AOI檢測技術應用及在印刷式OLED發展方向

許劍 孫賢文 柳開郎

摘 要：自從20世紀末以來，隨著世界各國電子工業進入快速發展，電子工業涉及各種各樣的元器件，器件的制作工藝越來越復雜，管控精度要求也越來越高。為了提升各段工藝制程的良率，降低不良率。隨之而來，自動光學檢測設備（AOI）逐漸應用到產品的制程管控中，同時自動光學檢測設備（AOI）的要求也逐漸提高，正朝著分辨力高、檢測速度快、掃描時間短、拍攝圖片清晰、操作軟件簡易化、設計的模塊化和系統處理程序化等方向發展[1]。

關鍵詞：AOI檢測;工藝制程;良率

在電子工業發展發展早期，人們主要采用人工目視和高低倍顯微鏡來觀察產品表面，以確認所看之處是否有缺陷不良存在。這種方式缺點尤為明顯，觀察區域有限、效率低、漏檢率高、人員誤判也時有發生。在這種背景下，世界各大廠商開始將自動光學檢測設備AOI推廣到工業生產及應用中，主要廠商包含：以色列的奧寶科技（Orbotech）、韓國的賽太克、致茂電子、精測電子等[2]。其中，AOI發展也先后經歷由低端產業到高端產業，并廣泛應用在SMT、觸摸屏、TFT-LCD和OLED等行業。相信在不久的未來，AOI逐漸滲透到各行各業，成為電子工業高度自動化中的重要技術。

1 AOI檢測技術應用及發展現狀

AOI檢測原理通過設備的照明系統給被檢測的元器件予以不同光色和照度，然后利用高清晰的CCD攝像機采集被檢測元器件的圖像并傳輸到電腦處理系統，通過與標準圖像的灰階進行比較、判別分析，最后輸出檢測結果的過程。根據電子工業發展的趨勢，AOI檢測技術應用依次經歷在SMT錫膏檢測、觸摸屏缺陷檢測、TFT-LCD制程檢測和OLED缺陷檢測等階段;現在，我們對以上4個階段進行簡單介紹：

1.1 AOI在SMT焊接質量上的應用

在國內外，AOI在SMT（Surface Mounting Technology，表面貼裝技術）應用發展比較早，所以目前在國內應用非常普遍，精度要求不高，大多數是針對100um以上缺陷尺寸進行檢測。主要用來檢測錫膏印刷缺陷、貼片放置缺陷、焊接缺陷;通過AOI在線檢測，可實時發現問題點，及時進行改善，增強工藝能力，提升產品一次通過率，減少返工成本[3]。此外，還可以結合SPC（Statistical Process Control，統計過程控制）工藝技術，將AOI數據分析結果有效利用;從而為SMT快速化、規?；a，提供源源不斷的動力。

1.2 AOI在觸摸屏上的應用

觸摸屏（Touch Panel）是一種直接用手指接觸摸產品表面，進行信息輸入與控制的裝置，目前廣泛應用于手機、平板電腦、筆記本、車載產品等相關設備[4]。相比SMT工藝制程，觸摸屏生產工藝對AOI的精度要求更高，一般要求檢測分辨率在20um～150um之間。觸摸屏的功能層通常包含ITO、OC膠、Mo/Al/Mo等，多層結構之間的交替疊加，由于每層結構經過濺射、涂布、曝光、顯影和蝕刻，工藝較為復雜，產生缺陷及不良的風險較大;正因為如此，所以在每段工藝制作中，需要進行AOI檢測，確認當前工藝效果。主要檢測缺陷有：金屬殘留、涂布不均、Arcing、Particle、曝光異常和蝕刻不凈;這些缺陷無法通過人眼去檢測，必須使用高精密的AOI進行檢測。

1.3 AOI在TFT-LCD中的應用

TFT-LCD是由TFT-LCD顯示屏、驅動及控制電路和背光源及組件三大部分構成。根據基板尺寸的大小不同，大致可以分成G2代線～G11代線;目前市場主流的線體為G6代線、G8.5代線、G10.5代線、G11代線;隨著市場競爭的加劇，低代線邊際成本高，利潤低，難以生存。高世代線邊際效益高、單位產量大、成本降低、利潤高，效益較好。同時，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，生產過程中產生缺陷的可能性隨之增大，且大尺寸基板根本無法依靠人工進行檢查不良。這時就需要高精度的AOI進行自動檢測，TFT-LCD基板檢測精度至少需要達到3um;針對3um以上的不良檢出率達98%，且單張基板檢測時間需要控制100s以內，這就要求AOI設備需要安裝多個掃描鏡頭和拍照鏡頭，進行同時掃描和拍攝，需要AOI硬件和軟件性能都顯著提升。

