經過近10年的努力，自動光學檢測系統（AOI）終於被成功地運用在印刷電路板（PCB）生產線上。在這段期間，AOI供應商的數量急劇增加，各種AOI技術也得到了長足發展。目前，從簡單的攝影系統到複雜的3-D X光檢測系統，?多供應商們已經能夠提供幾乎可以適用於所有自動生產線的AOI設備。

在過去的十年當中，錫膏印刷機和表面黏著技術（SMT）零件插放設備的性能得到了改善，進而提高了?品組裝速度、精確度和可靠性。製造廠商的產品良率也因此提高。元件製造商提供越來越多的SMT封裝元件，也帶動了印刷電路板組裝線自動化的發展。而SMT元件的自動貼裝幾乎可以完全杜絕生產線上人工組裝可能?生的錯誤。

AOI提升整體良率

在PCB產業中，元件的微型化和密集化是一直以來的發展趨勢。這促使SMT工廠?其生產線安裝AOI設備。因?依靠人工已經不可能對分佈細密的元件進行可靠而一致的檢測並且留下精確的檢測記錄。而AOI則可以進行反覆而精確的檢測，還可以透過電腦進行檢測結果的儲存和發佈。

在許多情況下，製程工程師對錫膏印刷機和組裝進程的檢測和調節可以保證生產線的瑕疵率只有百萬分之幾（ppm）。對於一條高?量/少機種的生產線來說，比較典型的瑕疵數是百萬分之二十至百萬分之一百五十。實際證明，僅靠對印刷電路板樣本進行抽樣檢測是較難發現每一個以及每一種瑕疵的。只有對所有的電路板進行100％的檢測才能保証更大的檢?覆蓋，從而實現統計式製程控制（SPC）。

大致而言，特定種類瑕疵（通常種類不會很多）的?生可以和某些特定的生?設備聯繫起來。在許多情況下，你還可以將一種瑕疵的?生歸結於某一台特定的儀器。但是，對於某些變數，例如元件偏移（由於迴焊過程當中的凝結效果），就無法回溯到某一具體生?步驟上。

因此?了能發現所有的瑕疵，就產生了在生產線上對每一個生?步驟進行100％的檢測的需求。 然而在現實當中，基於經濟上的考量，PCB製造商不可能在每進行完一道程序之後，對每一塊電路板都進行一次測試。因此，製程工程師和品管經理必須仔細考慮如何在投資檢測設備上和提高?量所帶來的收益間取得最佳平衡。

一般說來，如(圖一)所示，可以在一條生產線中四個生?步驟的任意一站之後有效地運用AOI。以下幾個段落將分別介紹AOI在SMT PCB生產線上的四個不同生?流程後的應用。我們可以粗略地將AOI分?預防問題與發現問題兩類。在接下來的描述中，錫膏印刷之後、高速置件機之後和元件貼裝之後的檢測可以歸?預防問題一類，而最後一個步驟—迴流焊接之後的檢測—則可以歸於發現問題一類，因?在這個步驟檢測並不能阻止缺陷的?生。

《圖一　PCB生產流程中AOI量測時機》

1、錫膏印刷之後

大致說來有缺陷的焊接均來自於有缺陷的錫膏印刷。在這個階段，可以很容易、很經濟地清除掉PCB上的錫膏印刷缺陷。大多數2-D檢測系統便能監控錫膏的偏移和歪斜、不足的粘貼區域以及瑕疵和錫橋。3-D系統還可以測量錫膏印刷的量。

2、高速置件機之後

這個階段的檢測可以檢查出缺少或偏移的晶片以及歪斜的晶片或晶片定位缺陷。這個檢測系統同時還可以檢查fine-pitch元件和BGA元件的位置上的錫膏。

3、元件貼裝之後

在設備往PCB上貼裝元件之後，檢測系統能夠檢查PCB上缺少、偏移以及歪斜的元件，還能查出元件極性的錯誤。

4、迴流焊接之後

在生產線的末端，檢測系統可以檢查元件的缺少，偏移和歪斜的情況，以及所有極性方面的缺陷。該系統還一定要對焊接狀況的正確性以及焊接不足、焊接錫橋和引線翹起等缺陷進行檢測。

如果需要，還可以在第2、3和4步驟加入自動文字辯識（OCR）和自動符號檢查（OCV）這兩種方法進行檢測。

量測選擇標準

工程師和廠商對不同檢測方法利弊的討論總是無休無止，其實選擇的主要標準應該著眼於元件和生產流程的類型、誤差範圍和對?品可靠性的要求。如果使用許多BGA、晶片級封裝（CSP）或者覆晶封裝（flip-chip）元件，就需要將檢測系統應用到第一和第二步驟，以發揮其最大的功效。

另外，在第四階段後進行檢測可以有效地檢測平價消費品的缺陷。而對運用在航空航太、醫學及安全?品（汽車安全氣囊）領域的PCB來說，由於對品質要求十分嚴格，則可能會要求在生產線上的許多地方都進行檢測，尤其是在第二和第四步驟後。對這一類PCB則可以選用X射線來進行檢測。

如果要對在生產線上運用AOI的步驟進行評估，則需要區分只能進行檢測的系統和可以進行測量的系統。

只尋找諸如元件缺少、位置放錯等缺陷的檢測系統是不能提供製程控制的工具，所以不能用它們來改善SMT的生?製程。工程師還是必須手動來調整生?製程。但是，這些檢測系統既快捷又便宜。

另一方面，量測系統能夠提供每一個元件的準確資料，對測量生?製程參數十分重要。這些系統要比檢測系統昂貴，但是當你將他們和SPC軟體整合到一起，量測系統則可以提供改善生?製程所必需的資訊。

整體說來，廠商僅僅依據檢測系統報錯的準確率，即真實錯誤（準確報錯）對虛假錯誤（虛假報錯）的比例來評估其好壞是不全面的。如果要評估量測系統，還必須要評估其在較小的公差範圍內的量測精確性。

統計程序控制

最後，如果想運用來自AOI系統的資料有效地幫助你控制生?流程，從而使公司實現更高的?量和更高的利潤，必須掌握如下資訊：

透過在印刷或者置件過程中安裝AOI系統，可以幫助消除在生?流程中其他製程所累積的其他製程變數。假定在迴焊之後測量元件是否發生了位置偏移，收集的資料並不能夠反映置件過程的準確性。應該對置件和回流焊接後的結果都進行測量。

因此該資訊對於控制元件置件參數的調整幾乎是沒有用的。如果要監測生產品質的改變趨勢，在必須要監測的流程附近安裝AOI系統，並且能夠迅速產生一個可以糾正即將發生問題的參數，同時近距離檢測還可以減少在檢測過程前不符規格的產品的數量。

結論

雖然大多數電子產業的AOI用戶仍然只重視迴焊之後的檢測，但是今後元件和PCB的小型化趨勢會要求更有效的封閉迴圈（close loop）的流程控制。能夠提供有效的檢測和測量方案的AOI系統將會吸引越來越多的用戶，工程師們也會認?在這樣系統上的投資更加物超所值。對於所有的客戶來說，AOI將在改進?品生產線和提高良品率方面持續地扮演重要的角色。（作者為安捷倫科技愛爾蘭影像?品部門高級資深產品經理）