芯耀
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一、引言
在表面贴装技术（SMT）的贴片生产过程中，自动光学检测（AOI）设备具有至关重要的意义。随着电子制造业的不断发展，SMT生产的质量和效率要求日益提高，AOI设备的合理选型评估成为企业保障生产质量、提高生产效率以及控制成本的关键环节。准确的选型评估能够确保AOI设备在生产线上发挥最佳性能，从而提升整体生产效益。
二、SMT AOI设备选型评估要点
（一）AOI设备的检测功能
在SMT贴片生产流程里，AOI设备对于质量控制起到关键作用，其检测功能是选型评估的关键要素。AOI设备需要在焊膏检测和器件检测方面发挥良好效能。在焊膏检测方面，由于其检测难度高，存在彩色3色光源和多视角两种技术类型。AOI设备不仅应提供印刷焊膏的面积信息，还需提供焊膏的体积和高度信息。若仅考量面积而忽视高度，即便焊盘上焊膏量不足，也可能出现错误的检测通过结果。据相关研究表明，在印刷焊膏固化之后，采用多级摄像工艺技术、多照明角度和2 - D系统能够快速且灵敏地捕捉到PCB、焊接掩膜和焊膏外观的颜色变化。而3 - D系统能提供更为全面的焊膏信息，包括面积、高度和体积，还可依据金属痕迹、PCB或焊接掩膜的表面确定焊膏厚度。对于器件检测，通常在SMT生产线的再流焊前和再流焊后安装AOI检测系统。采用基于合格样板的学习和基于SMT的CAD数据检测方法，前者以统计模式识别为主，通过学习建立合格图像模式，然后借助检测对象图像和样例图像的对比处理和运算得出检测识别结果。再流焊前的检查，能够发现锡膏印刷和机器贴放的大多数缺陷，并且在此位置可产生定量的过程管控信息，为高速片机和密间距元件贴装设备校准提供依据；再流焊后检测，由于可发现全部的装配错误，成为当前AOI检测较为流行的选择方式。
（二）AOI设备的检测精度
检测精度对产品质量的把控有着显著影响。按照分辨率分类，AOI设备有0402元件AOI设备、0201元件AOI设备，不同设备能够检测的元件精度存在差异。 精度较高的AOI设备能够检测微小的元件缺陷，如0201片式元件及0.3Pinch集成线路相关的问题。在焊点检测方面，通过高分辨率的相机和先进的图像处理算法实现精确检测。对于焊接质量问题，像焊点短路、虚焊等，不同程度的少锡、多锡情况以及电子元件的偏移、立碑、反白、多件、漏件等外观缺陷都应被检测出来。这要求设备在标准或预定规格与实际检测对象间的比对必须高度精确，任何细微的偏差都不应被遗漏或者误判，以保证检测结果能够反映真实的产品质量状况，从而降低不良品流出的风险。
（三）AOI设备的工作效率
AOI设备在生产线中的角色决定了其工作效率的重要性。AOI设备的工作效率可从检测速度、处理图像速度等多方面进行考量。按结构分类，存在简易型手动离线AOI设备、离线AOI设备、在线AOI设备等，不同结构类型的设备效率可能有所不同。在线AOI设备因生产与检测同步完成，可减少产品检测周转时间。据统计，在SMT生产线中，每增加一分钟的检测周转时间，可能会使整体生产线效率出现一定程度的下滑，而在线AOI设备可避免此问题，实现全机械化操作，从pcb进入SMT生产线到PCB流出之间机械自动化操作，使大量的PCBs不间断地进行检测流程，符合现代高效生产的需求。离线型AOI设备也有提高效率的表现，对于小型SMT生产企业而言，若订单量不是极大，离线AOI设备可通过运行批次检测，在满足基本生产检测需求的情况下，提高效率的同时节省成本并提高产品竞争力，增加生产的产品批次，实现按时交货等目标。
