《IC封裝基板圖像檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》編制說(shuō)明

5），IC封裝基板(ICPackageSubstrate)，俗稱(chēng)IC載板，是封裝測(cè)試環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵載體，用于建立IC與PCB之間的訊號(hào)連接，此外還能起到保護(hù)電路，固定線路并導(dǎo)散余熱的作用。主要應(yīng)用在存儲(chǔ)芯片封裝基板、微機(jī)電系統(tǒng)封裝基板、射頻模塊封裝基板、處理器芯片封裝基板和高速通信封裝基板等。目前，IC封裝基板的基本格局是日韓臺(tái)三足鼎立，中國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域涉足較晚，但增速很普通印制電路板（PCB-PrintedCircuitBoard）的線寬線距通常大于100um，而IC載板的典型線寬/線距為10~30um。在傳統(tǒng)PCB行業(yè)，圖像檢測(cè)設(shè)備的分辨率一般最小只能達(dá)到20um，根本無(wú)法檢測(cè)IC載板的線路缺陷。IC載板的生產(chǎn)制造設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始國(guó)產(chǎn)化，不過(guò)國(guó)產(chǎn)圖像檢測(cè)設(shè)備還屬于空白，容易受制于國(guó)際上的技術(shù)封鎖。除此之外，IC載板的基材也難以采用玻璃纖維板或聚酰亞胺等傳統(tǒng)的材料，需要轉(zhuǎn)向BT樹(shù)脂基板或玻璃基板等材料。線寬/線距的縮小和新型材質(zhì)的應(yīng)用，都對(duì)傳統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備提出了新的挑戰(zhàn)。需要制定IC載板圖像檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)自動(dòng)化光學(xué)圖像檢測(cè)設(shè)備健康有IC封裝基板自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)高精度的圖像檢測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)封裝基板上的缺陷和問(wèn)題，如焊球、引腳等是否存在錯(cuò)位、缺失、短路等現(xiàn)象，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、促進(jìn)智能化生產(chǎn)和保障人員安全等方面都具有重要意義?，F(xiàn)有的可見(jiàn)光直接成像技術(shù)由可見(jiàn)光相機(jī)直接成像，每個(gè)成像像素由RGB插值得到,會(huì)導(dǎo)致像素?fù)p失，以及帶來(lái)PCB板成像的分辨率不高的問(wèn)題，同時(shí)由于貼裝元件焊盤(pán)會(huì)呈現(xiàn)弧度，采用單一方向光源照射難以對(duì)焊盤(pán)焊錫質(zhì)量全方位成像，不能夠保證整塊PCB板受到均勻光照，會(huì)帶來(lái)由于視角不同、照明差異所導(dǎo)致成像不一致的問(wèn)題。同時(shí)傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)算法處理速度快，性能穩(wěn)定，但是檢測(cè)缺陷的準(zhǔn)確率低，誤報(bào)率高，使得很多企業(yè)需要加入人工復(fù)判，進(jìn)一步降低產(chǎn)品不良率。使用深度學(xué)習(xí)算法之后，雖然可以解決檢測(cè)準(zhǔn)確率的問(wèn)題，但是深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于工業(yè)缺陷檢測(cè)依然具有數(shù)據(jù)樣本匱乏、缺陷檢測(cè)任務(wù)精度、實(shí)時(shí)性要求高等難點(diǎn)。SMT產(chǎn)線缺陷樣本匱乏主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。1）所提供的PCBA缺陷樣本數(shù)量有限。其原因?yàn)橹圃旃に嚵鞒态F(xiàn)代化，缺陷產(chǎn)品罕見(jiàn)；廠商在生產(chǎn)工藝中沒(méi)有加入缺陷數(shù)據(jù)采集、保存等流程，為提升進(jìn)一步產(chǎn)能奠定基礎(chǔ)；對(duì)缺陷樣本的精準(zhǔn)標(biāo)注成本高昂，工業(yè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不均衡現(xiàn)象，大部分為正樣本，且部分行業(yè)缺陷需要具備特定知識(shí)背景的專(zhuān)業(yè)人員標(biāo)定，PCBA生產(chǎn)缺陷等。