玻璃基板缺陷檢查技術(shù)研究

胡恒廣

摘要：玻璃基板缺陷檢查對(duì)于玻璃品質(zhì)的管控十分重要，其檢查準(zhǔn)確度直接影響用戶對(duì)于產(chǎn)品的認(rèn)可程度。本文通過對(duì)玻璃基板缺陷檢查技術(shù)進(jìn)行介紹，針對(duì)已有缺陷檢查技術(shù)中存在的問題，提供解決對(duì)策，滿足不同類型的缺陷檢查需求，準(zhǔn)確、高效檢查玻璃基板缺陷，降低漏檢率，提高生產(chǎn)效率。

Abstract： Glass substrate defect inspection is very important for the control of glass quality. The accuracy of inspection directly affects the user's recognition of the product. This paper introduces the glass substrate defect inspection technology， provides solutions to the problems in the existing defect inspection technology， to meet different types of defect inspection requirements， and accurately and efficiently inspect glass substrate defects， reduce missed detection rate， and improve production efficiency.

關(guān)鍵詞：玻璃基板;品質(zhì);缺陷;檢查技術(shù)

Key words： glass substrate;quality;defect;inspection technology

中圖分類號(hào)：TQ171.6+5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）09-0081-03

0 ?引言

玻璃基板是用于制造TFT-LCD（thin film transistor-liquid crystal display，薄膜晶體管液晶顯示）、OLED（organic light-emitting diode）等顯示器的關(guān)鍵上游材料，其品質(zhì)直接影響下游客戶的使用，是下游廠商非常關(guān)注的玻璃性能之一。影響玻璃品質(zhì)的玻璃基板缺陷種類大致分為以下幾種[1]：

熔解、成形缺陷：在玻璃基板生產(chǎn)過程中，由熔融狀態(tài)冷卻成形，玻璃內(nèi)部可能會(huì)產(chǎn)生一些缺陷。包括熔解缺陷，也稱內(nèi)部缺陷（如：氣泡、條紋、析晶、鉑金、結(jié)石等），以及成形缺陷，成形缺陷又分為力學(xué)缺陷（如應(yīng)力、翹曲、撓度等）和表面缺陷（如玻璃粉、玻璃粘附等）。

加工缺陷：玻璃基板的半成品經(jīng)過切割、研磨、清洗等工序時(shí)，產(chǎn)生的品質(zhì)規(guī)格外的缺陷。主要有：掉片、燒邊、邊裂、未磨、欠磨、過磨等邊部缺陷，污漬、顆粒、劃傷等表面缺陷等。

玻璃基板在包裝前，需要對(duì)各項(xiàng)品質(zhì)進(jìn)行最終的檢查，同時(shí)，缺陷的種類識(shí)別也是調(diào)整優(yōu)化生產(chǎn)工藝的重要依據(jù)。因此，為了在保證生產(chǎn)效率前提下提高缺陷檢出率，基于機(jī)器視覺技術(shù)[2-3]的光學(xué)檢查設(shè)備是玻璃基板缺陷檢查的最好的選擇。玻璃基板是一種透明、超薄的板狀器件，針對(duì)這一特殊性，研發(fā)出許多玻璃基板缺陷檢查相關(guān)技術(shù)，如邊部缺陷檢查、內(nèi)部缺陷檢查、玻璃基板表面顆粒檢查。為適應(yīng)超薄玻璃及高世代玻璃生產(chǎn)需求，針對(duì)其特殊性，又研制出適用于超薄玻璃基板的上表面進(jìn)行異物檢查的技術(shù)及適用于高世代玻璃基板缺陷檢查的裝置。本文通過對(duì)玻璃基板缺陷檢查相關(guān)技術(shù)進(jìn)行介紹，旨在為玻璃基板缺陷檢查的研發(fā)供技術(shù)參考及設(shè)計(jì)思路，促進(jìn)玻璃基板行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

1 ?邊部缺陷檢查

邊部檢查主要檢查玻璃基板邊部缺陷，如：掉片、裂紋、燒邊、過磨、欠磨等。通過攝像頭成像原理將邊部狀況拍攝成圖像，通過內(nèi)部程序處理后，將判定結(jié)果顯示在計(jì)算機(jī)上。

玻璃邊部檢查設(shè)備具體包括[4]：拍攝單元、照明單元、第一反光單元，拍攝單元拍攝基板邊緣的第一側(cè)表面，照明單元用于對(duì)基板邊緣照射光，反光單元在基板邊緣的另一側(cè)，拍攝單元通過第一反光單元能夠拍攝到基板邊緣的第二側(cè)表面的圖像，計(jì)算機(jī)程序通過高、低通濾波器及Sobel濾波器對(duì)圖像進(jìn)行處理，將處理后圖片與缺陷圖片庫中圖片進(jìn)行比對(duì)，得出最終檢查結(jié)果，同時(shí)，玻璃邊部檢查設(shè)備的安裝位置并不會(huì)受到基板傳送裝置等其他結(jié)構(gòu)的限制而具有便于安裝的效果。

