CN108168444A - 用于pcb应用的在空气悬浮上的在线计量 - Google Patents

Abstract

一种测量系统，其测量各种PCB面板特性，诸如PCB面板厚度、表面特征厚度(高度)、表面特征宽度和长度以及翘曲。还描述了各种技术来稳定PCB面板以用于测量，而不论PCB面板是水平定位还是竖直定位。Z高度测量以及光强度测量可用于确定各种PCB面板特性。所确定的光强度值、所确定的Z高度值中的任一者或二者可被用于确定从一个区域或材料类型到另一区域或材料类型的像素过渡。技术还被提供以降低PCT面板振动和/或自动调节传感器的Z高度以确保在PCB面板上的采样点在可允许的Z高度范围内。

Description

用于PCB应用的在空气悬浮上的在线计量

相关申请

本专利申请根据35U.S.C.119(e)要求于2016年11月17日提交的名称为“InlineMetrology on Air Floating for PCB Applications”的共同未决美国临时专利申请案第62/423,654号的优先权，其通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及检查和测量装置。更具体地，本发明涉及用于测量印刷电路板(PCB)面板的厚度和PCB面板上的表面特征厚度的装置和系统。

背景技术

电路板和电路板面板被设计成具有特定特性，例如特定的电路板厚度和电路特征尺寸。通常，电路板面板必须从制造线上移除并被放置在振动隔离表面上以用于测试。目前，电路板制造期间的在线测试是缺乏和不足的。已经使用激光器和检测器装置来测量施加到电路板表面的焊膏的厚度，但是这样的装置和测量技术不能解决对电路板厚度和电路特征尺寸的测量。

发明内容

一种测量系统，其自动执行厚度测量功能，用于确定PCB面板的厚度、PCB表面上的表面特征的厚度以及PCB面板表面上特定点处的材料类型。测量系统提供用于稳定PCB面板的器件，以使得能够采用真实的在线测量。测量系统可以包括一个或多个光发射器和检测器装置，用于定位PCB面板的可移动平台，用于移动每个光发射器和检测器装置的可移动平台，以及用于控制平台的移动和计算PCB面板厚度、表面特征厚度和材料类型的控制器。每个光发射器和检测器装置包括用于将光束发射到PCB面板上的光发射器和用于接收对应的反射光的传感器。所感测的数据由控制器使用以确定PCB面板的厚度、表面特征厚度和表面材料类型。

在一个方面中，公开了一种测量系统。测量系统包括印刷电路板面板、光发射器和检测器装置、移动和对准设备、和控制器。印刷电路板面板包括具有第一侧和与所述第一侧相反的第二侧的基板，其中，述第一侧包括绝缘层，该绝缘层具有定位在该绝缘层上的导电表面特征。光发射器和检测器装置包括光源和传感器。光发射器和检测器装置相对于印刷电路板面板定位为使得从光源输出的光束撞击在基板的第一侧上的一个或多个采样点。传感器被配置为接收对应于光束的反射光。移动和对准设备联接到印刷电路板面板及光发射器和检测器装置。移动和对准设备配置为提供光发射器和检测器装置与印刷电路板面板之间的相对移动，并且配置为在印刷电路板面板的第一侧的至少一部分之上扫描光束。控制器配置为从传感器接收对应于所接收到的反射光的数据，并且配置为确定对应于每个采样点的距离测量结果、及确定印刷电路板面板的相对厚度和表面特征的高度。

在一些实施例中，每个采样点对应于撞击印刷电路板面板的第一侧的光束的像素。在一些实施例中，光发射器和检测器装置被配置为发射聚焦为点的光束，其中光束点作为单个像素撞击印刷电路板面板的第一侧。在一些实施例中，光发射器和检测器装置被配置为发射聚焦为线的光束，其中光束线作为像素的线性系列撞击印刷电路板面板的第一侧。在一些实施例中，光发射器和检测器装置被配置为发射光束，所述光束聚焦成作为二维像素阵列撞击印刷电路板面板的第一侧。在一些实施例中，传感器配置为根据每个采样点感测像素数据。在一些实施例中，光发射器和检测器装置被配置为确定与撞击印刷电路板面板的光束的每个像素对应的距离测量结果。在一些实施例中，传感器被配置为感测每个像素的光强度值，并且光发射器和检测器装置被配置为确定每个像素的光强度测量结果。在一些实施例中，控制器被配置为接收每个像素的光强度测量结果，并且确定与每个像素对应的采样点是否是印刷电路板面板的第一侧上的与绝缘层或表面特征对应的点。在一些实施例中，控制器被配置为，通过将光强度测量结果与已知材料类型的光强度测量结果比较，以确定与每个像素对应的材料类型，并以将所确定的与所述像素对应的材料类型与已知的绝缘层和表面特征材料比较，来确定与所述像素对应的采样点是否是印刷电路板面板的第一侧上的与绝缘层或表面特征对应的点。在一些实施例中，控制器进一步被配置为，通过比较所确定的相邻像素的材料类型，来确定沿着第一侧从绝缘层到表面特征以及从表面特征到绝缘层的过渡点；并且被配置为确定沿着被测量的采样点的线分离相继的过渡点的像素的数量，其中，所确定的分离相继的过渡点的像素的数量对应于表面特征尺寸。在一些实施例中，控制器进一步被配置为，通过比较所确定的相邻像素的距离测量结果，来确定沿着第一侧从绝缘层到表面特征以及从表面特征到绝缘层的过渡点；并且被配置为通过比较使用所确定的距离测量结果而确定的和使用所确定的光强度测量结果而确定的过渡点，来确定验证所确定的过渡点的准确度。在一些实施例中，控制器进一步被配置为，通过比较所确定的相邻像素的距离测量结果来确定沿着第一侧从绝缘层到表面特征以及从表面特征到绝缘层的过渡点；并且被配置为确定沿着被测量的采样点的线分离相继的过渡点的像素的数量，其中，所确定的分离连续的过渡点的像素的数量对应于表面特征尺寸。

