AOI檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用及在印刷式OLED發(fā)展方向

許劍 孫賢文 柳開(kāi)郎

摘 要：自從20世紀(jì)末以來(lái)，隨著世界各國(guó)電子工業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展，電子工業(yè)涉及各種各樣的元器件，器件的制作工藝越來(lái)越復(fù)雜，管控精度要求也越來(lái)越高。為了提升各段工藝制程的良率，降低不良率。隨之而來(lái)，自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備（AOI）逐漸應(yīng)用到產(chǎn)品的制程管控中，同時(shí)自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備（AOI）的要求也逐漸提高，正朝著分辨力高、檢測(cè)速度快、掃描時(shí)間短、拍攝圖片清晰、操作軟件簡(jiǎn)易化、設(shè)計(jì)的模塊化和系統(tǒng)處理程序化等方向發(fā)展[1]。

關(guān)鍵詞：AOI檢測(cè);工藝制程;良率

在電子工業(yè)發(fā)展發(fā)展早期，人們主要采用人工目視和高低倍顯微鏡來(lái)觀察產(chǎn)品表面，以確認(rèn)所看之處是否有缺陷不良存在。這種方式缺點(diǎn)尤為明顯，觀察區(qū)域有限、效率低、漏檢率高、人員誤判也時(shí)有發(fā)生。在這種背景下，世界各大廠商開(kāi)始將自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備AOI推廣到工業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用中，主要廠商包含：以色列的奧寶科技（Orbotech）、韓國(guó)的賽太克、致茂電子、精測(cè)電子等[2]。其中，AOI發(fā)展也先后經(jīng)歷由低端產(chǎn)業(yè)到高端產(chǎn)業(yè)，并廣泛應(yīng)用在SMT、觸摸屏、TFT-LCD和OLED等行業(yè)。相信在不久的未來(lái)，AOI逐漸滲透到各行各業(yè)，成為電子工業(yè)高度自動(dòng)化中的重要技術(shù)。

1 AOI檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀

AOI檢測(cè)原理通過(guò)設(shè)備的照明系統(tǒng)給被檢測(cè)的元器件予以不同光色和照度，然后利用高清晰的CCD攝像機(jī)采集被檢測(cè)元器件的圖像并傳輸?shù)诫娔X處理系統(tǒng)，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)圖像的灰階進(jìn)行比較、判別分析，最后輸出檢測(cè)結(jié)果的過(guò)程。根據(jù)電子工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，AOI檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用依次經(jīng)歷在SMT錫膏檢測(cè)、觸摸屏缺陷檢測(cè)、TFT-LCD制程檢測(cè)和OLED缺陷檢測(cè)等階段;現(xiàn)在，我們對(duì)以上4個(gè)階段進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：

1.1 AOI在SMT焊接質(zhì)量上的應(yīng)用

在國(guó)內(nèi)外，AOI在SMT（Surface Mounting Technology，表面貼裝技術(shù)）應(yīng)用發(fā)展比較早，所以目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用非常普遍，精度要求不高，大多數(shù)是針對(duì)100um以上缺陷尺寸進(jìn)行檢測(cè)。主要用來(lái)檢測(cè)錫膏印刷缺陷、貼片放置缺陷、焊接缺陷;通過(guò)AOI在線檢測(cè)，可實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行改善，增強(qiáng)工藝能力，提升產(chǎn)品一次通過(guò)率，減少返工成本[3]。此外，還可以結(jié)合SPC（Statistical Process Control，統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制）工藝技術(shù)，將AOI數(shù)據(jù)分析結(jié)果有效利用;從而為SMT快速化、規(guī)?；a(chǎn)，提供源源不斷的動(dòng)力。

1.2 AOI在觸摸屏上的應(yīng)用

觸摸屏（Touch Panel）是一種直接用手指接觸摸產(chǎn)品表面，進(jìn)行信息輸入與控制的裝置，目前廣泛應(yīng)用于手機(jī)、平板電腦、筆記本、車載產(chǎn)品等相關(guān)設(shè)備[4]。相比SMT工藝制程，觸摸屏生產(chǎn)工藝對(duì)AOI的精度要求更高，一般要求檢測(cè)分辨率在20um～150um之間。觸摸屏的功能層通常包含ITO、OC膠、Mo/Al/Mo等，多層結(jié)構(gòu)之間的交替疊加，由于每層結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)濺射、涂布、曝光、顯影和蝕刻，工藝較為復(fù)雜，產(chǎn)生缺陷及不良的風(fēng)險(xiǎn)較大;正因?yàn)槿绱?，所以在每段工藝制作中，需要進(jìn)行AOI檢測(cè)，確認(rèn)當(dāng)前工藝效果。主要檢測(cè)缺陷有：金屬殘留、涂布不均、Arcing、Particle、曝光異常和蝕刻不凈;這些缺陷無(wú)法通過(guò)人眼去檢測(cè)，必須使用高精密的AOI進(jìn)行檢測(cè)。

