在测试系统中，图像分析已不再是停留在简单追求高对比度轮廓的阶段，而是进入了追求更精密的灰度色阶图形的时代。
　　生产线上使用的先进的自动光学检测系统（AOI）和自动X光检测系统（AXI）擅长于区分功能完善或有缺陷的板子，也适用于对复杂的高密度的表面贴装器件的测试。如果你需要的不仅仅是一个判断好或坏的结果，那么，也许为了量化分析各种可能影响可靠性的因素，你不得不在一个QA实验室里或者开发平台上离线测试器件。你是愿意再花上数十万美元购置和生产平台一样的一套系统，还是愿意选择一套便宜得多的系统呢？或者说，你是希望采用和过去一样的图像分析算法，还是想另有选择？
　　我将分两个部分介绍一些常用于AOI和AXI中的图像技术，并与其他通用的图像分析工具进行比较。本文是第一部分，介绍较为成熟的光学技术。第二部分将概述新的发展趋势和X-ray技术（将在年内刊出）。

 　近10年来，我们亲眼目睹了电子装配领域中的巨大变革。伴随着表面贴装技术的发展，例如采用间距非常小的J型引脚的四边引出扁平封装器件（QFP）来取代通孔器件，贴装密度越来越高。为了能在一个指定区域内分布尽可能多的连接点，一项新的封装技术诞生了，它把连接焊点藏在了光学相机无法“看”到的芯片封装的底部。这种封装技术包括各种球栅阵列封装（BGA、μBGA、PBGA）和倒装芯片封装，以及芯片尺寸封装（CSP）。
　　同样，这10年被认为是这项新软件技术的典型发展成熟期，它在这段时间里完成了从研发实验室走向专业技术刊物，再从高端客户走向最终普及性商业应用的过程。在这10年的最后阶段，图像分析软件技术正经历着最后的发展阶段：优化，即将关键部分转化成特殊的处理器指令集（MMX、SSE、或者协处理器代码）或者硬件加速器。
　　图像分析软件是如今精密的AOI系统中一个很关键的部分。今天，为了检测更加复杂的器件和连接，先进的AOI系统运用了精密运动控制技术，它操作着由数百个不同方向的LED组成的可编程序列和多达5部的照相机，这些设备都具备了微米级的精度。
　　这些照相机可以提供任意一个器件的顶视图和四个方向的斜视图。距离修正技术能测量出被测板的翘曲，例如：在扫描全板时确保照相机在任意位置都能保持最佳的聚焦距离。精确配置的LED光源能够消除人们不想要的阴影和反射光。
　　因为AOI系统严格控制着照明的方向和照相机的角度，大部分装配和焊接缺陷都能通过简单的图像分析检测出来，即通过在各个引脚、间距、节点上设置小的测试窗口来判断。图表1列出了一些通常发生的缺陷和AOI能够对其进行检测的典型用法。
　　这些简单的分析技术仍然流行，因为它们经历了长时间的考验，值得信赖。而且这项技术能够迅速执行，这一特点对于印制线路板的检测是非常必要的。
　　为了可靠地检测非常微小的器件（0402/0201）和间距非常小的QFP器件，AOI系统需要对这些器件的纵横两个方向的各个部分至少抓取10个像素。因而对于尺寸较大的被测板，就需要抓取并处理大量的像素。有些AOI系统的生产厂商声称对于每块被测板，他们都可以收集并处理超过100兆字节的图像数据。很明显，提高速度对于分析这样巨大的图像数据是非常重要的。对于这个问题采用硬件解决方案－更宽的总线，更高的带宽和多处理器，在简单系统上提速的效果比在复杂系统上更加明显……

