王林生

（深圳市億線通電子有限公司，廣東深圳 518000）

薄膜鍵盤(pán)柔性印制電路板以聚酯薄膜為基材、以金屬銀為導(dǎo)線，體積小、成本低、布線密度高是主要產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，其生產(chǎn)制作過(guò)程中銀線印刷、硅膠帽粘貼作為主要工序需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。傳統(tǒng)銀線印刷、硅膠帽粘貼的主要檢測(cè)方式以肉眼目測(cè)為主，隨著技術(shù)水平的提升，電氣檢測(cè)發(fā)法、紅外檢測(cè)法，以及自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)法逐漸實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度高勞動(dòng)支出的人工檢測(cè)取代，其中自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)更是實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)檢測(cè)的智能化和自動(dòng)化，大幅度提升了檢測(cè)效率和檢測(cè)質(zhì)量。本文研究設(shè)計(jì)的導(dǎo)電薄膜銀線印刷和薄膜硅膠帽粘貼質(zhì)量檢測(cè)方法以機(jī)器視覺(jué)為基礎(chǔ)，能夠保證在完成快速在線檢測(cè)的同時(shí)對(duì)相應(yīng)的缺陷類(lèi)型和不良率進(jìn)行標(biāo)注、統(tǒng)計(jì)以及收集、分析，從而實(shí)現(xiàn)缺陷產(chǎn)品的剔除，降低缺陷損失，提升產(chǎn)品質(zhì)量，為整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程提供有序指導(dǎo)。

1 導(dǎo)電薄膜銀線印刷和薄膜硅膠帽粘貼質(zhì)量分析

1.1 導(dǎo)電薄膜銀線印刷缺陷

薄膜鍵盤(pán)柔性印制電路板FPC 生產(chǎn)制備過(guò)程當(dāng)中，裸板印刷是首要環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)的主要工作任務(wù)就是將銀漿導(dǎo)電涂層附著在FPC 基材之上，完成線路圖印刷，整個(gè)印刷過(guò)程中以電路原理圖為參考，依靠機(jī)械平臺(tái)和網(wǎng)柵完成流水線操作。工藝流程如圖1所示，印刷過(guò)程當(dāng)中影響印刷效果和質(zhì)量的主要因素在于銀漿濃度的控制以及網(wǎng)柵質(zhì)量的控制。若銀漿濃度過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)柵的堵塞，從而形成斷路、凹陷以及孔洞等明顯缺陷。若網(wǎng)柵格發(fā)生損壞，整個(gè)印刷過(guò)程銀漿很難均勻分布，從而產(chǎn)生銀線短路、凸起以及爆漿等缺陷。斷路和短路缺陷直接影響電路板的電氣性能，而凸起、凹陷以及孔洞等缺陷會(huì)間接對(duì)整個(gè)電路板的電氣性能產(chǎn)生影響，一旦電路電流過(guò)大很容易產(chǎn)生缺陷燒斷。

圖1 裸板印刷工藝流程

1.2 薄膜硅膠帽粘貼缺陷

硅膠帽是一種膠質(zhì)帽子型結(jié)構(gòu)，其主要作用在于完成鍵盤(pán)、按鍵和觸點(diǎn)電路的連接，保證鍵盤(pán)使用過(guò)程當(dāng)中按鍵受力作用下膠帽能夠產(chǎn)生向下的力完成與觸點(diǎn)的接觸，此時(shí)導(dǎo)線線路導(dǎo)通，按鍵生效。硅膠帽安裝過(guò)程當(dāng)中以粘貼工序?yàn)橹?，其主要的質(zhì)量缺陷表現(xiàn)為偏移。而在其安裝過(guò)程中一旦硅膠帽安裝偏移，整個(gè)鍵盤(pán)電路結(jié)構(gòu)無(wú)法接通，造成該種缺陷的主要原因在于工藝精度不夠。圖2為硅膠帽功能與偏移影響。

圖2 硅膠帽功能與偏移影響

2 銀線印刷和硅膠帽粘貼質(zhì)量檢測(cè)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)搭建

2.1 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)

視覺(jué)處理技術(shù)是人工智能領(lǐng)域的重要分支，通過(guò)光學(xué)裝置以及非接觸傳感器實(shí)現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景圖像的自動(dòng)收集和處理，整個(gè)過(guò)程用攝像機(jī)和電腦代替人眼對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤、識(shí)別以及測(cè)量，在一定的分析基礎(chǔ)之上將所掌控的信息實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的利用。整個(gè)系統(tǒng)中精度與誤差的大小相對(duì)應(yīng)，表示觀測(cè)值和真實(shí)值的接近程度，高精度視覺(jué)處理是精密測(cè)量和檢測(cè)的前提，通過(guò)專(zhuān)業(yè)標(biāo)定的算法能夠?qū)Φ玫降南袼匦畔⑦M(jìn)行位置的矯正和補(bǔ)償，最大限度地減少誤差測(cè)量和評(píng)估。

