断路和短路电气检查装置

12.8　断路和短路电气检查装置

断路和短路电气检查装置（O/S检查装置）是通过测定配线间的阻抗（或电压、电流）来检查配线的断路（open）或短路（short）的专用设备，如图12.25所示，是具有选择功能的GX3设备示意图。

图12.25　具有选择功能的GX3设备

OHT公司的O/S检查装置GX3采用的是非接触式的检查。与接触式相比，它的主要优点：

（1）节省了检测时间（同传统的接触式O/S检查装置相比，通过扫描的方式，节约了检测探针的对位等时间）。

（2）节约了成本（没有固定消耗品的更换）。

（3）完全采用非接触式的检查方式，对基板的表面无损害。

同AOI设备相比，O/S检查装置对缺陷的检出能力如表12.14所示，这里的缺陷专指电气方面如断路/短路缺陷。O/S检查装置检测5μm以下的缺陷和灰尘的效率比AOI设备更高，在AOI检查中，为了防止由于灰尘造成假缺陷信息，缺陷检出阈值和最小缺陷尺寸的设定都比较宽松，因此5μm以下的缺陷和灰尘都不易查出。

表12.14　O/S检查装置的缺陷检出能力

对于电气特性没有影响的线路图案变形，GX3无法检出。这类缺陷可通过AOI检出。对于金属灰尘导致的短路问题，由于灰尘一般呈暗色，同玻璃部分灰度差别不大，用AOI难以准确判定，用GX3则可以准确判定。

O/S检查装置的基本原理如图12.26所示。

通过对给电侧施加200V的交流电压，给电端同基板的距离十分接近（（150±30）μm），形成电容，这样电压可以加到基板的电路上，通过基板电路对交流信号的传送，在探测端检出，探测端也同基板间形成电容，由于电信号非常小，且为交流信号，因此可以用放大器（amplifier）对信号进行放大和过滤处理，并将交流信号转化为直流信号，放大器对信号的放大倍率在3 000～10 000倍可调，通过对放大后的信号进行处理和判定，可以检出断路/短路缺陷。

图12.26　O/S检查装置的原理示意

给电侧和信号接收侧使用相同的传感器，只是工作状态不一样，但都是采用电容的方式，不和基板接触。

检查装置的等效电路如图12.27所示。其中R1是图案的电阻，C₁是传感器与图案间的电容，R₂是传感器内的电阻，C₂是放大器中的电容，R3是放大器的电阻。当图案发生断路/短路等缺陷时，图案的电阻值就会发生变化，因此就会引起放大器的输入电压发生变化，导致输出电压变化。通过分析电压的波形图就能检出缺陷。经过计算得

其中

图12.27　检查装置等效电路图

从计算结果也可以看出，图案电阻的变化会影响到输出电压的变化。而传感器与基板间形成的电容大小的改变也会影响输出端电压，因此，该装置采用激光传感器控制传感器与基板间的距离，使其在检查中基本保持一致。激光传感器的反应速度也制约了检查速度，为了保证检查的精度，基板的移动速度在检查时要控制在150mm·s^-1以下。

检查扫描后，就可以得到信号端输出电压和时间的函数及波形图。此时数据处理缺陷检出的方法有两种：近似方法和微分方法。近似方法就是通过最小二乘法画出一条和数据近似的波形，然后设定比这个波形大或小多少百分比是正常的，而超过的部分就是缺陷。这个百分比也是根据不同的产品设定的。微分方法就是对得到的电压时间函数进行两次微分，具体的公式如下：

如果都是正常信号，则两次微分后的曲线就为一条直线；而如果存在缺陷，则在缺陷位置处就会出现一个峰。这时也设定一个阈值，超过正常的百分之多少算缺陷。这两种方法各有优缺点。若使用近似方法，那么在曲线边缘（也就是屏的前几条栅极和最后几条栅极）发生的缺陷也能检出。但这种方法的精度不高，有的时候无法把噪音和缺陷区分开来，容易发生漏检和错检。微分方法则能够很好地过滤噪音，精度比较高。但是由于曲线的边缘本来就存在两个很高的峰，因此不能很好地检出边缘处发生的曲线，会有漏检的可能。

对于一般的图案作O/S检查时，装置分别使用一个传感器检查断路和短路。发生短路时，在检查短路传感器得到的曲线上就会在缺陷的位置出现一个较高的波峰；发生断路时，在检查断路传感器得到的曲线上就会在缺陷的位置处出现一个较大的波谷。使用近似方法或微分方法就能把波谷和波峰检查出来。这相对于设定绝对电压的阈值来判别缺陷的方法来说提高了精度，不易受外界条件改变的影响，也更能适应不同的品种。如图12.28所示。图12.29是（a）断路和（b）短路缺陷在示波器上的实际波形。

图12.28　源线缺陷波形比较

这套O/S装置还有一套探针可以做接触式检查，在非接触式检查后，探针可以移动到发生缺陷的检查端子处测量电阻，以此判定是短路还是断路缺陷。也能根据测出的电阻的大小大致判缺陷发生的位置。

以上讨论的是TN模式TFT的O/S检查。而IPS/SFT模式TFT的O/S检查与此却有很大的差别。由于IPS/SFT图案比较特殊，栅极与公共电极之间的间距太小，因此无法使用检查短路的传感器。于是，就用一个传感器在栅极线一端加电压，用另一个传感器在栅极线另一端检出信号来检查。发生短路的时候，栅极线上的电流会有一部分流到公共电极线上去，而不流入另一端的传感器，因此导致检出端的输出电压也减小了，断路和短路发生的时候都是在正常的曲线上存在一个波谷。此时无法仅凭曲线的形状来判断是短路还是断路，需要用接触式探针去测电阻，才能确切知道是什么缺陷。O/S检查装置和自动外观检查装置是结合起来使用的，O/S检查装置主要是用来检出缺陷，发现有问题的基板，而自动外观检查装置对于区分短路/断路精度还是很高的，因此O/S检查装置虽然不能区分缺陷的种类，但是实际上还是很有用的。

图12.29　断路和短路缺陷在示波器上的实际波形

GX3在检查电气缺陷方面也存在些盲区：

●不能检出从给电端开始的2mm范围内的断线缺陷。因为给电端传感器的长度为2mm，在2mm范围内即使有断线缺陷，电信号仍然可以传输，因此存在断线无法检出的可能性。

●连续的短路缺陷内存在断路缺陷（短路缺陷靠近给电端，断路缺陷靠近受电端），无法判定断路缺陷。

●连续的断路缺陷内存在短路缺陷（断路缺陷靠近给电端，短路缺陷靠近受电端），无法判定短路缺陷。

●无法判定断路和短路相邻的混合型缺陷。

●相邻的两根金属线之间多个短路或多个断路的缺陷无法判定。

●存在连续4个以上断路缺陷和连续5个以上短路缺陷时，无法判定缺陷的个数（对于范围内的缺陷个数的判定，可以根据缺陷曲线同正常曲线的偏离大小进行判定）。