CN102967605A - 电路板的标记检知及偏移量检知的方法及其置件方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电路板的标记检知及偏移量检知的方法及一种置件方法，所述检知方法包括以下步骤：提供至少一电路板，其由多个子板所组成，其中该电路板上与所述多个子板上分别具有定位标靶；提供一检知装置，该检知装置至少包括一滑移模块、一图像撷取单元以及一运算单元，并利用该图像撷取单元撷取该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶的图像；以及利用该运算单元分析定位标靶的图像，以根据该定位标靶计算每一该子板与该电路板的相对偏移量。本发明主要利用检知装置的运算单元以软件高速运算的方式对电路板的图像进行图像分析，具有较佳的检知率并可大幅提高生产线的性能。

Description

电路板的标记检知及偏移量检知的方法及其置件方法

技术领域

本发明涉及一种标记检知及偏移量检知的方法及其置件方法，尤其涉及一种电路板的标记检知及偏移量检知的方法及其置件方法。

背景技术

现有的电路板为一种大面积的主板，例如电脑系统中的主机板，但随着电子装置如PDA、手机或数码相机的体积越来越小，电路基板的体积也跟着缩小。而为了生产的效率的考量，业者将多个小型电路板(又称为子板)合并成一片大型电路板(又称为多联板)以方便后续量产工艺的进行。

但由于生产的过程中所述多个小型电路板可能会由于工艺上的变异而造成不符合电性导通(即开路、短路等电路特征)的规格，故上述列为不良品的小型电路板就会以人工的方式将一不良品标记(bad mark)标注于所述多个小型电路板上，以使后续的取置工艺能依据检知取得相关信息后，避开上述不良的电路板，以避免将元件装设于所述多个不良子板上。另考量该多联板上的两两子板之间需有一固定间距，以利后续表面黏着元件置件的精度需求，但该两两子板之间存在有制造与材料收缩率不同所产生的距离误差，经多联板合并的后所累积的误差将会造成表面黏着元件的置件精度问题，是故后续的生产机台(如取置机、固晶机(die bonder)等等)均需额外针对每片子板的定位标靶(local fiducial mark)进行视觉辨识处理，以校正上述的误差值。

传统的取置机会载入该多联板，并利用一移动式摄影机先进行标靶(fiducial mark)的定位，再利用上述摄影机进行不良品标记的分析检知作业或是定位标靶(local fiducial mark)的辨识检测作业。换句话说，传统取置机是利用同一具摄影机进行标靶与不良子板标记的分析及检知，且该摄影机必须依靠硬件动作以进行移动来一一撷取该大型电路板中的每一小型电路板上是否有不良记号，进行检知不良板的信息，接着才开始根据上述的检知信息进行后续的置件步骤，完成全部的置件后，最后再进行载出多联板的动作。换言之，传统的取置机必须负担检知与置件的作业，故两者无法同时作业，且上述的摄影机移动的时间将会大量降低生产线的稼动率(约10％-30％不等)。因此，传统取置机的作业就会成为整条生产线的生产瓶颈，而使得产线的生产产能受到限制。

发明内容

本发明的目的之一，在于利用一独立的检知装置在相当短的时间，进行电路板的图像的撷取并进行图像分析，以判别该多联板上的子板上是否出现不良品标记，并分析定位标靶的位置以计算子板的偏移量，再将所述多个子板的检知信息与偏移量传送至取置机等下游机台，取置机即可利用该检知信息与偏移量进行置件作业，以使得置件产线的生产速度大幅提升，故可以解决传统利用取置机进行不良子板的检知或子板偏移量检知而导致相当长的闲置时间的问题。

本发明提供一种电路板的标记检知及偏移量检知的方法，包含以下步骤：提供至少一电路板，其由多个子板所组成，其中该电路板上与所述多个子板上分别具有定位标靶(local fiducial mark)；提供一检知装置，该检知装置至少包括一高精度的滑移模块、一滑动地架设于该滑移模块的图像撷取单元以及一运算单元，并利用该图像撷取单元撷取该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶的图像；以及利用该运算单元分析该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶的图像，以根据该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶计算每一该子板与该电路板的相对偏移量。

