困难之所在。如果产品生产数量大，则难以实现检查自动化的效果。
5 PCB印制板利用X线的内部检查
随着．BGA安装的发展，必须检查外观上看不到的部分。代表性的观察方法除了使用上述纤维聚焦X线的观察方法外，还有利用X线CT 三维观察内部状态的方法。根据装置价格和检查速度的现状，已经应用于在线检查分析用。
X线层状(剖面)照片(Laminagraphy)足早已知道的技术，它是晕色(使颜色的界限渐浓渐淡)检出某种特定深度以外图像的方法。为了实现X线层状照片，有必要同期的扫描X线源，对象物和X线摄像器中的任意两种。
截面摄影装置的情况如图5所示的显微聚焦X线源和摄像管，夹持对象物对向配置，圆弧状的扫描这样配置的X线源和摄像管。图5中的两个纵点成像于摄像器面上的同一点，可以鲜明的检出，纵断层以外的点在摄像面上模糊不清。x线层状照片与CT不同，它的特征在于可以实时的观察图像。
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6 PCB印制板检查装置运用上的问题
6．1 检查装置导入现场
为了正规的运用检查装置，需要掌握PCB的知识和检查基准，制造工艺、装置的操作和条件，特别是埘现场操作者加强领导的指挥者。为此，与有经验的制造者和负责技术的技术人员组成团队，前者负责现场的导入实际事务，后者制定导入计划和必要的资料，这样有望获得令人满意的效果。检查装置的导入有时会随着现场工程的变化而变化，因此需要有变更工程的权限。
一般的制造现场不希望变更传统的工程。一旦导入检查装置，利用装置的检查就成为T程的一部分，没有检查装置的工程也无须变更。不能过度的期待榆查装置，要谋求榆杏装置的有效运用，精心部署，才能有效的利用枪查装置。
6．2检查装置运用效果
检查装置的运用效果除了评价检查装置的性能外，还要评价下面的主要因素。
(1)决定检查的处理量时，要考虑检查装置的生产：量的同时，还要考虑缺陷确认作业的处理时间。
(2)还要评价检查用的数据输入时间。
(3)由检查装置的故障产生的损失应当很小，要评价检查装置制造商的应变性、原因调查时间、元件供应时间和修理时间等。
(4)实现这些对策的装置白检的功能充实，人工控制的整合和有关运用的咨询等都要充分考虑。
7 PCB印制板今后的课题
7．1 微细化的适应性
传统的图形宽度约为100gm左右，最近的安装电路的图形宽度只有传统的1／3左右，今后的检查装置必须适应图形的微细化。为了要高精度的检出缺陷，除了在研究像素的微细化和检查计数法的改良的同时，还要研究采用透镜来修正图像倾斜或者自动焦点法。
7．2 材料变化和图形变化的适应性
随着检查对象(基材、图形和阻焊剂等)的薄型化，图形检查时必须设法改善检出反差和检查计数法。
7．3 降低虚报
如果检查装置振动，则会引起烦恼的虚报。由于装置引起的虚极发生的特性不同，装置导入以前必须进行充分评价。此外还必须致力于旨在减少虚报的工艺改善。
(1)减少图形的微细损伤、沾污和生锈。
(2)通过环境氛围的清洁化和工艺的改善来减少异物。
(3)改善由于基板的尺寸伸缩和蚀剂引起的图形形状的波动等方面的制造工艺。
7．4缺陷确认
检查装置检出的缺陷往往要经过操作者再确认并进行修正。但是有时会存在操作者漏看而放过缺陷的问题。为了使操作者容易确认缺陷，尝试了下面的缺陷确认装置的改良。
(1)变化照明角度，以便容易的发现缺陷。
(2)采用荧光检查观察，以便容易的发现微细缺陷。
(3)采用TV摄像的摇动功能进行三维观察。
7．5焊料连接部的检查
随着安装密度的提高，焊料连接部的检查越来越困难，希望开发适应高密度安装时的焊料连接部的检查技术。
7.6 内部检查
随着安装构造的变化，必须检查从外部难以看到的部分，为此，使用显微聚焦X线源的检查装置的功能扩大，以及x线层状照片和三维CT检查的需要都在进一步提高。
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