CN102640574B - 以印膏来印刷基板特别是印刷电路板的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以印膏特别是焊膏来印刷基板特别是印刷电路板的方法，所述方法具有如下步骤：将印版置于基板上，以丝网印刷技术穿过印版的开口印刷基板以实现至少一个由印膏构成的印刷结构，通过将印版和基板相对于彼此卸下使二者分开，使光学检查单元进入印版和基板之间，通过检查单元检测印刷结构的印膏厚度，如果印刷结果满足至少一个预定值则结束印刷。本发明还涉及一种检查单元(1)和一种印刷装置(2)。

Description

以印膏来印刷基板特别是印刷电路板的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种以印膏借助丝网印刷技术以及对印刷结果的光学检验来印刷基板特别是印刷电路板的方法。本发明还涉及一种印刷装置，特别是印刷电路板印刷机，以及一种用于这样的印刷装置的检查单元。
背景技术
用于以印膏印刷基板特别是用于以焊膏印刷印刷电路板的方法是已知的。这种方法应用于如特别是印刷电路板印刷机的印刷装置中，以使用焊膏印刷印刷电路板用于随后装配电气和电子部件。在印刷装置中，基板相对于印版例如通过基准标志对准，其通过光学采集装置采集且相对于彼此置于希望的相对位置处，其中为了对准，印版和基板相对于彼此移动。由此，在将印版置于基板上之后，透过印版将焊膏压印在基板上。基板然后与印版分开，即例如将基板卸下，并从印刷机取出。对于每个另外的基板按顺序重复此过程，使得在循环工作中顺续地以同样的方式印刷多个基板。在此已知的是，在印刷之后，面扫描或线扫描照相机进行基板的二维采集且就此检验是否以希望的方式印刷了待印刷的基板区域。此光学检验不能涉及印刷强度，即在基板上的印刷涂敷强度。完全的或部分的印刷控制，或者带有高度评估的印刷控制已知在印刷装置外部。在此存在的缺点是，仅可以做出一个判断：印刷过程是否成功，即符合按规定的公差，或者印刷过程是否不成功，因此必须将印刷的基板作为废品扔掉。发现如果测试在印刷电路板至少部分地装配之后且至少在印刷机之外才进行，则可能不再能或仅很难修正印刷过程的错误。在不利的情况中，印刷电路板无用且必须丢弃。
通过根据本发明的方法和根据本发明的用于印刷装置的检查单元以及根据本发明的印刷单元有利地避免了所述缺点。
发明内容
本发明提出一种以印膏特别是焊膏来印刷基板特别是印刷电路板的方法，所述方法具有如下步骤：
-将印版置于基板上，
-以丝网印刷技术穿过印版的开口印刷基板以实现至少一个由印膏构成的印刷结构，
-通过将印版和基板相对于彼此卸下使二者分开，
-使光学检查单元进入印版和基板之间，
-通过检查单元检验印刷结构的印膏厚度，
-如果印刷结果满足至少一个预定值则结束印刷。
如从现有技术中已知，印膏/焊膏使用丝网印刷技术通过印版的开口施加在基板上，以此形成了至少一个印刷结构，即，将基板上的区域以印膏/焊膏以确定的涂敷厚度覆盖。然后，将印版和基板相互分开，这通过将二者相对于彼此卸下而完成。在此意味着，将二者在垂直方向上相互分开，即以如下方式分开：不出现水平错位或不以与印刷相关的方式出现水平错位。在此可通过如下方式实现卸下，即如果印刷从上方进行则使基板保持在不变的位置而将印版从基板卸下，换句话说，即抬升，或使得印版至少基本上保持在不变的位置而使基板下降。关键之处仅在于实现进行垂直地分开而没有相关的水平错位。光学检查单元进入因此而相对于彼此卸下的印版和基板之间，且借助于所述光学检查单元检验印刷结构的印膏厚度。如果在此例如在该检验中确定的印刷结果满足至少一个预定值，则结束印刷。与现有技术不同的是，使用本发明提出的方法已能在印刷单元内(例如在印刷电路板印刷机内)在印膏涂敷强度方面，即，在印膏厚度方面，检验印刷结果，更确切地说以这样的方式，即印版和基板在水平方向上不相互分开而是仍然仅垂直地分开，使得它们保持印刷所要求的相互对准且仅具有相互间的间距，所述检查单元进入到所述间距内。
