一种PCB智能检孔方法、检孔系统及PCB

技术领域

本发明涉及PCB加工技术领域，具体涉及一种PCB智能检孔方法、检孔系统及PCB。

背景技术

印刷电路板（PCB）是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体和电气连接的载体。PCB通过电镀通孔、盲孔、埋孔实现电气信号的连接。但电镀后的孔可能会出现缺陷，如孔破、孔底黑线，导致信号无法连接。现阶段业内检测这些缺陷的方法是先切片、然后用光学显微镜观察，但切片是一种破坏性的检测方法，且无法获取整板PCB的孔信息，检孔过程耗时耗力。目前也开始使用CT来对PCB检孔的方式，CT具有穿透能力强、分辨率高、检测速度快，图形可视化等优势。CT是基于X-ray进行样品测试，测试原理是基于X-ray在穿透样品时，材料内部不同密度区域对X射线的吸收作用不同，采集一系列不同角度的X-ray透视图像，通过重建算法获得样品内部的不同灰度图像，从而检测产品的内部缺陷。然而，目前在利用CT对PCB进行检孔时，一般是通过人工选取某一指定区域进行扫描，人工调整及选取参数，进行每张CT扫描图片确认，难以应对大尺寸的PCB，在对大尺寸PCB进行检测时，需要破坏切割成小单元，还需要进行抛光等操作，且扫描要人工调位置，扫描结果需要人工逐个判断，操作繁琐，造成检测时间增加，使得生产周期延长，效率较低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种PCB智能检孔系统，以及一种应用前述PCB智能检孔系统的检孔方法，同时还提供了一种应用前述检孔方法的PCB。

本发明采用如下方案实现：

一种PCB智能检孔方法，设置至少一个X射线源，在射线源上方设置至少一个探测器，将待检测的PCB置于X射线源和探测器之间，保持X射线源发出的X射线穿过PCB的倾斜角度不变，获取若干不同入射方向的投影图后进行数字重构，得到三维图像，对三维图像进行切层分析；当X射线源、探测器均设置有一个时，保持X射线源固定不动，探测器和PCB以X射线源的中轴线为中心做圆周移动，在探测器和PCB做圆周运动的同时进行X射线拍照，获得若干不同入射方向的投影图，或保持PCB不动，探测器和X射线源以PCB为中心（具体地说是以穿过PCB中心的轴线为基准，该轴线垂直于PCB的上端面）做圆周运动，在探测器和X射线源做圆周运动的同时进行X射线拍照，获得若干不同入射方向的投影图。X射线在透射过样品时，因样品成分密度不均导致射线在不同位置的穿透率不一，探测器接收穿过样品的射线，并将这种反应密度信息的光学信号转为电子信号，形成灰度不均的二维透视图，通过重建算法获得样品内部的不同灰度图像，从而可以检测产品的内部缺陷。

进一步的，当X射线源、探测器均设置有多个时，多个X射线源成圆周阵列分布，多个探测器成圆周阵列分布，每一个X射线源和一个探测器构成一个源探组合，依次开启每一个源探组合，对PCB进行拍照，获得若干不同入射方向的投影图。每一个源探组合中的X射线源发射的X射线，都会被同一个组合中的探测器接收。X射线源、探测器的数量一致，从而可以对应组成源探组合，从不同的方向对PCB进行拍照。

进一步的，所述加工方法包括以下步骤：

步骤一，准备待检测的PCB，并将PCB进行定位后固定，可预先设置用于固定PCB的治具来固定PCB；

步骤二，在资料库内预存PCB图档资料，使用CCD对位模块，依据PCB上预设的对位孔进行识别定位，预存的PCB图档资料是指合格标准的图档，CCD对位模块参照合格标准图档进行定位；

步骤三，将PCB移动到待测区域进行检测，当PCB移动到待测区域时，探测器和X射线源分别位于PCB的上下两侧，若探测器和X射线源均设置有一个时，执行步骤四，若探测器和X射线源均设置有多个时，则执行步骤五；

步骤四，保持X射线源固定不动，探测器和PCB以X射线源为中心在水平面上做圆周移动，在探测器和PCB做圆周运动的同时进行X射线拍照，获得若干不同入射方向的投影图，或保持PCB不动，探测器和X射线源以PCB为中心做圆周运动，在探测器和X射线源做圆周运动的同时进行X射线拍照，获得若干不同入射方向的投影图，之后执行步骤六，由于探测器和PCB均进行转动，因而能够在不同的方向上进行X射线拍照，获取不同入射方向的投影图；

