浅析PCB板表观缺陷光学检测方法

焦小毅 王丽娜

摘要：伴随着PCB生产技术和工艺水平的提高，产品质量的严格控制是生产的重要环节和保障。国外的很多企业非常关注PCB的制造水平和质量控制技术的提高，在精度控制方面取得了很大的成效，出台了PCB生产的标准。中国大陆是全球第一大PCB生产基地，工业制造技术的发展对产品的自动化生产与质量控制也提出了更高的要求，其中表观缺陷的光学检测方法是当前的主流。

关键词：表观缺陷;光学检测;PCB;专利

中图分类号：G210.7 文献标识码：A 文章编号：190622104

一、前言

自动光学检测实现了工业生产的智能化和自动化，大量应用在PCB工业表观检测上，利用光学系统与图像采集系统结合取得成品的表观图像，通过图像处理算法来检出异物等瑕疵，由于是非接触式检查，所以可应用在生产过程中对半成品进行检查，该领域早期的公司包括以色列的泰瑞达（Teradyne，早期专利文献US6222630BI、US676047IBI），奥宝科技公司（Orbotech，早期专利文献W09966314AI、W00221105A1），日本电气股份有限公司（NEC，早期专利文献JPH04115144A）等。

二、PCB板表观缺陷光学检测算法

（一）参照对比算法

参照对比算法也称为差影法，将被测板与前期所记录标准PCB板逐像素进行比较，利用或（XOR）运算求出两幅图像之间的差异作为缺陷，典型地，如日本电气公司的difference imagemethod（专利文献JPH06326169A）.这种算法检测的缺陷类型较多，但其对标准板图像及图像配准的精度要求较高。由于PCB板制造工艺过程中存在很多不稳定因素，标准板的选择指定受到限制，使得参照对比算法缺少适应性。

（二）无参照验证算法

弥补了参照对比算法对标准参考图像信息要求较高的缺点，典型地，如日本电气公司Circuit-board design ruleverification system（专利文献JPH02287881A），其无需标准图像信息，基于一定的算法流程，来验证被测物特征是否存在缺陷。此类算法不需要标准图像，降低了存储空间，改善了逐像素对比运算。

（三）混合算法

混合算法将参照对比算法和无参照验证两种算法的优点相结合，典型地有Generic Method、Pattern Detection UsingBoundary Analysis、 Circular Pattern Matching， LearningMethods，但是由于算法复杂性导致运行时间较长、检测效率较低，无法应用到实际检测中去。

三、PCB板表观缺陷光学检测方法专利技术发展现状

（一）主要专利权人分析

检索数据库和年限：本文在检索时使用的检索系统为国家知识产权局的专利检索与服务系统，所检索的数据库为中国专利文摘数据库（CNABS）、中国专利全文数据库（CNTXT）、SIPO的世界专利文献数据库（SIPOABS）、德温特世界专利数据库（WPI）和Patentics语义检索系统。检索截止日为2018年6月1日，分析目标为分类号GOIN21/84下属的专利文献，

检索策略：在检索过程中，主要采用IPC分类号与关键词相结合的方法进行。PCB光学检测系统所涉及的分类号主要是GOIN21/84（专用于特殊应用的系统）及以下的小组，同时使用关键词PCB或printed circuit board在标题索引字段进行限定，同族归类后，共得到1744篇公开的专利文献，只留下授权文本，经分析除去中国实用新型授权文献，共获得565篇专利文献，考虑到公开到审查再到授权的一般跨度为2年，分析样本中又加入了近两年（2016年1月1日之后）该领域的所有公开专利文献（除去中国实用新型），共计640篇专利文献。综上，所分析的专利基本代表了过去几十年PCB板表观缺陷技术领域的发展趋势。

从表1可以看到，日本企业占据明显优势地位，其次是韩国和美国的企业，中国台湾的三家企业在该领域也占有一席之地，而大陆的企业则寥寥无几，不仅如此，近二十年来在中国大陆申请的PCB板表观缺陷光学检测的中国大陆企业或个人的获得发明授权的数量仅30件左右。

（二）PCB板表观缺陷光学检测专利申请量

于GOIN21/84分類号及其下属分组，使用关键词PCB或printed circuit board在标题索引字段进行限定后得到的1744篇公开的专利文献进行统计（DWPI数据库字段AN，截止到2017年12月）。从表2可以看到，该领域的申请号从20世纪80年代开始，世界上申请量一直保持平稳状态，年均申请量在50件左右。

从表3可以看出，2000年以后本领域中国申请量的趋势逐步增加，到2017年已达到年公开件59件，各国（包括中国）越来越重视PCB板表观缺陷光学检测在中国的专利布局，结合表2可知，近年来，世界其他地区进入到中国的专利数量也越来越多，本领域在中国申请的专利占到了该年度世界专利申请量的75%。

中国大陆的PCB光学检测行业虽然成一定规模，但在专利授权量处于严重劣势，从表1中可以看到，前30名的专利权人中只有排名较靠后的佛山坦斯盯，在GOIN21/84分类号下的中国大陆企业300件公开的专利文献只有30件左右的发明专利授权量。企业和政府在加大产业规模投入的同时，必须重视原创能力与知识产权的建设，提升企业科技竞争力。面对表观检测这一热点技术，中国企业在加大科技研发力度的同时还应注重专利申请与保护，以迎接越来越多的知识产权挑战。

作者简介：

焦小毅，男，专利审查员;王丽娜，女，专利审查员。

*本文第二作者等同第一作者