在一些实施例中，印刷电路板面板的第二侧包括第二绝缘层，并且所述光发射器和检测器装置是具有第一光源和第一传感器的第一光发射器和检测器装置，并且所述测量系统还包括具有第二光源和第二传感器的第二光发射器和检测器装置，其中，所述第二光发射器和检测器装置相对于印刷电路板面板定位为使得从所述第二光源输出的第二光束撞击在基板的第二侧上的一个或多个采样点，进一步地，其中，所述第二传感器配置成接收对应于所述第二光束的第二反射光，进一步地，其中，所述移动和对准设备联接到所述第二光发射器和检测器装置，其中，所述移动和对准设备还配置为提供所述第二光发射器和检测器装置与印刷电路板面板之间的相对移动、并且配置为在印刷电路板面板的第二侧的至少一部分之上扫描所述第二光束，其中，所述控制器还配置为从所述第二传感器接收对应于所接收到的第二反射光的数据、并且配置为确定对应于第二侧上的每个采样点的距离测量结果和确定印刷电路板面板的相对厚度。在一些实施例中，移动和对准设备配置为独立于所述第二光发射器和检测器装置而移动和对准第一光发射器和检测器装置。在一些实施例中，移动和对准设备配置为协调第一光发射器和检测器装置及第二光发射器和检测器装置的移动和对准，使得第一光发射器和检测器装置及第二光发射器和检测器装置同时扫描印刷电路板组件的第一侧和第二侧上的所对准的样品点。在一些实施例中，控制器被配置为，当特定采样点在第一光发射器和检测器装置和第二光发射器和检测器装置上与绝缘层对准时，使用在所述特定采样点处的来自第一光发射器和检测器装置的所确定的距离测量结果和在所述特定采样点处的来自第二光发射器和检测器装置的所确定的距离测量结果，来确定在所述特定采样点处的印刷电路板面板的厚度，所述特定采样点在第一侧和第二侧上都被对准。在一些实施例中，控制器进一步被配置为，当另一特定采样点在第一光发射器和检测器装置上与第一表面特征对准并且在第二光发射器和检测器装置上与绝缘层对准时，使用在所述另一特定采样点处的来自第一光发射器和检测器装置的所确定的距离测量结果和在所述另一特定采样点处的来自第二光发射器和检测器装置的所确定的距离测量结果，来确定在所述另一特定采样点处的第一表面特征的高度，所述另一特定采样点在第一侧和第二侧上都被对准。

附图说明

参考附图描述了几个示例实施例，其中相似的部件被提供有相似的附图标记。示例实施例旨在说明而不是限制本发明。附图包括以下图：

图1示出了根据一实施例的测量系统的概念性框图；

图2示出了处于第一位置的与PCB面板对准的用于感测漫反射光的光发射器和检测器装置的侧视图；

图3示出了根据一些实施例的测量系统的透视俯视图；

图4示出了根据其它实施例的测量系统的侧视图；

图5示出了根据一些实施例的测量系统的侧视图，其中PCB面板被竖直地定位；

图6和7示出了根据一些实施例的具有被协调的光发射器和检测器装置的测量系统的侧视图。

具体实施方式

本申请的实施例涉及一种测量系统。本领域的普通技术人员将认识到，测量系统的以下详细描述仅是说明性的，并不意图以任何方式进行限制。测量系统的其它实施例将容易地向受益于本公开的技术人员启示其本身。