本发明提供一种置件方法，包括以下步骤：提供至少一电路板，其由多个子板所组成，其中该电路板上与所述多个子板上分别具有定位标靶(localfiducial mark)；提供一检知装置，该检知装置至少包括一高精度的滑移模块、一滑动地架设于该滑移模块的图像撷取单元以及一运算单元，并利用该图像撷取单元撷取该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶的图像；以及利用该运算单元分析该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶的图像，以根据该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶计算每一该子板与该电路板的相对偏移量；以及提供一独立于该检知装置的元件着装机台，该元件着装机台设置于该检知装置的下游，且该元件着装机台根据每一该子板的偏移量进行补正及根据补正的结果在每一该子板上进行一置件步骤。

本发明具有以下有益的效果：本发明主要利用检知装置的运算单元以软件高速运算的方式对电路板的图像进行图像分析，借此可快速得知子板上的不良品标记的检知结果及根据子板上的定位标靶的位置以计算子板的偏移量，并将检知结果与偏移量传递给下游的取置机，让取置机不用花费时间进行不良子板的检测，而可直接进行前述子板偏移量的补正后进行正确的置件，故可缩短取置机的产出时间(cycle time)。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1显示本发明的检知与置件系统的示意图。

图2显示本发明的电路板的示意图。

图3显示进行本发明的电路板的标记检知及偏移量检知的方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

10    图像撷取单元

11    滑移模块    111    滑轨

112   解码器

20    运算单元

30    电路板

31    子板        301    不良品标记

                  302、303定位标靶

40    元件着装机台

具体实施方式

本发明是在元件着装机台(如取置机、倒装置件机：Flip Chip Mounter)的上游提供一独立于该元件着装机台的检知装置，其用以快速地、独立地检知电路板上的多个子板上的不良品标记(bad mark)或/及定位标靶(localfiducial mark)，并传递给下游的取置机，让后续的置件步骤能根据该标记的检知装置所得到的检知数据，针对属于良品的子板进行置件，而使取置机的待机时间(包括进片、出片、标靶检知时间及不良品标记的检知时间)大幅缩短，不用在置件机上进行该项检知作业，进而提升整体生产线的产能。且本发明的检知装置可达到相当高精度的补正作业，如偏移量在±10μm以下。

请先参考图2，其为一种电路板30态样的示意图，电路板30包括多个子板31，故电路板30又可称作多联板，所述多个子板31在经过一定的判别步骤后便会被区分为良品及不良品，而属于不良品的子板31就会以不良品标记(bad mark)301的方式标示之，而如图1所示的检知装置即能快速的检知上述的不良品标记301，使元件着装机台40可以根据检知装置所得到的检知数据针对属于良品的子板31进行置件，即元件着装机台40不会将元件设置于不良的子板31上，进而达成节省材料的功效。而本发明即可有效率的判别何者为不良品的子板31，何者又为良品的子板31，并将信息传递给下游的元件着装机台40，节省了传统取置机利用硬件机构进行移动以检知不良子板所浪费的时间。在检知过程中，电路板30会先被固定装置，例如真空吸盘等所固定，以利后续的分析检知。

请复参考图1，其为本发明的进行电路板的标记(包括不良品标记301与后文所介绍的定位标靶302、303)的系统示意图，其中检知装置可至少包括一滑动地架设于滑移模块11的图像撷取单元10以及一运算单元20，该图像撷取单元10可用于一次性地撷取电路板30的全图像(即完整的图像)；或者，该图像撷取单元10可用于多次性地撷取电路板30的不同区域的图像以组成该电路板30的全图像，例如利用运算单元20以图像处理技术将多个电路板30的部分图像加以组合，以形成完整的电路板30的全图像，以利后续的图像分析。而在一具体实施例中，图像撷取单元10具有一预定解析度及一预定放大倍率且在一预定工作距离(working distance)下撷取该电路板30的图像。换言之，本具体实施例中，该图像撷取单元10也可为大型的线性扫瞄器(line scanner)，其工作距离可在20至300毫米(mm)的条件下，将电路板30通过该线性扫瞄器以撷取电路板30的图像(全图像或是多个部份图像)。再者，在本具体实施例中，该图像撷取单元10更进一步包括多个发光单元，以提供较佳的照明情况，所述多个发光单元可为发光二极管或是日光灯管等。

