概念、制造工艺、材料和组件等等多年前还是科 幻小说里的内容，而现在已成为PCB产品制造 的主流。器件变得越来越小，板子变得越来越 密集，器件也越来越复杂。阵列封装应用越来越广泛。

高密度互连的趋势近在眼前。焊料喷印和冷联接被看 作是传统锡膏印刷的竞争对手。制造商的生产批量越来越 小——甚至一个批次只有一件！这对于传统的自动光学检 测技术（AOI）又意味着什么呢？毕竟，其赖以成长的应用环境可能被新的技术所取代。

PCB技术的未来变化
展望未来，PCB技术在接下来的几年中将会发生以下 四个主要变化：

器件封装
PCB器件封装正以指数级速度发展。到目前为止，新 开发的封装都是AOI能进行图像采集和分析的类型。正如我 们看到的新封装形式，无论是AOI设备本身还是用户的操作 方法都需要不断地适应或改变。

其中的一类新封装被称为PoP(package-on-package） 堆叠器件。PoP封装的开发是为了满足一些产品，特别是便携产品对减少尺寸和厚度的需求。PoP的底部是逻辑处理器，上面由堆栈存储器直接堆叠组成。在制造业中，使用PoP的挑战包括锡膏印刷精度，助焊剂浸渍，贴装精度，回流曲线和返修等。封装底部置于标准印刷焊膏上，顶部浸渍在助焊剂中，然后在同一时间回流焊接在一起。

AOI的挑战来自三方面。首先，炉前AOI必须能检测 焊膏量和位置。然后它必须能检测助焊剂量和位置。炉后 AOI必须能检测任何可见焊点。AOI设备在检测板子不同层 面时需要做很大变化。目前，所有位置检测都是相对于板 子的基准点进行和评估的。此外，大多数AOI设备预期可以 评估器件相对板子或焊盘的位置。现在，AOI需要检测相对 于底层的其它层的位置。这将需要改变机器的软件基础结 构和图像处理算法。因为这种器件需要在回流前检测，客 户需要加倍关注回流焊前的状况。此外，由于这些堆叠封 装器件的成本是标准封装费用的两倍或三倍，所以，确认 回流前焊膏/助焊剂的相关信息是至关重要的，以避免在后 续过程中器件被报废。

另一类新封装的例子是晶圆级芯片尺寸封装（WLCSP） 或晶圆级封装（WLP）。这种封装类型有在硅片上 直接蚀刻的焊盘，用导电胶来连接器件和PCB。一般这种器 件非常小，约1.5 × 1毫米（图1显示了两个这种封装类型的 例子）。此类型器件的主要问题是，一旦被固定在板子上 将不能返修。因此，检查这部分类型器件的任务落在点胶 后和粘贴后。也许AOI系统最大的变化是点胶后检测。这种 导电胶看起来不同于焊膏和常规粘合剂，很难也没必要进 行3D测量。光学系统必须可以区分板子和胶粘剂。

第三类是埋入无源元件的例子。这些元件不是装配在 板子表面，而是埋入到板子内部。为了减小电路尺寸，增 加电路密度，这些封装将被普遍应用。埋入无源元件可减 少一半以上电路板尺寸。对于测试来说，需要确定无源元 件的印刷大小和位置是否正确。这可能需要改变AOI设备所 使用的图像处理算法。相对于表面贴装的测试，这些无源 元件所遇到的问题更像测试光板时的情形。以前的算法可 以适用于这种新型封装。

PCB材料的变化 正如PCB器件的不断变化，PCB的内层基板也在发生 变化。大多数AOI设备基于测试标准FR4板材的PCB。然 而，我们看到光板的两个新技术正在悄然出现。

首先是高密度互连板（HDI）。HDI板上有集成电路 的三维晶圆级封装。互连布局和微型过孔由激光打孔或机 械钻孔制作。使用标准的半导体制造方法，芯片可以相互 连接。晶圆级器件在其边界可以堆叠和相互连接。因此， HDI将PCB板从“大的”二维板变成了成非常“紧密的”三 维板。

测试一块HDI板表面上传统的PCB器件非常困难，因为 板子上“干扰”较多。HDI板上的走线和过孔数量大大超过 了普通“二维”板，这大大降低了信号（器件，锡膏，焊 点）与噪音（板上的干扰因素）的比例。一些AOI设备图像 处理部分可能需要进行改进，以消除这些干扰。

第二个材料上的变化是使用柔性薄膜电路技术。使用 导电胶将器件装配到柔性材料上，这样可以更加灵活，减 少传统连接器和电缆（以支持更有创意的设计）、开关和 接口面板的使用。

AOI系统为了适应这一新的柔性薄膜材料，印刷后，贴 片后和回流焊后都需要图像技术进行处理。如上所述，导 电胶看起来不同于传统使用的焊膏和助焊剂，可能需要改 变AOI系统的图像采集和处理子系统。

柔性薄膜本身对于AOI设备的图像采集和处理就是一 种挑战。基板本身非常有光泽，板面的反射可能会增加误 判。除了在图像处理上的变化外，可能需要不同的光源技 术来照射这些板子。更为复杂的是，柔性薄膜的定义就是柔韧性。为了支撑加载板，薄膜被“压”到一个刚性基板上。一般来说，这样做的结果是柔性表面在板子的任一地方不都是十分平坦的，这造成了视觉的非一致性，降低了信噪比，并给原先在检测前需要测量板子的厚度和失真度的基于激光的系统带来了问题。