在玻璃基板傳輸過程中，邊部有缺口等瑕疵的玻璃基板極易出現(xiàn)破碎，清理碎玻璃會(huì)降低生產(chǎn)效率，而且形成的玻璃粉塵容易造成后續(xù)相當(dāng)數(shù)量的玻璃表面顆粒增多，需針對(duì)此問題開發(fā)相應(yīng)技術(shù)。圖1為研制的另一種邊部缺陷檢查設(shè)備[5]，具體包括：距離測(cè)量裝置，用于測(cè)量所述玻璃基板的側(cè)邊與所述距離檢查裝置之間的距離;以及控制單元，用于接收所檢查的所述玻璃基板的側(cè)邊與所述距離檢查裝置之間的距離并使其與預(yù)設(shè)值相比較，在所述玻璃基板的側(cè)邊與所述距離檢查裝置之間的距離超出該預(yù)設(shè)值時(shí)，確定所述玻璃基板的側(cè)邊存在缺陷。圖1所示設(shè)備可以在玻璃基板運(yùn)送過程中檢查出側(cè)邊的缺陷，有效防止帶有缺陷的玻璃基板進(jìn)入下一工序段。

2 ?內(nèi)部缺陷檢查

玻璃基板的品質(zhì)要求非常嚴(yán)格，尤其對(duì)于內(nèi)部缺陷，所以必須嚴(yán)格控制玻璃基板內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，去掉帶有缺陷的玻璃，以達(dá)到穩(wěn)定的玻璃品質(zhì)，同時(shí)對(duì)缺陷出現(xiàn)位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，將缺陷位置信息反饋前工程生產(chǎn)工序，技術(shù)人員可通過缺陷位置，方便準(zhǔn)確找出應(yīng)對(duì)策略，提高玻璃生產(chǎn)良率。玻璃基板內(nèi)部缺陷檢查系統(tǒng)[6]如圖2所示，其包括對(duì)稱設(shè)置在玻璃基板上下兩側(cè)的光源發(fā)射裝置、與光源發(fā)射裝置配套的采集成像裝置及與采集成像裝置相連接的裝有控制管理程序的工控機(jī)，通過此檢查系統(tǒng)，在相同的光源和照明方式下，對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行檢查。將對(duì)同一缺陷檢查結(jié)果的參數(shù)按照相關(guān)幾何原理和光學(xué)知識(shí)，如下述計(jì)算公式，通過計(jì)算，快速確定玻璃基板的內(nèi)部缺陷所處玻璃基板厚度方向的高度位置，提高了檢查系統(tǒng)的功能，同時(shí)也提高檢查設(shè)備自動(dòng)化程度。

h=（vt+T）/2

其中，公式中h是缺陷在玻璃基板的高度位置，v是玻璃基板的傳送速度，t是對(duì)缺陷取像的時(shí)間差，T是玻璃基板的厚度。

另，一種皮帶上設(shè)有氣孔，噴氣裝置噴出的氣體方向正對(duì)著氣孔向上，在基座一側(cè)的刻有坐標(biāo)的模板，與圖2設(shè)備結(jié)合一起使用，可以快速查找出玻璃上的缺陷位置，使得查找處理缺陷時(shí)間大為縮短，便于迅速做出反應(yīng)，避免產(chǎn)品擦劃傷，大大提高了生產(chǎn)效率。

3 ?玻璃基板表面顆粒檢查

玻璃基板在客戶端的制程中，要通過薄膜黃光蝕刻、剝膜以及印刷涂布、密封、貼附、壓合、組裝、測(cè)試等程序。其中多道工段是在嚴(yán)格的潔凈條件下完成的，玻璃基板表面顆粒度超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品性能低下，出現(xiàn)膜破、黑缺及亮度不均等缺陷，有時(shí)還會(huì)嚴(yán)重污染到設(shè)備，造成運(yùn)行成本增加，進(jìn)而影響到整個(gè)面板生產(chǎn)良率[7]。

3.1 玻璃基板表面顆粒檢查技術(shù)

由于顆粒很小，通常采用的是光的散射法原理，最靈敏的檢出1um的顆粒物。然而，1um顆粒物散射的光線極少，需要非常高靈敏度的攝像機(jī)才能滿足要求。新開發(fā)的檢查技術(shù)如圖3所示，該設(shè)備包括：光路結(jié)構(gòu)、攝像機(jī)以及處理器，光路機(jī)構(gòu)用于在待測(cè)玻璃表面形成相互平行的第一照亮帶和第二照亮帶，滿足干涉條件后，在攝像機(jī)上拍攝到第一照亮帶與第二照亮帶形成的干涉條紋的圖像，通過處理器分析干涉條紋的圖像，進(jìn)而判斷待測(cè)玻璃表面上是否存在顆粒[8]。

