1.自动光学检测（AOI）

AOI（Automatic Optic Inspection）是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备。AOI是新兴起的一种新型测试技术，但发展迅速，很多厂家都推出了AOI测试设备。当自动检测时，机器通过摄像头自动扫描印制电路板，采集图像，将测试的焊点与数据库中的合格参数进行比较，经过图像处理，检查印制电路板上的缺陷（图 7−23）。并通过显示器或自动标志把缺陷显示与标示出来，供维修人员修整，提高了产品质量和生产效率。

图7−23　自动光学检测（AOI）设备及印制电路板上缺陷

AOI可放置在印制后、焊前、焊后不同位置。

① AOI放置在印制后。可对焊膏的印制质量作工序检测。可检测焊膏量过多、过少，焊膏图形的位置有无偏移、焊膏图形之间有无粘连等情况。

② AOI放置在贴装机后、焊接前。可对贴片质量作工序检测。可检测元件贴错、元件移位、元件贴反（如电阻翻面）、元件侧立、元件丢失、极性错误以及贴片压力过大造成焊膏图形之间粘连等情况。

③ AOI放置在再流焊炉后。可作焊接质量检测。可检测元件贴错、元件移位、元件贴反（如电阻翻面）、元件丢失、极性错误、焊点润湿度、焊锡量过多、焊锡量过少、漏焊、虚焊、桥接、焊球（引脚之间的焊球）、元件翘起（竖碑）等焊接缺陷。

目前电路板制造业所使用的典型AOI检查技术，包括底片检查、钻针检查、孔位检查、线路检查、盲孔检查、凸块检查、外观检查等。不同的检查应用，所涵盖的技术内涵就不相同，所使用的AOI辅助设备也有不小差异。

2.X射线检测仪

随着新型器件封装的快速发展，电子器件趋向体积小、质量轻、引线间距小，同时高密度贴装电路板、密集端脚布线均使得焊接缺陷增加，越来越多的不可见焊点缺陷使检测更具有挑战性，常规显示放大目测检验已不能满足需求。这对表面组装技术（SMT）及检测提出了更高的要求。而X射线焊点无损检测技术则可以满足需求，它与计算机图像处理技术相结合，对SMT上的焊点、印制电路板内层和器件内部连线进行高分辨率的检测。典型的X射线检测仪如图7−24所示。

图7−24　X射线检测仪结构及工作原理

（a）外形；（b）结构；（c）透视图像

自动X射线检测（Automatic X−ray Inspection，AXI）其原理如图7−24（b）所示。当组装好的线路板沿导轨进入机器内部后，位于线路板上方有一X射线发射管，其发射的X射线穿过印制电路板后，被置于下方的探测器（一般为摄像机）接收，由于焊点中含有可以大量吸收X射线的铅，因此与穿过玻璃纤维、铜、硅等其他材料的X射线相比，照射在焊点上的X射线被大量吸收，而呈黑点产生良好图像，如图7−23（c）所示，使得对焊点的分析变得相当直观，故通过简单的图像分析法便可自动且可靠地检验焊点缺陷。

AXI检测的特点如下：

① 对工艺缺陷的覆盖率高达97%。可检查的缺陷包括虚焊、桥连、立碑、焊料不足、气孔、器件漏装等（图7−25）。尤其是X射线对BGA、CSP等焊点隐藏器件也可检查。

图7−25　常见的X射线检测到的不良现象

（a）桥连不良；（b）漏焊不良；（c）焊点不充分饱满

② 较高的测试覆盖度。可以对肉眼和在线测试检查不到的地方进行检查。比如：PCBA被判断有故障，怀疑是印制电路板内层走线断裂，X射线可以很快地进行检查。

③ 测试的准备时间大大缩短。

④ 能观察到其他测试手段无法可靠探测到的缺陷，如虚焊、空气孔和成形不良等。

⑤ 对双面板和多层板只需一次检查（带分层功能）。

⑥ 提供相关测量信息，用来对生产工艺过程进行评估，如焊膏厚度、焊点下的焊锡量等。

3.针床测试仪

在线测试仪（In Circuit Tester，ICT）是一种在线式的印制电路板静态测试设备，业内称为ICT/ATE/ATS测试。由于ICT针床的测试速度快，并且与AOI和AXI相比能够提供较为可靠的电性测试，所以在一些大批量进行PCBA生产的企业中，成为测试的主流设备。但是，ICT针床也有个致命的缺点，即测试反应速度慢。例如，为一块PCBA制作和调试ICT针床夹具，往往需要花费几天甚至几周的时间，并且每次都要有针床夹具的制作费用。对于一些研发类和对市场敏感度较高的企业，往往在急切研制和推出新产品时，ICT针床夹具无法及时上马；或者频繁的产品更新，造成大量ICT针床报废产生极大的成本浪费；或者产品线过于宽大，导致需要大量不同的 ICT针床夹具，使成本急剧上升。典型的针床测试仪如图7−26所示。(www.daowen.com)

图7−26　针床测试仪

采用传统的针床在线测试仪测量时，使用专门的针床与已焊接好的印制电路板上的元器件接触，并用数百毫伏电压和10 mA以内电流进行分立隔离测试，从而精确地测出所装电阻、电感、电容、二极管、三极管、可控硅、场效应管、集成块等通用和特殊元器件的漏装、错装、参数值偏差、焊点连焊、印制电路板开短路等故障，并将故障是哪个元件或开短路位于哪个点准确告诉用户。针床在线测试仪的优点是测试速度快，适合于单一品种民用型家电印制电路板极大规模生产的测试，而且主机价格较便宜。但是随着印制电路板组装密度的提高，特别是细间距SMT组装以及新产品开发生产周期越来越短，印制电路板品种越来越多，针床在线测试仪存在一些难以克服的问题，如测试用针床夹具的制作周期、测试周期长，价格贵；对于一些高密度SMT印制电路板，由于测试精度问题无法进行测试。

