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[摘 要]介绍PCB制作过程中检测技术的发展历程，重点介绍自动光学检测方法（AOI）的工作原理及其关键技术。
[关键词]PCB检测、自动光学检测、检测算法。
中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0385-01
一、PCB检测技术发展历程
在PCB的生产工艺流程中，蚀刻是重要环节之一，即用化学药剂腐蚀掉设计线路以外多余的铜。该工艺流程中，药剂量、温度、流速和腐蚀时间等因素直接影响生产的质量，控制不好将会产生诸如短路、开路、线宽缺损、残留铜和针孔等缺陷。
PCB通常用目视、电测试和AOI方法检测。
20世纪70年代以前，PCB检测主要依靠人眼加放大镜，检测速度慢，漏检率高，同时，还会导致检验人员视力下降，影响人体健康。
电测试的原理是根据PCB线路图的计算机数据设计一副针床夹具和相应的网点测试程序。测试时，探针压在PCB表面的待测点，然后通电测试每个网点的通断，并报告存在的短路和断路缺陷。其局限在于○1只能检测短路和断路两种缺陷，缺口、针孔和残留铜等其他缺陷都无法检测。○2针床夹具的成本过高，小批量生产不合适。
电测试受到PCB向高密度、小型化方向发展的限制。随着线路板的密度不断增大，电测试需不断增加测试接点数，导致测试编程和针床夹具成本上升，开发测试程序和夹具通常需要数星期乃至一个多月时间，同时将导致电测试出错和重测次数增多。对电测试构成挑战的还有不断减少的引脚距离。因此，电测试已不能满足未来线路板的测试要求。
二、PCB自动光学测试技术
（2） 自动光学检测的工作原理
AOI是检测PCB表面图形品质（如表面缺陷、断路和短路）的设备，用于生产过程中半成品品质检测，是高精密单层印制板，尤其是多层印制板加工的关键技术。测试系统集光学、精密机械、识别诊断算法和计算机技术于一体，功能或激光自动扫描PCB，采集图像后送与计算机处理，再与数据库中的标准数据比较，查出PCB上缺陷，用显示器或自动标识系统显示或标识缺陷，供维修人员修理。
2.PCB自动光学检测图像处理技术
（3） 图像采集
获取图像是AOI的关键，所获取图像的质量好坏直接影响最终的检测效果。从使用的图像采集器件来看，目前AOI分为两类，一类是使用高精度线扫描CCD成像；另一类是利用激光作为光源，用光电倍增管（PMT）作为光电转换器件来获取图像。
图像的处理是将光电器件（CCD或PMT）输出的有关PCB信息的电信号转换为计算机可识别的二进制信号。首先进行模/数转换，将模拟信号转换为灰阶数字信号，利用PCB基材和铜的灰阶值不同的特性，形成二维灰度图像，然后利用阈值法，将大于指定阈值的像素转换成黑（铜）像素，等于或小于指定阈值的像素转换成白（基材）像素。阈值根据材质来选取，一般在灰阶数值的60～110之间，最后得到关于PCB信息的二值（0，1）图像。
（2）图像处理技术
（A）图像特征提取
对转换后的二值图像进行分析并与标准图像比较以发现PCB上存在的缺陷。常用的分析方法有两种。其中矢量分析法是一种图形位置搜索技术，八支射线沿着垂直、水平和对角线由中心往外计算，在影像图上找出主要特征并将其分离出来，然后对这些进行测量，包括形状、尺寸、角度和坐标。由于该方法方向性很强，两支射线间的空隙是检测盲区，漏检率较高，现在已经较少采用。另一种是数学形态学分析法，其优点是在将图像简化至骨架时，可大大减少图像的数据量；对图像特征的记录稳定可靠且精准；新算法的研发具有很强的弹性。
（B）图像处理算法
在PCB检测中，常用的算法有四类：
（4） 数据处理类：对输入的数据进行初步过滤，过滤小的针孔和残留铜及不需检测孔等。
（5） 测量类：对输入数据进行特征提取，记录特征代码、尺寸和位置并于标准数据进行比对。
（6） 拓扑类：用于检测增加或丢失的特征。
（7） 孔及细微缺陷类算法。
三、AOI检测系统
（8） 常用的AOI检测系统
目前AOI产品的主要供应商有以色列ORBOTECH及CAMTEK公司，日本LIOYD DOYLE和SCREEN，下面以ORBOTECH公司INSPIRE9060及V309 Blaser为例说明AOI系统的性能特点。
INSPIRE9060是目前世界上自动化程度较高的AOI系统，具备自动上板/下板功能，使用三个8kbyte彩色CCD成像，用形态学算法进行图像分析处理，可检测最小线宽/间距为75？m。
V309 Blaser是用激光来获取图像的AOI系统，对高密度互连板HDI、细线路板及雷射钻孔板方面具有较强的检测能力。最小解析度为6.3？m，可检测最小线宽/间距为50？m。
2.AOI的发展趋势。
（9） 在线检测：PCB生产商希望AOI能够直接与蚀刻线相连，无需人员上下板，这样既可降低人员成本，又可提高产量。
（10） HDI板/激光钻孔板检测：由于HDI板线路很细，其缺陷更为细小，要求增强AOI对细微缺陷的检测能力。
（11） 超大板检测：通讯背板的设计向高层、大板面（>1270mm×762mm）方向发展。
尽管AOI可以完成目视检查难以胜任的工作，可靠性仍有不完全令人满意的地方。该技术高度依赖计算机图像处理技术，如原始光学图像提供的信息不足，或者图像处理算法不够有效，将导致误判。因此，高分辨率电路板AOI技术还将进一步发展。