在有利的方法设计中进一步建议，如果未满足预定值，则在检查单元前次从印版和基板之间的位置退出之后，通过重复印刷过程进行至少一次印刷的修正。此后，通过检查单元进行再次检验。这两个步骤可在相同的基板上多次重复，直至印刷结果符合预定值。由于在检验期间前述印版和基板的水平相互对准保持不变，印刷可很简单地重复，这通过再次执行印刷过程来实现。为此，将检查单元从印版和基板之间的检验所要求的位置退出，且将印版再次置于基板上，这由于这两个部分相对于彼此没有水平移动的情况而是可行的。印刷的修正在此可以是较小的修正，这通过再次施加焊膏进行(即穿过印版的开口施加在基板上以实现希望的印刷结构)，或通过减薄穿过印版的过多施加的焊膏进行。这例如通过借助于在丝网印刷技术中已知的刮板的简单通过来实现。过多地施加的焊膏导致印刷涂敷的不希望的高度，在相应的位置穿过印版的开口，且可通过刮板将其重抹而减薄。当然，也可行的是在一个工序中既涂敷焊膏又减薄过多施加的焊膏。在此，此印刷修正的步骤和通过检查单元重复检验的步骤相继执行多次，直至印刷结果符合预定值。随后才将印刷的基板在水平方向上也与印版分开，即，印版和基板的水平相互对准因此取消，且从印刷装置中取出。
在特别优选的实施方式中建议，借助条状光投影(Streifenlichtprojektion)执行检验。在条状光投影中，至少一个条状图案静态地或可变地倾斜投影在待检验的物体(此处是印刷结构)上，且由检测器(例如一个照相机或多个照相机)采集由此在印刷结构上产生的投影。通过三角测量原理计算出由此所采集的表面的三维坐标。
在一个方法设计中建议，在印刷结构和/或基板的预先能确定的部分上进行检验。原理上也可行的是在印刷结构和/或基板的整个表面上进行印刷结构的检验，特别地通过条状光投影执行对于要求的印刷涂敷强度/焊膏强度的完整检验。以此，获得了对于基板的整个印刷的可靠的检验结果。因为通过条状光投影执行检验当然要求一定的时间花费，所以有利地在印刷结构和/或基板的关键的、代表性部分上执行检验，且由此检验的结果推断出整体印刷质量或仅关于此部分考虑整体印刷质量。具有特别关键的设计的部分尤其适合于此。
在另外的优选方法设计中，检查单元也用于印版和基板之间的相互对准。印版和基板的这样的对准在印刷之前进行，以保证待形成的印刷结构在基板上的正确定位。检查单元为此优选地具有在朝向印版的方向上的观察方向和在朝向基板的方向上的观察方向。以此方式，很有利地实现了节约了用于印版和基板的分开的对准测量装置和位置测量装置。检查单元可在此进行识别印版和基板各自的位置的功能，特别是识别在水平方向上相对于彼此的相应位置的功能。
在另外的特别优选的方法设计中，通过检查单元进行印刷结构的表面的检验。在此，印刷结构不仅在印刷涂敷强度，即在所涂敷的焊膏的强度方面特别地以如前所述的条状光投影方法进行检验，而且在印刷结构的表面延伸上，特别是关于在其正确的几何平面对准和设计进行检验。在此识别出是否存在缺陷的和/或不希望的问题。同时，在此可进行基板的表面的核查，确定基板的印刷是否以希望的方式进行，即实现希望的印刷图案(2D检验)。
另外，提出一种检查单元，用于以印膏特别是焊膏来印刷基板特别是印刷电路板的印刷装置，其中该检查单元用于印刷结构的光学检验，且设置成在印版和基板之间可进入和退出。在此设有至少一个在待检验的印刷结构上倾斜地投射至少一个线型图案的条状光投影装置，和用于采集印刷结构上的线型图案的至少一个检测器。条状光投影装置通过在印刷结构上倾斜地投影至少一个线型图案而允许对此印刷结构的三维检验，特别是用于检验印刷涂敷强度的高度检验。通过倾斜投影，在印刷结构上出现线型图案时导致此线型图案变化，该改变由至少一个检测器采集。由所投影的线型图案的这种变化，可通过三角测量的方式计算出如此观察的印刷结构的三维坐标，使得可作出对于基板上的印刷结构的高度即最终是对于印刷涂敷强度的结论。
