海伯森光譜共焦傳感器，解決PCB外觀超精密測(cè)量難題，助力工業(yè)高端制造

導(dǎo)讀：我國(guó)已成為印制電路板（PCB板）全球生產(chǎn)制造中心，行業(yè)產(chǎn)值年復(fù)合增長(zhǎng)率為5.4%，高于全球平均增長(zhǎng)水平，預(yù)計(jì)在2022年我國(guó)PCB行業(yè)可達(dá)到381.5億美元，同比增長(zhǎng)4.92%（數(shù)據(jù)來(lái)源：中商情報(bào)網(wǎng)）。

電子信息產(chǎn)業(yè)是研制與生產(chǎn)電子設(shè)備的工業(yè)，屬于軍民結(jié)合型產(chǎn)業(yè)，對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及國(guó)防安全有著重要的意義。而PCB被稱為“電子產(chǎn)品之母”，是全球電子元件產(chǎn)品中市場(chǎng)份額占有率最高的產(chǎn)品。

現(xiàn)如今，電子產(chǎn)品趨于多功能化、智能化和小型化，從消費(fèi)電子到工業(yè)設(shè)備、軍用武器系統(tǒng)等，只要有集成電路等電子元器件，它們之間電氣互連都要用到PCB。

隨著信息技術(shù)進(jìn)步和工業(yè)的快速發(fā)展，芯片技術(shù)工藝得以改進(jìn)，高密度的BGA、芯片級(jí)封裝以及有機(jī)層壓板材料為基板的多芯片模塊封裝印制板成為市場(chǎng)熱點(diǎn)，主要是由于其小型化、輕薄化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，兼顧其耐熱散熱性，以及能適應(yīng)通訊高頻高速化的需求。

PCB為什么需要做外觀檢測(cè)？

市場(chǎng)多元化的需求在不斷升級(jí)迭代，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求。

PCB板是電子產(chǎn)品無(wú)可替代的精密部件，它的質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的性能。因此，在PCB生產(chǎn)過程中，質(zhì)檢工作至關(guān)重要，而外觀檢測(cè)是質(zhì)檢環(huán)節(jié)中非常重要的一部分，對(duì)檢測(cè)的精度、效率、速度等方面都有很高的要求。

PCB的內(nèi)部工藝復(fù)雜，除了芯板結(jié)構(gòu)層壓、鉆孔、布線外，還需要考慮埋置元件、表面涂飾、清潔和蝕刻等。由于對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的精度和材料性能依賴程度高，一般在設(shè)計(jì)制作過程中，很容易出現(xiàn)以下各類問題：

1 、PCB工藝邊設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法貼裝。

2 、PCB定位孔問題，導(dǎo)致設(shè)備不能準(zhǔn)確、牢固地定位。

3 、螺絲孔金屬化，導(dǎo)致過波峰焊后堵孔。

4 、PCB焊盤問題，焊接時(shí)出現(xiàn)虛焊、移位、立碑，或焊點(diǎn)少錫。

6 、Mark點(diǎn)設(shè)計(jì)問題，造成機(jī)器識(shí)別困難。

7 、位號(hào)或極性標(biāo)志缺失，位號(hào)顛倒，字符過大或過小等。

8 、測(cè)試點(diǎn)、元件之間的距離放置不規(guī)范，可維修性差。

通過外觀的精密檢測(cè)可以及時(shí)辨別不良品，將檢測(cè)的結(jié)果反饋到企業(yè)產(chǎn)線，可以改進(jìn)生產(chǎn)工藝，優(yōu)化工序和管理結(jié)構(gòu)，提升批量化的生產(chǎn)效率。

常見的PCB外觀視覺檢測(cè)的方式

△ 人工檢測(cè)：通過肉眼或者借助一些比較簡(jiǎn)單的光學(xué)放大儀器，對(duì)PCB焊膏印刷和焊點(diǎn)進(jìn)行人工目檢，這是一種投入少且行之有效的方法，但只適用于工藝要求較低、設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備不完善的環(huán)境下。

△ X光檢查：利用不同物質(zhì)對(duì)X光的吸收率的不同，透視需要檢測(cè)的部位發(fā)現(xiàn)缺陷。主要用于檢測(cè)超細(xì)間距和超高密度電路板等。能夠檢測(cè)BGA等產(chǎn)品內(nèi)部情況，但環(huán)境要求苛刻，應(yīng)用成本高。

