柔性印刷線路板缺陷檢測方法研究

鄒偉民

柔性線路板產(chǎn)品分類方法很多，按照FPC 貼合層數(shù)可分為：單面板、雙面板、多層板以及軟硬結(jié)合板。FPC作為一種常見線路板類型，其市場占有率隨著電子產(chǎn)品向微型化、輕便化發(fā)展不斷上升。但 FPC 在加工、上料、貼裝等生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)斷路、短路、線寬不符等瑕疵。鑒于此，本文主要分析柔性印刷線路板缺陷檢測方法。

【關(guān)鍵詞】柔性印刷線路板 檢測

1 柔性線路板概述

柔性線路板（Flexible Printed Circuit，簡稱FPC），又稱軟性線路板、撓性線路板，是以聚酰薄膜或聚酯亞胺為基材制成的一種能放置零器件，并能實(shí)現(xiàn)電器功能的具有高度可靠性，絕佳可撓性且重量輕的印刷電路板。作為一種特殊的 PCB板，F(xiàn)PC 不同的制作工藝使其具備許多得天獨(dú)厚特點(diǎn)：

（1）組裝密度高，減少了零部件之間的連線；

（2）質(zhì)量輕，厚度薄，可以有效降低產(chǎn)品重量，方便攜帶；

（3）可折疊，能夠任意折疊彎曲。FPC 還具有可靠性好，散熱性強(qiáng)，安裝方便，綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)，為電子產(chǎn)品高集成化與高性能化提供便利。

FPC產(chǎn)品分類方法很多，按照FPC 貼合層數(shù)可分為：單面板、雙面板、多層板以及軟硬結(jié)合板。

2 柔性印刷線路板缺陷檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)有的 FPC 缺陷檢測算法多衍生于PCB檢測算法，但受本身獨(dú)特性限制，F(xiàn)PC 板缺陷精度要求更高，檢測樣板尺寸更大，樣板成像易變形，使得針對 PCB板的缺陷檢測算法不能直接套用FPC 板的檢測算法，需要根據(jù)FPC 板實(shí)際線路特征制定與之適宜的檢測算法。

中國計量學(xué)院針對傳統(tǒng)模板匹配算法的速度慢、準(zhǔn)確率低等問題，提出將 FPC 板線路缺陷分為全局缺陷和局部缺陷兩類，采用八連通域面積法結(jié)合直方圖匹配方式捕獲圖像全局缺陷，在此基礎(chǔ)上利用投影匹配及相關(guān)系數(shù)法識別圖像中的局部缺陷。該方法較傳統(tǒng)檢測算法更快，更為準(zhǔn)確，但相關(guān)的缺陷類別的分類還不夠細(xì)致。

3 柔性印刷線路板缺陷檢測方法分析

針對全局范圍內(nèi)的模板匹配問題，考慮局部范圍模板匹配方法實(shí)施FPC缺陷檢測。考慮基于輪廓的模板匹配方法中，（注冊或登錄）模板應(yīng)具備顯著的輪廓特性，F(xiàn)PC 上的常規(guī)線路雖走向規(guī)則，但無顯著形狀特征，而且，常規(guī)線路在整幅圖像均有分布，大幅面的模板匹配時間過慢，不利于線路檢測。

異形線路屬于FPC 上的不規(guī)則形狀，一般包括LED 燈、S型圓等；由于與外設(shè)形狀相關(guān)，其布線一般與待檢 FPC 的樣式結(jié)構(gòu)有關(guān)。針對這類線路，考慮模板匹配方式實(shí)施檢測：首先通過模板匹配法粗步定位出各個異形線路在整塊 FPC 上的位姿，獲取異形線路輪廓；再基于形態(tài)學(xué)理論進(jìn)行缺陷檢測。有關(guān)異形線路的檢測流程見圖1。

（1）加載注冊模板相關(guān)數(shù)據(jù)信息，包括注冊模板區(qū)域范圍、注冊模板輪廓信息等。

（2）利用注冊模板攜帶的區(qū)域信息，定位模板搜索空間，基于歸一化互相關(guān)系數(shù)（NCC）度量原則，在搜索圖像中搜索模板實(shí)例。

（3）裁剪異形區(qū)域。異形區(qū)域的尺寸通過求取形狀模板實(shí)例的最小外接矩形獲得，因?yàn)樾螤钅０鍨榫匦螀^(qū)域，故通過最小外接矩形獲取的區(qū)域即為匹配上的異形區(qū)域。任意的模板匹配無法使兩幅圖像在空間上完全對齊，存在一個容許范圍內(nèi)的匹配。FPC板局部范圍內(nèi)的形變可以忽略，在限定空間上進(jìn)行形狀模板匹配由于空間范圍縮小，形狀模板匹配精度提高，整體匹配誤差約為 1/5線寬（3個像素）范圍，其在缺陷判定可容許范圍。

（4）考慮形狀匹配的精度誤差，在標(biāo)準(zhǔn)模板圖像與異形區(qū)域圖像直接求差之前，先通過小尺寸結(jié)構(gòu)元素對異形區(qū)域進(jìn)行腐蝕操作，去除邊界差影影響。當(dāng)圖像存在缺陷時，此尺寸下的腐蝕操作無法完全腐蝕掉缺陷線路，故不影響最終判定結(jié)果。

（5）模板圖像與異形區(qū)域進(jìn)行區(qū)域差集運(yùn)算，獲取二者的差值區(qū)域。當(dāng)無缺陷時，差值為 0；有缺陷時，區(qū)域差集返回不為0的二值圖像；

（6）對差值圖像進(jìn)行連通域標(biāo)注，分割不同的缺陷塊；

（7）計算各個連通域區(qū)域面積，以最大缺陷塊的幾何尺寸中心作為異形區(qū)域中心，輸出缺陷信息。

從全局和局部范圍研究 FPC 缺陷檢測方法，得出實(shí)驗(yàn)性結(jié)論：

（1）由于FPC 成像變形，基于全局范圍的模板匹配線路出現(xiàn)錯位，無法正確定位圖像上的瑕疵信息。

（2）基于局部范圍的模板匹配，首先裁剪出FPC 板上相對常規(guī)線路而言具有顯著形狀特征的線路區(qū)域，以其作為模板來源；在搜索圖像上對應(yīng)模板區(qū)域附近進(jìn)行實(shí)例檢測，壓縮搜索空間；再基于形態(tài)學(xué)理論檢測線路缺陷信息

總之，線路板作為電子電路最基本的組成部分，極大的影響著整個電子產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，如何對線路板缺陷實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)檢測是產(chǎn)品質(zhì)量保障的重要環(huán)節(jié)，而國內(nèi)多數(shù)企業(yè)普遍依賴人工目測進(jìn)行 FPC 缺陷檢測，成本高、效率低，且由于沒有相對規(guī)范的質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)，工作人員因主觀意識或視覺疲勞等原因易發(fā)生漏檢和誤檢；部分企業(yè)引進(jìn)的國外優(yōu)秀檢測設(shè)備，受設(shè)備價格、技術(shù)支持、售后服務(wù)等局限，很難適應(yīng)現(xiàn)代工藝的低成本、大批量生產(chǎn)需求。因此，研制出一套快速高效的 FPC 缺陷自動檢測系統(tǒng)滿足國內(nèi)市場需求已迫在眉睫。

參考文獻(xiàn)

[1]劉曉婷.大幅面柔性印刷線路板缺陷在線視覺檢測系統(tǒng)[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2016.

作者單位

江蘇傳藝科技股份有限公司 江蘇省揚(yáng)州市 225000