在优选的实施方式中，检查单元具有至少一个镜装置，所述镜装置具有位于检查单元的光路中的至少一个部分透光的镜。通过这样的镜装置能够使得单个的检测器可在从检查单元出发的多个观察方向上观察，特别地在相反的观察方向上观察，这在检查单元进入到印版和基板之间时允许例如向上朝向印版的观察和向下朝向基板的观察。以此方式，实现了在执行印刷前(即在印版下降到基板上前)将检查单元用作位置识别单元和对准单元，使得可省去单独的位置采集装置。此外，只要检查单元插入印版和基板之间，则可持续地进行对于印版和基板的水平位置的调整。相同的检测器可通过镜装置应用于执行条状光投影并采集投影在印刷结构上的图案，即用于如前所述的检验。以此方式，通过节约部件可实现紧凑的检查单元，所述检查单元优选地容纳在隔热的和/或具备空调的、紧凑的壳体内。检查单元可有利地以此构造设置在印刷电路板印刷机内以在所述印刷电路板印刷机内执行检验。
在另外的优选实施方式中，检查单元具有评估装置以用于评估由检测器采集的图像。通过评估装置，检查单元能够自行评估由检测器采集的图像。所采集的图像可在此指示印板和基板的位置，或者印板和基板相对于彼此或相对于固定标记的位置(所述固定标记可例如设置在印刷装置自身上)，或者，指示了由检测器采集的投影在印刷结构上的至少一个线型图案的图像，或由生成线型图案的光源自身发射出的至少一个线型图案的图像。评估装置因此提供了可利用的结果，其作为数据对于随后连接的控制器可继续使用。这样的评估装置优选地通过电子电路，例如通过微控制器和相应的软件实现。
在另外的实施形式中，检查单元具有用于根据由评估装置执行的评估的结果来控制印刷装置的控制接口。在此实施形式中，评估装置可自行进行印刷装置的控制，特别地自行将控制指令发送到印刷装置。在此情况下，一定程度上为智能系统的检查单元的实施方式中，控制装置至少部分地由检查单元的评估装置控制，例如在是否重复印刷过程方面控制，因为由检测器采集的图像的评估已得出未达到希望的印刷质量，即如前所述不符合至少一个预定值。
另外，提出了一种印刷装置，特别是印刷电路板印刷机，其带有如前所述的检查单元，特别地用于执行如前所述的基板的印刷方法。这样的印刷装置可作为独立的装置且独立地(in sich abgeschlossen)执行包括完整的质量控制和印刷修正的印刷，其中由于对于印刷过程的即时的质量控制和紧接着的对于可能不满意的印刷过程的修正，很有利地避免了废品生产，并保证了不变的高的印刷质量。
另外的有利实施方式可从属权利要求及其组合中得到。
附图说明
在下文中根据实施例详细解释本发明，但不限制于实施例。各图为：
图1示出了带有检查单元的印刷装置的示意性纵向剖视图；和
图2示出了在检验印刷结果期间的检查单元的示意性图示。
具体实施方式
图1在示意性的纵向截面图示中示出了处于在此仅局部地示出的印刷装置2(即印刷电路板印刷机3)内的检查单元1。印刷装置2具有作为支撑件5的印刷台4，用于待印刷的基板6(即印刷电路板7)，所述基板6保持在该印刷台4上以用于在印刷装置2内的印刷。印刷装置2进一步具有基本上垂直地布置在待印刷的基板6上方的印版8，在印刷过程中，所述印版8借助仅象征性图示的刮板装置9将焊膏10通过印版8涂敷在基板6上。还示出了在印刷过程之后的情况，其中焊膏10通过在基板6上的印刷形成由压印的焊膏10构成的印刷结构11，即焊盘12。如同在印刷过程之前，在印刷过程之后，印版8和基板6处于垂直上相互间隔开的卸下位置。在二者之间存在垂直间距13，而检查单元1通过移动设备14进入所述间距13内，所述移动设备14允许检查单元1的位置的X移动/Y移动(即检查单元1的二维位置调节)。