现在将详细参考如附图中所示的测量系统的实施方式。贯穿附图和下面的详细描述将使用相同的参考标记来指代相同或相似的部分。为了清楚起见，并未示出和描述在本文中描述的实施方式的所有常规特征。当然，应该理解的是，在任何这样的实际的实施方式的开发中，为了实现开发者的特定目标(诸如符合应用和业务相关的约束)，必须做出许多特定于实施方式的决定，并且这些特定的目标随实施方式的不同和开发者的不同而将不同。此外，应该理解的是，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域的普通技术人员来说仍然是常规的工程任务。

图1示出了根据一实施例的测量系统的概念性框图。测量系统10包括光发射器和检测器装置12、移动和对准设备14、PCB面板16和处理模块18。光发射器和检测器装置12包括用于将光束发射到PCB面板板16上的光发射器和用于接收对应的反射光的传感器。所感测的数据被提供给处理模块18。

移动和对准设备14可以表示一个或多个移动和对准装置，每个移动和对准装置可以彼此独立或者具有一个或多个共用部件和/或安装结构。在一些实施例中，第一移动和对准装置被配置成适当地移动和对准光发射器和检测器装置12，并且第二移动和对准装置被配置为适当地移动和对准PCB面板16。在具有两个或更多个光发射器和检测器装置的配置中，可以为每个光发射器和检测器装置配置单独的移动和对准装置。第一和第二移动和对准装置可被配置成相对于彼此和/或相对于外部对准标记适当地对准和移动。通过移动光发射器和检测器装置12和/或PCB面板16，光发射器和检测器装置12和PCB面板16被适当对准。在一些实施例中，使用两个单独的光发射器和检测器装置，一个光发射器被定位在PCB面板的任一侧上。在这种情况下，另一第一对准和移动装置被配置为适当地对准第二光发射器和检测器装置。在一些实施例中，X-Y-Z台架被用作第一对准和移动装置。

在一些实施例中，第二对准和移动装置包括空气条、X-Y台架和/或滚子，所述空气条被配置为使PCB面板浮动在高度受控的气垫上，所述滚子附接到PCB面板的一个或多个侧面。PCB面板是附接在一起的多个PCB的汇集件。最终，PCB面板将被切割以形成单独的PCB，但是在PCB面板形式中，单独的PCB仍然连接在一起。应避免在制造和测试过程期间与PCB面板的表面接触，以防止损坏PCB。然而，PCB面板在PCB面板的外周边缘周围确实具有非功能性部分，其可以被接触而不用担心损坏PCB。第二对准和移动装置可以包括诸如X-Y台架和/或滚子的机构，其沿着非功能性外周边缘与PCB面板接口。在一些实施例中，使用一个或多个空气条来形成受控的气垫。PCB面板通过气垫悬挂在空气条之上以减小振动，并且第一光发射器和检测器装置被定位在PCB面板的顶表面之上。在具有两个光发射器和检测器装置的情况下，第二光发射器和检测器装置被定位在PCB面板的底表面的下方，并且空气条被充分间隔以使得能够通过第二光发射器和检测器装置光学询问底表面的至少一部分。在一些实施例中，PCB面板是可移动的，以便在所述一个或多个光发射器和检测器装置保持静止的同时，在X-Y平面中移动PCB面板。在其他实施例中，所述一个或多个光发射器和检测器装置可移动地安装以便在X-Y平面中移动，并且PCB面板是静止的。在其他实施例中，PCB面板是可移动的，并且所述一个或多个光发射器和检测器装置也是可移动的。

在其他实施例中，第二对准和移动装置包括附接到PCB面板的一个或多个侧的X-Z台架，并且PCB面板被竖直地悬挂。第一光发射器和检测器装置被定位到竖直悬挂的PCB面板的一侧。在具有两个光发射器和检测器装置的情况下，第二光发射器和检测器装置被定位在竖直悬置的PCB面板的与第一光发射器和检测器装置相对的一侧上。

移动和对准装置14被配置成适当地移动和对准光发射器和检测器装置12以及PCB面板16，使得可以在PCB面板16上的一个或多个采样点处进行厚度测量。在一些实施例中，光发射器和检测器装置12也可移动地安装到光发射器和检测器装置12，以便调节光发射器和检测器装置12相对于PCB面板6的Z高度，从而保持PCB面板上的采样点在可接纳的Z高度范围内。光发射器和检测器装置12的Z高度可以通过使用传感器数据本身被保持。移动和对准设备14以及用于光发射器和检测器装置12的安装件可以配置成被手动地移动或通过自动控制移动。