（四）SMT AOI设备选型的关键因素
1. 成本因素成本是企业在选型AOI设备时必须考虑的重要因素。初始设备购置成本直接影响资金投入，不同种类的设备价格差异明显。例如，简易型手动离线AOI设备较在线AOI设备价格低很多。在线AOI设备价格虽高，但自动化集成度高，在生产与检测同步方面具有天然优势，适合大规模、高效率生产需求的企业；而简易型手动离线AOI设备，对于资金不充裕、生产规模较小或者对检测速度要求不是非常高的企业来说，有利于节约初期资金投入。除购置成本外，使用成本包括设备的运行能耗、配件更换以及维护成本等。部分AOI设备运行时耗电量大，长期使用会产生较高的运行成本；若设备采用特殊的光学组件或者机械部件，当这些部件需要更换时，价格昂贵，会增加企业的使用成本。同时，不同品牌和型号的设备，维护成本可能相差很多，有些设备设计复杂，维护操作需要专门培训的技术人员，维护的零部件通用性差，这些都会提高维护成本。因此，从成本角度综合考虑，企业要结合自身的预算、生产规模和利润空间等来选择合适的AOI设备。
2. 设备适用性设备的适用性涵盖多个方面。首先是对生产流程的适应能力，对于SMT生产线而言，在刷锡后贴片前、贴片后回流焊前、回流焊或波峰焊后或者对于PCB行业裸板检测等不同生产步骤，AOI设备要能够配合每个步骤的生产特点及质量检测要点进行工作。例如在刷锡后贴片前，对桥接、移位、无锡、锡不足等错误类型检测要准确高效；在回流焊后，AOI设备需要精准检测少锡/多锡、无锡短接锡球漏料 - 极性 - 移位脚弯错件等问题。另外，AOI设备在生产环境中的适用性至关重要，如果生产车间环境温湿度变化较大、存在轻微的粉尘或者电磁干扰等，AOI设备仍需保持检测的准确性和稳定性。此外，不同企业生产的PCB板的类型、尺寸、安装元件的种类与密度等存在差异，这要求AOI设备可以通过调整相应的参数、更换部分组件等方式适应不同的PCB板规格，例如优质的AOI设备能够检测从元件较少、间距较大到元件密集、间距极小的PCB板，还能够适应不同尺寸范围的PCB板检测要求，保障在各种生产实际情况下的应用效果。
3. 可靠性与稳定性AOI设备的可靠性直接关系到检测结果的可信度。若AOI设备在使用中经常出现误判或者故障，产品质量将无法得到有效保障，进而影响企业生产效率和声誉。可靠的AOI设备首先在硬件上应采用高质量的组件，例如相机质量，无论是单相机、双相机还是多摄像机结构，摄像头的成像质量、分辨率、色彩还原度等需要长期保持稳定，以确保所采集的图像能真实反映产品焊点和元件的状况；同时，光源的稳定性也极为重要，在检测过程中，若光源的亮度、颜色或者角度发生不必要的波动，可能会对检测结果造成严重影响。在软件算法方面，AOI设备需基于准确的算法对图像进行处理，不良率的统计判断、合格与否的基准界定等算法都要准确合理，如采用基于预处理后的图像的模式识别技术，算法的设计应能应对不同类型元件和焊点的复杂情况，准确判断产品的合格与否，减少将合格产品判定为不良品或者反之的误判情况。另外，设备长时间运行的稳定性很关键，在企业连续生产过程中，要求AOI设备能够持续稳定地工作，避免因设备自身运行不稳定而频繁停机调试，这对设备的散热性能、机械结构的稳固性以及内部电路的抗干扰能力等提出了很高要求。例如，若设备散热不良，可能致使内部主板或者其他电子元件工作异常，进而影响设备正常运行的稳定性。
三、SMT AOI设备选型评估的方法
（一）明确生产需求
