使用AOI进行无铅流程质量控制

SMT行业中的绝大部分公司准备转向无铅流程，或正在进行转换。供应商、制造商和顾问公司正在讨论和探索无铅流程的引入、挑战和风险等各方面问题。当然制造要一直占居主导地位，但也不应该忽视测试能力。在这些研究中及在整个流程中包括AOI至关重要，因为引入无铅焊接预计将会影响焊接质量，进而影响产品能否取得成功。AOI把守着流程的质量大门，使用AOI将有助于检定转向无铅流程的结果。

　　AOI的概念界定 　AOI已经成为丝网印刷、元件组装和焊接完整性的在线检测和离线检测工具。根据产品要求，可以在SMT线路的各个位置部署AOI系统。AOI一般使用可视光线和摄像机，采集(部分)组装的PCB的图像，并部署算法，检验这一产品的正确性。这种技术实现了许多不同的AOI应用，如焊膏检测、回流前元件检测、回流后或波峰焊后和元件检测。尽管各个制造商采用的合金不同，温度曲线不同，且在回流焊和波峰焊之间存在着明显的差异，但AOI解决方案可以统一满足检验要求。实践证明，AIO是一种灵活的测试测量工具，自其问世以来已经增加了大量的功能，如文字阅读(OCR)或极性检测(外观或印刷)。

　　鉴于AOI不断演变及其经过验证的功能，引入无铅合金将不会给AOI技术及焊接的测试能力带来挑战。

　　AOI确定的兼容能力 　　人们很早就认识到，AOI必需符合引入无铅流程的要求，用户一般都会询问AOI厂商这方面的功能。英国的国家物理实验室（NPL）也认识到这种需求，它邀请AOI厂商参加了对比研究。这一研究使用专门设计的、具有广泛缺陷的测试电路板进行。它使用不干净的锡膏焊料，其中使用95.5Ag3.8Cu0.7焊接合金。这一科学研究非常完善，共包括6种AOI系统，结果于2002年公布。

　　结果展示了良好的缺陷覆盖能力及通用的技术处理能力：“因此，这一工作的整体结论必须是，自动光学检测无铅表面装贴组件不能比SnPb组件带来更多的挑战。事实上，通过部分改变接受/拒绝值，为SnPb工艺开发的当前程序可以调整成用于无铅工艺。”这就公正地证实了AOI厂商传达的信息，对投资于这一技术的公司提供了重要的佐证。

　　此后，大多数AOI厂商一直在实际制造环境中接触无铅组件，他们不得不在实际环境下证明上述项目。由于某些SMT制造商已经转换了50%以上的产品，AOI具有重要意义，有助于实现的流程环境。当然，对AOI厂商和SMT制造商来说，一直会有一个学习过程，但这是引入新产品和新流程时都要面对的问题。

　　缺陷频谱 　　实践证明，AOI在识别焊接外观的差异方面非常有效，但识别其它缺陷的能力如何呢？缺陷频谱保持不变，但缺陷的巴雷特图（pareto chart）已经转变。在检测缺陷时，没有什么变化吗？侧立元件（Billboard Chip）看上去一模一样，焊接不足也是如此。图1是无铅PCB上0603元件缺陷的部分实例。

　　但在无铅元件中，某些布局设计已经变化，如片式元件的焊盘现在变得更小，向内移到元件中心更近的地方，以避免产生立碑缺陷。如果AOI安装在回流焊后，那么除焊点较小外，其它缺陷检测方面没有任何变化。这种体积带来了自己的挑战，如分辨率和对于焊点的可视能力。但是，AOI还可以检验是否焊接过度，即锡膏过多，这可能是由于同一锡膏厚度下焊盘较小引起的。锡膏过多还可能会导致不能立即检测到的其它问题，如焊锡球。后才检测电路板。高端AOI系统使用更加完善的方法，它不基于反射系数，而是通过3D检测进行几何形状分析。

　　今天，在检测无铅流程时，必须认真考虑流程中涉及的所有部件，包括无铅元件，而不只是无铅锡膏。元件铅的锡铅表面对焊接的污染程度及对其外观有多大影响呢？无铅制造的质检方法是否科学？还是只解决了当前的部件，而没有考虑未来要求？

　　AOI在流程中的作用 　　SMT制造商在其工艺具备无铅制造能力时，一般只在研究中包括在线测试设备。这些研究主要集中在流程的制造部分，主要是丝网印刷机和回流焊炉。如果有在线AOI，根据生产的电路板的批量，可能也会编写一个测试程序。但在目前，在着手引入新流程和新技术时，应该利用一切有利的工具，跟踪变化，记录结果。这包括离线测试设备及X射线系统。这些设备是为更紧密地考察焊接而设计的，可以更全面地分析焊接的结构，包括隐藏焊点(BGA, CSP)，并可以焊接内部的焊点空洞。为检测所有偏差，并确定发生新问题的可能性，在质检阶段限度地进行测试非常重要。

　　人们很少把重点放在使用在线AOI系统改善统计流程，甚至记录缺陷上，这与不同的流程变化相对应。如果容许误差设置得非常紧，那么在线AOI为检测偏差提供了理想的方法。在批量较小的电路板上，用户可以承受系统拥有更高的缺陷报警水平，这些缺陷报警必需由流程人员进行检验和确认。更紧的容许误差还可以提前检测流程变化，帮助引导系统工程师在制造和AOI设备上实现设置。

　　任何流程变化都要求密切监测结果。统计流程控制(SPC)应有助于识别设置，避免流程漂移失控。尽管AOI不能监测回流焊炉的温度，但它可以记录影响的结果。对无铅流程，在线AOI系统重要的贡献是它能够记录所有结果，允许工艺工程师把这些结果与所有其它工艺参数日志进行比较。在质检阶段仔细注意所有测试结果是一个很好的作法，可以在以后全面评估实验。

　　在引入无铅焊接时，的变化预计发生在焊点质量上，即PCB和元件之间的电气和机械连接，因此象投资生产设备本身一样，在测试设备上多花一些功夫。应该把更多的测试资源配置到质检阶段，而不是流程的固定阶段，以确定在以后阶段部署哪些资源。只有在质检阶段配置测试资源，才能制订明智的决策，为新流程提供的测试方法。