PCB線寬最大最小值的檢測算法

王 靜 段祖芬 蔡 宇

廣東正業(yè)科技股份有限公司

1 引言

線寬檢測主要是對PCB線路板導線缺陷的檢測。印刷電路板（PCB）作為集成各種電子元器件的信息載體，在各個領域得到了廣泛的應用[1]。而電子產品趨于更輕、更薄、更多功能化，也使得PCB 制造技術朝向更高密度發(fā)展，使得單位面積和單位體積PCB板的線路越來越多；而隨著線路板行業(yè)的發(fā)展，國內外客戶對線路板產品的要求越來越高，因此檢測技術領域對線寬的檢測，不再僅限于傳統(tǒng)檢測線寬的平均值，還需要測量出線寬的最大值和最小值。本文將對線寬的最大值和最小值檢測算法進行討論。

2 原有線寬檢測算法

PCB上密集的平行直線的線寬，若蝕刻得太粗，則容易造成平行線短路;若蝕刻得太細，則容易造成信號的傳輸不正常;若蝕刻得局部有突變（變粗或變細），則容易產生高頻反射，形成電磁干擾，影響電子系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，高精度、高效測量PCB線寬，是高質量制作PCB的關鍵環(huán)節(jié)之一[2]。

PCB線寬測量儀是一款精密檢測光學測量儀器，主要是專為檢測印刷電路板內、外層半成品經顯影蝕刻后，線路的上幅及下幅寬度。專用光源照射被測電路板，光學放大后再經CCD進行光電信號轉換，將圖像信號傳至計算機，所成圖像在界面顯示，然后通過鼠標直接點選測量區(qū)域，進行尋邊檢測并返回測量結果。

目前，市場上大多數線寬檢測儀都采用了數字圖像處理高精度檢測技術，結合光學測量手段，運用圖像檢測算法，對PCB上密集的平行直線的線寬進行檢測，通常能夠通過測量出線寬的平均值，并且將所測結果與標準庫中的線寬標準值進行對比，來反映測試結果及測試精度。若要測出線寬的最大最小值，需要用到本文的檢測算法。

3 檢測算法測出線寬的最大最小值

正業(yè)科技公司以滿足客戶需求為出發(fā)點，針對客戶對線寬檢測中線寬最大最小值檢測的需求，自主研發(fā)線寬最值檢測軟件。下圖1為線寬實際最值檢測工作界面。對線寬進行準確的檢測，首先，要對線寬的定義有一個準確的理解。IPC（美國電子電路互連和封裝協(xié)會）標準中可以查出:線寬指的是以導線邊界上的點為基準點，邊界法線方向與之對應的邊界上最近點之間的距離[3]。

2.1 算法思路

算法思路：通過原有算法，對上下線寬所在的位置進行粗略定位，然后在其位置周邊進行精細地尋邊操作。根據查找到的上下線的位置，統(tǒng)計出線寬的最值。采用模塊化設計思想：逐個模塊單一完成，最后統(tǒng)一封裝，形成整個算法的整體模塊。

2.2 算法內容

該算法主要包含16個函數模塊，涵蓋了從圖像坐標變換、圖像旋轉、圖像拉伸、背景分割、圖像平滑、圖像邊緣檢測以及角點位置變換、圖像切割、線寬最值計算、最值統(tǒng)計等所有內容。其中：

邊緣檢測切割模塊：由于線寬圖片存在的采集噪聲和板表面的污漬或綠油厚度不均等因素的影響，會對圖像的邊緣檢測產生影響，因此需要對背景進行分割處理，排除干擾。

統(tǒng)計模塊：由于需要檢測線寬的最大、最小值，原有圖片位置不利于最值檢測，因此將圖片進行旋轉到水平位置，便于最值的計算。

計算模塊：旋轉之后的圖像，角點位置會發(fā)生變化，需要重新計算角點坐標，方便對圖像進行切割；邊緣檢測的過程中也涉及到對ROI（圖像上的感興趣區(qū)域）區(qū)檢測長度及距離的計算。

2.3 算法的驗證及分析

算法的編寫完成后，還需要對算法的實用可行性進行驗證。驗證主要包含兩部分內容：首先，驗證算法的邏輯可行性，即：不會出現(xiàn)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現(xiàn)象；其次，對算法的精度進行驗證，確保精度誤差在一個像素之內（1個像素相當于3.15 μm）。算法驗證的具體實驗條件及實驗方法如下表1，實驗結果如下表2。

3 實驗結果

誤差分析從表2實驗結果可以看出：該算法檢測結果，最大值都比平均值大，最小值都小于平均值，符合檢測邏輯；從各方面測試數據可以說明：線寬最值檢測算法已經達到設計要求，且有較高的測試精度，精度在-3 μm ～ 3 μm之間，即在一個像素以內。

4 結論

本文主要對線寬檢測的最大值最小值算法進行介紹，并對算法測試的實驗結果進行分析，從實驗結果可以看出，該算法具有邏輯可行性；且大量數據測試結果顯示，其誤差范圍可以保證在一個像素以內。因此，可以看出：最大值最小值的檢測算法有利于提供更合理的檢測標準。實際應用中，在檢測平均線寬滿足要求的基礎上，再進行線寬最大值最小值的檢測，使每一層上的線路都能夠在上一層鋪設之前被檢查，使得檢測結果更加具有說服力，有利于生產制造業(yè)工藝排除或修復缺陷。及時地將質量問題檢查出來，避免在PCB使用過程中留下隱患、造成損失[4]。

[1]劉泉, 胡文娟. 基于機器視覺的PCB缺陷檢測系統(tǒng)設計與研究[J]. 電子器件,2007,2.

[2]蔡茂蓉. PCB圖像線寬線距缺陷檢測算法研究[J]. 微計算機信息,2009,25.

[3]鄺國仲, 葉玉堂等. 印刷電路板表面輪廓提取算法研究[J]. 中國科技信息,2009,09.

[4]熊邦書, 雷鴒, 徐精華. 基于圖的像線路板線寬測量系統(tǒng)的研制[J]. 半導體光電,2008,12,29,6.