高密度电子电路多通道频谱误差自动识别研究

高渝蓉，娄屹萍

（1.杭州信雅达科技有限公司，浙江 杭州 310013；2.方圆标志认证集团浙江有限公司，浙江 杭州 310013）

0 引 言

随着电子电路技术的不断发展，高密度电子电路的可测试性急剧下降，对其运行故障及多通道频谱误差的可识别性难度越来越高。多通道频谱误差是高密度电子电路运行过程中常见的一种故障，其会导致高密度电子电路运行质量，因此对于高密度电子电路多通道频谱误差自动识别的研究非常有必要。

目前，大部分电子电路企业在高密度电子电路多通道频谱误差识别过程中，已经从一些先进国家购买了相应的自动识别技术，但是由于成本比较高，能够实现引进先进技术的企业仅仅占小部分，绝大多数中小型企业都难以承受昂贵的费用，因此导致目前高密度电子电路在运行过程中仍然采用传统识别方法。传统识别方法仅通过简单的测试，导致部分高密度电子电路产品的质量和可靠性都难以得到有效保证[1]。现高密度电子电路多通道频谱误差识别主要集中于单一技术，如高密度电子电路多通道频谱误差在线测试方法的测量精度和自动光学识别系统的图像清晰度等，无法全面识别所有误差[2]。这些问题的存在导致高密度电子电路多通道频谱误差自动识别查全率较低，因此研究新的高密度电子电路多通道频谱误差自动识别方法成为当前急需解决的问题。

1 高密度电子电路多通道频谱误差自动识别方法

1.1 误差数据获取

利用X光线扫描仪上的光学镜头对高密度电子电路各个通道进行扫描，向通道发出X射线，然后传感装置接收到通道反射回来的X光射线信号，对信号进行放大处理，形成一张高密度电子电路多通道频谱图像[3,4]。根据高密度电子电路多通道频谱图像数据获取需求，本次采用KSDA-2A5D型号X光线扫描仪。将高密度电子电路放在KSDA-2A5D型号X光线扫描仪的可测量范围内，然后令高密度电子电路处于运行状态，开启X光线扫描仪开关使X光线扫描仪向高密度电子电路多通道发射X光射线，利用计算机读取到X光线扫描仪图像放大器最终形成的频谱图像，用于后续高密度电子电路多通道频谱的曲线提取和异常分析。

1.2 多通道频谱曲线提取

为了更准确地表示出高密度电子电路多通道频谱曲线，此次通过对高密度电子电路多通道频谱图像中的不同颜色进行量化，量化对象包括图像的色调、饱和度以及亮度[5]。将量化后的数据绘制出频谱曲线，高密度电子电路多通道频谱图像中的颜色分布是根据频谱图的要素而定，此次将频谱图像色调量化级别确定为4[6]。X光线扫描仪采集到的高密度电子电路多通道频谱图像中各个要素区分比较明显，此次将频谱图像中的饱和度量化级数确定为2[7]。考虑到频谱图像的亮度是用黑色与白色区分的，因此将频谱图像亮度要素的量化级数确定为3[8]。根据以上给频谱图像各个要素的量化级别，对高密度电子电路多通道频谱图像数据提取到频谱曲线量化数据为：

式中，H为色调值；S为饱和度值；Q为亮度值[9]。将各个频谱值连接绘制出高密度电子电路多通道频谱曲线，用于后续通道频谱曲线异常分析。

1.3 高密度电子电路多通道频谱曲线异常分析

将提取到的高密度电子电路多通道频谱曲线与标准版进行对比分析，计算出高密度电子电路多通道频谱误差，其分析过程如下。

第一步，按照上文步骤提取到标准版的高密度电子电路多通道频谱曲线，将其作为高密度电子电路多通道频谱误差识别参照对象[10]。

第二步利用误差函数计算出高密度电子电路多通道频谱曲线异常值为：

式中，f(x)为误差函数；D1为标准版频谱曲线各个频率点的频谱数值；D2为待测高密度电子电路多通道各个频率点的频谱数值[11]。

第三步利用式（2）计算高密度电子电路多通道频谱误差，如果f(x)不为零表示存在误差，其误差值为f(x)的绝对值，如果f(x)为零，则不存在误差[12]。按照误差函数求值结果，识别到高密度电子电路多通道频谱曲线的异常，以此完成了高密度电子电路多通道频谱误差自动识别。

2 实验论证分析

2.1 实验设计

实验以某高精度电子电路为实验对象，该电子电路基材为FR-4，阻焊颜色为黄色，制程线距为3 mil，制程孔径为0.15 mm，拥有18条通道，利用本文设计方法与传统方法对该高精度电子电路多通道频谱误差进行识别，设计对比实验，验证本文设计方法在高密度电子电路多通道频谱误差自动识别中的有效性、高效性以及准确性。

实验中用于获取高密度电子电路多通道频谱曲线的电磁扫描仪型号为LOLP-3S6D，扫描频率设置为5.36 Hz，扫描周期为15 s，扫描波长为162.56 nm，扫描时间为5 min，扫描次数为3次，使用的标准频谱曲线为标准版SDL-0001，利用电子表格记录两种方法所有识别数据，从中随机选取8个通道的识别数据作为实验结果分析数据。

2.2 实验结果分析

实验以查全率作为对比指标，通常情况下高密度电子电路多通道频谱误差自动识别方法查全率需要达到95%的标准，两种方法对比实验结果如表1所示。

表1 两种方法查全率对比

由表1可知，本文设计方法查全率平均值约为99.2%，最高可以达到99.9%，满足高密度电子电路多通道频谱误差自动识别要求，传统方法查全率平均值仅约为74.5%，最高查全率为84.2%，远远低于本文设计方法。

3 结 论

本文针对目前现有的高密度电子电路多通道频谱误差自动识别方法存在的问题，设计了利用频谱曲线异常频率点检测的频谱误差自动识别方法。此次研究有助于高密度电子电路向智能化和高可靠性方向的有效发展，更好地满足高密度电子电路快速研制和高速测试的需要。在后续的研究工作中，将重点研究高密度电子电路多通道频谱异常区域的识别及多通道疑似误差判定问题。