步骤五，将多个X射线源成圆周阵列分布设置，将多个探测器成圆周阵列分布，每一个X射线源和一个探测器构成一个源探组合，依次开启每一个源探组合，对PCB进行拍照，获得若干不同入射方向的投影图，之后执行步骤六，源探组合的数量需要确保能够覆盖整个PCB，能够获取PCB每个区域的投影图；

步骤六，将获取的图片进行数字重构获得三维图像，便于后续进行分析比对；

步骤七，对获取的三维图像从纵轴方向进行切层分析，获得若干3D截面图，并同时将所有切层图档与系统预存的PCB图档资料中的截面图做比对，判断PCB是否合格；

步骤八，合格品出料。

进一步的，所述步骤七中，若比对后判断PCB不合格，则将有差异的切层图输出并报警，人工对输出的切层图进行判断，人工判断之后对确认的缺陷位置进行标记，标记过程可以通过机台上预设的标记装置自动进行，并将切层图输入到资料库中，将切层图输入资料库中可以扩充正确图和异常图的数据库，数据库的扩充有助于提高后续比对过程的准确性，能够更准确地判断PCB的缺陷。

进一步的，所述将有差异的切层图输出时，同时测量PCB的铜层的孔壁厚度、线宽高度、线宽宽度及线路间距，判断以上项目是否符合设计标准。具体地说，测量过程是指定铜层的一个切片图，来判断前述项目是否呼和设计标准。

进一步的，所述步骤七中对获取的三维图像从纵轴方向进行切层分析，切层的间距为1～5μm。切层的间距可以依据具体的产品类型、检测需求进行适应性设置。

进一步的，所述步骤二中，对PCB进行定位时，需要同时拉伸PCB图档资料 ，使PCB图档资料和PCB保持一致，所述拉伸PCB图档资料是指：导入PCB的图档资料，补偿涨缩值后对检测区域进行识别定位，再进行扫描检测。

进一步的，所述X射线穿过样品的倾斜角度为30°～60 °。

一种检孔系统，应用前述的PCB智能检孔方法，所述检孔系统包括至少一个X射线源，设置于所述X射线源上方的至少一个探测器，用于存储PCB图档资料的存储模块，所述X射线源和探测器之间具有容纳PCB的间隔。

一种PCB，应用前述的检孔系统。

对比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明可以在不破坏PCB的情况下，对PCB的指定区域进行切层分析，并将获得的3D截面图和标准图像进行自动比对，输出比对结果，无需破坏PCB进行制样，检测过程方便快捷、检测周期短、检测效率高，对人工的依赖程度低，同时可以统一检测标准，避免人为因素的干扰，保证检测结果的稳定性和可重复性。本发明利用探测器和X射线源的配合，从多个角度多PCB进行拍照，获取多个角度的图片，利用多个角度的图片进行重构，可以得到更为精准的三维图像，进行360度全面位置的虚拟剖切，检测结果更加全面，进一步确保了检测的准确性。

附图说明

图1为本发明提供的一种PCB智能检孔方法中探测器和PCB的运动示意图。

图2为本发明中探测器和X射线源的运动示意图。

图3为本发明中对PCB的通孔、盲孔进行检测的比对图。

图4为本发明多个探测器、X射线源的分布图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明，下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1

参照图1至图3，本发明提供的一种PCB智能检孔方法，设置至少一个X射线源，在射线源上方设置至少一个探测器，将待检测的PCB置于X射线源和探测器之间，保持X射线源发出的X射线穿过PCB的倾斜角度不变，获取若干不同入射方向的投影图后进行数字重构，得到三维图像，对三维图像进行切层分析；当X射线源、探测器均设置有一个时，保持X射线源固定不动，探测器和PCB以X射线源的中轴线为中心做圆周移动，在探测器和PCB做圆周运动的同时进行X射线拍照，获得若干不同入射方向的投影图，或保持PCB不动，探测器和X射线源以PCB为中心做圆周运动（具体地说是以穿过PCB中心的轴线为基准，该轴线垂直于PCB的上端面），在探测器和X射线源做圆周运动的同时进行X射线拍照，获得若干不同入射方向的投影图。X射线在透射过样品时，因样品成分密度不均导致射线在不同位置的穿透率不一，探测器接收穿过样品的射线，并将这种反应密度信息的光学信号转为电子信号，形成灰度不均的二维透视图，通过重建算法获得样品内部的不同灰度图像，从而可以检测产品的内部缺陷。

所述加工方法包括以下步骤：

步骤一，准备待检测的PCB，并将PCB进行定位后固定，可预先设置用于固定PCB的治具来固定PCB；

步骤二，在资料库内预存PCB图档资料，使用CCD对位模块，依据PCB上预设的对位孔进行识别定位，该过程是利用CCD相机拍摄PCB，以对位孔为基准来识别PCB后实现定位；

