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海伯森光谱共焦传感器,解决PCB外观超精密测量难题,助力工业高端制造

发布时间:2022-03-15
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导读:我国已成为印制电路板(PCB板)全球生产制造中心,行业产值年复合增长率为5.4%,高于全球平均增长水平,预计在2022年我国PCB行业可达到381.5亿美元,同比增长4.92%(数据来源:中商情报网)。





电子信息产业是研制与生产电子设备的工业,属于军民结合型产业,对于我国经济的发展以及国防安全有着重要的意义。而PCB被称为“电子产品之母”,是全球电子元件产品中市场份额占有率最高的产品。


现如今,电子产品趋于多功能化、智能化和小型化,从消费电子到工业设备、军用武器系统等,只要有集成电路等电子元器件,它们之间电气互连都要用到PCB。


随着信息技术进步和工业的快速发展,芯片技术工艺得以改进,高密度的BGA、芯片级封装以及有机层压板材料为基板的多芯片模块封装印制板成为市场热点,主要是由于其小型化、轻薄化的结构设计,兼顾其耐热散热性,以及能适应通讯高频高速化的需求。




PCB为什么需要做外观检测?


市场多元化的需求在不断升级迭代,对产品质量提出了更高的要求。


PCB板是电子产品无可替代的精密部件,它的质量直接影响产品的性能。因此,在PCB生产过程中,质检工作至关重要,而外观检测是质检环节中非常重要的一部分,对检测的精度、效率、速度等方面都有很高的要求。


PCB的内部工艺复杂,除了芯板结构层压、钻孔、布线外,还需要考虑埋置元件、表面涂饰、清洁和蚀刻等。由于对生产设备的精度和材料性能依赖程度高,一般在设计制作过程中,很容易出现以下各类问题:

1 、PCB工艺边设计不合理,导致设备无法贴装。

2 、PCB定位孔问题,导致设备不能准确、牢固地定位。

3 、螺丝孔金属化,导致过波峰焊后堵孔。

4 、PCB焊盘问题,焊接时出现虚焊、移位、立碑,或焊点少锡。

6 、Mark点设计问题,造成机器识别困难。

7 、位号或极性标志缺失,位号颠倒,字符过大或过小等。

8 、测试点、元件之间的距离放置不规范,可维修性差。

通过外观的精密检测可以及时辨别不良品,将检测的结果反馈到企业产线,可以改进生产工艺,优化工序和管理结构,提升批量化的生产效率。



常见的PCB外观视觉检测的方式


人工检测:通过肉眼或者借助一些比较简单的光学放大仪器,对PCB焊膏印刷和焊点进行人工目检,这是一种投入少且行之有效的方法,但只适用于工艺要求较低、设备和检测设备不完善的环境下。


X光检查:利用不同物质对X光的吸收率的不同,透视需要检测的部位发现缺陷。主要用于检测超细间距和超高密度电路板等。能够检测BGA等产品内部情况,但环境要求苛刻,应用成本高。


激光检测:利用激光束扫描印制板,收集所有测量数据,并将实际测量值与预置的合格极限值进行比较。可以快速输出、不要求夹具和视觉非遮盖访问;但初始成本高、维护和使用问题多是其主要缺点。


自动光学检测:基于光学原理,综合采用图像分析、计算机和自动控制等多种技术,对生产中遇到的缺陷进行检测和处理,是较新的确认制造缺陷的方法。具备编程简单、操作容易、易于集成、智能自动和成本效益高等优势,在PCB行业应用广泛。


传统的PCB检测方式采用人工肉眼,容易漏检且检出速度慢、时间长,对环境条件要求严格,不适应危险工作环境。另外,在人口红利优势弱化大背景下,人员培训和用工成本上升,人工检测已逐渐不能够满足大规模生产需要。


机器视觉检测技术是建立在图像处理算法的基础上,采用机器视觉产品(CCD或CMOS)摄取检测图像并转化为数字信号来获取各种目标图像特征值,并由此实现零件识别、特征定位、缺陷检测和运动跟踪等多种功能。与传统的人工检测技术相比,具备精度高、速度快、稳定性好,长时间运行,以及实时数据记录等优势。