1.3 AOI在TFT-LCD中的應(yīng)用

TFT-LCD是由TFT-LCD顯示屏、驅(qū)動(dòng)及控制電路和背光源及組件三大部分構(gòu)成。根據(jù)基板尺寸的大小不同，大致可以分成G2代線～G11代線;目前市場(chǎng)主流的線體為G6代線、G8.5代線、G10.5代線、G11代線;隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，低代線邊際成本高，利潤(rùn)低，難以生存。高世代線邊際效益高、單位產(chǎn)量大、成本降低、利潤(rùn)高，效益較好。同時(shí)，高世代線基板尺寸較大，G6代線基板尺寸為1500mm*1850mm，其他的線體基板尺寸更大，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生缺陷的可能性隨之增大，且大尺寸基板根本無(wú)法依靠人工進(jìn)行檢查不良。這時(shí)就需要高精度的AOI進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，TFT-LCD基板檢測(cè)精度至少需要達(dá)到3um;針對(duì)3um以上的不良檢出率達(dá)98%，且單張基板檢測(cè)時(shí)間需要控制100s以內(nèi)，這就要求AOI設(shè)備需要安裝多個(gè)掃描鏡頭和拍照鏡頭，進(jìn)行同時(shí)掃描和拍攝，需要AOI硬件和軟件性能都顯著提升。

1.4 AOI在OLED中的應(yīng)用

OLED屬于有機(jī)發(fā)光二極管，相比TFT-LCD有很多優(yōu)勢(shì)，相應(yīng)速度快、色彩飽和度高、自發(fā)光、輕薄、可柔性化、透明顯示等;正是由于OLED面板優(yōu)點(diǎn)較多，但目前整體良率較低，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高。此時(shí)，在OLED生產(chǎn)過(guò)程中，由于工藝不同易產(chǎn)生蒸鍍混色，出現(xiàn)Mura問(wèn)題，這事就需要AOI設(shè)備具備檢測(cè)Mura缺陷，同時(shí)檢測(cè)常規(guī)缺陷。在檢測(cè)Mura缺陷，目前采用到Demura技術(shù)，即光學(xué)補(bǔ)償技術(shù)，這就對(duì)AOI設(shè)備性能就顯得尤為重要。

2 AOI檢測(cè)在印刷式OLED發(fā)展技術(shù)分析

印刷式OLED工藝是使用噴墨打印的方式制作功能層，如空穴注入層（HIL）、空穴傳輸層（HTL）、發(fā)光層（EML）等?？紤]到采用如此多層結(jié)構(gòu)使用噴墨打印方式，如何有效檢測(cè)打印缺陷就顯得尤為重要，結(jié)合打印制程的特殊性，我們從以下2個(gè)方面來(lái)介紹AOI檢測(cè)在噴墨打印技術(shù)的發(fā)展方向：