处理模块18可以包括一个或多个控制器和/或电子处理电路，其包括但不限于微处理单元(MPU)、中央处理单元(CPU)或其它集成电路，其可以是单独的、集成的或某种组合的，用于控制移动和对准设备14以及光发射器和检测器装置12、处理所感测的反射光数据以生成Z高度测量结果和光强度测量结果、运行用于在PCB面板上的多个点处采样的一个或多个算法、以及分析测量结果以确定各种PCB面板和电路特征特性。处理模块18还可以包括用户输入/输出，诸如用于显示原始数据、中间数据和分析结果的显示器，以及本领域公知的键盘、鼠标或其他用户接口设备。

在示例性应用中，待测量的PCB面板具有前侧表面和后侧表面。PCB面板的测量是在制造阶段进行的，其中前侧表面和后侧表面由诸如半固化片的绝缘层制成，该绝缘层具有选择的导电图案化互连部。在PCB面板上的任何给定点处，特定点可与绝缘层或导电互连部(诸如金属迹线或接合垫)中的任一个重合。测量系统的目标是测量PCB面板厚度和电路特征厚度，其中电路特征被认为是任何类型的导电互连部。通过在与绝缘层重合的特定点处进行测量来确定PCB面板厚度测量结果，并且通过在与导电互连部重合的特定点处进行测量来确定电路特征厚度。

光发射器和检测器装置12包括光源，用于引导由光源产生的光束并将所接收的反射光引导至传感器的传感器和光学器件。在一些实施例中，光发射器和检测器12包括处理电路和算法，以使用所感测的反射光数据确定PCB面板上的采样点与光发射器和检测器装置上的预定点(诸如传感器位置)之间的Z高度。在其它实施例中，光发射器和检测器装置12将所感测的反射光数据和适当的装置数据传输到处理模块18，并且处理模块18配置有处理电路和算法，以使用从光发射器和检测器装置12接收到的数据确定PCB面板上的采样点和光发射器和检测器装置上的预定点之间的Z高度。应理解的是，可以使用任何常规的光发射器和检测器装置、处理电路和算法来确定Z高度。例如，一种类型的光发射器和检测器装置被配置为感测和处理漫反射光，其中来自光源的入射光沿垂直于PCB面板表面的竖直轴线被投射到PCB面板上。图2示出了处于第一位置的与PCB面板16对准的用于感测漫反射光的光发射器和检测器装置12的侧视图。在这种配置中，光发射器和检测器装置12被定位成使得入射光44沿着竖直轴线46对准。在图2所示的示例性配置中，反射角度是由光源产生的光波长的函数。应理解，对于不同的光波长可以使用不同的反射角度。还应理解，可以使用其他类型的光发射器和检测器装置，所述类型根据应用来确定。

在一些实施例中，测量系统被配置为使得PCB面板水平对准并且被安装在多个空气条上，并且光发射器和检测器装置被定位在PCB面板之上以测量PCB面板的前侧。图3示出了根据一些实施例的测量系统的透视俯视图。PCB面板16平放在水平位置中，其中前侧表面朝上，后侧表面朝下。多个空气条20被定位在PCB面板16的下方。每个空气条20从其顶表面喷射加压空气，并且在PCB面板16与每个空气条20的顶表面之间形成气垫。以这种方式，PCB面板16通过气垫被悬挂而不会与空气条20物理接触。在图3所示的示例性配置中，存在两个空气条20。应该理解，多于两个的空气条可以相邻地定位以支撑PCB面板16。还如图3所示的，相邻的空气条20相互分离。应理解的是，空气条可以彼此直接相邻地定位，在一些情况下，其彼此接触。空气条定位成越靠近彼此，所提供的整个气垫越充实且越均匀。PCB面板越大且越柔性，PCB面板可以在无支撑区域向下弯曲越多。空气条的数量和密度可以被选择以减少PCB面板的振动，以及减轻弯曲。在一些实施例中，每个空气条包括加压空气和真空的组合以精确定位PCB面板。一般来说，空气条提供无接触的和精确的安装机构。如图3进一步所示，光发射器和检测器装置12被定位在被安装的PCB面板16的上方。光发射器和检测器装置12被安装到对应的移动和对准设备(未示出)，以适当地定位光发射器和检测器装置12。在一些实施例中，移动和对准设备进一步被配置为相对于PCB面板16移动光发射器和检测器12。在一些实施例中，PCB面板16联接到诸如接触PCB面板16的非功能性外周边缘的滚子的另一移动和对准设备(未示出)，以相对于空气条16移动PCB面板16。移动和对准设备可以被配置为移动PCB面板16和/或光发射器和检测器装置12，使得从光发射器和检测器装置12发射的光遍及PCB面板16的前侧表面的整体或限定部分扫描。

光发射器和检测器装置12包括可配置成在规定的结构中的发射光的扫描头。在一些实施例中，扫描头发射作为单个点(诸如像素)撞击PCB面板的光。在其他实施例中，扫描头发射作为线(诸如一系列相邻的像素)撞击PCB面板的光。在其他实施例中，扫描头发射作为表面区域撞击PCB面板的光，该表面趋于诸如像素的N×M阵列，其中N＞2且M≥1。