而检知装置的运算单元20则用以接收电路板30的图像并利用图像分析软件依序检视该电路板30上的子板31的图像，以根据定位标靶302、303计算每一子板31的偏移量，并检知每一该子板31上是否有不良品标记。请参考图3，运算单元20主要具有多种电子运算模块，例如：开关模块、控制模块、参数设定模块等等，举例来说运算单元20可具有主选单、工作设定等控制手段以让该运算单元20进行接收并分析该电路板30的图像；又如该参数设定模块包括电路板参数设定的手段、检知参数的手段等，该电路板参数设定的手段可设定待检知电路板30的尺寸规格，而该检知参数的手段可设定不同的检知条件，如光源大小等，使该运算单元20可以回馈控制该图像撷取单元10进行最佳的图像撷取。而该运算单元20的其他模块在于进行产品的选择或系统调整等功能，在此不再赘述。另外，运算单元20更具有存储模块，运算单元20所输出的检知数据可存储于其中，存储模块可为内建于运算单元20中或为外部数据存储单元，如远端数据库、云端服务器或是载入于光盘等光学存储媒体。

再者，滑移模块11具有滑轨111及耦接于图像撷取单元10的解码器112，滑轨111具有相当高的真直性，以激光校验工具进行检测，本发明所使用的滑轨111的真直性较佳地在300mm长度下偏移量不超过5um，较佳不超过1um，且可经过激光校验工具(如激光干涉仪校准及相关软件等)的检测与补正得知滑轨111在某长度下的偏移量。在本实施例中，图像撷取单元10可滑动地安装于滑轨111，而两者之间的垂直度也同样经过精准的校验。因此，图像撷取单元10与滑轨111可定义出一个参考坐标架构，而前述用于固定电路板30的固定装置会高精准地对应滑移模块11的参考坐标架构，换言之，滑移模块11与固定装置之间具有精准的轴向对应性，亦即滑移模块11与固定装置架构在同一个坐标架构下，使图像撷取单元10可在滑移模块11上移动，并撷取电路板30的图像，以精确地检知/分析电路板30的偏移量。另外，解码器112可用于分析/计算图像撷取单元10在滑移模块11的滑轨111上所移动的距离，故可用滑轨111在某长度下的偏移量计算图像撷取单元10在移动时所产生的位置偏移。因此，当图像撷取单元10沿着滑轨111移动时即可撷取电路板30的图像，而图像撷取单元10可将电路板30的图像传送至运算单元20，解码器112则将图像撷取单元10所移动的距离传送至运算单元20，故运算单元20可依据上述数据得知电路板30上的定位标靶302、303的位置信息(此部分内容将于下文进行说明)。

如图1所示，检知装置的下游设有元件着装机台40，且元件着装机台40独立于检知装置，在一实施例中，该元件着装机台40可为晶片取置机或打线机、点胶机，如固晶机(die bonder)、倒装置件机(flip-chip mounter)等其他可用以进行晶片取置或线路连接的机台或设备(例如应用在BGA的封装工艺，可生产MICRO-SD、DDR II等产品)，而该元件着装机台40可以经由该运算单元20获得检知数据，例如，元件着装机台40直接连接于运算单元20以抓取检知数据，或是元件着装机台40通过前述的外部数据存储单元，如远端数据库、云端服务器等取得检知数据；该检知数据可记录有该电路板上的子板的优劣情况，该元件着装机台40并可依据该检知数据进行置件的作业。因此，检知装置可应用于SMD工艺或是一般元件厂的打线工艺。

