柔性印刷线路板缺陷检测方法指南

          ☞柔性电路板FPC☜

    柔性线路板产品分类方法很多，按照 FPC  贴合层数可分为：单面板、双面板、多层板以及软硬结合板。FPC 作为一种常见线路板类型，其市场占有率随着电子产品向微型化、轻便化发展不断上升。但  FPC  在加工、上料、贴装等生产过程中可能出现断路、短路、线宽不符等瑕疵。鉴于此，本文主要分析柔性印刷线路板缺陷检测方法。

〖不同的制作工艺使其具备许多得天独厚特点〗
（1）组装密度高，减少了零部件之间的连线；
（2）质量轻，厚度薄，可以有效降低产品重量，方便携带；
（3）可折叠，能够任意折叠弯曲。

    FPC具有 可靠性好，散热性强，安装方便，综合成本低等优点，为电子产品高集成化与高性能化提供便利。

    FPC 产品分类方法很多，按照 FPC 贴合层数可分为：单面板、双面板、多层板以及软硬结合板。

〖柔性印刷线路板缺陷检测技术发展现状〗

    现有的 FPC 缺陷检测算法多衍生于 PCB检测算法，但受本身独特性限制，FPC  板缺陷精度要求更高，检测样板尺寸更大，样板成像易变形，使得针对 PCB 板的缺陷检测算法不能直接套用 FPC 板的检测算法，需要根据FPC 板实际线路特征制定与之适宜的检测算法。

    中国计量学院针对传统模板匹配算法的速度慢、准确率低等问题，提出将FPC 板线路缺陷分为全局缺陷和局部缺陷两类，采用八连通域面积法结合直方图匹配方式捕获图像全局缺陷，在此基础上利用投影匹配及相关系数法识别图像中的局部缺陷。该方法较传统检测算法更快，更为准确，但相关的缺陷类别的分类还不够细致。

〖柔性印刷线路板缺陷检测方法分析〗

    针对全局范围内的模板匹配问题，考虑局部范围模板匹配方法实施 FPC 缺陷检测。考虑基于轮廓的模板匹配方法中，模板应具备显著的轮廓特性，FPC 上的常规线路虽走向规则，但无显著形状特征，而且，常规线路在整幅图像均有分布，大幅面的模板匹配时间过慢，不利于线路检测。

    异形线路属于 FPC 上的不规则形状，一般包括 LED 灯、S 型圆等；由于与外设形状相关，其布线一般与待检 FPC 的样式结构有关。针对这类线路，考虑模板匹配方式实施检测：首先通过模板匹配法粗步定位出各个异形线路在整块 FPC 上的位姿，获取异形线路轮廓；再基于形态学理论进行缺陷检测。有关异形线路的检测流程见下图。

图1 异形线路检测流程

（1）加载注册模板相关数据信息，包括注册模板区域范围、注册模板轮廓信息等。

（2）利用注册模板携带的区域信息，定位模板搜索空间，基于归一化互相关系数（NCC）度量原则，在搜索图像中搜索模板实例。

（3）裁剪异形区域。异形区域的尺寸通过求取形状模板实例的最小外接矩形获得，因为形状模板为矩形区域，故通过最小外接矩形获取的区域即为匹配上的异形区域。任意的模板匹配无法使两幅图像在空间上完全对齐，存在一个容许范围内的匹配。FPC 板局部范围内的形变可以忽略，在限定空间上进行形状模板匹配由于空间范围缩小，形状模板匹配精度提高，整体匹配误差约为1/5 线宽（3 个像素）范围，其在缺陷判定可容许范围。

（4）考虑形状匹配的精度误差，在标准模板图像与异形区域图像直接求差之前，先通过小尺寸结构元素对异形区域进行腐蚀操作，去除边界差影影响。当图像存在缺陷时，此尺寸下的腐蚀操作无法完全腐蚀掉缺陷线路，故不影响最终判定结果。

（5）模板图像与异形区域进行区域差集运算，获取二者的差值区域。当无缺陷时，差值为 0；有缺陷时，区域差集返回不为 0 的二值图像；

（6）对差值图像进行连通域标注，分割不同的缺陷块；

（7）计算各个连通域区域面积，以最大缺陷块的几何尺寸中心作为异形区域中心，输出缺陷信息。

〖从全局和局部范围研究 FPC 缺陷检测方法，得出实验性结论〗

（1）由于 FPC 成像变形，基于全局范围的模板匹配线路出现错位，无法正确定位图像上的瑕疵信息。

（2）基于局部范围的模板匹配，首先裁剪出 FPC 板上相对常规线路而言具有显著形状特征的线路区域，以其作为模板来源；在搜索图像上对应模板区域附近进行实例检测，压缩搜索空间；再基于形态学理论检测线路缺陷信息。

    总之，线路板作为电子电路最基本的组成部分，极大的影响着整个电子产品的质量。因此，如何对线路板缺陷实现精准检测是产品质量保障的重要环节，而国内多数企业普遍依赖人工目测进行 FPC 缺陷检测，成本高、效率低，且由于没有相对规范的质检标准，工作人员因主观意识或视觉疲劳等原因易发生漏检和误检；部分企业引进的国外优秀检测设备，受设备价格、技术支持、售后服务等局限，很难适应现代工艺的低成本、大批量生产需求。因此，研制出一套快速高效的FPC 缺陷自动检测系统满足国内市场需求已迫在眉睫。