可以测量给定点处的PCB面板的厚度，用于通过将针对给定点确定的Z高度测量结果与在PCB面板上的诸如基准位置的校准点处确定的Z高度测量结果进行比较而得到相对准确度。如果给定点处的Z高度测量结果在校准点处的Z高度测量结果的公差内，则给定点处的PCB厚度被认为在公差内，并且符合规范。当被测量的给定点对应于绝缘层时可以做出这样的确定。当给定点对应于表面特征的情况下，可以从校准点处的Z高度测量结果减去测得的Z高度，并且如果差值在限定的表面特征高度的公差内，则在给定点处的表面特征厚度被认为是在公差内，并符合规范。应理解的是，可以使用其他方法来确定给定点处的PCB面板厚度或表面特征厚度是否在公差内。例如，代替将在给定点处确定的Z高度与校准点处的Z高度进行比较，可将在给定点处确定的Z高度与在邻近给定点的点处的其他确定的Z高度值进行比较，这些相邻点被认为是局部区域。可以比较局部区域内的Z高度，可以比较相邻局部区域的平均Z高度，和/或可以将给定点的Z高度与相邻局部区域的平均Z高度进行比较，都是为了确定所确定的Z高度是否在公差内。

在扫描头被配置为发射线或表面区域的情况下，线的长度或表面区域尺寸也是可配置的。在大多数应用中，线长度小于PCB面板的长度或宽度，并且表面区域小于PCB面板的表面区域。如果PCB面板通常被称为在XY平面中延伸(PCB面板的厚度在Z轴中参考)，则可以扫描像素的线(X方向或Y方向)，或者可以扫面表面区域(X乘Y区域)。作为线或表面区域的扫描基本上多路复用来自多个单独像素的测量，这增加了扫描速度。这种多路复用还使得单个光发射器和检测器装置能够确定表面特征位置、高度和宽度。例如，扫描头被配置为扫描具有500个像素的线，并且传感器能够同时感测对应于全部500个像素的数据。沿着这条线，一些像素撞击PCB面板的绝缘层，一些像素撞击表面特征。撞击绝缘层的那些像素比撞击表面特征的那些像素具有更高的测量Z高度。每个较大的值可以用作绝缘层位置，并且每个较小的值可以用作表面特征位置。比较这些较大和较小的值可以确定从绝缘层到表面特征的过渡，反之亦然。过渡点之间的像素距离可以确定表面特征的尺寸。另外，局部区域中的较大值可以被平均作为相对局部PCB面板厚度，并且可以从平均相对局部PCB面板厚度中减去较小值以确定表面特征高度。可以应用类似的功能和扫描能力来实现期望的表面区域尺寸。

为了提高通过量和扫描速度，可以使用多个光发射器和检测器装置来扫描和测量PCB面板的给定表面。例如，多个光发射器和检测器装置可以每个被配置为发射作为短线撞击PCB面板前侧表面的光，并且多个光发射器和检测器装置相邻地定位成线，使得对应的发射光短线形成撞击PCB面板前侧表面的非重叠的、连续的长线。以这种方式，撞击光线可以延伸PCB面板的整个宽度或长度，并且可以在单个程中扫描整个PCB面板前侧表面。应理解的是，也可以使用比PCB面板的整个宽度或长度更短的长线。

在一些实施例中，光发射器和检测器设备12被配置为测量撞击光的每个像素处的光强度值。然后可以使用所测量的光强度来确定采样位置处的材料类型。例如，可以使用所测量的光强度值来确定像素是否正在撞击对应于绝缘层材料(诸如半固化板)或表面特征材料(诸如铜)的采样位置。所测得的光强度值与存储在处理模块18中的已知材料的已知光强度值进行比较。因为表面特征可能非常小，所以这种方法可能是必要的，而不是仅仅依靠将光发射器和检测器装置的x、y坐标与PCB面板的等高线图(具有x、y映射)比较。在示例性实施方式中，移动和对准装置(诸如x-y-z台架)的机械精度可以是1mm，但是表面特征可以仅为25微米。Z高度测量和光强度测量都可以交叉参考，以确定特定的像素测量结果是否用于PCB面板厚度测量或是表面特征测量。这种交叉参考还可以减少错误读数，例如，PCB面板厚度的测量与表面特征测量不会混淆。使用测得的光强度值还使得另外的手段能够通过确定材料之间的过渡点来测量表面特征宽度和长度。这可以与上述使用Z高度测量进行的过渡点确定结合地使用。交叉参考Z高度测量和光强度测量也降低了测量值中的噪声并提供了系统冗余的形式。

