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什么是AOI测试技术
前言
  当印刷电路板的价格以每年六到八个百分点的速度持续滑落,产品的生产良率就成为维持产业竞争力的要素。要获得高的良品率需要有良好的制造控制能力,而要获得良好的制程控制,似乎就必须要在各个制程中执行良好的检测管制,如:钻孔、影像转移、最终金属处理等等。同时所有检测的结果都应该要回馈作为制程改善的依据,检测工作在制造工程中的重要性呈现与日俱增的态势。电路板制造业者目前比较注意的主要检验领域有:
l    A0I内层及各种表面检查
l    AOI孔/微孔的检查
l    (最终)电气测试
l    阻抗控制测试
l    应力应变测试
   新的产业技术地图与规范逐年更新,虽然新的非新触式电气测试技术并没有完全成熟,但是它们并没有就此消失。而这些新兴的技术还在持续推向市场,只是采用的方式是潜在渐进的。
  检查与电气测试在电子产业中逐步发展,人们意识到这些所谓的无附加价值程序,实际上对于制程控制与良率改善会有实质的帮助。换言之用在检查上的每一块钱,都有可能帮助业者在别的地方省下更多钱。至于影响效果的决定者,来自于如何安排投资的钱应该放在那一种正确的选择上,在成本效益方面的问题,则是比较后面应该要研究的课题。
  过去产业那种不需要生产检查的日子已经相当遥远了,因为产品需求的增加(高频、埋入式组件、高密度结构、细线路),检测设备的规格必然会将它们纳入,以确认产品有良好表现同时提供更佳的产品服务与最终良品率。而产品的后段客户,也会依据良品率来判定进货可能存在的质量风险,潜在的问题时常出现在比较低良品率的产品上。这些是业者在不断制造技术的过程中,必然要注意到的课题。
1、什么是AOI测试技术
  AOI是近几年才兴起的一种新型测试技术,但发展较为迅速,目前很多厂家都推出了AOI测试设备。当自动检测时,机器通过摄像头自动扫描PCB,采集图像,并将采集到的图像数据与数据库中的合格的参数进行比较,经过图像处理,检查出PCB上缺陷,并通过显示器或自动标志把缺陷显示/标示出来,供维修人员修整。
实施目标:实施AOI有以下两类主要的目标:
1.1、最终品质(End quality)
  对产品走下生产线时的最终状态进行监控。当生产问题非常清楚、产品混合度高、数量和速度为关键因素的时候,优先采用这个目标。AOI通常放置在生产线上的中端。在这个位置,设备可以产生范围广泛的过程控制信息。 
1.2、过程跟踪(Process tracking)。
  使用检查设备来监视生产过程。典型地是详细的缺陷分类。当产品可靠性很重要、低混合度的大批量制造时,制造商优先采用这个目标。通过检测,在线监控具体生产状况,并为生产工艺的调整提供必要的依据。
2、利用AOI检验电路板
2.1、一般性的观察
  制程内的电路板检查,可以节省大量因为制造缺陷所产生的报废成本。AOI是唯一可以用来进行事前影像检查检知缺陷的工具,这样可以让电路板制作成本最小化并极大化其良品率。AOI可以侦测到其它方法所无法侦测的缺点模式。这样不仅只是可以节省人工成本,同时可以标示较高密度电路板的缺点,特别是一些人眼睛无法侦测到的缺点。
  自动光学检测系统经过改善,提升了系统的速度并降低了误判率,在多数的应用中AOI比电气测试方法更常被应用在内层板的检验上,至于外层与最终产品方面则比较常使用电气测试来检验。对于内部有通孔设计与低密度结构的电格板应用,也会采用电气测试方法来验证其结构,但是使用AOI进行检测可以抓出更多的缺陷。
  治具的高价格仍然是影响内层板采用电气测试的最大阻力,比较高层次的多层板则会用在细线路的测试验证上,尽管在高密度的内层产品方面可以预言有其微量的成长空间,治具的数量、密度,整体而言还是主要的治具成本障碍。