通過圖3檢查裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)平板玻璃表面顆粒度進(jìn)行檢查，其靈敏度更高，有利于檢查更細(xì)小的顆粒物，提高檢出微小顆粒的效率。

3.2 超薄玻璃基板表面顆粒檢查技術(shù)

隨著玻璃基板厚度變的越來越薄（≤0.3mm），在進(jìn)行實(shí)際檢查的時(shí)候，由于玻璃基板厚度變薄其透光性較強(qiáng)，而相機(jī)的鏡頭景深很難進(jìn)一步縮小，且價(jià)格昂貴。另外采用高傾角發(fā)射的漫射光源時(shí)，由于光線透射玻璃基板，如果下表面存在缺陷并在線陣相機(jī)的掃描范圍內(nèi)，當(dāng)光線對(duì)顆粒進(jìn)行照射并發(fā)生漫反射時(shí)，線陣相機(jī)也會(huì)將下表面的顆粒計(jì)入上表面的檢查結(jié)果中，造成上表面顆粒尺寸和數(shù)量被誤判，無形中降低了良品率[9]。急需一種表面顆粒檢查設(shè)備來滿足上述超薄玻璃上顆粒的檢查要求，一種超薄玻璃表面顆粒檢查裝置，具體包括發(fā)射光線的光源裝置、成像裝置及配套有管理程序的工控機(jī)，其光源裝置發(fā)出的入射光線在玻璃基板上表面的入射角α≤45°，當(dāng)光源發(fā)射的光通過超薄玻璃表面時(shí)，玻璃基板上、下表面的異物成像，數(shù)字化數(shù)據(jù)傳送到工控機(jī)上，借助設(shè)備中的程序?qū)商壮上襁M(jìn)行灰度值的強(qiáng)弱變化對(duì)比得出顆粒處于上表面還是下表面。利用小角度暗場(chǎng)照明，通過減小入射角，降低線陣相機(jī)對(duì)玻璃基板下表面的取像區(qū)域，通過后續(xù)測(cè)試、對(duì)比等操作可準(zhǔn)確確定缺陷的大小、位置，并進(jìn)行分類，有效降低了誤判率。

4 ?高世代玻璃基板檢查裝置

檢驗(yàn)人員對(duì)整張玻璃進(jìn)行一次檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)玻璃基板的全面檢驗(yàn)。但目前的人工檢查用的設(shè)備只適用于低世代玻璃基板，即G5，G6等玻璃基板，而隨著高世代玻璃基板技術(shù)發(fā)展，尺寸大于2500×2200mm的玻璃基板，即G8及以上玻璃基板，如仍然僅僅利用玻璃基板四邊邊緣的無效區(qū)進(jìn)行支撐，就會(huì)產(chǎn)生諸多問題：由于玻璃尺寸增大，其重量也隨之增加，而玻璃基板的厚度一般都比較薄，且柔性和韌性較好，此方案已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)玻璃基板的支撐。圖4所示的高世代玻璃基板人工檢查裝置[10]，可滿足高世代玻璃基板的人工檢查，該裝置包括基座、設(shè)置在基座上的檢驗(yàn)機(jī)架以及設(shè)置在檢驗(yàn)機(jī)架上的待檢玻璃基板支撐裝置，其中基座和檢驗(yàn)機(jī)架之間的水平位移機(jī)構(gòu)以及均勻陣列設(shè)置在基座上端面的頂桿機(jī)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人將待檢玻璃基板水平放置在頂桿機(jī)構(gòu)上，頂桿機(jī)構(gòu)下落，使待檢玻璃基板落在玻璃基板支撐裝置中的支撐頂桿上，對(duì)待檢玻璃基板進(jìn)行定位和固定后，旋轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)將玻璃基板支撐裝置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)80°后進(jìn)行鎖死，檢驗(yàn)人員對(duì)待檢玻璃基板的半部分進(jìn)行人工檢驗(yàn);當(dāng)檢驗(yàn)完成后，水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)將玻璃基板支撐裝置返回到原位，旋轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)將玻璃基板支撐裝置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)160°后進(jìn)行鎖死，對(duì)剩下的半部分進(jìn)行檢驗(yàn)，完成一張玻璃基板的人工檢查，以此類推。

通過上述檢查裝置解決了高世代玻璃基板尺寸大、人工檢驗(yàn)難的問題，較為方便、快捷的實(shí)現(xiàn)了高世代玻璃基板的人工全面檢驗(yàn)，滿足高世代玻璃基板人工檢查要求。

5 ?結(jié)語

玻璃基板缺陷檢查基礎(chǔ)技術(shù)已形成，隨著玻璃基板的更新?lián)Q代，將會(huì)有更多新的缺陷檢查問題需要解決，希望通過上述玻璃基板缺陷檢查技術(shù)的介紹，能給后續(xù)研發(fā)提供一些設(shè)計(jì)思路，滿足更多的、不同種缺陷檢查需求，推進(jìn)玻璃基板檢查技術(shù)行業(yè)的快速發(fā)展。

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