本文中銀線印刷檢測(cè)搭建的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于銀線印刷環(huán)節(jié)，相機(jī)選型為P4-CM-08K07線陣相機(jī)，光源為OPT-LST562-W 線性高亮白光，二者搭載于FPC 生產(chǎn)線移動(dòng)平臺(tái)，平行于生產(chǎn)線縱向，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中通過(guò)牽引器的帶動(dòng)保證可以觸發(fā)相機(jī)完成圖像的采集工作，采集后的圖像經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)緩存并發(fā)射結(jié)束信號(hào)。

與銀線印刷檢測(cè)系統(tǒng)不同，硅膠帽檢測(cè)系統(tǒng)相機(jī)選型為ELIIXA+8k/4k CL，光源為KW-DL525F-HW，整個(gè)系統(tǒng)平行于生產(chǎn)線橫向，以類(lèi)板材長(zhǎng)度尺寸為基礎(chǔ)進(jìn)行反射型光電開(kāi)關(guān)在鏡頭中心前安裝位置的確定，以保證成像完整性。

2.2 圖像處理系統(tǒng)

整個(gè)視覺(jué)處理系統(tǒng)包含圖像采集也包含圖像的預(yù)處理，同時(shí)對(duì)于目標(biāo)的識(shí)別和分類(lèi)、檢測(cè)和跟蹤、定位和測(cè)量也能夠?qū)崿F(xiàn)良好的控制。圖像采集階段被傳感器收集傳輸形成電壓模擬信號(hào)，因?yàn)楣饩€強(qiáng)度的不同所以生成的模擬電壓大小也會(huì)有所差別，在轉(zhuǎn)換為數(shù)字灰階值之后反應(yīng)反射光的強(qiáng)弱，進(jìn)而達(dá)成檢測(cè)目的。圖像分析階段的目的在于特征的提取，并與標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)數(shù)學(xué)手段對(duì)圖像的邊角區(qū)域獨(dú)有屬性的特征進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)量化表達(dá)，進(jìn)而在進(jìn)一步地分割之后完成對(duì)比分析。本文搭載的FPC 基于OTSU算法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)圖像和背景圖像的劃分，經(jīng)過(guò)連通域標(biāo)記目標(biāo)區(qū)域。

3 導(dǎo)電薄膜銀線印刷質(zhì)量檢測(cè)

3.1 銀線斷路

3.1.1 銀線斷路特征

導(dǎo)電薄膜銀線在整個(gè)電路板上的結(jié)構(gòu)分為直線段、折線段以及交叉線三種基本結(jié)構(gòu)，無(wú)論何種結(jié)構(gòu)在橫截面上發(fā)生截?cái)嗑涂梢耘卸閿嗦饭收?。斷路故障的產(chǎn)生阻礙了電流的正常通過(guò)，對(duì)電氣性能有著致命的影響。產(chǎn)生該種現(xiàn)象的主要原因在于印刷過(guò)程中因?yàn)殂y漿濃度配置過(guò)高而導(dǎo)致其通過(guò)網(wǎng)柵孔的過(guò)程中造成一定程度的銀漿堆積，因此導(dǎo)致印刷連續(xù)性受阻，繼而出現(xiàn)銀線截?cái)喈a(chǎn)生斷路的現(xiàn)象。

3.1.2 銀線斷路檢測(cè)方案

導(dǎo)電薄膜銀線斷路缺陷的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路板線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變，因此在對(duì)其進(jìn)行斷路缺陷判斷的過(guò)程當(dāng)中可以根據(jù)表征線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圖形特征來(lái)進(jìn)行缺陷衡量。在此過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)骨架特征點(diǎn)以及DTSS 模型的判斷來(lái)進(jìn)行斷路缺陷定位。其中，銀線同倫骨架的提取主要是指將銀線電路板轉(zhuǎn)變?yōu)樵U圖，在此基礎(chǔ)上完成進(jìn)一步的判斷。骨架上的點(diǎn)分為端點(diǎn)、分支點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)以及直線點(diǎn)四種類(lèi)別，而骨架的端點(diǎn)就是銀線斷路的直接表現(xiàn)。通常情況下，在銀線存在斷路缺陷的同時(shí)也會(huì)一并存有凸起等缺陷，而這些缺陷會(huì)導(dǎo)致整個(gè)骨架端點(diǎn)產(chǎn)生細(xì)小的分支，從而影響整個(gè)檢測(cè)質(zhì)量。DTSS 模型建立與尺度空間理論基礎(chǔ)之上，在完成導(dǎo)電薄膜銀線斷路缺陷判斷的過(guò)程中，在DTSS 模型的輔助下能夠?qū)崿F(xiàn)干擾元素的剔除，且保證實(shí)現(xiàn)斷路位置的定位，并為其定量測(cè)量提供基礎(chǔ)。

