淺析PCB板表觀缺陷光學檢測方法

焦小毅 王麗娜

摘要：伴隨著PCB生產技術和工藝水平的提高，產品質量的嚴格控制是生產的重要環節和保障。國外的很多企業非常關注PCB的制造水平和質量控制技術的提高，在精度控制方面取得了很大的成效，出臺了PCB生產的標準。中國大陸是全球第一大PCB生產基地，工業制造技術的發展對產品的自動化生產與質量控制也提出了更高的要求，其中表觀缺陷的光學檢測方法是當前的主流。

關鍵詞：表觀缺陷;光學檢測;PCB;專利

中圖分類號：G210.7 文獻標識碼：A 文章編號：190622104

一、前言

自動光學檢測實現了工業生產的智能化和自動化，大量應用在PCB工業表觀檢測上，利用光學系統與圖像采集系統結合取得成品的表觀圖像，通過圖像處理算法來檢出異物等瑕疵，由于是非接觸式檢查，所以可應用在生產過程中對半成品進行檢查，該領域早期的公司包括以色列的泰瑞達（Teradyne，早期專利文獻US6222630BI、US676047IBI），奧寶科技公司（Orbotech，早期專利文獻W09966314AI、W00221105A1），日本電氣股份有限公司（NEC，早期專利文獻JPH04115144A）等。

二、PCB板表觀缺陷光學檢測算法

（一）參照對比算法

參照對比算法也稱為差影法，將被測板與前期所記錄標準PCB板逐像素進行比較，利用或（XOR）運算求出兩幅圖像之間的差異作為缺陷，典型地，如日本電氣公司的difference imagemethod（專利文獻JPH06326169A）.這種算法檢測的缺陷類型較多，但其對標準板圖像及圖像配準的精度要求較高。由于PCB板制造工藝過程中存在很多不穩定因素，標準板的選擇指定受到限制，使得參照對比算法缺少適應性。

（二）無參照驗證算法

彌補了參照對比算法對標準參考圖像信息要求較高的缺點，典型地，如日本電氣公司Circuit-board design ruleverification system（專利文獻JPH02287881A），其無需標準圖像信息，基于一定的算法流程，來驗證被測物特征是否存在缺陷。此類算法不需要標準圖像，降低了存儲空間，改善了逐像素對比運算。

（三）混合算法

混合算法將參照對比算法和無參照驗證兩種算法的優點相結合，典型地有Generic Method、Pattern Detection UsingBoundary Analysis、 Circular Pattern Matching， LearningMethods，但是由于算法復雜性導致運行時間較長、檢測效率較低，無法應用到實際檢測中去。

三、PCB板表觀缺陷光學檢測方法專利技術發展現狀

（一）主要專利權人分析

檢索數據庫和年限：本文在檢索時使用的檢索系統為國家知識產權局的專利檢索與服務系統，所檢索的數據庫為中國專利文摘數據庫（CNABS）、中國專利全文數據庫（CNTXT）、SIPO的世界專利文獻數據庫（SIPOABS）、德溫特世界專利數據庫（WPI）和Patentics語義檢索系統。檢索截止日為2018年6月1日，分析目標為分類號GOIN21/84下屬的專利文獻，

檢索策略：在檢索過程中，主要采用IPC分類號與關鍵詞相結合的方法進行。PCB光學檢測系統所涉及的分類號主要是GOIN21/84（專用于特殊應用的系統）及以下的小組，同時使用關鍵詞PCB或printed circuit board在標題索引字段進行限定，同族歸類后，共得到1744篇公開的專利文獻，只留下授權文本，經分析除去中國實用新型授權文獻，共獲得565篇專利文獻，考慮到公開到審查再到授權的一般跨度為2年，分析樣本中又加入了近兩年（2016年1月1日之后）該領域的所有公開專利文獻（除去中國實用新型），共計640篇專利文獻。綜上，所分析的專利基本代表了過去幾十年PCB板表觀缺陷技術領域的發展趨勢。

從表1可以看到，日本企業占據明顯優勢地位，其次是韓國和美國的企業，中國臺灣的三家企業在該領域也占有一席之地，而大陸的企業則寥寥無幾，不僅如此，近二十年來在中國大陸申請的PCB板表觀缺陷光學檢測的中國大陸企業或個人的獲得發明授權的數量僅30件左右。

（二）PCB板表觀缺陷光學檢測專利申請量

于GOIN21/84分類號及其下屬分組，使用關鍵詞PCB或printed circuit board在標題索引字段進行限定后得到的1744篇公開的專利文獻進行統計（DWPI數據庫字段AN，截止到2017年12月）。從表2可以看到，該領域的申請號從20世紀80年代開始，世界上申請量一直保持平穩狀態，年均申請量在50件左右。

從表3可以看出，2000年以后本領域中國申請量的趨勢逐步增加，到2017年已達到年公開件59件，各國（包括中國）越來越重視PCB板表觀缺陷光學檢測在中國的專利布局，結合表2可知，近年來，世界其他地區進入到中國的專利數量也越來越多，本領域在中國申請的專利占到了該年度世界專利申請量的75%。

中國大陸的PCB光學檢測行業雖然成一定規模，但在專利授權量處于嚴重劣勢，從表1中可以看到，前30名的專利權人中只有排名較靠后的佛山坦斯盯，在GOIN21/84分類號下的中國大陸企業300件公開的專利文獻只有30件左右的發明專利授權量。企業和政府在加大產業規模投入的同時，必須重視原創能力與知識產權的建設，提升企業科技競爭力。面對表觀檢測這一熱點技術，中國企業在加大科技研發力度的同時還應注重專利申請與保護，以迎接越來越多的知識產權挑戰。

作者簡介：

焦小毅，男，專利審查員;王麗娜，女，專利審查員。

*本文第二作者等同第一作者