一种基于双波长同步透反射检测的印刷电路质量监测装置及检测方法

本发明涉及印刷电子生产过程的质量监测领域，具体地说，涉及一种基于双波长同步透反射检测的印刷电路质量监测装置及检测方法。

背景技术：

1、印刷电子是一项前沿技术，它将传统的印刷工艺应用于电子元器件和设备的制造，能够在各种柔性基材上直接印制电子器件，从而实现电子产品的低成本、高效率生产。这一技术使用柔版印刷、喷墨印刷、凹版印刷和丝网印刷等多种方法，将光子器件和电子产品直接印制在织物、纸张、塑料等多种基材上。该项技术已广泛应用于可穿戴设备、运动产业和柔性显示屏等领域。由于生产节奏较快，印刷过程中的质量可能存在较大差异。

2、印刷电路制造的整个工艺一般分为四个主要阶段：(a)选择墨水和基材，(b)实施印刷，(c)烧结处理以及(d)印刷质量检测。首先是选择合适的墨水和基材。在多种可用基材中，柔性基材因其独特的可弯曲性、可拉伸性和可扭曲性，同时保持良好的电气性能，而受到特别青睐。市场上已经开发出多种导电、半导电和介电墨水，以满足不同的印刷需求，其中导电墨水尤为受到关注，它包括金属墨水、碳基墨水和复合墨水三大类，其中，以金、银、铜等金属颗粒为导电主体的金属墨水因其卓越的导电性能，在电子电路中能够提升信号传输效率、降低延迟并减少能耗，因此在商业应用中得到了广泛的采用。

3、一旦确定了基材和墨水，接下来便是印刷环节。印刷技术根据具体需求选用，包括柔版印刷、凹版印刷、丝网印刷和喷墨印刷等，都在市场上得到了广泛应用。在喷墨印刷过程中，功能性墨水通过将功能性材料(如金属纳米颗粒、导电聚合物或碳纳米管等)均匀分散在适当的溶剂中，形成一种稳定的分散体系来制备，并且墨水的均匀性直接决定了印刷出的电子电路的质量和性能。

4、另外，在印刷电子制造过程中，油墨的质量直接决定了最终产品的性能指标，包括功耗、响应速度及整体电性能，因此制造过程中需严格控制油墨的质量，以确保制造高效、可靠的电子产品。

5、在整个生产过程中，印刷质量检测是极其关键的，尤其是在快速生产的环境下，印刷过程中的质量可能存在较大差异，这也是印刷电子领域面临的一大挑战。与传统图形印刷行业的质量控制主要关注颜色、分辨率、套准及表面光洁度不同，印刷电子制造不仅需保证工艺本身的稳定性，还要确保器件的功能性。

6、然而，当前在大规模生产中，实现实时、在线的过程反馈面临许多挑战，但这对于工业化生产至关重要。当生产过程失控时，制造商往往会面临高昂的代价。通常问题只有在整卷产品生产完毕后才被发现，通过生产线外的测试评估基板上的器件或材料功能，这样的方式可能导致大量材料因不合格而报废，造成严重的经济损失。要实现大批量生产的经济效益，废品率必须保持在较低水平，这就要求在生产过程中实施实时、非破坏性的在线质量控制。在印刷电路的生产中，功能检测和外观检测都是不可或缺的，目前，基于机器视觉的检测方法主要用于识别外观缺陷，然而，电性能检测作为印刷电路的关键指标之一，传统上多依赖于万用表或四探针等接触式方法，这些方法不仅难以与自动化生产兼容，有时还会损坏器件。此外，接触式测试方法的精度和重复性通常较差，因此找到一种非接触式，实时的测量方案就显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于提供一种基于双波长同步透反射检测的印刷电路质量监测装置，包括计算机，太赫兹接收器1，太赫兹接收器2，太赫兹发射器1，太赫兹发射器2，质量检测图案，喇叭天线，耦合透镜，准直、扩束与聚焦模块和锁相放大器；

2、所述太赫兹发射器1和太赫兹发射器2用于产生两个波长的太赫兹波；

3、所述喇叭天线用于将太赫兹波从波导中逐渐扩展到自由空间；

4、所述耦合透镜用于调节或聚焦天线发射/接收的电磁波；

5、所述准直、扩束与聚焦模块由两个透镜组成的开普勒型扩束镜以及一个聚焦透镜构成。

6、进一步地，太赫兹发射器1、太赫兹发射器2产生两束不同波长的太赫兹波，太赫兹波经由喇叭天线均匀地传播到空间中，并经过前面放置的耦合透镜优化波束的传播方向和发散角；

