新一代自动光学检测技术:内嵌式检测技术

一些评估显示全世界只有20%-30%的SMT生产线装配了AOI系统。尽管器件的尺寸近年来已经缩小到人眼可以观察的范围之外，而且AOI也显示出某些诱人的性能，但是市场对其价值仍持有疑虑。作为对市场情况的回应，检测技术现在向着更小、更快的验证原则发展。EPV是一项新兴技术，它将检验技术植入设备的运行程序中，能回答装配者所关心的外围成本，占地面积和投资回报率等问题。

　　AOI业已经看到了每条生产线上配置多个线上检测系统的前景：分别在版面印刷、器件贴装和回流之后达到100%的检测。图1显示的是在每一工艺后即时检测出的焊膏错误、器件贴装缺失或错误、坏焊节等。这样就可以减少浪费，让一些板子送回重做，使得报废板的追加额外成本更少。这一策略对某些市场门类很有效，不过很多装配者很勉强才能接受额外的资本投入、较大的生产线占地面积。此外，其生产周期、人员培训和设备编程的工作量也很大。不过有些公司要求很严格的检测，坚信每一道工序都必须尽在掌握之中，以最大程度地减少错误，使得最后那些不可避免的少数报废板所引起的花费都在可以接受的范围内。

　　但是装配者还是希望限制焊膏印刷错误和不正确的器件贴装——这是回流前引起电路板报废的最主要的两个原因。

嵌入生产过程中的验证

　　CyberOptics 开发了嵌入生产过程中的验证（EPVTM）解决方案。CyberOptics是光学技术领域的专家，为SMT电子装配设备和半导体装配市场提供提高产量产能的工具，在这一领域具有悠久良好的声誉。CyberOptic的新型EPV传感器技术显示于图2，它在贴装机内部加入视觉验证能力，工作于设备正在进行贴装的时候。这样，系统就可以达到较低的价格，增加很少或不增加额外循环时间，并且不增加生产线占地面积。但是这些都需要得到设备制造商的支持。
　　
　　环球仪器是第一个关注EPV潜能并且在此技术上投入研究精力的设备制造商。目前，环球仪器把这项技术作为Genesis和AdVantis平台的可选项，与环球的闪电头一并提供给客户。环球仪器总裁Ian deSouza认为在未来的十几年中，这都将是业界最令人兴奋的革新之一。

　　因为EPV直接置于设备内部，所以它能够在不增加循环时间和额外编程开销的情况下持续提供即时的程序数据。当它植入带有闪电头的Genesis或AdVantis机器后，它将在贴装工序运作的同时——而不是之后——工作。这也正是市场长期以来所追求的技术。

　　CyberOptics的主席和创始人Steven Case更进一步的阐明：EPV在设备运行中所提供的广阔视野比过去任何装配者所能达到的还要深入。重要的是，它能在诸如改变工艺流程等紧急情况发生后能减少回到正常生产所需的时间，降低不确定因素发生的可能。

原理

　　在拾取和贴装设备内，EPV传感器运用特有的方式捕捉每一个部件的信息，并通过Firewire把数据传送给主机。操作员和工艺工程师还可以用EPV软件详细回顾每条实时信息和存档信息。主机上的信息可以输出到公用目录用于存档或供其它网络终端访问。

　　CyberOptics为实现EPV克服了很多艰难的技术挑战。系统具有高度小型化的机械和光学系统，以便能移入AdVantis或Genesisi的狭小空间内。为在一个装贴时间内完成完整的验证工作，数据获取时间和快速图像处理非常关键。CyberOptics发现，为获得最可靠的信息，精确的图形非常重要。在解决这些问题之后，开发团队根据性能指标建立稳定的方案，CyberOptics和环球仪器迎来了第一个突破。两公司同工协作将EPV传感器和Genesis和AdVantis的闪电头整合起来。今年二月，他们的合作正式向外界公布。

性能

　　通过上述工作，我们得到了具有高清晰度的实时贴装图像和100%自动探测缺失器件能力的系统。除此之外，EPV方案还使产品工程师可以回顾贴装图像以检验焊膏质量，识别偏离、错误和错置的器件，并检查新吸嘴——这一增强功能提供了从根本原因入手进行错误分析的能力。在不久的将来，EPV还将在器件拾取流程中也加入相同的性能。

　　软件将EPV传感器系统，设备和贴装头的马达控制系统和生产程序综合在一起，省去了EPV的编程和培训时间。EPV对设备在速度达到60,000 cph时仍无影响。这可以使EPV充分的与快速双头Genesis 闪电头结合在一起而对工作循环时间不产生影响。

　　线上AOI在完全检测能力上超过了EPV。不过EPV在快速判断每块板子的go/no-go信号、提供其他智能化功能等方面更具优势。而且，最重要的是，EPV的成本更低。

光学检测的未来将会怎样？

　　环球仪器和CyberOptics已经证实了这样的概念，有效的光学检测可以植入某些贴装平台中，从而打破运用广泛的自动检测的技术瓶颈。EPV达到了绝大多数AOI购买者所需要的性能要求，其低廉的价格使检测技术在更广阔的市场中更能令人接受。请记住，EPV将会成为广泛应用的PCB装配线中过程监控技术的催化剂（如图3所示）。
　　　




　　最后，由于EPV能在电路板仍在贴装机中时就对探测到的缺陷进行纠错，我们可以预计未来SMT生产线上的一次通过率将会更大。