LCD全功能全自动化光学检测设备改进

刘威

摘要：结构设计是整个自动化光学检测设备研究的基础。只有结构设计合理可行才能为产品检测提供稳定的测试环境，此外，自动化检测也是主要通过以机械零部件为载体，各组件和模块之间的相互配合，从而实现设备的自动化运行。全功能和全自动化光学检测，检测设备结构复杂，模块化繁多。

关键词：LCD；全功能；全自动化；光学检测

引言

LCD全功能全自动化光学检测设备在整体架构上是由机械结构系统、软件控制系统、图像算法检测系统三大部分组成。机械结构系统主要包括设备外框架及设备主体两部分，为整个检测设备运行的基础。软件控制系统主要由可编程逻辑控制器、控制程序、人机交互模块等组成，负责整个设备的自动化控制，为实现自动化检测的关键。图像算法检测系统主要包含各类显示缺陷的检测算法，为液晶显示屏检测的核心部分。

1研究背景及意义

近年来，随着全球科学技术的迅速发展，全世界液晶显示及相关产业发展规模日益增大，TFT-LCD及其相关产业的市场与生产制造商产业也随之不断地增加。最初，TFT-LCD技术以日本技术为世界主导，随后，韩国与中国台湾也随之逐渐的发展起来，并且这些年来每年的增速成倍上升。而TFT-LCD以低成本、出众的体积优势、高解析度以及高亮度等优势逐步占据显示器的主导地位，普遍用于智能手机，台式与笔记本电脑、多媒体会议终端显示屏、智能手表、车载多媒体终端和家用智能电视等生活与办公领域。目前，TFT-LCD行业在全中国乃至全球都竞争激烈，人工劳动力的使用直接决定着生产成本，最终决定着产品的成本竞争力。由于液晶显示屏生产涉及到的工艺流程多达300多个，工艺繁杂，任何环节都有可能出现缺陷问题，而现如今多数的液晶显示屏生产商还是通过采用人工作业，利用人眼识别判断的的方法来检测通电后在不同显示信号作用下的液晶显示屏的显示缺陷。这种传统的检测方法检测效率较低、且受作业人员的主观因素影响大，并且检测质量无法得到较好的保障、很难量化对缺陷评定等问题，具有较大弊端。基于自动光学检测技术提出了一种全功能全自动化光学检测设备并展开了对该检测设备的设计研发任务。

2研究现状

更多的学者主要对光学检测中的图像处理关键技术、检测系统和检测方法展开研究，而自动化光学检测设备的研究主要是提出应用在不同领域的新构型、新结构和新的检测方法。就检测设备构型而言，自2006年首台液晶显示屏检测设备推出后，国内工作人员逐渐开始研究缺陷检测设备[5-7]，为后续检测设备的开发提供了研究依据。随着大量企业的自主研发，一些LCD自动检测设备新结构被逐渐提出[8-10]，这些检测设备通过使用上下料机器人与转盘，可实现LCD的自动检测，但无法进行大量生产，同时存在着检测功能不全面的不足。在检测方法上，毕昕、丁汉等人针对LCD中的Mura缺陷的特点，通过对图像进行背景纹理抑制、和显示状态下被测图像亮度不均匀校正等方法，生成了一套针对液晶显示屏的Mura缺陷的自动检测流程[11]。郑永水等人提出了一种LCD屏的Gamma曲线检测方法及系统，省去了在LCD屏的灰阶图像之间的切换，简化了检测操作流程。谢钰峰等人公开了一种带有自动识别功能的液晶面板AOI设备，该设备可实现全自动化来进行良品与不良品的筛选，且还能对不良品进行标注。

3LCD全功能全自动化光学检测技术概述

表面宏观缺陷检测是芯片生产过程中常见的一道工序，它通过一款检测设备来完成检测流程。该检测设备主要基于自动光学检测技术，需要配备诸多设备，如负责光学成像和检测算法处理的检测单元、负责承载晶圆完成扫描运动的工件台、负责传送晶圆的传输机械手、整机同步控制系统以及整机内部环境控制系统等。一套完整的检测流程大致如下：机械手从窗口取出晶圆并传送到工件台上；工件台承载晶圆到光学成像单元区域，通过成像拍照和标记识别，完成晶圆对准和调焦；由整机同步控制系统发出同步控制时序信号，扫描移动工件台，同时光学成像系统根据同步控制信号，对扫描路径上的指定区域进行成像拍照，并由数据处理服务器完成宏观缺陷的算法检出；扫描检测完成后，工件台根据检出的缺陷位置，再次承载晶圆到光学成像单元区域，对检出的缺陷逐个进行放大拍照，以便后续的人眼复判确认；机械手从工件台取片并放回窗口处。