为解决PCB外观检测的市场痛点,实现降本增效的目标,大量企业已经开展自动化转型,并借助机器视觉来完成产线的高节拍检测。




光谱共焦传感器应用于PCB检测的市场前景


PCB板平面度、厚度以及三维轮廓的精确测量成为业界的技术难题,尤其是PCB表面涂胶、焊锡、元件贴放等工艺流程中,材料既精细又复杂多样。在此背景下,高精密、适应光反射且可以解决多种复杂场景应用的光谱共焦传感器应运而生,赋予PCB外观检测更敏锐的“视觉”感知和更智能的数据处理“大脑”。

质检验过程中,除了要求外观尺寸无偏差、包装紧密、板边版面清洁之外,还需要确保导线通孔位置正常、丝印标记清晰、焊锡均匀等。就以PCB导线制作而言,现如今的细线路工艺,行业内基本能做到40-60μm的线宽,当导线出现更为细微的外观缺陷时,比如短路、开路、导线露铜、铜箔浮离、补线等,如何准确识别出这些精密的特征?这时候就需要借助光学检测设备。

光谱共焦传感器采用非接触式测量检测技术,相比较传统接触式检测方法更能避免产品外观的磨损、变型或出现异物等。光谱共焦技术涉及2D、3D视觉检测领域,可精确识别出PCB外形尺寸、轮廓和厚度,检测焊盘位置缺陷,BGA、管脚、焊点和元件是否缺失等,在PCB行业中具有广阔的市场应用前景。



海伯森光谱共焦传感器在PCB外观检测中的优势


在光学精密测量领域,海伯森独树一帜。


公司专注于工业级智能传感器的研发和创新,从2020年至今先后推出了点光谱共焦位移传感器、3D线光谱共焦传感器系列产品,并广泛应用在PCB等精密电子元件检测场景中,产品具有如下优势:


1、采用光谱色散的共聚焦原理,通过计算反射光波长可获取被测物焦点到透镜的精确距离。相比传统的激光三角反射式传感器,光谱共焦传感器让检测突破了原有的瓶颈,不受光强影响,提升信噪比,使测量结果更加稳定,且分辨率和线性度更好,可有效解决PCB表面透明涂胶厚度、强吸光涂层等检测的难题。



2、点光谱共焦位移传感器HPS-CF系列采用同轴位移测量法,探头最高可达到±60.5°的测量角度,亦可实现漫反射表面±88°的超大角度测量,可以最大限度地满足检测设备集成,适应更复杂的安装环境。此外,产品测量光斑更小,测量频率更高,可达72K/秒,不仅可以保证非常高的测量精度,测量出PCB清晰的外形轮廓,还可以快速捕捉微小结构的位置变化,缩短缺陷识别的时间,提高检测的效率。


3、3D线光谱共焦传感器HPS-LCF系列集成了高性能CCD感光元件,确保成像的质量,配合自研AI图像处理算法,产品可同时进行2D、3D复合的实时在线检测。通过采集全面信息满足实际应用需求,只需一次扫描即可获取详细的3D成像分析数据。产品采用线扫成像方式,单线测量点2048个,横向分辨率2.9μm,纵向重复精度可达0.1μm,通过精准成像扩展视觉范围和分辨能力,将外观识别做到了细致入微;另外,35000线每秒的扫描速率,可以满足PCB产线上高节拍的检测需求。




以技术创新,助力PCB高端制造


中国制造业增加值连续12年世界第一,国内拥有全世界最多的电子元件生产企业数。近年来,我们PCB行业发展迅速,但在高端市场领域,国产品牌只占据很小的市场。


归根结底在于国内工业技术发展起步晚,国产制造“低廉”的标签仍旧存在,PCB高端制造还是依赖于国外先进技术与设备的输入。超精密测量技术的创新是实现工业高端装备制造的基石,因此,在PCB制造行业,亟需在超高精度钻孔、精细线路曝光、精密检测等技术上不断积累和突破。


传感器市场亦是如此,国内高端智能传感器的市场需求80%依赖于进口,传感器技术的发展成为大国必争的战略制高点。


未来,海伯森将继续深耕机器视觉检测领域,以多维的视野洞察市场走势,研发出更具竞争力的核心产品,提升国内工业制造的精密测量能力,助力高端智能传感器国产化替代目标实现!