1.4 AOI在OLED中的應用

OLED屬于有機發光二極管，相比TFT-LCD有很多優勢，相應速度快、色彩飽和度高、自發光、輕薄、可柔性化、透明顯示等;正是由于OLED面板優點較多，但目前整體良率較低，導致生產成本較高。此時，在OLED生產過程中，由于工藝不同易產生蒸鍍混色，出現Mura問題，這事就需要AOI設備具備檢測Mura缺陷，同時檢測常規缺陷。在檢測Mura缺陷，目前采用到Demura技術，即光學補償技術，這就對AOI設備性能就顯得尤為重要。

2 AOI檢測在印刷式OLED發展技術分析

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）、發光層（EML）等?？紤]到采用如此多層結構使用噴墨打印方式，如何有效檢測打印缺陷就顯得尤為重要，結合打印制程的特殊性，我們從以下2個方面來介紹AOI檢測在噴墨打印技術的發展方向：

2.1 AOI在噴墨打印干膜檢測中的應用

印刷式OLED制作過程中，首先利用噴墨打印機將OLED材料和墨水通過噴嘴打印TFT基板的像素上，呈現溶液狀態，需要經過VCD和Bake工藝，使墨水中的溶劑揮發除去，留下OLED材料并成膜在像素中;噴墨打印機對像素內打印的墨水多少直接影響膜厚的均一性及成膜效果，甚至影響發光質量。為了確認每次打印效果及噴嘴狀況，我們使用AOI設備對干膜功能層進行檢測，從中發現打印后基板上各個像素內差異，考慮墨水成膜過程中像素邊緣和中間區域差異較大，AOI設備在檢測時，我們將檢測區域鎖定在像素中間區域（如圖1），此區域相對成膜更加均一，受邊緣效應影響較小。當我們將AOI三種發射光源調整為藍光blue、藍光blue、側入光insight時，并設置合適的光強。如某個像素內噴嘴多噴一滴墨水，檢測干膜時可以看出灰階較正常區域灰階閾值大12～20;當某個像素內噴嘴少噴一滴墨水，檢測干膜時可以看出灰階較正常區域灰階閾值小10～15;此時，通過AOI設備將噴嘴多噴一滴的像素位置進行定位，鎖定坐標，然后將坐標位置反饋給噴墨打印機，噴墨打印機根據坐標，確認該位置對應的打印噴嘴，進一步確認噴嘴的狀況，在進行改善打印效果，從而達到監控打印品質的效果。AOI干膜檢測方法的優點，不影響當前印刷式OLED打印制程，在現有的工藝制程后增加AOI檢測設備即可解決，可實現性較大。

2.2 AOI在噴墨打印濕膜檢測中的應用

印刷式OLED制作過程中，首先利用噴墨打印機將OLED材料和墨水通過噴嘴打印TFT基板的像素上，呈現溶液狀態，此時正好是濕膜，墨水呈現凸起狀態。此時AOI設備進行濕膜檢測，可以優先選擇檢測像素邊緣區域（如圖2），如像素內噴嘴多噴一滴或多滴時，AOI設備發射的光源受到像素邊緣區域傾斜的側邊影響，產生相對較大的灰階差異;而像素中間區域相對平整，AOI設備發射的光經過反射后差異較小;當我們將AOI調整適合光源和光強時，如某個像素內噴嘴多噴一滴墨水，檢測濕膜時可以看出灰階較正常區域灰階閾值大15～30;當某個像素內噴嘴少噴一滴墨水，檢測濕膜時可以看出灰階較正常區域灰階閾值小10～20;同理，像素內噴嘴多噴多滴或少噴多滴時，AOI設備發射的光源受到像素邊緣區域傾斜的側邊影響，產生較大的灰階差異;從而知道噴墨打印過程中噴嘴的實際狀態，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基于底發射基板進行的檢測，相對頂發射基板還存在困難，需要持續研究。

3 結語

AOI設備高效的檢測效率和強大數據處理分析能力，為電子產業向前發展起到推動作用。在未來，AOI的發展逐漸向多維度，結合大數據和人工智能技術向更深的領域邁進。當然，AOI在3D立體成像檢測還存在不足，測量缺陷的高度及體積大小需要提升。隨著科學技術的不斷進步，攝像機功能不斷增強，以及檢測模式、檢測方法的不斷優化，這些技術也會逐漸解決。

參考文獻：

[1]盧榮勝.自動光學檢測技術的發展現狀[J].紅外與激光工程，2008，37：124-127.

[2]王杰濤.氣浮式自動光學檢測系統的電氣與運動技術研究[D].合肥工業大學，2019.

[3]季秀霞，章云，曾歆懿.SMT焊膏印刷質量AOI技術的研究[J].自動化技術與應用，2007，26（4）.

[4]陳松生.投射式電容觸摸屏探究[D].蘇州：蘇州大學，2011.