01005元件,它只有0.2×0.4mm 大小,0.004毫克重量,如此細小的元件在過爐后的返修幾乎是很難做到的。因此對組裝工藝帶來的挑戰主要有:1、SMT如何精準的貼裝并且避免錯料;2、AOI如何能夠把01005貼裝的所有缺陷擋在爐前以避免爐后返修。目前,對于AOI檢測環節來說,最大的難度是如何更加精準測量出01005元件貼裝偏差,因為即使是看似只有頭發絲細的偏差也極有可能造成爐后的焊接缺陷。
01005的檢測對于AOI的精度要求:
01005元件焊盤的最小尺寸只有200μm,根據IPC國際電子組裝工藝標準的最低級(IPC-A-610D二級):元件偏移超過焊盤的二分之一為不合格,這意味著01005元件最大偏移量不能超過100μm。那么如何準確檢測出小到100μm的偏差,就是目前AOI制造商所面臨的最富挑戰性的問題。按照國際計量標準,測量系統誤差需小于偏差的十分之一原則。也就是說AOI如要準確測量到01005元件100μm的偏差,其設備整體檢測誤差范圍就必須小于10μm,而目前國內外大多數廠商的AOI的整體檢測精度都很難達到這個級別。
AOI的檢測誤差的分布及原因分析:
下面我們就拿業內普遍采用的相機+X/Y平臺(移動,停止再拍照)的運動結構來分析哪些因素會影響AOI的測量精度。
這里我們簡化一下:假設被檢測目標PCB板上只有一個元件R1和一個Mark點F1,AOI以F1為原點檢測R1的坐標實測值(X、Y),再與已知R1焊盤中心點坐標相減得出偏差,如下圖所示:
檢測步驟是:
1、 安裝在平臺橫梁上的相機移動到A位,使相機的中軸線對準Mark點F1的中心。
2、 然后平臺根據程序設定好的坐標(X1、Y1)把相機移到B位(包括了元件R1的FOV中心點)并拍照。
3、 AOI軟件根據拾取的整個FOV圖像,計算元件R1本體中心點離FOV的中心(即相機的中軸)的坐標值(X2、Y2)。
4、 計算出R1相對原點F1的坐標實測值:X=X1+X2,Y=Y1+Y2,最后得出相對焊盤的偏差,如俯視圖所示:
從以上的圖解我們不難推出要準確得出R1的偏差,關鍵是AOI能否精準測量出R1相對于Mark點的X、Y坐標實測值。
而實測值的精度受到如下因素影響:
1、由A位移到B位直接受到X/Y平臺移動的隨機誤差和系統誤差影響,如果是絲桿平臺,由于其絲桿間隙所造成的隨機誤差最少也達20μm。
2、計算出X2、Y2值受到圖像畸變的影響,元件離FOV中心越遠,相機鏡頭畸變越高,圖像的畸變也越大,計算出的坐標值誤差越大。
3、X2、Y2值還受到R1元件中心的判定誤差的影響,這直接和相機拍攝的圖片的解析度相關。如果相機解析度越低,圖片越模糊,造成R1元件的本體邊界計算誤差大,最終計算出R1元件中心的位置誤差越大。
下圖總結出普通絲桿平臺AOI在檢測元件時誤差是由哪些部位產生:
1,相機隨平臺運動時,絲桿間隙造成的隨機誤差和系統誤差。
2,普通相機的解析度太低導致影像模糊不清,使目標物體的中心點的判定產生誤差。
3,鏡頭的畸變直接造成影像的畸變,使實測的目標物體距相機視場中心產生誤差。
(如圖3中所標1、2、3號位所示)
目前普通的AOI大都采用的絲桿X/Y平臺誤差至少在20μm以上,在加上相機和鏡頭的誤差,其AOI的整體誤差要超過50μm。
凌志銳科技如何提高AOI的檢測精度以應對01005微型元件組裝的挑戰:
凌志銳科技經過多年的潛心研究,認真分析AOI在檢測元件過程中誤差產生的具體部位和原因,率先掌握以下業內領先的4項關鍵技術和部件的運用,把每一個環節的誤差逐一降至最低:
(1)采用重復精度達1微米的直線電機平臺
L2000系列自動光學檢測機是目前國內業界率先采用直線電機平臺的AOI,其重復精度達到1個微米,與業內普遍采用絲桿伺服電機驅動平臺相比,精度提高近20倍。
(2)超低的影像畸變率
凌志銳AOI影像系統一律采用德國知名品牌的工業相機及鏡頭,影像物理畸變率<0.01%,業內最低,再通過自主研發的高精度的軟件補償技術把影像畸變率降至0.005%以下。
(3)亞像素(sub-pixel)技術的運用
經過亞像素技術處理后的影像,其檢測的清晰和細膩程度有了顯著的改善,這樣也會極大地提升檢測能力。也就是說凌志銳AOI軟件通過亞像素技術可以把影像最小像素點尺寸(Pixel size)進行再分割到4μm,使影像更加清晰細膩,同時也使凌志銳AOI可以在不降低像素點尺寸和不犧牲檢測速度的情況下,檢測更加細小的元器件,從而使元件尺寸的測量精度提高數倍。
(4)微米級的定位算法
凌志銳AOI軟件中獨特的定位算法使測量到元件偏差值均以微米單位輸出并且偏差的限定值(閥值)也以微米為單位,也就是說凌志銳AOI可以把元件的偏差限定在微米級。
實際的檢測效果如何呢?我們拿普通絲桿平臺AOI和L2000針對同一01005元件30次重復檢測進行對比,如圖所示:

以上圖表可以看出四項關鍵技術的運用,凌志銳L2000的整體檢測誤差縮小到10微米以內,重復性參數Gage R&R最小可達5%,這樣的參數指標完全能夠滿足業內最精密的元件01005的檢測。憑借高精度的檢測能力,優異的重復性和穩定性以及成熟的算法,L2000在高精密度電路板的檢測中表現相當優異。尤其是針對有01005元件的智能手機電路板的檢測,在確保超高的檢出率的情況下其誤判率遠遠低于業內同類型的AOI,直通率可達90%以上。
關于凌志銳科技

凌志銳科技(LZR Technology)是國內首家與國際最先進檢測水平接軌的高新科技企業,國內專業從事高精度自動光學檢測系統的開發及制造商,分別在深圳、上海、蘇州、成都等地設有銷售及服務處。
擁有國內外從業多年精英研發團隊的凌志銳科技引進美國尖端技術,在國內率先運用高精度直線電機平臺于PCBA自動光學檢測領域,并通過高精密的影像系統和軟件技術的研發,使AOI的整體檢測精度首次達到了微米級,是目前業內精度最高的Assembly AOI之一。本項目填補國內多項技術空白并已成功申請多項國家技術專利。
凌志銳科技的技術和設備可廣泛應用于處于國際技術前沿的電子產品制造,如可穿戴電子產品(智能眼鏡、各種智能電子手環、智能手表)、智能手機、平板電腦以及各種要求高精度、高密集度、高可靠性的電子產品等。
凌志銳科技公司的企業宗旨:致力于設計、制造和提供最高質量,更高精準度和可靠性的視覺檢測系統,使全球用戶都能夠成功應對日益高密集化和微型化趨勢的挑戰!
2014上海Nepcon展臺號:A1-1G80

01005的檢測對于AOI的精度要求:
01005元件焊盤的最小尺寸只有200μm,根據IPC國際電子組裝工藝標準的最低級(IPC-A-610D二級):元件偏移超過焊盤的二分之一為不合格,這意味著01005元件最大偏移量不能超過100μm。那么如何準確檢測出小到100μm的偏差,就是目前AOI制造商所面臨的最富挑戰性的問題。按照國際計量標準,測量系統誤差需小于偏差的十分之一原則。也就是說AOI如要準確測量到01005元件100μm的偏差,其設備整體檢測誤差范圍就必須小于10μm,而目前國內外大多數廠商的AOI的整體檢測精度都很難達到這個級別。
AOI的檢測誤差的分布及原因分析:
下面我們就拿業內普遍采用的相機+X/Y平臺(移動,停止再拍照)的運動結構來分析哪些因素會影響AOI的測量精度。
這里我們簡化一下:假設被檢測目標PCB板上只有一個元件R1和一個Mark點F1,AOI以F1為原點檢測R1的坐標實測值(X、Y),再與已知R1焊盤中心點坐標相減得出偏差,如下圖所示:

檢測步驟是:
1、 安裝在平臺橫梁上的相機移動到A位,使相機的中軸線對準Mark點F1的中心。
2、 然后平臺根據程序設定好的坐標(X1、Y1)把相機移到B位(包括了元件R1的FOV中心點)并拍照。
3、 AOI軟件根據拾取的整個FOV圖像,計算元件R1本體中心點離FOV的中心(即相機的中軸)的坐標值(X2、Y2)。
4、 計算出R1相對原點F1的坐標實測值:X=X1+X2,Y=Y1+Y2,最后得出相對焊盤的偏差,如俯視圖所示:

從以上的圖解我們不難推出要準確得出R1的偏差,關鍵是AOI能否精準測量出R1相對于Mark點的X、Y坐標實測值。
而實測值的精度受到如下因素影響:
1、由A位移到B位直接受到X/Y平臺移動的隨機誤差和系統誤差影響,如果是絲桿平臺,由于其絲桿間隙所造成的隨機誤差最少也達20μm。
2、計算出X2、Y2值受到圖像畸變的影響,元件離FOV中心越遠,相機鏡頭畸變越高,圖像的畸變也越大,計算出的坐標值誤差越大。
3、X2、Y2值還受到R1元件中心的判定誤差的影響,這直接和相機拍攝的圖片的解析度相關。如果相機解析度越低,圖片越模糊,造成R1元件的本體邊界計算誤差大,最終計算出R1元件中心的位置誤差越大。
下圖總結出普通絲桿平臺AOI在檢測元件時誤差是由哪些部位產生:

1,相機隨平臺運動時,絲桿間隙造成的隨機誤差和系統誤差。
2,普通相機的解析度太低導致影像模糊不清,使目標物體的中心點的判定產生誤差。
3,鏡頭的畸變直接造成影像的畸變,使實測的目標物體距相機視場中心產生誤差。
(如圖3中所標1、2、3號位所示)
目前普通的AOI大都采用的絲桿X/Y平臺誤差至少在20μm以上,在加上相機和鏡頭的誤差,其AOI的整體誤差要超過50μm。
凌志銳科技如何提高AOI的檢測精度以應對01005微型元件組裝的挑戰:
凌志銳科技經過多年的潛心研究,認真分析AOI在檢測元件過程中誤差產生的具體部位和原因,率先掌握以下業內領先的4項關鍵技術和部件的運用,把每一個環節的誤差逐一降至最低:
(1)采用重復精度達1微米的直線電機平臺
L2000系列自動光學檢測機是目前國內業界率先采用直線電機平臺的AOI,其重復精度達到1個微米,與業內普遍采用絲桿伺服電機驅動平臺相比,精度提高近20倍。
(2)超低的影像畸變率
凌志銳AOI影像系統一律采用德國知名品牌的工業相機及鏡頭,影像物理畸變率<0.01%,業內最低,再通過自主研發的高精度的軟件補償技術把影像畸變率降至0.005%以下。
(3)亞像素(sub-pixel)技術的運用
經過亞像素技術處理后的影像,其檢測的清晰和細膩程度有了顯著的改善,這樣也會極大地提升檢測能力。也就是說凌志銳AOI軟件通過亞像素技術可以把影像最小像素點尺寸(Pixel size)進行再分割到4μm,使影像更加清晰細膩,同時也使凌志銳AOI可以在不降低像素點尺寸和不犧牲檢測速度的情況下,檢測更加細小的元器件,從而使元件尺寸的測量精度提高數倍。
(4)微米級的定位算法
凌志銳AOI軟件中獨特的定位算法使測量到元件偏差值均以微米單位輸出并且偏差的限定值(閥值)也以微米為單位,也就是說凌志銳AOI可以把元件的偏差限定在微米級。
實際的檢測效果如何呢?我們拿普通絲桿平臺AOI和L2000針對同一01005元件30次重復檢測進行對比,如圖所示:


以上圖表可以看出四項關鍵技術的運用,凌志銳L2000的整體檢測誤差縮小到10微米以內,重復性參數Gage R&R最小可達5%,這樣的參數指標完全能夠滿足業內最精密的元件01005的檢測。憑借高精度的檢測能力,優異的重復性和穩定性以及成熟的算法,L2000在高精密度電路板的檢測中表現相當優異。尤其是針對有01005元件的智能手機電路板的檢測,在確保超高的檢出率的情況下其誤判率遠遠低于業內同類型的AOI,直通率可達90%以上。
關于凌志銳科技

凌志銳科技(LZR Technology)是國內首家與國際最先進檢測水平接軌的高新科技企業,國內專業從事高精度自動光學檢測系統的開發及制造商,分別在深圳、上海、蘇州、成都等地設有銷售及服務處。
擁有國內外從業多年精英研發團隊的凌志銳科技引進美國尖端技術,在國內率先運用高精度直線電機平臺于PCBA自動光學檢測領域,并通過高精密的影像系統和軟件技術的研發,使AOI的整體檢測精度首次達到了微米級,是目前業內精度最高的Assembly AOI之一。本項目填補國內多項技術空白并已成功申請多項國家技術專利。
凌志銳科技的技術和設備可廣泛應用于處于國際技術前沿的電子產品制造,如可穿戴電子產品(智能眼鏡、各種智能電子手環、智能手表)、智能手機、平板電腦以及各種要求高精度、高密集度、高可靠性的電子產品等。
凌志銳科技公司的企業宗旨:致力于設計、制造和提供最高質量,更高精準度和可靠性的視覺檢測系統,使全球用戶都能夠成功應對日益高密集化和微型化趨勢的挑戰!
2014上海Nepcon展臺號:A1-1G80
