本发明专利技术涉及一种透明基材上金属导线印迹的形貌特征检测和表征方法，包括（1）从透明基材的金属导线印迹样品的背面，沿与样品表面垂直方向照射样品，光源为白光，且为平行光；在透明基材的金属导线印迹样品的正面沿样品表面垂直方向设置CCD成像系统；（2）对CCD成像系统进行光透过率的标定；（3）拍摄得到透明基材上金属导线印迹的灰度数字影像；（4）利用标定关系，对灰度数字影像进行数值转换，形成印迹样品的光透过率数字影像；（5）任意选取金属导线印迹中的一段，通过数字图像处理的方法得到金属导线印迹的表面形貌、面粗糙度，以及印迹线宽度和线边缘粗糙度等形貌特征。本发明专利技术利用透射光信息得到了金属导电印迹的定量化形貌参量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，用于检测和表征透明基材上通过印刷/打印方式形成的纳米金属导线的形貌特征，分析纳米金属墨水通过印刷/打印技术形成导线印迹的形貌质量，属于印刷电子
技术介绍
印刷电子技术，是采用印刷工艺制造电子产品部件的生产技术。其核心思想就是将电子材料配成流动性的“油墨/墨水”并印刷/打印成膜，从而用较低的生产成本和原料消耗来获得电子产品。印刷电子技术种类繁多，但一般满足以下特征: 所制成的薄膜具有特定的图案，而不是简单的整体涂覆； 产生图案的主要途径是在承印物上增加物质，而没有再去除的过程，即所谓的“加成法”; 属于一种大规模的复制过程，而不是个性化的创作过程； 所获得的导电图案(线路板上的导线、RFID天线线圈等)或器件具有电子方面的功能。相比于传统的加工工艺，印刷电子技术中电子产品的“加成法”制造过程，省去了涂胶、光刻、刻蚀、溅射、真空沉积等 高成本的工序，大幅简化了生产过程，具有节约原料、降低成本、绿色环保(所产生的工业废液少)等优势。另外，印刷电子技术在制造大面积器件和柔性器件方面有着得天独厚的优势，有利于满足电子产业扩大市场的需求。但在这种加成法的印刷过程中，由于使用的是液体状态的导电油墨，其与基材间常因润湿铺展性能的不同而形成在基材上几何尺寸的变形及一些特有的形貌缺陷。如金属墨滴常出现咖啡环形状，所形成的导线边缘粗糙、表面不平整等。这种形貌上与设计的偏离又往往造成导线及组成器件电性能的降低或偏差。而若避免或减少这些不足，首先需要有恰当、快捷的分析和表征方法，以指导研发、控制质量。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种印刷/打印导线印迹形貌特征的检测和表征方法，可用于分析其形貌质量，以指导材料的开发和工艺过程的改进，形成符合设计要求的导线类电子产品。基于上述目的，本专利技术建立的透明基材上导电印迹形貌特征的检测和表征方法，建立在CXD成像系统对印迹样品的成像及图像处理技术之上，使用的硬件主要包括照射光源和高分辨率CXD成像系统。，包括如下步骤:(I)从透明基材(基底)金属导线印迹样品的背面，沿与样品表面(或透明基材)垂直(法线)方向照射样品，光源为白光，且为平行光；在透明基材的金属导线印迹样品的正面也沿样品表面(或透明基材)垂直(法线)方向设置CCD成像系统，拍摄形成金属导线印迹的数字影像，CCD成像系统对金属导线印迹的分辨力应满足金属导线印迹宽度计算的精度要求；(2)对CXD成像系统进行光透过率的标定；(3)按步骤(I)中光路布局采用C⑶成像系统拍摄得到透明基材上金属导线印迹的灰度数字影像；(4)利用步骤(2)中得到的光透过率的标定关系，对得到的样品的灰度数字影像进行数值转换，形成印迹样品的光透过率数字影像；(5)针对步骤(4)得到的光透过率数字影像，任意选取金属导线印迹中某一长度的一段，通过数字图像处理的方法得到导线印迹的表面形貌、面粗糙度，以及印迹线宽度和线边缘粗糙度等形貌特征量。步骤(I)中，照明白光的光谱能量分布较为均匀，其色温在5000K 6500K之间。C⑶成像系统对·金属导线印迹的分辨力应满足金属导线印迹宽度计算的精度要求，成像分辨率在4000dpi以上。C⑶成像系统的最大响应密度需在4.0以上，CXD成像系统的成像参数与照明白光的光强相互匹配，对印迹样品的透明基材响应值接近255而不达255，可优选240 254之间，对所检测印迹样品的最大密度响应值大于O。步骤(2)中，膜材的光透过率与其厚度有一定的对应关系，因此，本专利技术选用(1-光透过率)间接表征导线印迹的膜厚特征。CCD系统透过率响应的标定，即是得到印迹的光透过率与其CCD响应灰度值之间的对应关系。