针床在线测试仪具有以下特点：

① 能检测出绝大多数生产问题。

② 即时判断和确定缺陷。

③ 包含一个线路分析模块、测试生成器和元器件库。

④ 对不同的元器件能进行模型测试。

⑤ 提供系统软件，支持写测试和评估测试。

4.飞针测试仪

现今电子产品的设计和生产承受着产品生命周期短的巨大压力，产品更新的时间周期越来越短，因此在最短时间内开发新产品和实现批量生产对电子产品制作是至关重要的。飞针测试技术是目前电气测试问题的解决办法之一，它用移动探针取代针床，使用多个由电动机驱动，能够快速移动的电气探针接触器件的引脚进行电气测量，这种仪器最初是为裸板而设计的，也需要复杂的软件来支持，现在已经能够有效地进行模拟在线测试，飞针测试仪的出现已经改变了小批量与快速转换装配产品的测试方法。以前需要几周时间完成的测试现在仅需几小时就可完成，大大缩短了产品设计周期和投入市场的时间。典型的飞针测试仪如图 7−27所示。

图7−27　飞针测试仪

根据飞针测试时固定印制电路板的方式，飞针测试机的结构可分为竖立式和水平式。一般来说，飞针测试仪装有4～8根测试探针，由电动机通过皮带传动来带动测试探针，探针的移动包括 X、Y、Z这 3个方向。在测试前，测试工程师需把设计工程师的CAD数据（如印制电路板文件），转换成可使用的测试数据文件，这些文件包含了需要测试的每个焊点的坐标（x、y）及焊点在印制电路板中的网络值。

飞针测试仪是对传统针床在线测试仪的一种改进，它用探针来代替针床，在X−Y机构上装有可分别高速移动的4个头共8根测试探针，最小测试间隙为0.2 mm。工作时在测单元（Unit Under Test，UUT）通过皮带或者其他UUT传送系统输送到测试机内，然后固定，测试仪的探针接触测试焊盘和通路孔，从而可测试UUT的单个元件，测试探针通过多路传输系统连接到驱动器（信号发生器、电源供应等）和传感器（数字万用表、频率计数器等）来测试UUT上的元件。当一个元件正在测试时，UUT上的其他元件通过探针器在电气上屏蔽以防止读数干扰。

飞针测试仪可以检查短路、开路和元件值。在飞针测试中也使用了一台相机来帮助查找丢失元件。用相机来检查方向明确的元件形状，如极性电容。随着探针定位精度和可重复性达到5～15 μm，飞针测试仪可精确地探测UUT。飞针测试解决了在SMA装配中见到的大量现有问题——可能长达4～6个测试开发周期：较高的夹具开发成本，不能经济地测试小批量生产；不能快速地测试原型样机装配。

飞针测试仪的编程比传统的针床在线测试系统更容易、更快捷，具有编程容易、能够在数小时内测试原型样机装配，以及测试低产量的产品而没有典型的夹具开发费用等优点。虽然飞针测试可解决生产环境中的许多问题，但还是不能解决所有的生产测试问题。飞针测试也有其缺点，因为测试探针与通路孔和测试焊盘上的焊锡发生物理接触，可能会在焊锡上留下小凹坑。而对于某些 OEM 客户来说，这些小凹坑可能被认为是外观缺陷，拒绝接受。有时在没有测试焊盘的地方探针会接触到元件引脚，所以可能会错过松脱或焊接不良的元件引脚。

飞针测试时间过长是另一个不足。传统的针床测试探针数目有 500～3 000根，针床与SMA一次接触即可完成在线测试的全部要求，测试时间只要几十秒。而飞针探针只有4根，针床一次接触所完成的测试，飞针需要许多次运动才能完成，时间显然要长得多。另外，针床测试仪可使用顶面夹具同时测试双面 SMA的顶面与底面元件，而飞针测试仪要求操作员测试完一面，翻转再测试另一面，由此看出，飞针测试并不能很好地适应大批量生产的要求。

尽管有上述这些缺点，飞针测试仪仍不失为一个有价值的工具，其优点如下。

① 较短的测试开发周期。系统接收到CAD文件后几小时内就可以开始生产，因此，原型电路板在装配后数小时即可测试，而不像针床测试，高成本的夹具与测试开发工作可能将生产周期延误几天甚至几个月。

② 较低的测试成本。不需要制作专门的测试夹具。

③ 由于设定、编程和测试简单、快速，因此一般技术装配人员就可以进行操作测试。

④ 较高的测试精度。飞针在线测试的定位精度（10 μm）和重复性（±10 μm）以及尺寸极小的触点和间距，使测试系统可探测到针床夹具无法达到的SMA节点。

应该看到，相对针床来说，飞针是一种技术革新，还在不断发展中，随着无线通信和无线网络的发展，越来越多的 SMA将增加无线接入能力，目前的针床测试仪只适用于低频频段，在射频（RF）频段的探针将变成小天线，产生大量的寄生干扰，影响测试结果的可靠性，针床在线测试仪只能检测RF电路在低频下的特性，RF电路的其他测试由后续的功能测试仪去执行，这样必然降低 SMA的缺陷覆盖率。飞针在线测试仪的探针数很少，较容易采取减少RF干扰的措施，实现SMA的低频和RF的在线测试，提高覆盖率。飞针在线测试与针床在线测试具有互补能力，因而，有些 SMA在线测试供应商考虑合并飞针和针床技术，在同一台在线测试仪内融合飞针和针床结构，优势互补，达到高速测试、编程容易、降低成本的目的。