在进行选型评估之前，企业必须先明确自身的生产需求。这包含对产品类型的分析，例如企业主要生产消费电子产品，如手机、平板电脑等，这类产品通常要求小型化、高集成度，对应的PCB板上元件较为密集，尺寸相对较小，所以对AOI设备的精度要求更高，需要能够检测微小元件和间距非常小的焊点，如0201片式元件或间距为0.3Pitch的焊点，并且由于产品批次多、产量大，对设备的检测速度和效率也有着很高要求。
其次是确定生产规模，如果企业是大规模生产企业，生产线需要不间断地持续作业，那么在线AOI设备可能更为合适，可以和生产线其他设备无缝连接，实现全流程自动化作业，提高生产效率。但如果是小型生产企业，订单量不稳定，生产任务相对较轻，离线AOI设备或者简易型手动离线AOI设备可能就能够满足需求，既能起到基本的质量检测作用，又能节约成本。再者是对生产工艺的剖析，不同的SMT生产工艺会产生不同的质量问题倾向。例如，如果企业的锡膏印刷工艺存在一定的不稳定性，那么就需要AOI设备在焊膏检测方面具有更强的矫正和检测能力，能够及时发现锡膏印刷过程中的不良现象，如桥接、锡不足等问题，以保障后续贴片和回流焊工序的顺利进行。
（二）研究市场上的设备型号和品牌
在明确生产需求之后，需要对市场上的AOI设备型号和品牌进行广泛调研。首先可通过网络搜索、行业报告等方式收集相关的设备信息，了解常见的品牌以及每个品牌推出的设备型号，包括这些设备大致的功能、性能指标和价格范围等。例如部分知名品牌在市场上拥有较高的口碑，其推出的AOI设备可能在检测精度或者工作效率方面表现优异，但价格也相对较高；而一些新兴的小品牌虽然知名度不高，但可能在某些特定功能或者性价比上具有优势。
对于设备型号，可以从不同的技术参数入手，像分辨率方面，不同型号可能适用于不同精度要求的检测场景，0201元件AOI设备就多用于检测高精度要求的微小元件；在相机结构上，单相机、双相机或者多摄像机结构的设备在成像能力、视野范围和检测速度上会有所差异。同时也可参考行业内其他企业的使用经验，向同行企业咨询他们使用过的AOI设备品牌和型号的优缺点，是否满足自身生产需求，售后维护情况如何等信息，这有助于企业筛选出一部分较为合适的AOI设备候选机型和品牌。
（三）进行测试和对比
在筛选出部分潜在的AOI设备之后，可以联系设备供应商提供设备样品或者进行实地测试演示。只有通过实际的测试才能真正确认设备是否满足企业的生产需求。可以设定一系列测试用例，包括在实际生产环境条件下的测试。例如，将企业常用的PCB板投入到候选的AOI设备中进行检测，观察设备能够检测出哪些类型的缺陷，按照企业关注的问题，重点检查在刷锡后贴片前、贴片后回流焊前、回流焊或波峰焊后的常见错误检测准确性如何，如对不同程度的少锡、多锡、元件偏移等问题检测精准度。
对比不同设备型号间检测结果的差异，考察误判率，如果设备将很多合格的产品判定为不良品，会增加不必要的生产成本，而误放有缺陷产品流入下一道工序，则可能影响最终产品的质量。除检测功能外，还要比较各个设备的工作效率，例如检测相同数量的PCB板，记录每个设备的检测耗时；在操作易用性方面，评估设备编程是否方便简单、参数调整的难易程度，若一款AOI设备编程复杂繁琐，会增加工作人员的学习成本和操作错误的可能性。此外还需要关注设备在长时间运行下的稳定性，持续运行数小时甚至数天，查看设备是否会出现故障或者检测结果出现明显偏差。同时对于设备产生的数据进行分析，例如设备检测后提供的统计报告是否详细、是否有利于帮助企业进行生产过程的质量管控等各项综合分析比较结果，以便确定最适合企业需求的AOI设备。
四、优质SMT AOI设备的特点
（一）精准的检测能力