△ 激光檢測(cè)：利用激光束掃描印制板，收集所有測(cè)量數(shù)據(jù)，并將實(shí)際測(cè)量值與預(yù)置的合格極限值進(jìn)行比較。可以快速輸出、不要求夾具和視覺非遮蓋訪問；但初始成本高、維護(hù)和使用問題多是其主要缺點(diǎn)。

△ 自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)：基于光學(xué)原理，綜合采用圖像分析、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等多種技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)中遇到的缺陷進(jìn)行檢測(cè)和處理，是較新的確認(rèn)制造缺陷的方法。具備編程簡(jiǎn)單、操作容易、易于集成、智能自動(dòng)和成本效益高等優(yōu)勢(shì)，在PCB行業(yè)應(yīng)用廣泛。

傳統(tǒng)的PCB檢測(cè)方式采用人工肉眼，容易漏檢且檢出速度慢、時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境條件要求嚴(yán)格，不適應(yīng)危險(xiǎn)工作環(huán)境。另外，在人口紅利優(yōu)勢(shì)弱化大背景下，人員培訓(xùn)和用工成本上升，人工檢測(cè)已逐漸不能夠滿足大規(guī)模生產(chǎn)需要。

機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)是建立在圖像處理算法的基礎(chǔ)上，采用機(jī)器視覺產(chǎn)品（CCD或CMOS）攝取檢測(cè)圖像并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)來(lái)獲取各種目標(biāo)圖像特征值，并由此實(shí)現(xiàn)零件識(shí)別、特征定位、缺陷檢測(cè)和運(yùn)動(dòng)跟蹤等多種功能。與傳統(tǒng)的人工檢測(cè)技術(shù)相比，具備精度高、速度快、穩(wěn)定性好，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄等優(yōu)勢(shì)。

為解決PCB外觀檢測(cè)的市場(chǎng)痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)，大量企業(yè)已經(jīng)開展自動(dòng)化轉(zhuǎn)型，并借助機(jī)器視覺來(lái)完成產(chǎn)線的高節(jié)拍檢測(cè)。

光譜共焦傳感器應(yīng)用于PCB檢測(cè)的市場(chǎng)前景

PCB板平面度、厚度以及三維輪廓的精確測(cè)量成為業(yè)界的技術(shù)難題，尤其是PCB表面涂膠、焊錫、元件貼放等工藝流程中，材料既精細(xì)又復(fù)雜多樣。在此背景下，高精密、適應(yīng)光反射且可以解決多種復(fù)雜場(chǎng)景應(yīng)用的光譜共焦傳感器應(yīng)運(yùn)而生，賦予PCB外觀檢測(cè)更敏銳的“視覺”感知和更智能的數(shù)據(jù)處理“大腦”。

質(zhì)檢驗(yàn)過程中，除了要求外觀尺寸無(wú)偏差、包裝緊密、板邊版面清潔之外，還需要確保導(dǎo)線通孔位置正常、絲印標(biāo)記清晰、焊錫均勻等。就以PCB導(dǎo)線制作而言，現(xiàn)如今的細(xì)線路工藝，行業(yè)內(nèi)基本能做到40-60μm的線寬，當(dāng)導(dǎo)線出現(xiàn)更為細(xì)微的外觀缺陷時(shí)，比如短路、開路、導(dǎo)線露銅、銅箔浮離、補(bǔ)線等，如何準(zhǔn)確識(shí)別出這些精密的特征？這時(shí)候就需要借助光學(xué)檢測(cè)設(shè)備。

光譜共焦傳感器采用非接觸式測(cè)量檢測(cè)技術(shù)，相比較傳統(tǒng)接觸式檢測(cè)方法更能避免產(chǎn)品外觀的磨損、變型或出現(xiàn)異物等。光譜共焦技術(shù)涉及2D、3D視覺檢測(cè)領(lǐng)域，可精確識(shí)別出PCB外形尺寸、輪廓和厚度，檢測(cè)焊盤位置缺陷，BGA、管腳、焊點(diǎn)和元件是否缺失等，在PCB行業(yè)中具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

