PCB线宽最大最小值的检测算法

王 静 段祖芬 蔡 宇

广东正业科技股份有限公司

1 引言

线宽检测主要是对PCB线路板导线缺陷的检测。印刷电路板（PCB）作为集成各种电子元器件的信息载体，在各个领域得到了广泛的应用[1]。而电子产品趋于更轻、更薄、更多功能化，也使得PCB 制造技术朝向更高密度发展，使得单位面积和单位体积PCB板的线路越来越多；而随着线路板行业的发展，国内外客户对线路板产品的要求越来越高，因此检测技术领域对线宽的检测，不再仅限于传统检测线宽的平均值，还需要测量出线宽的最大值和最小值。本文将对线宽的最大值和最小值检测算法进行讨论。

2 原有线宽检测算法

PCB上密集的平行直线的线宽，若蚀刻得太粗，则容易造成平行线短路;若蚀刻得太细，则容易造成信号的传输不正常;若蚀刻得局部有突变（变粗或变细），则容易产生高频反射，形成电磁干扰，影响电子系统的稳定。因此，高精度、高效测量PCB线宽，是高质量制作PCB的关键环节之一[2]。

PCB线宽测量仪是一款精密检测光学测量仪器，主要是专为检测印刷电路板内、外层半成品经显影蚀刻后，线路的上幅及下幅宽度。专用光源照射被测电路板，光学放大后再经CCD进行光电信号转换，将图像信号传至计算机，所成图像在界面显示，然后通过鼠标直接点选测量区域，进行寻边检测并返回测量结果。

目前，市场上大多数线宽检测仪都采用了数字图像处理高精度检测技术，结合光学测量手段，运用图像检测算法，对PCB上密集的平行直线的线宽进行检测，通常能够通过测量出线宽的平均值，并且将所测结果与标准库中的线宽标准值进行对比，来反映测试结果及测试精度。若要测出线宽的最大最小值，需要用到本文的检测算法。

3 检测算法测出线宽的最大最小值

正业科技公司以满足客户需求为出发点，针对客户对线宽检测中线宽最大最小值检测的需求，自主研发线宽最值检测软件。下图1为线宽实际最值检测工作界面。对线宽进行准确的检测，首先，要对线宽的定义有一个准确的理解。IPC（美国电子电路互连和封装协会）标准中可以查出:线宽指的是以导线边界上的点为基准点，边界法线方向与之对应的边界上最近点之间的距离[3]。

2.1 算法思路

算法思路：通过原有算法，对上下线宽所在的位置进行粗略定位，然后在其位置周边进行精细地寻边操作。根据查找到的上下线的位置，统计出线宽的最值。采用模块化设计思想：逐个模块单一完成，最后统一封装，形成整个算法的整体模块。

2.2 算法内容

该算法主要包含16个函数模块，涵盖了从图像坐标变换、图像旋转、图像拉伸、背景分割、图像平滑、图像边缘检测以及角点位置变换、图像切割、线宽最值计算、最值统计等所有内容。其中：

边缘检测切割模块：由于线宽图片存在的采集噪声和板表面的污渍或绿油厚度不均等因素的影响，会对图像的边缘检测产生影响，因此需要对背景进行分割处理，排除干扰。

统计模块：由于需要检测线宽的最大、最小值，原有图片位置不利于最值检测，因此将图片进行旋转到水平位置，便于最值的计算。

计算模块：旋转之后的图像，角点位置会发生变化，需要重新计算角点坐标，方便对图像进行切割；边缘检测的过程中也涉及到对ROI（图像上的感兴趣区域）区检测长度及距离的计算。

2.3 算法的验证及分析

算法的编写完成后，还需要对算法的实用可行性进行验证。验证主要包含两部分内容：首先，验证算法的逻辑可行性，即：不会出现最大值小于平均值或者最小值大于平均值以及最小值大于最大值的现象；其次，对算法的精度进行验证，确保精度误差在一个像素之内（1个像素相当于3.15 μm）。算法验证的具体实验条件及实验方法如下表1，实验结果如下表2。

3 实验结果

误差分析从表2实验结果可以看出：该算法检测结果，最大值都比平均值大，最小值都小于平均值，符合检测逻辑；从各方面测试数据可以说明：线宽最值检测算法已经达到设计要求，且有较高的测试精度，精度在-3 μm ～ 3 μm之间，即在一个像素以内。

4 结论

本文主要对线宽检测的最大值最小值算法进行介绍，并对算法测试的实验结果进行分析，从实验结果可以看出，该算法具有逻辑可行性；且大量数据测试结果显示，其误差范围可以保证在一个像素以内。因此，可以看出：最大值最小值的检测算法有利于提供更合理的检测标准。实际应用中，在检测平均线宽满足要求的基础上，再进行线宽最大值最小值的检测，使每一层上的线路都能够在上一层铺设之前被检查，使得检测结果更加具有说服力，有利于生产制造业工艺排除或修复缺陷。及时地将质量问题检查出来，避免在PCB使用过程中留下隐患、造成损失[4]。

[1]刘泉, 胡文娟. 基于机器视觉的PCB缺陷检测系统设计与研究[J]. 电子器件,2007,2.

[2]蔡茂蓉. PCB图像线宽线距缺陷检测算法研究[J]. 微计算机信息,2009,25.

[3]邝国仲, 叶玉堂等. 印刷电路板表面轮廓提取算法研究[J]. 中国科技信息,2009,09.

[4]熊邦书, 雷鴒, 徐精华. 基于图的像线路板线宽测量系统的研制[J]. 半导体光电,2008,12,29,6.