2）實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)缺陷分布與訓(xùn)練樣本分布不同。傳統(tǒng)模型假設(shè)數(shù)據(jù)分布是固定、平穩(wěn)的，樣本之間獨(dú)立同分布，所以模型在經(jīng)過(guò)多輪訓(xùn)練后可以檢測(cè)出缺陷。但是當(dāng)訓(xùn)練數(shù)據(jù)變?yōu)榱鲾?shù)據(jù)后，訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布往往是非平穩(wěn)的，模型從非平穩(wěn)的數(shù)據(jù)不斷獲取知識(shí)，新舊知識(shí)會(huì)產(chǎn)生沖突，進(jìn)而發(fā)生災(zāi)難遺忘。3）缺陷種類(lèi)繁多，不規(guī)則。同一工業(yè)產(chǎn)品可能存在不同種類(lèi)的缺陷,同種缺陷也可能在形狀、尺寸、顏色等特征上具有多樣性.以往的方法通常只能檢測(cè)特定種類(lèi)的缺陷，不具有自適應(yīng)能力。課題組依托安徽省發(fā)改委重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目圍繞智能制造環(huán)境下人機(jī)共融智能檢測(cè)這一科學(xué)問(wèn)題，開(kāi)展“人機(jī)共融智能驅(qū)動(dòng)的可靠制造理論與方法”的原創(chuàng)性、系統(tǒng)性研究，突破“人機(jī)協(xié)作感知增強(qiáng)的工業(yè)智能檢測(cè)”關(guān)鍵技術(shù)：（1）針對(duì)消費(fèi)電子生產(chǎn)制造中SMT缺陷標(biāo)簽樣本數(shù)量/質(zhì)量嚴(yán)重受限的挑戰(zhàn)，通過(guò)融合人的先驗(yàn)知識(shí)揭示檢測(cè)數(shù)據(jù)的表示特征和統(tǒng)計(jì)規(guī)律，構(gòu)建融合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與知識(shí)引導(dǎo)的有限監(jiān)督標(biāo)簽檢測(cè)框架，實(shí)現(xiàn)不完全標(biāo)簽樣本條件下SMT缺陷精準(zhǔn)高效檢測(cè)；（2）針對(duì)SMT產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)和檢測(cè)流程數(shù)據(jù)的全周期運(yùn)維管理問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于KubeEdge的云邊協(xié)同SMT缺陷智能檢測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同SMT產(chǎn)線的開(kāi)放式和海量的數(shù)據(jù)接入，聚合邊緣側(cè)模型權(quán)重、模型壓縮與剪枝（3）完成全鏈路集成成像機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和環(huán)形光源成像驗(yàn)證，并自主研制一套筆記本主板缺陷檢測(cè)樣機(jī)設(shè)備，所研制的SMT云邊協(xié)同智能檢測(cè)系統(tǒng)V1.0在龍芯3A5000平臺(tái)上完成兼容性測(cè)試，功能與穩(wěn)定性良好，獲得龍架構(gòu)兼容互認(rèn)證書(shū)，授權(quán)實(shí)用新型專(zhuān)利1項(xiàng)。目前已在聯(lián)寶產(chǎn)線進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用測(cè)目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)IC載板檢測(cè)的相關(guān)設(shè)備及軟件均沒(méi)有對(duì)IC載板圖像掃描成像優(yōu)化技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于IC載板的打光條件、掃描方案、圖像優(yōu)質(zhì)量評(píng)價(jià)采用的方案大多來(lái)源于人工經(jīng)驗(yàn)與簡(jiǎn)單的實(shí)際測(cè)試。急需采用先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)手段和方法精確的對(duì)IC載板圖像掃描成像進(jìn)行定性、定量描述。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心人工智能研究院（安徽省人工本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：康宇、許鎮(zhèn)義、本標(biāo)準(zhǔn)2022年9月15日經(jīng)批準(zhǔn)立項(xiàng)，隨后,進(jìn)行調(diào)研工作，初步擬定方案，完成準(zhǔn)備工作。