不過(guò)，想要清晰地對(duì)銀線斷路缺陷進(jìn)行定量測(cè)量，關(guān)鍵判斷點(diǎn)在于對(duì)骨架端點(diǎn)之間的斷路區(qū)域進(jìn)行判斷。在矢量方向?qū)傩耘袛嗟幕A(chǔ)之上剔除毛刺算法處理，最終得到骨架上端點(diǎn)的集合，同時(shí)根據(jù)坐標(biāo)軌跡的建立完成矩形區(qū)域的確定，所得到的區(qū)域內(nèi)就是銀線斷路缺損的區(qū)域。

3.2 銀線凸起

3.2.1 銀線凸起特征分析

銀線凸起是一種典型的導(dǎo)電薄膜銀線印刷缺陷，導(dǎo)電薄膜銀線凸起可以在電路板上的任意位置產(chǎn)生，造成該種現(xiàn)象的主要原因在于銀漿的溢出，其形狀不固定、尺寸不固定的特征異常明顯。盡管其短時(shí)間內(nèi)不會(huì)對(duì)電路板整體功能造成影響，但若任其進(jìn)一步發(fā)展會(huì)導(dǎo)致短路缺陷的形成。然而在實(shí)際生產(chǎn)制備流程當(dāng)中，在長(zhǎng)期使用磨損情況之下，裸板也會(huì)產(chǎn)生大量的劃痕紋理。這些劃痕紋理在光照下與銀線凸起光斑十分相似，所以在缺陷判斷的過(guò)程中很容易造成誤解的現(xiàn)象產(chǎn)生，因此在對(duì)銀線凸起缺陷進(jìn)行判斷的過(guò)程中要將其與光斑噪聲區(qū)分。

3.2.2 銀線凸起檢測(cè)方案

對(duì)銀線凸起缺陷進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程當(dāng)中既要排除柔性變形的影響，同時(shí)也要保證將線寬的不固定性影響降至最低，最后要剔除背景光斑噪聲的干擾。在此過(guò)程中應(yīng)該實(shí)現(xiàn)由粗到精的檢測(cè)思路，通過(guò)最小邊界距離序列的使用，實(shí)現(xiàn)任意不相交曲線之間距離和距離突變的測(cè)量。保證銀線凸起缺陷的提取，進(jìn)而完成定量測(cè)量。并在此基礎(chǔ)之上采用點(diǎn)分布模型和柱狀體配準(zhǔn)模型結(jié)合的方式保證凸起和假性凸起的區(qū)分。在此過(guò)程中MDB 序列基本原理的應(yīng)用以及SMP 實(shí)際應(yīng)用調(diào)節(jié)有著十分關(guān)鍵的作用。

3.3 銀線薄漿

3.3.1 銀線薄漿缺陷特征分析

銀線薄漿缺陷同銀線凸起缺陷具有相同的性質(zhì)，是電路板潛在的威脅性缺陷。銀線薄漿缺陷的進(jìn)一步發(fā)展可以表現(xiàn)為凹陷或者斷路等具體的缺陷形式，若線路發(fā)熱嚴(yán)重，則會(huì)引發(fā)線路的燒毀。通過(guò)對(duì)其缺陷進(jìn)行檢測(cè)能夠及時(shí)地進(jìn)行修補(bǔ)印刷完成安全故障的排除。銀線薄漿缺陷的灰度值會(huì)隨著銀漿涂層厚度的增加而變大，但內(nèi)部灰度分布并不均勻，有著輪廓形態(tài)以及尺寸形狀不確定性的特征，另外其邊界較為模糊，因此在對(duì)其缺陷進(jìn)行判斷的過(guò)程中很容易受到機(jī)械環(huán)境的影響而導(dǎo)致灰度分布的不均勻性。而且導(dǎo)電薄膜銀線印刷電路板表面的銀漿層難以保證絕對(duì)的平整，因此顆粒狀的斑點(diǎn)噪聲對(duì)銀線薄漿缺陷的檢測(cè)造成一定程度的干擾。