对CXD成像系统进行光透过率的标定，包括如下步骤:I)由所用导电油墨/墨水以数个不同的墨量印刷/打印大面积墨块，经后处理后形成数个不同光透过率的面元印迹；2)由透射密度计测试各面元印迹中部的光透射密度D，并按(I)式换算为光透过率τ:τ =IO^d (I)3)由(XD成像系统对各面元印迹成像，对各面元印迹数字图像的中部求取响应灰度值的平均值；4)由数学方法建立2)、3)中所有面元印迹的光透过率与其CXD响应灰度值间的对应关系，即为该CCD成像系统的光透过率标定关系。步骤(3)中，拍摄导线印迹样品，得到的透明基材上金属导线印迹的灰度数字影像的分辨率不低于4000dpi。对步骤(4)得到的印迹样品的光透过率数字影像，任意选择印迹影像中的一段导线直线，如> 2mm的一段导线直线，经数字图像处理，得到导线表面形貌、面粗糙度及印迹宽度、边缘粗糙度参量，数字图像处理的过程和步骤包括:一、对光透过率影像进行降噪处理；可采用小波降噪的方法；二、对降噪后的影像，根据其中的线条线段进行自动方位校正，将线条方向校正为垂直或水平方向；三、获得导线段印迹的(1-光透过率)数值，印迹线段每一垂线上的(1-光透过率)轨迹，所有印迹垂线上的平均(1-光透过率)轨迹，进一步得到每一线条垂线上的(1-光透过率)轨迹与线条平均(1-光透过率)轨迹间的偏离方差，以及所有垂线上偏离方差的均值，以此方差均值表征印迹表面的面粗糙度；确定导线印迹线两侧的边界线，对边界线进行直线拟合，计算线迹两侧边界拟合直线间的距离，得到线宽；计算线迹两侧各自每个边界点与其同一线迹垂线上拟合边界直线点间的距离，求取其方差得到线粗糙度。导线段印迹的(1-光透过率)数值可反映印迹的表面形貌，印迹线段每一垂线上的(1-光透过率)轨迹构成了其表面“厚度”高低变化的特征，所有印迹垂线上的平均(1-光透过率)轨迹构成了导线印迹表面沿其垂线方向上平均的“厚度”高低变化特征；可计算得到每一线条垂线上(1-光透过率)厚度特征轨迹与线条平均(1-光透过率)特征轨迹间的偏离方差，并由所有垂线上偏离方差的均值表征线条印迹表面的面粗糙度。此外，确定导线印迹两侧的边界线，对边界进行直线拟合，计算线迹两侧边界拟合直线间的距离得到线宽；计算线迹两侧各自每个边界点与其同一线迹垂线上拟合边界直线点间的距离，求取其方差得到线粗糙度。本专利技术用透射光对导电金属印迹成像，可以避免反射光成像时金属印迹上常有的高反光对成像质量的不利影响，以及后续图像处理中对高光部位的误读。采用白光利用全光谱信息分析金属导电印迹的透光特性，提高了分辨力。采用高分辨率的CCD成像系统，可保证分析指标的精度。附图说明图1为本专利技术的印迹透射影像捕获光路结构示意图。主要附图标记:I印迹样品4 (XD成像器件2入射光 5计算机及控`制软件3透射光图2(a)、图2(b)、图2(c)和图2(d)为线条印迹影像的方位校正过程示意图，其中，图2(a)是线条印迹影像，图2(b)是线条印迹影像上、下两个半段的平均积累(1-光透过率)曲线，图2(c)是线条印迹影像方位校正所需旋转的角度，图2(d)是旋转校正后的影像。图3(a)是线条印迹影像方位校正及边缘裁切后的影像，图3(b)是表征线条印迹膜厚特征的(1-光透过率)变化曲线图，图3 (c)是图3(b)中虚线所围部分的放大图像。图4为线条印迹边缘曲线及线宽示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。参照图1，为本专利技术的导本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种透明基材上金属导线印迹的形貌特征检测和表征方法，包括如下步骤：（1）从透明基材的金属导线印迹样品的背面，沿与样品表面垂直方向照射样品，光源为白光，且为平行光；在透明基材的金属导线印迹样品的正面沿样品表面垂直方向设置CCD成像系统；（2）对CCD成像系统进行光透过率的标定；（3）采用CCD成像系统拍摄得到透明基材上金属导线印迹的灰度数字影像；（4）利用得到的光透过率的标定关系，对得到的灰度数字影像进行数值转换，形成印迹样品的光透过率数字影像；（5）针对得到的光透过率数字影像，任意选取金属导线印迹中的一段，通过数字图像处理的方法得到金属导线印迹的表面形貌、面粗糙度，以及印迹宽度和线边缘粗糙度的形貌特征。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐艳芳，李路海，李修，李亚玲，莫黎昕，
申请(专利权)人：北京印刷学院，
类型：发明
国别省市：
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