在上述实施例中，一个或多个光发射器和检测器装置被定位在PCB面板的单侧之上，诸如位于图3中的PCB面板16的前侧表面之上的光发射器和检测器装置12。在其它实施例中，一个或多个附加的光发射器和检测器装置可定位在PCB面板的相反侧上。图4示出了根据其他实施例的测量系统的侧视图。图4中所示的测量系统类似于图3中的测量系统，增加了定位在PCB面板16下方的另一个光发射器和检测器装置13。附加的光发射器和检测器装置13可以与光发射器和检测器装置12类似地起作用，并且可以类似地安装以用于移动和对准。将光发射器和检测器装置定位在PCB面板下方是更麻烦的，因为用于支撑PCB面板的任何下层结构都需要提供到后侧PCB面板的光学通达。在图4的示例性配置中，这种光学通达由空气条20之间的间隙提供。在这种配置中，PCB面板16可需要相对于空气条20移动，以提供到PCB面板后侧上的特定位置的光学通达。在许多应用中，由于时间限制，不是整个PCB面板被扫描，所以仅仅PCB面板的一个或多个选择部分被扫描，这样的一个或多个选择部分通过空气条之间的设计间隙、如果必要的话通过PCB面板相对于空气条的移动而可被光学地通达。

在上述实施例中，测量系统被配置成使得PCB面板在水平位置被支撑。在其他实施例中，测量系统被配置成在竖直位置支撑PCB面板。图5示出了根据一些实施例的测量系统的侧视图，其中PCB面板被竖直地定位。PCB面板16通过安装机构22竖直地悬挂。示例性安装机构是夹具，但是应理解，可以使用任何常规的安装机构来竖直地悬挂PCB面板16。在一些实施例中，第一安装机构22保持PCB面板16的上边缘，并且第二安装机构22保持PCB面板16的下边缘。在一些实施例中，可以通过将一个或多个空气条(未示出)定位到PCB的任一侧来提供横向稳定性。以与关于水平安装的PCB面板的上述方式类似的方式，光发射器和检测器装置12被定位成扫描和测量PCB面板前侧表面，光发射器和检测器装置13被定位成扫描和测量PCB面板后侧面表面。

在一些实施例中，当光发射器和检测器装置被定位在PCB面板的相反侧上时，在PCB面板的一侧上的光发射器和检测器装置独立于PCB面板另一侧上的光发射器和检测器装置移动和进行测量。在其他实施例中，PCB面板的两侧上的光发射器和检测器装置被协调。图6和7示出了根据一些实施例的具有被协调的光发射器和检测器装置的测量系统的侧视图。图6和图7的测量系统可以以类似于上述方式的方式移动、扫描和进行测量，并且此外，光发射器和检测器装置12以及光发射器和检测器装置13被对准并同步为串联地移动，以同时扫描在PCB面板16的相反侧上的对应区域。如图6所示，两个光发射器和检测器装置12、13对准并定位在对应于绝缘层的前侧和后面上的相反区域之上。每个光发射器和检测器装置12、13被配置为测量Z高度。使用两个光发射器和检测器装置(在PCB面板的每一侧上有一个光发射器和检测器装置)使得能够确定该区域处的PCB面板厚度。如果两个光发射器和检测器装置都与PCB面板的绝缘层对准，如图6所示，则可以确定给定区域处的PCB面板的厚度。例如，由光发射器和检测器装置12获取的Z高度测量结果Z1是光发射器和检测器装置12与PCB面板前侧表面的绝缘层24上的给定点之间的距离测量结果。类似地，由光发射器和检测器装置13获取的Z高度测量结果Z2是光发射器和检测器装置13与PCB面板后侧表面的绝缘层26上的给定点之间的距离测量结果。光发射器和检测器装置12与光发射器和检测器装置13之间的分离距离S是已知的。通过从分离距离S中减去所确定的Z高度测量结果Z1和所确定的Z高度测量结果Z2，可以确定给定点处的PCB面板厚度P(P＝S-Z1-Z2)。

使用两个光发射器和检测器装置(在PCB面板的每一侧上有一个光发射器和检测器装置)，还使得能够确定该区域处的表面特征厚度。如果两个光发射器和检测器装置都与PCB面板上的表面特征对准，诸如如图7所示与PCB面板前侧上的表面特征28对准，则可以确定给定区域处的表面特征的厚度。例如，由光发射器和检测器装置12获取的Z高度测量结果Z1现在是光发射器和检测器装置12与表面特征28之间的距离测量结果。由光发射器和检测器装置13获取的Z高度测量结果Z2仍然是光发射器和检测器装置13与PCB面板后侧表面的绝缘层26上的给定点之间的距离测量结果。可以通过从分离距离S中减去所确定的Z高度测量结果Z1和所确定的Z高度测量结果Z2，以及还通过减去对于局部区域所确定的或者对于邻近表面特征的点所确定的PCB面板厚度P，来确定表面特征厚度SF(SF＝S-Z1-Z2-P)。虽然PCB面板厚度可在整个PCB面板之上不同，但是对于这些测量目的而言，局部PCB面板厚度可以推定为基本恒定。应理解的是，可以使用替代的计算方法使用协调的光发射器和检测器装置来确定PCB面板厚度和表面特征厚度。