检查单元1在此在平面内二维地移动，以可光学地采集印版8和基板6。检查单元1为此具有两个基本上相反定向的观察方向15，即优选垂直地从其X/Y移动的平面内向外向上(即沿朝向印版8的印版下侧16的方向)和向下沿朝向基板6的基板上侧17的方向(即朝向基板6的印刷侧18的方向)的观察方向。以此方式，检查单元1也可用于将基板6和印版8相互对准，即参照其水平布置对准。为此，例如在印版下侧16上以及在基板上侧17上设有基准标志19，所述基准标志19可被检查单元1通过其向上和向下相反的观察方向15采集。以此方式，通过基板6和/或印版8的移动实现了基板6和印版8相互间的很简单且高精度的对准。检查单元1在印刷前从通过基板6和印版8之间的垂直间距13给出的区域20内退出，且在完成了印刷过程后，在基板6和印版8在垂直方向上相对于彼此卸下以实现垂直间距13，而不改变基板6和印版8的水平对准后，检查单元1为检查的目的(即为检查印刷结果)再次进入所述区域20内。如果通过检查单元1的检查得到印刷结果不符合至少一个预定值，即所实现的印刷结构11不满足期望，则可在检查单元1从区域20退出且基板6和印版8重新相互叠置之后，重新进行印刷过程。因为基板6和印版8的水平对准不改变，所以可将印版8精确地重新放置在已印刷的基板6上，使得可通过刮板装置9对可能涂敷过少的焊膏10在重新的印刷过程中进行修正的涂敷。也可以在将印版8重新精确对准地叠置在基板6上之后，通过刮板9将涂敷过多的焊膏10减薄，即形成得过高的印刷结构11，使得印刷结构11具有希望的印刷涂敷强度21。印刷涂敷强度21在此可很简单地理解为通过印刷结构11在基板上侧17上应形成的高度22。
直至通过检查单元1的检查得到期望的印刷结果，才将印刷的基板6从印刷装置2推出或送出。以此方式，以很有利的方式避免了废品的产生。即，印刷结果的控制可仍在印刷装置2内进行，使得判定为不满足期望的印刷结果的修正可在印刷装置2内实现。
图2在示意性截面图示中示出了处在印刷有印刷结构11的基板6和印版8之间的区域20内的检查位置中的检查单元1。检查单元1在壳体37内具有光源23，在所述光源23的光路中布置了线型图案25以用于在基板6的印刷结构11上产生条状光投影24，通过光源23照射，所述线型图案25经由偏转镜26，通过检查单元1的下侧开口27倾斜地投影在基板6上和在其上布置的印刷结构11上。替代简单的线型图案25，例如作为透光模块(Durchsichtsvorlage)28，也可使用线型图案生成器29以产生变化的线型图案，以可将变化的/不同的线型图案25依次地或交替地倾斜地投影在基板6上和在其上布置的印刷结构11上。由此构成了条状光投影装置38。检查单元1进一步具有镜装置30，其优选地在壳体37内侧，与下侧开口27相对布置或与下侧开口27的部分相对布置，所述镜装置30具有至少一个部分透光的镜31，所述镜31借助可调节的光圈33(如果需要，可通过附加的光学器件)将采集在基板上侧17上的基板6的评估光路32通过下侧开口27导向到构造为照相机或线型传感器(Zeilensensor)的检测器34上。检测器34采集印刷有印刷结构11的基板上侧17的图像35，并将此图像35提供给评估装置36。评估装置36通过由于印刷结构11的高度22导致的条状光投影24所投射的线型图案25的光学变形，以三角测量的方式确定了高度22。以此方式，可作出印刷涂敷强度21(即印刷结构11在基板上侧17上测量的高度22)是否符合要求的预定值的定量结论，即印刷结果是否满意或是否应修正印刷过程的结论。
通过在朝向印版下侧16的方向上的观察方向15，如在图1中所描述的，可修正基板6和印版8(在X方向/Y方向)的相互对准，且在检查印刷结果期间可以检验印刷结构11与由印版8规定的位置、在X方向/Y方向上的水平相符性。
附图标记列表
1 检查单元