　锡膏缺陷的捕捉
　　一些厂商利用炉后的AOI系统来检测到导致被测板失效的缺陷。资料分析表明，80%的缺陷是和焊接相关联的（见参考文献1）。

另一些公司正在试图通过解决炉前（即锡膏印刷之后）潜在的问题，来设法提高生产合格率（炉后的AOI系统和在线测试设备检验合格而无需返工的被测板的百分率）。他们提出了10倍法则，该法则鼓励人们要尽早发现缺陷。因而锡膏检测系统被用来帮助人们及时发现缺陷。（参见“10倍法则”）
　　在把粘性物质压入丝网板上数以千计的小孔的高机械化的过程中，非常容易产生缺陷。故障分析表明，在锡膏印刷中，高度和体积是非常重要的参数。而基于对锡膏区域形状的设想，例如一个完美的半球形，（物体）上方的照相机可以测定锡膏的面积，同时也能获得高度和体积的测量值。

    面积测量
　　面积计算使用了一种标准技术，根据亮度（域值）可以把像素划分为背景和物体，把物体相关的像素计算成连续的斑点。域值的离散性误差往往非常重要，特别是在不均匀的光源和放大倍率较低的情况下。（参见 “影响精确性的因素”）。在估算体积时，这些误差可以被更加精密、具有亚像素级精确度的边缘测定算法所克服。甚至在光线条件有限时，精密的边缘测定技术也允许使用较低的放大倍率，这样会减少覆盖整块板子所必须的图像数量，并且增加生产量。
　　另一种测试方法将超越并替代2D图像技术。体积测定和其它检测手段（例如：测定焊锡浸润外形，倒装芯片的焊凸，BGA的焊球）促使许多“轮廓曲线”系统的诞生，这些系统既能测量高度也可以测量突出于平整表面上的物体的外形轮廓。

   最通用的技术采用了结构化光源，垂直的扇形激光平面在水平的光滑表面上反射为一条直线。通过有倾斜角度的照相机观察时，所有凸起表面都会导致直线偏移，偏移程度与突起的高度成正比（如图1所示）。运用一些简单的几何学知识，如果知道光源，基平面和照相机的位置和方向，就能计算出光线下物体的高度。
　　光线逐行扫描过整块板子，建立起一幅高度图像。具有即时处理功能的帧接收器，通过计算输入的数据生成实时的高度图像。轮廓曲线法通常被归类为“2 1/2-D”，因为它们只能观察上表面的器件，而不能绘制被测板及器件的真正3D图像……
　　这种技术改进后，通过多个照相机观测从而避免了材料表面下凹和较高器件的阴影所导致的问题。两个白光光源所产生的干涉图样也常常用来替代激光光源。
　　当然，今天的很多印刷电路板都含有任何普通光学技术都无法发现的焊点。本文的第二部分将会重点分析能够检测这种焊点的自动化X光技术。
　　10倍法则
　　（通常认为是）Barry Boehm的10倍法则提出了生产链中的任何一个环节出了问题，其修复成本都是其上一个环节的10倍。在软件开发领域，"成本"意味着修复故障的漫长工作时间。晶圆生产成本的指数性增长趋势也使得图像系统在从焊接框架引出走线到完成封装的每一道工序得到广泛应用。板级的缺陷有时会返工，有时材料会报废，两种方式的成本不同。有时问题会在客户验货时发现，有时甚至更糟，在到达最终使用地点安装完才发现。很显然，相比之下，在制造阶段就发现问题，成本要低得多。
　　-Irene Leszkowicz
　　影响精确性的因素
　　在简单分析中，亮度的变化会导致巨大的差异。如图所示，根据二进制图像所进行的斑点测定显示出了斑点边界的大致轮廓。图中表现出这样的趋势：在背景明亮时，区域的大小会被低估，而背景阴暗时会被高估。根据一系列不均衡光照条件下的数据，凸圆周长测定的平均值为31.7，标准差为2.1，方差为4.6。
　　更加精密边缘测定和萃取算法所生成的是黄色曲线，对于相同的采样点，其标准差为0.85，方差为0.71。考虑到电子装配测试对公差的严格要求，如果你的实验室没有优良的光照条件和光学设施，就必须用更加精密的分析工具来补偿。