请参考图3，其为本发明所提出的电路板的标记检知及偏移量检知的方法，其中包括以下步骤：

步骤(a)：提供一电路板30，其包括多个子板31，其中所述多个子板31中属于不良品的子板31上设有一不良品标记301，如图2所示，电路板30具有多个子板31，而某些子板31具有不良品标记301。而在步骤(a)的前更包括一标记步骤，为利用激光或贴附的方法将该不良品标记301设置于属于不良品的子板31上，以利后续工艺的进行，其中该不良品标记301具有一预定尺寸，例如3×3(mm²)或4×4(mm²)等大小，且该不良品标记301的主要特征需具有高度的反差，以利图像分析的准确度。

且每一子板31上更设有定位标靶(local fiducial mark)302，电路板30上设有定位标靶303，根据定位标靶302、303的位置，运算单元20可分析出子板31的偏移量，以决定所需要的偏移补正数值。

步骤(b)：提供一独立的检知装置，该电路板的标记的检知装置包括一滑动地架设于滑移模块11的图像撷取单元10以及一运算单元20，其中利用该图像撷取单元10撷取该电路板30的全图像，如前文所述，该图像撷取单元10具有一预定解析度及一预定放大倍率且在一预定工作距离(workingdistance)下撷取该电路板30的完整图像，例如一次性地撷取全图像，或是多次撷取部分图像再加以组合为完整的图像。在检知过程中，电路板30会先被固定装置，例如真空吸盘等所固定，由于滑移模块11与固定装置架构在同一个坐标系统中，且滑移模块11的滑轨111的高真直性，图像撷取单元10与滑轨111之间的高垂直度，当图像撷取单元10在滑移模块11的滑轨111移动以撷取电路板30的图像，可使图像撷取单元10所撷取的图像能完全表达出电路板30上的定位标靶302、303的位置，并可使运算单元20据以计算出其偏移量及所需调整的补偿量。

步骤(c)利用该运算单元20依序检知该电路板30的所述多个子板31的图像，以判定每一子板31上是否有该不良品标记301及利用定位标靶302、303计算每一子板31的偏移量。在此步骤之前，使用者可利用该运算单元20中的参数设定模块设定子板31的尺寸，亦即进行一设定该子板31尺寸的步骤，以使该运算单元20得以根据该子板尺寸依序检知该电路板30的所述多个子板31的图像。

具体而言，该运算单元20可先定义一检知区域(field of view，FOV)，并将该检知区域移动至对应于该待分析的子板31图像上的位置，借此，该运算单元20可分析定位标靶302、303的位置以计算子板31的位置、角度的偏移量，并分析检知区域中是否出现不良品标记301，以判定此一子板31上是否属于不良品；接着将上述数据汇整为一检知结果。接下来该运算单元20会判定是否继续进行下一个子板31的分析工作，直到分析完所撷取的电路板30的图像中的最后一个子板31，再统整上述的检知结果以输出一检知数据。由于本步骤中主要使用图像分析软件等进行分析，故此一分析步骤所花费的时间甚小，如1秒或小于1秒。举例来说，本发明的检知装置仅花费1至2秒即可得到检知的结果，与传统上以分别检知的方式同样进行检知一百片子板311所需的时间相比(如MICRO-SD的多联板的检知整体时间可估算为30秒)，本发明可大幅提高检知的效率，进而提高生产效能，例如以100个子板的情况下，检知的时间可缩短至小于1秒。