2.1 AOI在噴墨打印干膜檢測(cè)中的應(yīng)用

印刷式OLED制作過(guò)程中，首先利用噴墨打印機(jī)將OLED材料和墨水通過(guò)噴嘴打印TFT基板的像素上，呈現(xiàn)溶液狀態(tài)，需要經(jīng)過(guò)VCD和Bake工藝，使墨水中的溶劑揮發(fā)除去，留下OLED材料并成膜在像素中;噴墨打印機(jī)對(duì)像素內(nèi)打印的墨水多少直接影響膜厚的均一性及成膜效果，甚至影響發(fā)光質(zhì)量。為了確認(rèn)每次打印效果及噴嘴狀況，我們使用AOI設(shè)備對(duì)干膜功能層進(jìn)行檢測(cè)，從中發(fā)現(xiàn)打印后基板上各個(gè)像素內(nèi)差異，考慮墨水成膜過(guò)程中像素邊緣和中間區(qū)域差異較大，AOI設(shè)備在檢測(cè)時(shí)，我們將檢測(cè)區(qū)域鎖定在像素中間區(qū)域（如圖1），此區(qū)域相對(duì)成膜更加均一，受邊緣效應(yīng)影響較小。當(dāng)我們將AOI三種發(fā)射光源調(diào)整為藍(lán)光blue、藍(lán)光blue、側(cè)入光insight時(shí)，并設(shè)置合適的光強(qiáng)。如某個(gè)像素內(nèi)噴嘴多噴一滴墨水，檢測(cè)干膜時(shí)可以看出灰階較正常區(qū)域灰階閾值大12～20;當(dāng)某個(gè)像素內(nèi)噴嘴少噴一滴墨水，檢測(cè)干膜時(shí)可以看出灰階較正常區(qū)域灰階閾值小10～15;此時(shí)，通過(guò)AOI設(shè)備將噴嘴多噴一滴的像素位置進(jìn)行定位，鎖定坐標(biāo)，然后將坐標(biāo)位置反饋給噴墨打印機(jī)，噴墨打印機(jī)根據(jù)坐標(biāo)，確認(rèn)該位置對(duì)應(yīng)的打印噴嘴，進(jìn)一步確認(rèn)噴嘴的狀況，在進(jìn)行改善打印效果，從而達(dá)到監(jiān)控打印品質(zhì)的效果。AOI干膜檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)，不影響當(dāng)前印刷式OLED打印制程，在現(xiàn)有的工藝制程后增加AOI檢測(cè)設(shè)備即可解決，可實(shí)現(xiàn)性較大。

2.2 AOI在噴墨打印濕膜檢測(cè)中的應(yīng)用

印刷式OLED制作過(guò)程中，首先利用噴墨打印機(jī)將OLED材料和墨水通過(guò)噴嘴打印TFT基板的像素上，呈現(xiàn)溶液狀態(tài)，此時(shí)正好是濕膜，墨水呈現(xiàn)凸起狀態(tài)。此時(shí)AOI設(shè)備進(jìn)行濕膜檢測(cè)，可以優(yōu)先選擇檢測(cè)像素邊緣區(qū)域（如圖2），如像素內(nèi)噴嘴多噴一滴或多滴時(shí)，AOI設(shè)備發(fā)射的光源受到像素邊緣區(qū)域傾斜的側(cè)邊影響，產(chǎn)生相對(duì)較大的灰階差異;而像素中間區(qū)域相對(duì)平整，AOI設(shè)備發(fā)射的光經(jīng)過(guò)反射后差異較小;當(dāng)我們將AOI調(diào)整適合光源和光強(qiáng)時(shí)，如某個(gè)像素內(nèi)噴嘴多噴一滴墨水，檢測(cè)濕膜時(shí)可以看出灰階較正常區(qū)域灰階閾值大15～30;當(dāng)某個(gè)像素內(nèi)噴嘴少噴一滴墨水，檢測(cè)濕膜時(shí)可以看出灰階較正常區(qū)域灰階閾值小10～20;同理，像素內(nèi)噴嘴多噴多滴或少噴多滴時(shí)，AOI設(shè)備發(fā)射的光源受到像素邊緣區(qū)域傾斜的側(cè)邊影響，產(chǎn)生較大的灰階差異;從而知道噴墨打印過(guò)程中噴嘴的實(shí)際狀態(tài)，以便改善噴墨打印的效果。以上AOI在噴墨打印干膜和濕膜檢測(cè)基于底發(fā)射基板進(jìn)行的檢測(cè)，相對(duì)頂發(fā)射基板還存在困難，需要持續(xù)研究。

3 結(jié)語(yǔ)

AOI設(shè)備高效的檢測(cè)效率和強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理分析能力，為電子產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展起到推動(dòng)作用。在未來(lái)，AOI的發(fā)展逐漸向多維度，結(jié)合大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)向更深的領(lǐng)域邁進(jìn)。當(dāng)然，AOI在3D立體成像檢測(cè)還存在不足，測(cè)量缺陷的高度及體積大小需要提升。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，攝像機(jī)功能不斷增強(qiáng)，以及檢測(cè)模式、檢測(cè)方法的不斷優(yōu)化，這些技術(shù)也會(huì)逐漸解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧榮勝.自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].紅外與激光工程，2008，37：124-127.

[2]王杰濤.氣浮式自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的電氣與運(yùn)動(dòng)技術(shù)研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2019.

[3]季秀霞，章云，曾歆懿.SMT焊膏印刷質(zhì)量AOI技術(shù)的研究[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2007，26（4）.

[4]陳松生.投射式電容觸摸屏探究[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2011.