优质的SMT AOI设备必然具备精准的检测能力以确保对元件和焊点缺陷检测的准确性。设备所采用的相机至关重要，高分辨率是确保成像质量的前提，例如高精度的设备可以达到15微米/点的分辨率，能够清晰地捕捉到元件微小的特征和焊点的细节情况，使微小的缺陷无处遁形。
在对焊膏进行检测时，除了需要提供焊膏的面积、高度和体积信息外，设备对于焊膏在PCB板上的均匀度检测也应足够精准，避免因忽略微小的不均匀状况而导致后续焊接问题。对于器件检测方面，无论是基于合格样板的学习检测方法还是基于SMT的CAD数据检测方法，其算法的精准度决定了检测结果，设备应当在对元件的极性判断、位置偏移量的测定以及错件识别等方面具备高精度的判断能力。并且，在设备检测不同类型的电路板时，能够自动适应不同的元件布局和焊点形状，保持稳定的检测准确性，不会因电路板的复杂程度或者元件多样性而出现检测能力下降或者误判情况。例如在检测具有多层电路结构或者集成度很高的PCB板时，仍能精准地识别出每一个元件和焊点是否符合要求，像手机主板这种复杂的线路板中有大量不同规格和性能要求的元件，优质的AOI设备必须能够对其进行准确检测的同时保证较低的误判率或者漏判率。
（二）高速且高效的检测效率
现代的SMT生产线追求快速高效的生产节奏，这要求优质的AOI设备具有高速且高效的检测效率。从检测速度上来看，在线AOI设备在这方面往往具有优势，一些先进的在线AOI设备每秒能够检测多个PCB板或者快速扫描大面积的PCB板区域，大大降低了产品检测周转时间。例如在大规模的SMT生产中，如果AOI设备检测速度慢，会成为生产线的瓶颈，而高速的AOI设备在同样的时间内能够检测更多的产品，提高了生产线的整体吞吐量。
同时高效还体现在处理检测结果的反馈速度上，如果检测出缺陷后，能够迅速地将结果通过显示器或者自动标志显示/标示出来，如及时在生产线上标记出哪些焊点存在少锡问题或者哪个元件出现了错件情况，这使得维修人员可以尽快对问题进行处理，减少生产延误。另外在可操作性方面，如果设备的操作流程简单便捷，减少操作人员的学习成本和操作错误率，这也间接提高了设备的使用效率。例如设备的编程和参数调整无需复杂繁琐的操作，简单的框选元件本体就能自动导入检测项与预设参数，就像明锐AOI设备一样，搭配AI增强型OCR功能可以高效把握关键数据，从而实现高效检测。此外，设备整合到生产线中的能力也属于高效的一部分，如果AOI设备能够与生产线中的其他SMT设备如贴片机、回流焊炉等完美协同工作，减少不必要的工序间隔和调整，也有利于提高整个生产流程的效率。
（三）良好的可靠性与稳定性
优质的SMT AOI设备在可靠性和稳定性方面表现出色。设备的硬件组成部分需要采用高品质、耐用的材料和组件构建。比如其使用的光学镜头，采用远心镜头时，成像稳定高清，可以有效减少图像畸变和色差带来的检测误差；承载设备的平台如果采用大理石平台等稳定结构，可以保证设备在工作时保持平稳，避免因晃动影响检测精度。
在软件方面，设备依据的算法应该成熟稳定，以应对不同的生产场景和检测对象。无论是进行焊膏检测时复杂的颜色和形状识别算法，还是对器件检测基于预处理后的图像的模式识别中的对比处理和运算算法等都要准确无误、牢固可靠。从设备运行的稳定性来看，优质AOI设备应能够在复杂的生产环境中长期稳定运行，如在工厂中连续工作数天甚至数周不停机，即使面对环境温湿度的变化、轻微的电磁干扰或者灰尘等情况也不影响检测结果。此外，设备在长时间使用后不会出现性能大幅下降的情况，不存在因长时间使用而频繁需要校准或者更换关键部件的现象，像设备中的相机在使用了较长时间后，其分辨率、成像清晰度等仍能满足检测需求，这体现了设备在长期使用过程中的可靠性和稳定性。