测量系统可以有利地用于测量各种PCB面板特性，诸如PCB面板厚度、表面特征厚度(高度)以及表面特征宽度和长度。在某些应用中，测量系统可以用来确定PCB面板的翘曲。无论PCB面板是水平定位还是竖直定位，还提供了各种技术来稳定PCB面板以用于测量。Z高度测量结果以及光强度测量结果可用于确定各种PCB面板特性。所确定的光强度值、所确定的Z高度值中的任一者或二者可被用于确定从一个区域或材料类型到另一区域或材料类型的像素过渡。使用所确定的光强度值和所确定的Z高度值可以具有减少噪声的附加好处，因为可以使用两个单独的测量结果来确定相同的特性。

测量系统是用于制造PCB面板的PCB处理线的一部分。在一些实施例中，测量系统在卸载器内实现，其中卸载器是在PCB处理线中使用的标准件。预处理的PCB面板堆放在推车上并被放置在装载器的内部，该装载器具有带有吸盘的臂和具有传送器。装载器被物理地放置在PCB处理线中的第一件装备的前部，并且传送器被对准以允许PCB面板桥接在装载器和第一件装备之间的间隙。每个PCB面板都通过PCB处理线，然后进入称为卸载器的封闭区域，同时仍在传送带上。测量系统如所述地执行测量。卸载器还包括具有吸盘的臂，并且一旦测量系统完成其功能，卸载器拾起PCB面板并将其放置在第二推车上。卸载器是封闭的区域，并且使PCB面板与在PCB处理线的其他区域中存在的烟气大体隔离。应理解的是，测量系统可以在除卸载器之外的站中实现，或者作为独立站在PCB处理线内实现。

已经根据包含细节的特定实施例描述了本申请，以便于理解测量系统的构造和操作的原理。在各个图中示出和描述的许多部件可以互换以实现必要的结果，并且这种描述也应当理解为包括这样的交换。这样，本文对特定实施例及其细节的引用不意图限制所附权利要求保护的范围。对于本领域的技术人员来说将显而易见的是，在不偏离本申请的精神和范围的情况下，可以对所选择的实施例进行修改。

Claims (18)

1.一种测量系统，包括：

a.印刷电路板面板，其包括具有第一侧和与所述第一侧相反的第二侧的基板，其中，所述第一侧包括绝缘层，所述绝缘层具有定位在所述绝缘层上的导电表面特征；

b.光发射器和检测器装置，其包括光源和传感器，其中，所述光发射器和检测器装置相对于所述印刷电路板面板定位为使得从所述光源输出的光束撞击在所述基板的所述第一侧上的一个或多个采样点，进一步地，其中，所述传感器被配置为接收对应于所述光束的反射光；

c.移动和对准设备，其联接到所述印刷电路板面板及所述光发射器和检测器装置，其中，所述移动和对准设备配置为提供所述光发射器和检测器装置及所述印刷电路板面板之间的相对移动，并在所述印刷电路板面板的所述第一侧的至少一部分之上扫描所述光束；以及

d.控制器，其配置为从传感器接收对应于所接收到的反射光的数据、并确定对应于每个采样点的距离测量结果、并确定所述印刷电路板面板的相对厚度和表面特征的高度。

2.如权利要求1所述的测量系统，其中，每个采样点对应于撞击所述印刷电路板面板的所述第一侧的光束的像素。

3.如权利要求2所述的测量系统，其中，所述光发射器和检测器装置被配置为发射聚焦为点的光束，其中，光束点作为单个像素撞击所述印刷电路板面板的所述第一侧。

4.如权利要求2所述的测量系统，其中，所述光发射器和检测器装置被配置为发射聚焦为线的光束，其中，光束线作为像素的线性系列撞击所述印刷电路板面板的所述第一侧。

5.如权利要求2所述的测量系统，其中，所述光发射器和检测器装置被配置为发射光束，该光束被聚焦为作为二维像素阵列撞击所述印刷电路板面板的所述第一侧。

6.如权利要求2所述的测量系统，其中，所述传感器配置为根据每个采样点感测像素数据。

7.如权利要求6所述的测量系统，其中，所述光发射器和检测器装置被配置为确定与撞击所述印刷电路板面板的光束的每个像素对应的距离测量结果。

8.如权利要求2所述的测量系统，其中，所述传感器被配置为感测每个像素的光强度值，并且所述光发射器和检测器装置被配置为确定每个像素的光强度测量结果。

9.如权利要求8所述的测量系统，其中，所述控制器被配置为接收每个像素的光强度测量结果，并且确定与每个像素对应的采样点是否是所述印刷电路板面板的所述第一侧上的、与绝缘层或表面特征对应的点。