柔性薄膜也有不同于传统PCB板的检测要求。客户要 对光板进行导电线路检测，以检查是否有“鼠咬”（“rat bites”）等缺陷。（如果发现了“鼠咬”，可以在线路上 加入一些导电墨来修复）。在表面贴装AOI检测系统中增加 光板检测项目，可能需要改变图像处理和程序生成模块。 因此，PCB材料的变化可能需要改变AOI系统的所有子 系统。这些变化可能是根本性的，迫使人们发明新一代的 AOI系统。此外，它们也将迫使客户不得不将AOI大部分的 任务用于回流焊前检测。

联接 如上所述，新型封装和新材料推动联接方法从传统的 焊膏和助焊剂变成了导电胶。传统的锡膏检测依赖于激光的 反射。传统的焊点检测则是基于材料的反射特性。新的联接 材料具有不同的形状、反射率或焊料的不透光性。因此，图 像采集和处理模块可能需要作重大改变来检测导电胶。

胶粘剂很可能将SMT元器件引脚和顶盖完全覆盖。此 外，一旦元器件被粘接，就很难返修。总之，对于这种联接 方式，回流焊前检测似乎比回流焊后检测更为适合。

我们还看到，使用无需网板的焊膏印刷技术正在增 加。这样的好处是显而易见的，制造更灵活，成本更低，减 少了切换时间并消除了浪费。

无论是压电活塞，旋转泵或时变点胶，由此产生的焊 膏的外观有很大的不同。焊盘形状也可以进行修改，以提高 新焊点的回流特征。有了导电胶，意味着检测矩形形状焊料 的检测系统将要发生改变。而且，体积计算将不再准确。

数据共享 基于即将采用新的PCB板和组件技术，预计需要在装 配的多个阶段检测板子和器件。随着分布式检测变得越来越 普遍，人们希望所有的检测设备间能够共享数据。此外，返 修后纠正缺陷，将会变得越来越不可行，因此板子需要一次 成形。变量数据的直接反馈是必要的，这可以减少装配缺陷 的发生，需要标准数据接口和交换技术的开发和结合。在 过去，第三方SPC和专有SPC数据分析已很普遍。CAD，器 件描述和装配数据的新标准正由IPC，EIA/JEDEC，IEEE和 RosettaNet制定，由iNEMI推动和提出。这些标准将允许共 同的数据交换，并将改善制造和过程反馈。

合作 人们开始认识到合作与交流信息和思想的益处。受全 球市场不稳定的驱动，那些原先并不总是与外界沟通的供应商，现在开始积极寻求与竞争对手建立联系。业务和利 润的减少，使竞争对手互相合作。AOI公司之间研发工作中 存在过多的重复劳动，造成了低利润率。此外，完全不同 的测试系统（通常指的是一条生产线由几个不同厂家的设 备组成），AOI系统必须能够与每个厂家的设备跨平台互 联，进行编程和分布式数据分析。由于最好的AOI技术检测 能力方面都是类似的，所以厂家间的竞争是在最好支持团 队和最好的编程过程之间的竞争，而不是最好的技术。

应对新的PCB技术
表 1 显示AOI系统在今后如何发展，以满足PCB技术的 新变化。我们将看到图像采集模块、图像分析模块或编程 范例（图2）和其周围的系统架构紧密结合的发展，以应对 新的PCB技术。此外，我们将看到AOI使用中的重大变化和 跨平台的数据共享。我们还将看到，x-ray和AOI在未来检 测新的PCB、封装和连接材料中将发挥重要作用。

AOI系统最重要的特征是一个灵活的或面向对象的系统 架构，AOI设计师能够加入新的图像采集装置，图像处理算 法和编程范例。该系统架构的设计应使它们能够输出标准 格式的数据以用来分析和过程控制。一个合适的系统架构 能够在不“推翻”整个系统情况下，插入新模块和输出新的数据类型。这种类型的系统能够适应和发展，以迎接新 的挑战，它相对于那种每次遇到变化都需要更新的系统来 说更值得投资。

不经过完全的工程评价是不可能评估系统架构及其模 块的。但是，一个由AOI厂商过去提供的产品评价和技术发 展是应该加以参考的。客户可以查看编程接口，以及在评 估和演示过程中的结果质量。客户更关注结果的 准确性和重复性、设备的易用性，以及数据分析 而不是看重硬件。供应商应该迅速地示范编程过 程和结果。他们应允许客户测试机器，他们也应 该能够利用目前的元器件库数据和客户安装系统 的输入数据格式。另一个要考察的关键点是编程 所需的知识水平。任何程序员无论经验多少，所 编的程序都应该具有相同的测试覆盖率和结果重 复性。

最后，客户需要改变把AOI用于检测并显示 产品缺陷的观念，而应该将其作为一个持续的过 程改进工具。观念改变是为了适应即将到来的新 技术要求。同时，它也可以大大改善现有的技术 收益。

总结
在过去20年中，我们已经看到PCB技术的许多改变， 虽然这些变化非常大，它们对AOI技术的影响却相对较小。 然而，新技术的应用，如POP、柔性电路板和导电胶，可 能使AOI技术发生重大变化，此外，新材料和制造工艺不允 许有误差。因此，它们也会改变用户使用AOI的方式，比如 更多依靠回流焊前检测。最后，缺陷分析和测量数据，过 程反馈数据和数据共享对板子的一次合格率的提高都是非 常有必要的。

联系作者：
Pamela Lipson：lipson@imagen-inc.com ；Lyle Sherwood：l.sherwood@landrex-us.com 。