[关键词]PCB检测、自动光学检测、检测算法。
中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0385-01
一、PCB检测技术发展历程
在PCB的生产工艺流程中，蚀刻是重要环节之一，即用化学药剂腐蚀掉设计线路以外多余的铜。该工艺流程中，药剂量、温度、流速和腐蚀时间等因素直接影响生产的质量，控制不好将会产生诸如短路、开路、线宽缺损、残留铜和针孔等缺陷。
PCB通常用目视、电测试和AOI方法检测。
20世纪70年代以前，PCB检测主要依靠人眼加放大镜，检测速度慢，漏检率高，同时，还会导致检验人员视力下降，影响人体健康。
电测试的原理是根据PCB线路图的计算机数据设计一副针床夹具和相应的网点测试程序。测试时，探针压在PCB表面的待测点，然后通电测试每个网点的通断，并报告存在的短路和断路缺陷。其局限在于○1只能检测短路和断路两种缺陷，缺口、针孔和残留铜等其他缺陷都无法检测。○2针床夹具的成本过高，小批量生产不合适。
电测试受到PCB向高密度、小型化方向发展的限制。随着线路板的密度不断增大，电测试需不断增加测试接点数，导致测试编程和针床夹具成本上升，开发测试程序和夹具通常需要数星期乃至一个多月时间，同时将导致电测试出错和重测次数增多。对电测试构成挑战的还有不断减少的引脚距离。因此，电测试已不能满足未来线路板的测试要求。
二、PCB自动光学测试技术
（2） 自动光学检测的工作原理
AOI是检测PCB表面图形品质（如表面缺陷、断路和短路）的设备，用于生产过程中半成品品质检测，是高精密单层印制板，尤其是多层印制板加工的关键技术。测试系统集光学、精密机械、识别诊断算法和计算机技术于一体，功能或激光自动扫描PCB，采集图像后送与计算机处理，再与数据库中的标准数据比较，查出PCB上缺陷，用显示器或自动标识系统显示或标识缺陷，供维修人员修理。
2.PCB自动光学检测图像处理技术
（3） 图像采集
获取图像是AOI的关键，所获取图像的质量好坏直接影响最终的检测效果。从使用的图像采集器件来看，目前AOI分为两类，一类是使用高精度线扫描CCD成像；另一类是利用激光作为光源，用光电倍增管（PMT）作为光电转换器件来获取图像。
图像的处理是将光电器件（CCD或PMT）输出的有关PCB信息的电信号转换为计算机可识别的二进制信号。首先进行模/数转换，将模拟信号转换为灰阶数字信号，利用PCB基材和铜的灰阶值不同的特性，形成二维灰度图像，然后利用阈值法，将大于指定阈值的像素转换成黑（铜）像素，等于或小于指定阈值的像素转换成白（基材）像素。阈值根据材质来选取，一般在灰阶数值的60～110之间，最后得到关于PCB信息的二值（0，1）图像。
（2）图像处理技术
（A）图像特征提取
对转换后的二值图像进行分析并与标准图像比较以发现PCB上存在的缺陷。常用的分析方法有两种。其中矢量分析法是一种图形位置搜索技术，八支射线沿着垂直、水平和对角线由中心往外计算，在影像图上找出主要特征并将其分离出来，然后对这些进行测量，包括形状、尺寸、角度和坐标。由于该方法方向性很强，两支射线间的空隙是检测盲区，漏检率较高，现在已经较少采用。另一种是数学形态学分析法，其优点是在将图像简化至骨架时，可大大减少图像的数据量；对图像特征的记录稳定可靠且精准；新算法的研发具有很强的弹性。
（B）图像处理算法
在PCB检测中，常用的算法有四类：
（4） 数据处理类：对输入的数据进行初步过滤，过滤小的针孔和残留铜及不需检测孔等。
（5） 测量类：对输入数据进行特征提取，记录特征代码、尺寸和位置并于标准数据进行比对。
（6） 拓扑类：用于检测增加或丢失的特征。
（7） 孔及细微缺陷类算法。
三、AOI检测系统
（8） 常用的AOI检测系统
目前AOI产品的主要供应商有以色列ORBOTECH及CAMTEK公司，日本LIOYD DOYLE和SCREEN，下面以ORBOTECH公司INSPIRE9060及V309 Blaser为例说明AOI系统的性能特点。
INSPIRE9060是目前世界上自动化程度较高的AOI系统，具备自动上板/下板功能，使用三个8kbyte彩色CCD成像，用形态学算法进行图像分析处理，可检测最小线宽/间距为75？m。
V309 Blaser是用激光来获取图像的AOI系统，对高密度互连板HDI、细线路板及雷射钻孔板方面具有较强的检测能力。最小解析度为6.3？m，可检测最小线宽/间距为50？m。
2.AOI的发展趋势。
（9） 在线检测：PCB生产商希望AOI能够直接与蚀刻线相连，无需人员上下板，这样既可降低人员成本，又可提高产量。
（10） HDI板/激光钻孔板检测：由于HDI板线路很细，其缺陷更为细小，要求增强AOI对细微缺陷的检测能力。
（11） 超大板检测：通讯背板的设计向高层、大板面（>1270mm×762mm）方向发展。
尽管AOI可以完成目视检查难以胜任的工作，可靠性仍有不完全令人满意的地方。该技术高度依赖计算机图像处理技术，如原始光学图像提供的信息不足，或者图像处理算法不够有效，将导致误判。因此，高分辨率电路板AOI技术还将进一步发展。