導電薄膜銀線印刷和薄膜硅膠帽粘貼質(zhì)量檢測方法

王林生

（深圳市億線通電子有限公司，廣東深圳 518000）

薄膜鍵盤柔性印制電路板以聚酯薄膜為基材、以金屬銀為導線，體積小、成本低、布線密度高是主要產(chǎn)品優(yōu)勢，其生產(chǎn)制作過程中銀線印刷、硅膠帽粘貼作為主要工序需要進行嚴格的質(zhì)量控制。傳統(tǒng)銀線印刷、硅膠帽粘貼的主要檢測方式以肉眼目測為主，隨著技術(shù)水平的提升，電氣檢測發(fā)法、紅外檢測法，以及自動光學檢測法逐漸實現(xiàn)了高強度高勞動支出的人工檢測取代，其中自動光學檢測更是實現(xiàn)了生產(chǎn)檢測的智能化和自動化，大幅度提升了檢測效率和檢測質(zhì)量。本文研究設(shè)計的導電薄膜銀線印刷和薄膜硅膠帽粘貼質(zhì)量檢測方法以機器視覺為基礎(chǔ)，能夠保證在完成快速在線檢測的同時對相應的缺陷類型和不良率進行標注、統(tǒng)計以及收集、分析，從而實現(xiàn)缺陷產(chǎn)品的剔除，降低缺陷損失，提升產(chǎn)品質(zhì)量，為整個生產(chǎn)過程提供有序指導。

1 導電薄膜銀線印刷和薄膜硅膠帽粘貼質(zhì)量分析

1.1 導電薄膜銀線印刷缺陷

薄膜鍵盤柔性印制電路板FPC 生產(chǎn)制備過程當中，裸板印刷是首要環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)的主要工作任務就是將銀漿導電涂層附著在FPC 基材之上，完成線路圖印刷，整個印刷過程中以電路原理圖為參考，依靠機械平臺和網(wǎng)柵完成流水線操作。工藝流程如圖1所示，印刷過程當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。若銀漿濃度過大則會導致網(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，整個印刷過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間接對整個電路板的電氣性能產(chǎn)生影響，一旦電路電流過大很容易產(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、按鍵和觸點電路的連接，保證鍵盤使用過程當中按鍵受力作用下膠帽能夠產(chǎn)生向下的力完成與觸點的接觸，此時導線線路導通，按鍵生效。硅膠帽安裝過程當中以粘貼工序為主，其主要的質(zhì)量缺陷表現(xiàn)為偏移。而在其安裝過程中一旦硅膠帽安裝偏移，整個鍵盤電路結(jié)構(gòu)無法接通，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)量檢測視覺檢測系統(tǒng)搭建

2.1 視覺檢測系統(tǒng)

視覺處理技術(shù)是人工智能領(lǐng)域的重要分支，通過光學裝置以及非接觸傳感器實現(xiàn)真實場景圖像的自動收集和處理，整個過程用攝像機和電腦代替人眼對目標進行跟蹤、識別以及測量，在一定的分析基礎(chǔ)之上將所掌控的信息實現(xiàn)進一步的利用。整個系統(tǒng)中精度與誤差的大小相對應，表示觀測值和真實值的接近程度，高精度視覺處理是精密測量和檢測的前提，通過專業(yè)標定的算法能夠?qū)Φ玫降南袼匦畔⑦M行位置的矯正和補償，最大限度地減少誤差測量和評估。

本文中銀線印刷檢測搭建的視覺檢測系統(tǒng)應用于銀線印刷環(huán)節(jié)，相機選型為P4-CM-08K07線陣相機，光源為OPT-LST562-W 線性高亮白光，二者搭載于FPC 生產(chǎn)線移動平臺，平行于生產(chǎn)線縱向，整個檢測過程中通過牽引器的帶動保證可以觸發(fā)相機完成圖像的采集工作，采集后的圖像經(jīng)過計算機緩存并發(fā)射結(jié)束信號。