因此，本发明除了可利用独立的检知装置快速地检视子板31上是否具有不良品标记301，以分析出子板31是否为良品，更根据定位标靶302、303的位置以计算子板31的位置、角度的偏移量，以利后续置件作业时进行补正，以避免置件位置的偏差。具体而言，由于滑轨111的真直性及图像撷取单元10与滑轨111之间的垂直度均在一定的误差范围内，且可被本发明的检知装置所得知，故图像撷取单元10所扫瞄到的定位标靶302、303的位置可视为相当精准的位置，而运算单元20可依据电路板30的两个对角的定位标靶303的位置计算电路板30的中心点坐标(包括X轴坐标、Y轴坐标及角度)；接着运算单元20可依据每一子板31的两个对角的定位标靶302的位置计算每一子板31的中心点坐标(包括X轴坐标、Y轴坐标及角度)，即可利用电路板30的中心点坐标与每一子板31的中心点坐标的比对，即可得知子板31相对于电路板30的位置、角度的偏移量(即X、Y、Θ)。

换言之，本发明更可以利用上述的电路板的标记检知及偏移量检知的方法达到较佳效率的置件方法，即以独立的元件着装机台40根据每一子板31的偏移量进行补正及根据每一子板31上是否有该不良品标记301而在属于良品的子板31上进行一置件步骤；具体而言，当电路板30送入元件着装机台40，元件着装机台40会先撷取电路板30上的定位标靶303，即可通过任何可能的数据传输方法由本发明的检知装置得知每一子板31相对于电路板30的位置、角度的偏移量，并依据前述的偏移量加以补正后进行置件。而在使用软板的情况下，软板上的定位标靶302、303的数量多于不良品标记301的数量，故更可以凸显出本发明对于置件产线的产能的提高。

本发明可以有效缩短元件着装机台40的闲置时间，故可以提高产线生产的效能。以下仍然以100片的MICRO-SD的置件生产线进行说明，利用本发明的置件方法的生产线，印刷机的作业时间仍为25秒，回焊炉的作业时间也为25秒，而本发明的检知装置进行撷取图像、检知不良品标记(包括定位标靶)的时间为10秒(但为串连布置其将不影响取置机工作时间)，晶片取置机的工作时间则为进片、退片、标靶检知时间、置件时间的总时间为44秒，故整条生产线的cycle time即为44秒；故可大幅提升现有技术所述的生产cycle time(从74秒缩短至44秒)，约提升40％的产能，以此提高的产能可计算出一年的产值提高的金额，以一年机台运作12个月、一个月25天、一天20小时，若工作效率为8成、每一元件置放时间为0.1秒、每一片收益0.1元为例，可用下列计算式12(月)××25(天)×20(小时)×3600(秒)×80％÷0.1(颗/秒)×0.1(元)×40％＝6912000(元)，亦即一年产值可以提升将近七百万元。若一条生产线上有两台取置机，传统的生产线的印刷机的作业时间仍为25秒，回焊炉的作业时间也为25秒，取置机的工作时间为4秒(进片、退片、标靶检知时间)+(30/2)秒(不良品检知时间)+(40/2)秒(置件时间)＝39秒，故整条生产线的cycle time即为39秒；反之，运用本发明的置件方法，印刷机的作业时间仍为25秒，回焊炉的作业时间也为25秒，多联板的标记的检知装置的撷取图像、检知不良品标记(包括定位标靶)的时间为10秒，取置机的工作时间为4秒(进片、退片、标靶检知时间)+(40/2)秒(置件时间)＝24秒，故整条生产线的cycle time即为25秒，相较之下生产效能也就提高了37％。

综上所述，本发明具有下列诸项优点：

1、具有较佳的检知效率：本发明可撷取电路板的图像，再利用运算单元的高速运算能力及图像分析技术判别每一子板上是否有不良品标记及子板的偏移量，借此可输出多联板的上的不良子板及每一子板相对于母板偏移量的检知数据，以使元件着装机台得以进行偏移量的补偿并根据该检知数据进行置件，以解决传统元件着装机台必须先进行不良品检知及每一子板偏移量检知再进行置件所造成的闲置时间过长的问题，且本发明可针对非常精密的尺寸等级的子板进行偏移量检知。