步骤三，将PCB移动到待测区域进行检测，当PCB移动到待测区域时，探测器和X射线源分别位于PCB的上下两侧，若探测器和X射线源均设置有一个时，执行步骤四，若探测器和X射线源均设置有多个时，则执行步骤五；

步骤四，保持X射线源固定不动，探测器和PCB以X射线源为中心在水平面上做圆周移动（如图1所示，最上方为探测器，中间为PCB，最下方是保持固定的X射线源），在探测器和PCB做圆周运动的同时进行X射线拍照，获得若干不同入射方向的投影图，或保持PCB不动，探测器和X射线源以PCB为中心做圆周运动（如图2所示，最上方为探测器，中间为保持固定不动的PCB，最下方是X射线源），在探测器和X射线源做圆周运动的同时进行X射线拍照，获得若干不同入射方向的投影图，之后执行步骤六，由于探测器和PCB均进行转动，因而能够在不同的方向上进行X射线拍照，获取不同入射方向的投影图；

步骤五，将获取的图片进行数字重构获得三维图像，便于后续进行分析比对；

步骤六，对获取的三维图像从纵轴方向进行切层分析，获得若干3D截面图，并同时将所有切层图档与系统预存的PCB图档资料中的截面图做比对，判断PCB是否合格，如图3所示，是检测过程中通孔、盲孔的对比示例；

步骤七，合格品出料。

所述步骤六中，若比对后判断PCB不合格，则将有差异的切层图输出并报警，人工对输出的切层图进行判断，人工判断之后对确认的缺陷位置进行标记，标记过程可以通过机台上预设的标记装置自动进行，并将切层图输入到资料库中，将切层图输入资料库中可以扩充正确图和异常图的数据库，数据库的扩充有助于提高后续比对过程的准确性，能够更准确地判断PCB的缺陷。

所述将有差异的切层图输出时，同时测量PCB的铜层的孔壁厚度、线宽高度、线宽宽度及线路间距，判断以上项目是否符合设计标准。测量精度为1～3μm，本实施例中为1μm。具体地说，测量过程是指定铜层的一个切片图，来判断前述项目是否呼和设计标准。

所述步骤六中对获取的三维图像从纵轴（即Z轴）方向进行切层分析，切层的间距为1～5μm，本实施例中为1μm。切层的间距可以依据具体的产品类型、检测需求进行适应性设置。

所述步骤二中，对PCB进行定位时，需要同时拉伸PCB图档资料 ，使PCB图档资料和PCB保持一致。所述拉伸PCB图档资料是指：导入PCB的图档资料，补偿涨缩值后对检测区域进行识别定位，再进行扫描检测。其中，涨缩阈值是提前设定的，当涨缩超出阈值，可采用二分割、四分割等方式重新定位。

所述X射线穿过样品的倾斜角度为30°～60 °，本实施例中为45°，具体实施时可依据产品类型和具体检测需求选择合适的角度。

在具体实施时，需要设置计算机、工控机等来对各个组成部分进行控制，进行图片的数字重构，同时对获取的3D截面图进行比对分析。具体地说，计算机预先内置有设计好的识别判断算法，在获得3D截面图后计算机可利用识别判断算法自动与资料库中的图片进行对比分析。

实施例2

参照图3至图4，本发明提供的一种PCB智能检孔方法，设置至少一个X射线源，在射线源上方设置至少一个探测器，将待检测的PCB置于X射线源和探测器之间，保持X射线源发出的X射线穿过PCB的倾斜角度不变，获取若干不同入射方向的投影图后进行数字重构，得到三维图像，对三维图像进行切层分析。X射线在透射过样品时，因样品成分密度不均导致射线在不同位置的穿透率不一，探测器接收穿过样品的射线，并将这种反应密度信息的光学信号转为电子信号，形成灰度不均的二维透视图，通过重建算法获得样品内部的不同灰度图像，从而可以检测产品的内部缺陷。

当X射线源、探测器均设置有多个时，多个X射线源成圆周阵列分布，多个探测器成圆周阵列分布，每一个X射线源和一个探测器构成一个源探组合，依次开启每一个源探组合，对PCB进行拍照，获得若干不同入射方向的投影图。每一个源探组合中的X射线源发射的X射线，都会被同一个组合中的探测器接收。X射线源、探测器的数量一致，从而可以对应组成源探组合，从不同的方向对PCB进行拍照。在拍照过程中，可以依次开启每一个源探组合，也可以同时开启所有源探组合。本实施例中，探测器采用凹式正六边形探测器，且探测器和X射线源均设置有6个，通过6个探测器扫描来获取多个角度的图片。在具体实施时，亦可依据实际需求，设置多个探测器，并只设置一个X射线源，X射线源做圆周运动。