2023年10月-12月，編制工作組確認(rèn)分工，確定,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)文本進(jìn)行修改。2024年2月，標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)進(jìn)一步調(diào)整與規(guī)范后，形成征求意2024年2月，本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則、主要內(nèi)容及其確定依據(jù)在硬件方面，起草單位開(kāi)發(fā)面向SMT復(fù)雜質(zhì)檢環(huán)境全鏈路集成成像模塊，保證主板受到均勻光照，避免由于視角不同、照明差異所導(dǎo)致成像不一致，實(shí)現(xiàn)10um級(jí)成像精度；完成SMT缺陷檢測(cè)原理樣機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與電氣裝配調(diào)試，設(shè)計(jì)SMT主板夾具調(diào)節(jié)裝置以適應(yīng)不同尺寸主板安裝；增加機(jī)臺(tái)配重模塊，降低機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中因機(jī)臺(tái)抖動(dòng)對(duì)圖像采集重影的影響，完成SMT智能缺陷檢測(cè)原理樣機(jī)系統(tǒng)研制。在軟件方面，完成SMT缺陷智能檢測(cè)軟件系統(tǒng)的CAD文件解析、缺陷樣本標(biāo)注、PCB成像拼接、人工復(fù)判、輸入輸出設(shè)備控制、相機(jī)控制、運(yùn)動(dòng)控制、可視化大屏展示、相機(jī)和載物臺(tái)系統(tǒng)上電一鍵初始化，完成掃碼槍自動(dòng)讀取主板流水碼編號(hào)，以及檢測(cè)結(jié)果日志生成；增加模型權(quán)重選擇，置信度設(shè)置等功能模塊實(shí)現(xiàn)優(yōu)化缺陷檢測(cè)模型，設(shè)計(jì)基于匹配特征融合的缺陷檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，融合人工模板設(shè)計(jì)與AI智能比對(duì)，無(wú)需海量樣本訓(xùn)練，無(wú)需高精度配準(zhǔn)，克服由于機(jī)臺(tái)震動(dòng)導(dǎo)致采集圖像偏移影響，并針對(duì)某些易于混淆的偏移與立碑缺陷，進(jìn)行重新標(biāo)注，增強(qiáng)易混淆樣本數(shù)量，提升檢測(cè)模型魯棒性。搭建基于云邊協(xié)同的SMT缺陷智能檢測(cè)系統(tǒng)，在云端完成檢測(cè)模型訓(xùn)練，邊緣端進(jìn)行壓縮優(yōu)化實(shí)5現(xiàn)SMT測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)任務(wù)；并采用容器化技術(shù)，通過(guò)KubeEdge邊緣計(jì)算平臺(tái)完成云平臺(tái)與邊緣端的調(diào)度和管理，同時(shí)已通過(guò)龍芯平臺(tái)軟件產(chǎn)品測(cè)試認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)、自主、可控的SMT智能化檢測(cè)系統(tǒng)。光學(xué)檢測(cè)裝置、基于主要距離的空域融合主板拼接方SMT貼片元件缺陷檢測(cè)框架、基于元遷移學(xué)習(xí)和多尺度融合網(wǎng)缺陷分割框架、緩解選忘性的圖像增量學(xué)習(xí)分類(lèi)方法三、試驗(yàn)驗(yàn)證的分析、綜述報(bào)告，技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)5P-R曲線是用于描述精確率和召回率之間關(guān)系的曲線，其中橫mAP是指對(duì)于每一個(gè)類(lèi)別，都計(jì)算出一個(gè)精確率-召回率曲線下的面積，然在本文中，我們使用IoU為0.5時(shí)的mAP@0.5，IoF1-score綜合考慮了模型的準(zhǔn)確率（PrF1-score是混淆矩陣的調(diào)和平均數(shù)，即召回率和精確率的乘積的5mAP@0.5mAP@0.75mAPFasterR-DN-DETR,本標(biāo)準(zhǔn)要求的方法得到更準(zhǔn)確的缺陷識(shí)別結(jié)果。SMT表面貼裝缺陷人機(jī)協(xié)同檢測(cè)樣機(jī)通過(guò)上線驗(yàn)證，誤報(bào)率從80%降低到25%以?xún)?nèi)，檢測(cè)效率比現(xiàn)有產(chǎn)線提升21.3%，預(yù)計(jì)節(jié)約人工復(fù)檢及設(shè)備成本高達(dá)60055五、以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的