3.3.2 銀線薄漿缺陷檢測(cè)方案

銀線薄漿缺陷檢測(cè)過(guò)程當(dāng)中像素表現(xiàn)主要以區(qū)域圖像灰度值異常點(diǎn)為主。所以為了排除斑點(diǎn)噪聲紋理的干擾，要對(duì)包漿進(jìn)行初步的提取。在此過(guò)程當(dāng)中要在概率分布理論的基礎(chǔ)之上實(shí)施，同銀漿凸起檢測(cè)原理一樣建立由粗到精的檢測(cè)思路。首先在網(wǎng)柵格的輔助之下，保證FPC 圖像由整體實(shí)現(xiàn)子區(qū)域的劃分，繼而根據(jù)四分衛(wèi)異常值檢測(cè)法保證灰度值異常點(diǎn)的顯示，以此排除灰度分布不均的影響完成缺陷的初步提取。為了保證區(qū)分銀線薄漿缺陷與噪聲的差異性特征，可以通過(guò)LMP 模式的使用對(duì)其灰度遞進(jìn)關(guān)系進(jìn)行描述篩選，保證能夠從干擾信息當(dāng)中實(shí)現(xiàn)銀線薄漿缺陷的精準(zhǔn)識(shí)別。

4 薄膜硅膠帽粘貼質(zhì)量檢測(cè)

4.1 薄膜硅膠帽粘貼缺陷分析

薄膜硅膠帽是鍵盤(pán)功能實(shí)現(xiàn)的基本器件，固定方式以粘貼為主，最重要的缺陷就是粘貼偏移。一旦其粘貼的位置超出了有效范圍則會(huì)難以實(shí)現(xiàn)與線路的導(dǎo)通，導(dǎo)致按鍵失效。因此在對(duì)其進(jìn)行缺陷檢測(cè)的過(guò)程當(dāng)中要保證實(shí)際位置和理論位置相同，檢測(cè)的過(guò)程當(dāng)中需要對(duì)二者進(jìn)行比較。理論粘貼位置由最初的設(shè)計(jì)決定，而實(shí)際粘貼位置可以通過(guò)區(qū)域的分割來(lái)保證幾何中心的獲取。不過(guò)在此過(guò)程當(dāng)中，因?yàn)閷?dǎo)電薄膜在整個(gè)生產(chǎn)流程當(dāng)中會(huì)有諸多的形變信息疊加。所以在對(duì)薄膜硅膠帽移缺陷進(jìn)行判斷的過(guò)程當(dāng)中很容易產(chǎn)生混疊。因此檢測(cè)過(guò)程中要完成混疊缺陷的排除，繼而來(lái)確定硅膠帽的理論粘貼位置和實(shí)際粘貼位置。

4.2 薄膜硅膠帽粘貼缺陷方案

在進(jìn)行薄膜硅膠帽粘貼質(zhì)量缺陷檢測(cè)的過(guò)程中，首先要進(jìn)行的就是圖像變形的排除，因在圖像采集過(guò)程中難以獲得膠帽的理論位置，所以外部信息的引入能夠保證膠帽CAD 圖的準(zhǔn)確獲取。導(dǎo)電薄膜電路板產(chǎn)生變形的主要原因在于不同板材傳送擺放姿態(tài)的偏差以及材料內(nèi)部應(yīng)力的影響，另外，若在圖片采集的過(guò)程中難以保證傳送帶的絕對(duì)平直，也會(huì)導(dǎo)致偏移和變形的采集現(xiàn)象產(chǎn)生。所以在完成硅膠帽粘貼缺陷方案檢測(cè)的過(guò)程中要保證目標(biāo)圖像和參考圖像特征的提取。繼而通過(guò)空間交換來(lái)實(shí)現(xiàn)特征信息相似性的測(cè)量和參考。

5 結(jié)束語(yǔ)

電子產(chǎn)品的智能化和微型化是時(shí)代的大勢(shì)所趨，在此基礎(chǔ)之上對(duì)其進(jìn)行缺陷檢測(cè)也提出了更高的需求。在導(dǎo)電薄膜銀線印刷和薄膜硅膠帽粘貼質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中傳統(tǒng)的電氣檢測(cè)法只能完成致命缺陷檢測(cè)，難以完成潛在缺陷的判斷；而紅外檢測(cè)法以紅外掃描的方式完成缺陷的判斷，不過(guò)過(guò)高的紅外溫度可能會(huì)導(dǎo)致硅膠帽的融化；自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)法作為一種新型檢測(cè)技術(shù)，建立在光學(xué)原理之上，能夠進(jìn)行各種常見(jiàn)缺陷的系統(tǒng)性檢測(cè)，能夠盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)快速反饋，從而達(dá)到避免高額修復(fù)成本，確保出廠質(zhì)量和出廠效率。