所述加工方法包括以下步骤：

步骤一，准备待检测的PCB，并将PCB进行定位后固定，可预先设置用于固定PCB的治具来固定PCB；

步骤二，在资料库内预存PCB图档资料，使用CCD对位模块，依据PCB上预设的对位孔进行识别定位，该过程是利用CCD相机拍摄PCB，以对位孔为基准来识别PCB后实现定位；

步骤三，将PCB移动到待测区域进行检测，当PCB移动到待测区域时，探测器和X射线源分别位于PCB的上下两侧；

步骤四，将多个X射线源成圆周阵列分布设置，将多个探测器成圆周阵列分布，每一个X射线源和一个探测器构成一个源探组合，依次开启每一个源探组合，对PCB进行拍照，获得若干不同入射方向的投影图，之后执行步骤六，源探组合的数量需要确保能够覆盖整个PCB，能够获取PCB每个区域的投影图；

步骤五，将获取的图片进行数字重构获得三维图像，便于后续进行分析比对；

步骤六，对获取的三维图像从纵轴方向进行切层分析，获得若干3D截面图，并同时将所有切层图档与系统预存的PCB图档资料中的截面图做比对，判断PCB是否合格，如图3所示，是检测过程中通孔、盲孔的对比示例；

步骤七，合格品出料。

所述步骤六中，若比对后判断PCB不合格，则将有差异的切层图输出并报警，人工对输出的切层图进行判断，人工判断之后对确认的缺陷位置进行标记，标记过程可以通过机台上预设的标记装置自动进行，并将切层图输入到资料库中，将切层图输入资料库中可以扩充正确图和异常图的数据库，数据库的扩充有助于提高后续比对过程的准确性，能够更准确地判断PCB的缺陷。

所述将有差异的切层图输出时，同时测量PCB的铜层的孔壁厚度、线宽高度、线宽宽度及线路间距，判断以上项目是否符合设计标准。测量精度为1～3μm，本实施例中为1μm。具体地说，测量过程是指定铜层的一个切片图，来判断前述项目是否呼和设计标准。

所述步骤六中对获取的三维图像从纵轴（即Z轴）方向进行切层分析，切层的间距为1～5μm，本实施例中为1μm。切层的间距可以依据具体的产品类型、检测需求进行适应性设置。

所述步骤二中，对PCB进行定位时，需要同时拉伸PCB图档资料 ，使PCB图档资料和PCB保持一致。所述拉伸PCB图档资料是指：导入PCB的图档资料，补偿涨缩值后对检测区域进行识别定位，再进行扫描检测。其中，涨缩阈值是提前设定的，当涨缩超出阈值，可采用二分割、四分割等方式重新定位。

所述X射线穿过样品的倾斜角度为30°～60 °，本实施例中为45°，具体实施时可依据产品类型和具体检测需求选择合适的角度。

在具体实施时，需要设置计算机、工控机等来对各个组成部分进行控制，进行图片的数字重构，同时对获取的3D截面图进行比对分析。具体地说，计算机预先内置有设计好的识别判断算法，在获得3D截面图后计算机可利用识别判断算法自动与资料库中的图片进行对比分析。

实施例3

本实施例中提供了一种检孔系统，实施例1或实施例2的PCB智能检孔方法，所述检孔系统包括至少一个X射线源，设置于所述X射线源上方的至少一个探测器，用于存储PCB图档资料的存储模块，所述X射线源和探测器之间具有容纳PCB的间隔，PCB固定在预设的治具上。检孔系统还包括计算机、CCD对位模块等，存储模块可以是与计算机连接的硬盘。

另外，检孔系统还设置有驱动模块，驱动模块可以驱动X射线源、PCB的治具、探测器移动，进而实现圆周运动，驱动模块可采用XY轴模组。

实施例4

本实施例中提供了一种PCB，应用实施例3中的检孔系统。

本发明可以在不破坏PCB的情况下，对PCB的指定区域进行切层分析，并将获得的3D截面图和标准图像进行自动比对，输出比对结果，无需破坏PCB进行制样，检测过程方便快捷、检测周期短、检测效率高，对人工的依赖程度低，同时可以统一检测标准，避免人为因素的干扰，保证检测结果的稳定性和可重复性。本发明利用探测器和X射线源的配合，从多个角度多PCB进行拍照，获取多个角度的图片，利用多个角度的图片进行重构，可以得到更为精准的三维图像，进行360度全面位置的虚拟剖切，检测结果更加全面，进一步确保了检测的准确性。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语 “连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化，是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的范围内。