7、接着两束太赫兹波经过一个半反半透镜后，两束太赫兹波的传播方向调整到同一方向上，再经过准直、扩束与聚焦模块进一步降低波束的扩散和发散角，提升太赫兹波在空间中传输时的稳定性和方向性，并将两束太赫兹波聚焦于待检测印刷图案样品上；

8、一部分波束透射过样品，将其命名为波束1，另一部分波束被反射，将其命名为波束2，波束1和波束2均通过反射镜将波束传播方向调整至两太赫兹接收器方向，再经过聚焦透镜分别到达太赫兹接收器1和太赫兹接收器2，随后这两个太赫兹接收器将信号传递到锁相放大器中来增强信号的精度和信噪比，接着将经过放大和处理后的信号传送到计算机中采集和处理，最后通过计算机中预训练的预测模型判断后输出最终预测的导电率数据以及印刷线路的尺寸精度和几何形变数据。

9、本发明的第二个目的在于提供一种基于双波长同步透反射检测的印刷电路质量检测方法，通过利用双波长的同步透反射测量技术，本发明有效提高了印刷电路导电率检测的准确性和重复性，同时监测印刷线路的尺寸精度和几何形变，优化了印刷电子生产质量监测方法并减少不合格品的产出。

10、印刷电路的制造包括如下步骤，

11、s1、选择墨水和基材；

12、s2、实施印刷；

13、s3、烧结处理；

14、s4、印刷质量检测。

15、具体地，在步骤s1中，所述墨水为导电墨水，所述基材为柔性基材。

16、进一步地，所述导电墨水为金属墨水、碳基墨水或复合墨水。

17、更进一步地，所述金属墨水为以金、银、铜金属颗粒为导电主体的金属墨水。

18、具体地，在步骤s2中，所述印刷包括柔版印刷、凹版印刷、丝网印刷和喷墨印刷。

19、具体地，在步骤s4中，我们提出了一种基于双波长同步透反射检测的印刷电路质量检测方法来实现印刷质量检测。

20、进一步地，在该检测方法中，通过设计并优化印刷质量检测图案(开口环超材料)的尺寸参数，使其在太赫兹波段产生了两个明显的谐振峰，并且通过进一步优化开口环结构参数将两个谐振峰的频率分别调控至200ghz和300ghz。由于两个共振峰对电导率以及超材料结构尺寸均有响应，通过分析二者之间测差值或比值，来避免由于电磁波在质量控制图案的入射位置不同、印刷过程中质量控制图案差异造成的导电率测量误差。

21、进一步地，在步骤s4中，通过理论模拟或者实验校准，建立材料导电率-谐振峰位置-谐振峰强度-谐振峰q因子的多维数据阵列作为导电率估测的校准模型，获得开口谐振环阵列的特征光谱后，通过在校准数据或模型中搜索最佳匹配的导电率，估算待测印刷油墨的导电率。同时，也可用同样方法建立印刷电路尺寸精度和几何形变的校准模型来估算印刷电路尺寸精度和几何形变数据。

22、由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的优点是：

23、(1)采用非接触式的检测方式，相比于市面上已有的依赖于万用表或四探针等接触式方法进行印刷电路质量监测的方法，我们的方法避免了物理接触可能导致的样品损伤或测试干扰，特别适合于高精度和高灵敏度要求的柔性电子生产。此外，实时监控技术确保了任何质量偏差都能被立即发现并处理，大大减少了不合格产品的产生，提高了生产过程的经济效益；

24、(2)相对于传统的单波长测量，本发明利用双波长透反射同步测量的方法，针对卷对卷印刷电路的生产过程。这种方法优化了传统的单一波长测量，通过同时监控两个特定频率(波长)处的反射和透射光谱，有效分析材料的电学性能和物理结构变化。这一技术能够显著提高检测的准确性，并在检测过程中实现对环境波动和机械误差的强大抑制；

25、(3)本发明的数据处理系统能够即时分析检测数据(如谐振峰位置和谐振峰强度以及q因子)，并根据数据反馈自动调整生产参数。这种实时反馈和调整机制显著优于现有技术中通常延后的反馈，提高了生产效率和产品质量；

26、(4)本发明通过建立一个包含多个测试指标(如谐振峰位置、强度、q因子等)的数据库，基于数据库和公式计算的比对方法，实现对印刷电路导电率、尺寸精度和几何形变数据的精确估算，相比于传统的直接测量方法，不仅提高了测量的准确性和效率，而且能够实现对生产过程的动态调控和优化，通过对实际测量数据与理论或先前实验数据的即时比较，这种方法能够快速识别并纠正生产中出现的任何偏差，极大地减少了不合格品的产出，提高了经济效益。