2、另一方面，本发明利用较有效率的检知方法以快速判读子板的优劣情况，使得后续的元件着装机台可以直接接收该不良品检知装置所得到的检知数据，借此可提高生产线的产能，例如每片产出时间就可以大幅的缩短。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的权利要求范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效技术变化，均包含于本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种电路板的标记检知及偏移量检知的方法，其特征在于，包含以下步骤：

提供至少一电路板，其由多个子板所组成，其中该电路板上与所述多个子板上分别具有定位标靶；

提供一检知装置，该检知装置至少包括一高精度的滑移模块、一滑动地架设于该滑移模块的图像撷取单元以及一运算单元，并利用该图像撷取单元撷取该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶的图像；以及

利用该运算单元分析该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶的图像，以根据该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶计算每一该子板与该电路板在X轴、Y轴及角度的相对偏移量(X，Y，Θ)，且所述多个偏移量的精度小于±10μm。

2.如权利要求1所述的电路板的标记检知及偏移量检知的方法，其特征在于，在提供一检知装置的步骤中，该图像撷取单元为线性扫瞄器。

3.如权利要求1所述的电路板的标记检知及偏移量检知的方法，其特征在于，该滑移模块具有一滑轨及一耦接于该图像撷取单元的解码器，该滑轨的真直性经激光干涉仪校准及软件补正，其精度为在300mm长度下偏移量不超过1um，该解码器计算该图像撷取单元在该滑轨上所移动的距离。

4.如权利要求1所述的电路板的标记检知及偏移量检知的方法，其特征在于，在利用该运算单元分析该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶的图像的步骤中，是利用该电路板的定位标靶的位置计算该电路板的中心点坐标，且利用每一该子板的定位标靶的位置计算每一该子板的中心点坐标，以计算出每一该子板与该电路板的相对偏移量。

5.如权利要求1所述的电路板的标记检知及偏移量检知的方法，其特征在于，在利用该运算单元分析该电路板的图像的步骤之前还包括一设定每一该子板的尺寸的步骤。

6.如权利要求5所述的电路板的标记检知及偏移量检知的方法，其特征在于，在利用该运算单元分析该电路板的图像的步骤中，该运算单元定义一检知区域对应于该电路板的图像。

7.一种置件方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供至少一电路板，其由多个子板所组成，其中该电路板上与所述多个子板上分别具有定位标靶；

提供一检知装置，该检知装置至少包括一高精度的滑移模块、一滑动地架设于该滑移模块的图像撷取单元以及一运算单元，并利用该图像撷取单元撷取该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶的图像；以及

利用该运算单元分析该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶的图像，以根据该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶计算每一该子板与该电路板的相对偏移量；以及

提供一独立于该检知装置的元件着装机台，该元件着装机台设置于该检知装置的下游，且该元件着装机台根据每一该子板的偏移量进行补正及根据补正的结果在每一该子板上进行一置件步骤。

8.如权利要求7所述的置件方法，其特征在于，在提供一独立于该检知装置的元件着装机台的步骤中，该元件着装机台先分析该电路板上的定位标靶，以得知每一该子板与该电路板的相对偏移量，接着根据该每一该子板的偏移量将该电路板的每一该子板的偏移加以补正，再进行该置件步骤。

9.如权利要求7所述的置件方法，其特征在于，在提供一检知装置的步骤中，该图像撷取单元为线性扫瞄器。

10.如权利要求7所述的置件方法，其特征在于，该滑移模块具有一滑轨及一耦接于该图像撷取单元的解码器，该滑轨的真直性为在300mm长度下偏移量不超过1um，该解码器计算该图像撷取单元在该滑轨上所移动的距离。

11.如权利要求7所述的置件方法，其特征在于，在利用该运算单元分析该电路板上的定位标靶与所述多个子板上的定位标靶的图像的步骤中，是利用该电路板的定位标靶的位置计算该电路板的中心点坐标，且利用每一该子板的定位标靶的位置计算每一该子板的中心点坐标，以计算出计算每一该子板与该电路板的相对偏移量。

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