  简单的多层板设计具有大的间距结构,比较容易有效进行电气测试,但是这样的设计相对比较少。视觉检查相对于电气测试更广泛的被接受,同时也可以避免额外的测试治具成本耗用。而高层数的多层板需要使用比较薄的内层核心板,其大面积的强度问题也是使用电气测试的障碍,这些都相对提升了AOI光学检查的重要性。
2.2、目视、AOI检验与电气测试
   电路板的获利能力与产出良率有直接的关系,所有的制造商都尝试从各方面提升其良率,这在多层板的制作方面更是如此。制作多层电路板时,在制程中间进行检查有助于提升良率,如果在最终产品上发现内层板的缺点,这种产品是无法弥补必须要报废的。如果电路板无法修补,所有投注在这片电路板上的成本都会付诸流水,这当然就会造成获利能力的损伤。
  传统目视检查曾经是最好的内层板检查法,利用有良好视力的人员在压合前进行内层板表面检查相当普遍。如果发现有缺陷出现,检查人时常会进行修补。但是当电路板的密度提升,这让目视检查的难度提高,此时增加放大影像的设计就有助于发现缺陷,但是会使得目视检查变得更慢也更不精确。有几种方法可以帮助人工检查的程序,这包括了电气测试与AOI检查两种方法都可以提升良率。
  电气测试需要客制化的治具,同时必需要进行个别料号的的治具制作,而且每一片内层板都需要治具。各个治具的花费可能都需要花费数万元,依据需要测试的点数、人工成本、制作时间而有差异 。电气测试可以侦测短路断路,这方面的缺陷有可能是利用人工目视所无法侦测的。电气测试的缺点是,它无法判定适当的线路图形状况。这些线路图形的外观可能是线路或断路,是以蚀刻制程制作在基材上的,但是并没有办法符合实际的设计需求。特定的制程或材料会导致这样的问题发生,而未连接与突出、缩减的铜面也无法以电气测试侦测,因此电气测试时常视目视检查所取代。
  AOI检查已经成为内层板制作的必备设备,因为人工的目视检查无法稳定完成这样的任务。经过多年的努力,不论在硬体与软体上都让电路板业者可以安心的选用这种AOI解决方案。检验的标准与方法,可以依据设计准则来进行比对与调整,使用者可以依据需要进行形状的定义与尺寸的调整。速度、精度、周边配备,会依据设备价位的不同而有差异,每年设备都会在价格功能比上有明显成长。但到目前为止AOI仍然无法进行电气特性推估(如:电阻值推测),也无法进行通孔的检查,当然更无法检查面次间的连接状况。AOI时常产生许多实际上表面并没有缺陷的误判讯号,例如:微量的导体变化、颜色、表面型态等。这些现象依据规则判定可能认定是缺陷,但是经过人的判定却不是真正的缺陷。这些现象限制,使得业者必需要增加确认的程序来完成检查。
2.3、AOI(Auto Optical Inspection)的规则概述
  AOI目前仍然没有办法提供完整的缺点辨认能力,因此目前的做法是将缺点产品抓出,并经过再一次的人工辨认确认将可修补的部分完成修补,并将无法修补或不值得修补的产品报废。
  AOI提供三个主要的功能各为:影像撷取、影像分析、缺点位置标示。这些作业可以是手动或自动的,一般的扫描作业都可以在短时间内利用光学机构与软件的架构完成。
  AOI一般都具有统计辅助的系统,它会将主要的缺点项目记录在数据资料中,一方面可以作为确认工作站的基础资料,另一方面也可以经过整理作为制程改进的参考依据。因为到目前为止都没有完美无失误的AOI系统出现,因此所有出现缺点讯号的电路板都必须要再经过作业人员过滤确认。因此一般的最终缺点项目,还是会由作业人员目视判断。出现缺陷的电路板资料汇总就必须要靠作业者的经验。
一般AOI设备供货商的设备规划概念:
l    利用光学扫描将缺点的位置数据标定,并转换成确认的数据资料;
l    利用确认工作站(Verication Station)进行缺点区再确认,并进行必要的修补作业。

 

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