海伯森光譜共焦傳感器在PCB外觀檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

在光學(xué)精密測(cè)量領(lǐng)域，海伯森獨(dú)樹一幟。

公司專注于工業(yè)級(jí)智能傳感器的研發(fā)和創(chuàng)新，從2020年至今先后推出了點(diǎn)光譜共焦位移傳感器、3D線光譜共焦傳感器系列產(chǎn)品，并廣泛應(yīng)用在PCB等精密電子元件檢測(cè)場(chǎng)景中，產(chǎn)品具有如下優(yōu)勢(shì)：

1、采用光譜色散的共聚焦原理，通過計(jì)算反射光波長(zhǎng)可獲取被測(cè)物焦點(diǎn)到透鏡的精確距離。相比傳統(tǒng)的激光三角反射式傳感器，光譜共焦傳感器讓檢測(cè)突破了原有的瓶頸，不受光強(qiáng)影響，提升信噪比，使測(cè)量結(jié)果更加穩(wěn)定，且分辨率和線性度更好，可有效解決PCB表面透明涂膠厚度、強(qiáng)吸光涂層等檢測(cè)的難題。

2、點(diǎn)光譜共焦位移傳感器HPS-CF系列采用同軸位移測(cè)量法，探頭最高可達(dá)到±60.5°的測(cè)量角度，亦可實(shí)現(xiàn)漫反射表面±88°的超大角度測(cè)量，可以最大限度地滿足檢測(cè)設(shè)備集成，適應(yīng)更復(fù)雜的安裝環(huán)境。此外，產(chǎn)品測(cè)量光斑更小，測(cè)量頻率更高，可達(dá)72K/秒，不僅可以保證非常高的測(cè)量精度，測(cè)量出PCB清晰的外形輪廓，還可以快速捕捉微小結(jié)構(gòu)的位置變化，縮短缺陷識(shí)別的時(shí)間，提高檢測(cè)的效率。

3、3D線光譜共焦傳感器HPS-LCF系列集成了高性能CCD感光元件，確保成像的質(zhì)量，配合自研AI圖像處理算法，產(chǎn)品可同時(shí)進(jìn)行2D、3D復(fù)合的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。通過采集全面信息滿足實(shí)際應(yīng)用需求，只需一次掃描即可獲取詳細(xì)的3D成像分析數(shù)據(jù)。產(chǎn)品采用線掃成像方式，單線測(cè)量點(diǎn)2048個(gè)，橫向分辨率2.9μm，縱向重復(fù)精度可達(dá)0.1μm，通過精準(zhǔn)成像擴(kuò)展視覺范圍和分辨能力，將外觀識(shí)別做到了細(xì)致入微；另外，35000線每秒的掃描速率，可以滿足PCB產(chǎn)線上高節(jié)拍的檢測(cè)需求。

以技術(shù)創(chuàng)新，助力PCB高端制造

中國(guó)制造業(yè)增加值連續(xù)12年世界第一，國(guó)內(nèi)擁有全世界最多的電子元件生產(chǎn)企業(yè)數(shù)。近年來(lái)，我們PCB行業(yè)發(fā)展迅速，但在高端市場(chǎng)領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)品牌只占據(jù)很小的市場(chǎng)。

歸根結(jié)底在于國(guó)內(nèi)工業(yè)技術(shù)發(fā)展起步晚，國(guó)產(chǎn)制造“低廉”的標(biāo)簽仍舊存在，PCB高端制造還是依賴于國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備的輸入。超精密測(cè)量技術(shù)的創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)工業(yè)高端裝備制造的基石，因此，在PCB制造行業(yè)，亟需在超高精度鉆孔、精細(xì)線路曝光、精密檢測(cè)等技術(shù)上不斷積累和突破。

傳感器市場(chǎng)亦是如此，國(guó)內(nèi)高端智能傳感器的市場(chǎng)需求80%依賴于進(jìn)口，傳感器技術(shù)的發(fā)展成為大國(guó)必爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

未來(lái)，海伯森將繼續(xù)深耕機(jī)器視覺檢測(cè)領(lǐng)域，以多維的視野洞察市場(chǎng)走勢(shì)，研發(fā)出更具競(jìng)爭(zhēng)力的核心產(chǎn)品，提升國(guó)內(nèi)工業(yè)制造的精密測(cè)量能力，助力高端智能傳感器國(guó)產(chǎn)化替代目標(biāo)實(shí)現(xiàn)！