與銀線印刷檢測系統(tǒng)不同，硅膠帽檢測系統(tǒng)相機選型為ELIIXA+8k/4k CL，光源為KW-DL525F-HW，整個系統(tǒng)平行于生產(chǎn)線橫向，以類板材長度尺寸為基礎(chǔ)進行反射型光電開關(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)

整個視覺處理系統(tǒng)包含圖像采集也包含圖像的預處理，同時對于目標的識別和分類、檢測和跟蹤、定位和測量也能夠?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，因為光線強度的不同所以生成的模擬電壓大小也會有所差別，在轉(zhuǎn)換為數(shù)字灰階值之后反應反射光的強弱，進而達成檢測目的。圖像分析階段的目的在于特征的提取，并與標準模板進行對比。通過數(shù)學手段對圖像的邊角區(qū)域獨有屬性的特征進行編程實現(xiàn)量化表達，進而在進一步地分割之后完成對比分析。本文搭載的FPC 基于OTSU算法實現(xiàn)目標圖像和背景圖像的劃分，經(jīng)過連通域標記目標區(qū)域。

3 導電薄膜銀線印刷質(zhì)量檢測

3.1 銀線斷路

3.1.1 銀線斷路特征

導電薄膜銀線在整個電路板上的結(jié)構(gòu)分為直線段、折線段以及交叉線三種基本結(jié)構(gòu)，無論何種結(jié)構(gòu)在橫截面上發(fā)生截斷就可以判定為斷路故障。斷路故障的產(chǎn)生阻礙了電流的正常通過，對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程中因為銀漿濃度配置過高而導致其通過網(wǎng)柵孔的過程中造成一定程度的銀漿堆積，因此導致印刷連續(xù)性受阻，繼而出現(xiàn)銀線截斷產(chǎn)生斷路的現(xiàn)象。

3.1.2 銀線斷路檢測方案

導電薄膜銀線斷路缺陷的產(chǎn)生會導致整個電路板線路拓撲結(jié)構(gòu)的改變，因此在對其進行斷路缺陷判斷的過程當中可以根據(jù)表征線路拓撲結(jié)構(gòu)的圖形特征來進行缺陷衡量。在此過程當中，通過骨架特征點以及DTSS 模型的判斷來進行斷路缺陷定位。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)上完成進一步的判斷。骨架上的點分為端點、分支點、轉(zhuǎn)折點以及直線點四種類別，而骨架的端點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也會一并存有凸起等缺陷，而這些缺陷會導致整個骨架端點產(chǎn)生細小的分支，從而影響整個檢測質(zhì)量。DTSS 模型建立與尺度空間理論基礎(chǔ)之上，在完成導電薄膜銀線斷路缺陷判斷的過程中，在DTSS 模型的輔助下能夠?qū)崿F(xiàn)干擾元素的剔除，且保證實現(xiàn)斷路位置的定位，并為其定量測量提供基礎(chǔ)。

不過，想要清晰地對銀線斷路缺陷進行定量測量，關(guān)鍵判斷點在于對骨架端點之間的斷路區(qū)域進行判斷。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的集合，同時根據(jù)坐標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電薄膜銀線印刷缺陷，導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。盡管其短時間內(nèi)不會對電路板整體功能造成影響，但若任其進一步發(fā)展會導致短路缺陷的形成。然而在實際生產(chǎn)制備流程當中，在長期使用磨損情況之下，裸板也會產(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程中很容易造成誤解的現(xiàn)象產(chǎn)生，因此在對銀線凸起缺陷進行判斷的過程中要將其與光斑噪聲區(qū)分。

