柔性印刷線路板缺陷檢測方法研究

鄒偉民

柔性線路板產品分類方法很多，按照FPC 貼合層數可分為：單面板、雙面板、多層板以及軟硬結合板。FPC作為一種常見線路板類型，其市場占有率隨著電子產品向微型化、輕便化發展不斷上升。但 FPC 在加工、上料、貼裝等生產過程中可能出現斷路、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，并能實現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，FPC 不同的制作工藝使其具備許多得天獨厚特點：

（1）組裝密度高，減少了零部件之間的連線；

（2）質量輕，厚度薄，可以有效降低產品重量，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，安裝方便，綜合成本低等優點，為電子產品高集成化與高性能化提供便利。

FPC產品分類方法很多，按照FPC 貼合層數可分為：單面板、雙面板、多層板以及軟硬結合板。

2 柔性印刷線路板缺陷檢測技術發展現狀

現有的 FPC 缺陷檢測算法多衍生于PCB檢測算法，但受本身獨特性限制，FPC 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FPC 板實際線路特征制定與之適宜的檢測算法。

中國計量學院針對傳統模板匹配算法的速度慢、準確率低等問題，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合直方圖匹配方式捕獲圖像全局缺陷，在此基礎上利用投影匹配及相關系數法識別圖像中的局部缺陷。該方法較傳統檢測算法更快，更為準確，但相關的缺陷類別的分類還不夠細致。

3 柔性印刷線路板缺陷檢測方法分析

針對全局范圍內的模板匹配問題，考慮局部范圍模板匹配方法實施FPC缺陷檢測。考慮基于輪廓的模板匹配方法中，（注冊或登錄）模板應具備顯著的輪廓特性，FPC 上的常規線路雖走向規則，但無顯著形狀特征，而且，常規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 上的不規則形狀，一般包括LED 燈、S型圓等；由于與外設形狀相關，其布線一般與待檢 FPC 的樣式結構有關。針對這類線路，考慮模板匹配方式實施檢測：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；再基于形態學理論進行缺陷檢測。有關異形線路的檢測流程見圖1。

（1）加載注冊模板相關數據信息，包括注冊模板區域范圍、注冊模板輪廓信息等。

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

（3）裁剪異形區域。異形區域的尺寸通過求取形狀模板實例的最小外接矩形獲得，因為形狀模板為矩形區域，故通過最小外接矩形獲取的區域即為匹配上的異形區域。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的匹配。FPC板局部范圍內的形變可以忽略，在限定空間上進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，在標準模板圖像與異形區域圖像直接求差之前，先通過小尺寸結構元素對異形區域進行腐蝕操作，去除邊界差影影響。當圖像存在缺陷時，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果。

（5）模板圖像與異形區域進行區域差集運算，獲取二者的差值區域。當無缺陷時，差值為 0；有缺陷時，區域差集返回不為0的二值圖像；

（6）對差值圖像進行連通域標注，分割不同的缺陷塊；

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

從全局和局部范圍研究 FPC 缺陷檢測方法，得出實驗性結論：

（1）由于FPC 成像變形，基于全局范圍的模板匹配線路出現錯位，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 板上相對常規線路而言具有顯著形狀特征的線路區域，以其作為模板來源；在搜索圖像上對應模板區域附近進行實例檢測，壓縮搜索空間；再基于形態學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品的質量。因此，如何對線路板缺陷實現精準檢測是產品質量保障的重要環節，而國內多數企業普遍依賴人工目測進行 FPC 缺陷檢測，成本高、效率低，且由于沒有相對規范的質檢標準，工作人員因主觀意識或視覺疲勞等原因易發生漏檢和誤檢；部分企業引進的國外優秀檢測設備，受設備價格、技術支持、售后服務等局限，很難適應現代工藝的低成本、大批量生產需求。因此，研制出一套快速高效的 FPC 缺陷自動檢測系統滿足國內市場需求已迫在眉睫。

參考文獻

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

作者單位

江蘇傳藝科技股份有限公司 江蘇省揚州市 225000