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(huán)節(jié)和保障。國外的很多企業(yè)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(yè)制造技術的發(fā)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(xiàn)了工業(yè)生產的智能化和自動化，大量應用在PCB工業(yè)表觀檢測上，利用光學系統(tǒng)與圖像采集系統(tǒng)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(wěn)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(yōu)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(fā)展現(xiàn)狀

（一）主要專利權人分析

檢索數(shù)據(jù)庫和年限：本文在檢索時使用的檢索系統(tǒng)為國家知識產權局的專利檢索與服務系統(tǒng)，所檢索的數(shù)據(jù)庫為中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）、中國專利全文數(shù)據(jù)庫（CNTXT）、SIPO的世界專利文獻數(shù)據(jù)庫（SIPOABS）、德溫特世界專利數(shù)據(jù)庫（WPI）和Patentics語義檢索系統(tǒng)。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(tǒng)所涉及的分類號主要是GOIN21/84（專用于特殊應用的系統(tǒng)）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(jīng)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(fā)展趨勢。

從表1可以看到，日本企業(yè)占據(jù)明顯優(yōu)勢地位，其次是韓國和美國的企業(yè)，中國臺灣的三家企業(yè)在該領域也占有一席之地，而大陸的企業(yè)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(yè)或個人的獲得發(fā)明授權的數(shù)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(tǒng)計（DWPI數(shù)據(jù)庫字段AN，截止到2017年12月）。從表2可以看到，該領域的申請?zhí)枏?0世紀80年代開始，世界上申請量一直保持平穩(wěn)狀態(tài)，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(qū)進入到中國的專利數(shù)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(yè)雖然成一定規(guī)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(yè)300件公開的專利文獻只有30件左右的發(fā)明專利授權量。企業(yè)和政府在加大產業(yè)規(guī)模投入的同時，必須重視原創(chuàng)能力與知識產權的建設，提升企業(yè)科技競爭力。面對表觀檢測這一熱點技術，中國企業(yè)在加大科技研發(fā)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(zhàn)。

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