3.2.2 銀線凸起檢測方案

對銀線凸起缺陷進行檢測的過程當中既要排除柔性變形的影響，同時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。在此過程中應該實現(xiàn)由粗到精的檢測思路，通過最小邊界距離序列的使用，實現(xiàn)任意不相交曲線之間距離和距離突變的測量。保證銀線凸起缺陷的提取，進而完成定量測量。并在此基礎(chǔ)之上采用點分布模型和柱狀體配準模型結(jié)合的方式保證凸起和假性凸起的區(qū)分。在此過程中MDB 序列基本原理的應用以及SMP 實際應用調(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)熱嚴重，則會引發(fā)線路的燒毀。通過對其缺陷進行檢測能夠及時地進行修補印刷完成安全故障的排除。銀線薄漿缺陷的灰度值會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，因此在對其缺陷進行判斷的過程中很容易受到機械環(huán)境的影響而導致灰度分布的不均勻性。而且導電薄膜銀線印刷電路板表面的銀漿層難以保證絕對的平整，因此顆粒狀的斑點噪聲對銀線薄漿缺陷的檢測造成一定程度的干擾。

3.3.2 銀線薄漿缺陷檢測方案

銀線薄漿缺陷檢測過程當中像素表現(xiàn)主要以區(qū)域圖像灰度值異常點為主。所以為了排除斑點噪聲紋理的干擾，要對包漿進行初步的提取。在此過程當中要在概率分布理論的基礎(chǔ)之上實施，同銀漿凸起檢測原理一樣建立由粗到精的檢測思路。首先在網(wǎng)柵格的輔助之下，保證FPC 圖像由整體實現(xiàn)子區(qū)域的劃分，繼而根據(jù)四分衛(wèi)異常值檢測法保證灰度值異常點的顯示，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LMP 模式的使用對其灰度遞進關(guān)系進行描述篩選，保證能夠從干擾信息當中實現(xiàn)銀線薄漿缺陷的精準識別。

4 薄膜硅膠帽粘貼質(zhì)量檢測

4.1 薄膜硅膠帽粘貼缺陷分析

薄膜硅膠帽是鍵盤功能實現(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難以實現(xiàn)與線路的導通，導致按鍵失效。因此在對其進行缺陷檢測的過程當中要保證實際位置和理論位置相同，檢測的過程當中需要對二者進行比較。理論粘貼位置由最初的設(shè)計決定，而實際粘貼位置可以通過區(qū)域的分割來保證幾何中心的獲取。不過在此過程當中，因為導電薄膜在整個生產(chǎn)流程當中會有諸多的形變信息疊加。所以在對薄膜硅膠帽移缺陷進行判斷的過程當中很容易產(chǎn)生混疊。因此檢測過程中要完成混疊缺陷的排除，繼而來確定硅膠帽的理論粘貼位置和實際粘貼位置。

4.2 薄膜硅膠帽粘貼缺陷方案

在進行薄膜硅膠帽粘貼質(zhì)量缺陷檢測的過程中，首先要進行的就是圖像變形的排除，因在圖像采集過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 圖的準確獲取。導電薄膜電路板產(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)部應力的影響，另外，若在圖片采集的過程中難以保證傳送帶的絕對平直，也會導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的過程中要保證目標圖像和參考圖像特征的提取。繼而通過空間交換來實現(xiàn)特征信息相似性的測量和參考。

5 結(jié)束語

電子產(chǎn)品的智能化和微型化是時代的大勢所趨，在此基礎(chǔ)之上對其進行缺陷檢測也提出了更高的需求。在導電薄膜銀線印刷和薄膜硅膠帽粘貼質(zhì)量檢測過程中傳統(tǒng)的電氣檢測法只能完成致命缺陷檢測，難以完成潛在缺陷的判斷；而紅外檢測法以紅外掃描的方式完成缺陷的判斷，不過過高的紅外溫度可能會導致硅膠帽的融化；自動光學檢測法作為一種新型檢測技術(shù)，建立在光學原理之上，能夠進行各種常見缺陷的系統(tǒng)性檢測，能夠盡早發(fā)現(xiàn)問題、實現(xiàn)快速反饋，從而達到避免高額修復成本，確保出廠質(zhì)量和出廠效率。