4LCD全功能全自动化光学检测设备的使用目的

(1)帮助品检人员查找印刷、贴片及插件工艺中的不良现象及位置，以免不良流入下一道工序而造成产品的质量隐患。

(2)提高品检工位的检验精度及工作效率，从而提高整个生产的效率。

(3)提高产品故障检出的客观性，避免由于操作人员的熟练程度、工作情绪、人力精度等等而造成的产品检测效果差异。

(4)通过自动光学检测设备的测试及SPC过程统计分析，通过不良的现象，不良位置及不良的频率来分析不良发生的规律及原因，通过对前工序设备的调整或者工艺的改良来降低甚至避免不良的再次发生，提高生产效率和产品的品质。

5LCD全功能全自动光学检测重要意义实现的前提

5.1更低的误判率，更高的检出率

可以说低误判率，高检出率，是评价一台自动光学检测设备好坏的重要标准，用户都希望误判率低而问题全部都能检测出来，但同时误判又是不可避免的现实问题，有时候为了控制住误判率，而又会牺牲设备的检出率。如果统计的数据中包含了大量的错误信息，那么所得出的SPC分析报表就不能提供正确的缺陷分析报告，从而影响自动光学检测主要功能的实现。

5.2加快线上生产速度

自动光学检测设备的速度能够完全跟上产线的速度，甚至要略快与产线的速度，这样才能真正的实现“统计过程控制”（SPC）。如果设备放置在生产线上连基本的产线跟进速度都跟不上，那又何谈对产线的生产状况进行实时的分析和控制？可能等到分析结果出来，产线上这一批次的问题早就已经发生了，此时再去谈预防和改进岂不是亡羊补牢？

5.3确保SPC信息能否实时地反馈到工艺的调整上

自动光学检测设备所提供的SPC信息能否实时地反馈到工艺的调整上。虽然自动光学检测设备提供了SPC的信息，但如果厂家并没有很好的利用该信息及时地对生产工艺进行调整，那就和没用SPC一样的，有的厂家虽然使用了SPC，但更多的是作为汇报材料，而没有用在预防问题发生这个关键点上，那自动光学检测最大的作用就不复存在了。检测效果和速度都达到了，自动光学检测系统再通过特定的程序对所有测试信息进行分析整合，生成生产过程中的定量信息图也是水到渠成的。该信息能全面的反馈生产线上的不良位置及不良信息，操作者可以通过多方面统计元件故障发生率，如不良发生的位置，不良发生的现象，不良发生的时间等等，并以直观的形式展示出来，如柱状图、饼状图等。操作者也可以通过设置一定的控制趋势图对整条生产线进行监控，当问题发生超过某一上限值时必须马上对设备或者制程工艺进行调整，以避免不良的进一步扩大化。同时，工程工艺人员还可以定期的通过对以前发生的不良信息进行总结、寻求缺陷的根源和发生规律，从而达到预防问题发生的目的。

结语

LCD全功能全自动化行业的检测设备，本研究提出了结合实际生产工况的软件设计方案，可以在一定程度上提升检测产率。在此基础上，本研究通过改进设备相机、光源和台子的硬件控制时序，进一步提升了明场检测和暗场检测同时执行的产率。这使得客户在后续生产中可以获得更大的产能，提升了检测设备的产率优势。经过这一优化，配置了该方案的设备成功通过了多个业内知名客户的验证，成为芯片生产行业的首选，近年来给企业创造了新的利润增长点。

参考文献

［1］刘西锋.基于图像处理的晶圆表面缺陷检测［J］.通信电源技术，2016（5）：177-178.

［2］张祥翔.现代显微成像技术综述［J］.光学仪器，2015：550-560.

［3］卢荣胜，吴昂，张腾达，等.自动光学（视觉）检测技术及其在缺陷检测中的应用综述［J］.光学学报，2018（8）：15-50.