10.如权利要求9所述的测量系统，其中，所述控制器被配置为通过将光强度测量结果与已知材料类型的光强度测量结果比较，以确定与每个像素对应的材料类型，并以将所确定的与所述像素对应的材料类型与已知的绝缘层和表面特征材料比较，来确定与所述像素对应的采样点是否是所述印刷电路板面板的所述第一侧上的、与绝缘层或表面特征对应的点。

11.如权利要求10所述的测量系统，其中，所述控制器进一步被配置为通过比较所确定的相邻像素的材料类型，来确定沿着所述第一侧从绝缘层到表面特征以及从表面特征到绝缘层的过渡点；并且被配置为确定沿着被测量的采样点的线分离相继的过渡点的像素的数量，其中，所确定的分离相继的过渡点的像素的数量对应于表面特征尺寸。

12.如权利要求11所述的测量系统，其中，所述控制器进一步被配置为通过比较所确定的相邻像素的距离测量结果，来确定沿着所述第一侧从绝缘层到表面特征以及从表面特征到绝缘层的过渡点；并且被配置为通过比较使用所确定的距离测量结果而确定的和使用所确定的光强度测量结果而确定的过渡点，来确定验证所确定的过渡点的准确度。

13.如权利要求2所述的测量系统，其中，所述控制器进一步被配置为通过比较所确定的相邻像素的距离测量结果来确定沿着所述第一侧从绝缘层到表面特征以及从表面特征到绝缘层的过渡点；并且被配置为确定沿着被测量的采样点的线分离相继的过渡点的像素的数量，其中，所确定的分离相继的过渡点的像素的数量对应于表面特征尺寸。

14.如权利要求1所述的测量系统，其中，所述印刷电路板面板的所述第二侧包括第二绝缘层，并且所述光发射器和检测器装置是具有第一光源和第一传感器的第一光发射器和检测器装置，并且所述测量系统还包括具有第二光源和第二传感器的第二光发射器和检测器装置，其中，所述第二光发射器和检测器装置相对于所述印刷电路板面板被定位为使得从所述第二光源输出的第二光束撞击在所述基板的所述第二侧上的一个或多个采样点，进一步地，其中，所述第二传感器配置成接收对应于所述第二光束的第二反射光，进一步地，其中，所述移动和对准设备联接到所述第二光发射器和检测器装置，其中，所述移动和对准设备还配置为提供所述第二光发射器和检测器装置与所述印刷电路板面板之间的相对移动、并在所述印刷电路板面板的所述第二侧的至少一部分之上扫描所述第二光束，其中，所述控制器还配置为从所述第二传感器接收对应于所接收到的第二反射光的数据、并确定对应于所述第二侧上的每个采样点的距离测量结果、并确定所述印刷电路板面板的相对厚度。

15.如权利要求14所述的测量系统，其中，所述移动和对准设备配置为独立于所述第二光发射器和检测器装置而移动和对准所述第一光发射器和检测器装置。

16.如权利要求14所述的测量系统，其中，所述移动和对准设备配置为协调所述第一光发射器和检测器装置及所述第二光发射器和检测器装置的移动和对准，使得所述第一光发射器和检测器装置及所述第二光发射器和检测器装置同时扫描印刷电路板组件的第一侧和第二侧上的所对准的样品点。

17.如权利要求16所述的测量系统，其中，所述控制器被配置为当特定采样点在所述第一光发射器和检测器装置及所述第二光发射器和检测器装置上与绝缘层对准时，使用在所述特定采样点处的来自所述第一光发射器和检测器装置的所确定的距离测量结果和在所述特定采样点处的来自所述第二光发射器和检测器装置的所确定的距离测量结果，来确定在所述特定采样点处的所述印刷电路板面板的厚度，所述特定采样点在所述第一侧和所述第二侧上都被对准。

18.如权利要求17所述的测量系统，其中，所述控制器进一步被配置为当另一特定采样点在所述第一光发射器和检测器装置上与第一表面特征对准并且在所述第二光发射器和检测器装置上与绝缘层对准时，使用在所述另一特定采样点处的来自所述第一光发射器和检测器装置的所确定的距离测量结果和在所述另一特定采样点处的来自所述第二光发射器和检测器装置的所确定的距离测量结果，来确定在所述另一特定采样点处的第一表面特征的高度，所述另一特定采样点在所述第一侧和所述第二侧上都被对准。