2 印刷装置
3 印刷电路板印刷机
4 印刷台
5 支撑件
6 基板
7 印刷电路板
8 印版
9 刮板装置
10 焊膏
11 印刷结构
12 焊盘
13 垂直间距
14 移动设备
15 观察方向
16 印版下侧
17 基板上侧
18 印刷侧
19 基准标志
20 区域
21 印刷涂敷强度
22 高度
23 光源
24 条状光投影
25 线型图案
26 偏转镜
27 下侧开口
28 透光模块
29 线型图案生成器
30 镜装置
31 部分透光的镜
32 评估光路
33 光圈
34 检测器
35 图像
36 评估装置
37 壳体
38 条状光投影装置

Claims (11)

1.一种以印膏来印刷基板(6)的方法，所述方法具有如下步骤：
-将印版(8)置于所述基板(6)上，
-以丝网印刷技术穿过所述印版(8)的开口印刷所述基板(6)以实现至少一个由印膏构成的印刷结构(11)，
-通过将所述印版(8)和所述基板(6)相对于彼此卸下使二者(6,8)分开，
-使光学检查单元(1)进入所述印版和所述基板之间，其中检查单元借助镜装置也用于所述印版和所述基板相对于彼此的对准，该镜装置具有至少一个位于检查单元的光路中且半透光的镜，
-通过所述检查单元(1)检验所述印刷结构(11)的印膏厚度，其中借助于条状光投影通过镜装置在三角测量的路径中进行检测，
-如果印刷结果满足至少一个预定值则结束印刷。
2.根据权利要求1所述的方法，其具有如下另外的步骤：
如果未满足所述预定值，则在所述检查单元(1)从所述印版(8)和所述基板(6)之间的位置的前次退出之后，通过重复印刷过程进行至少一次印刷的修正；和
通过所述检查单元(1)再次进行检验。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述印刷结构(11)和/或基板(6)的预先能确定的部分上进行检验。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述检查单元(1)对所述印刷结构(11)的表面进行检验。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电路板作为基板印出。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板借助作为印膏的焊膏印出。
7.一种检查单元(1)，用于以印膏来印刷基板(6)的印刷装置(2)，其中所述检查单元(1)用于印刷结构(11)的光学检验，所述检查单元(1)设置成能在印版(8)和所述基板(6)之间进入和退出，其设有至少一个条状光投影装置(38)，所述条状光投影装置(38)将至少一个线型图案(25)倾斜地投射在待检验的所述印刷结构(11)上，并设有至少一个镜装置(30)，该镜装置具有至少一个半透光的镜(31)，该镜位于检查单元(1)的光路中并且也用于所述印版和所述基板的相对于彼此的对准，并设有用于采集所述印刷结构(11)上的所述线型图案(25)的至少一个检测器(34)，以便在三角测量的路径中通过镜装置(31)来检测述印刷结构(11)的印膏厚度。
8.根据权利要求7所述的检查单元(1)，其特征在于，其设有用于评估由所述检测器(34)采集的图像(35)的评估装置(36)。
9.根据权利要求7所述的检查单元(1)，其特征在于，其设有用于根据由所述评估装置(36)执行的评估的结果来控制所述印刷装置(2)的控制接口。
10.一种印刷装置(2)，其带有根据前述权利要求7-9中任一项所述的检查单元(1)，用于执行根据权利要求1-6中任一项所述的方法。
11.根据权利要求10所述的印刷装置，其特征在于，所述印刷装置为印刷电路板印刷机。
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