CN109556509B - 对准标记的边缘锐度评估 - Google Patents

Abstract

一种用于在部件载体(102)的制造期间分析对准精度的装置(100)，其中，装置(100)包括：评估单元(104)，其被配置成对从制造中的部件载体(102)的预成形体(110)上的至少一个对准标记(108)的至少部分检测到的图像数据上的至少一个对准标记(108)的边缘(106)的至少部分的边缘锐度进行评估；以及决策单元(112)，其被配置成基于所评估的边缘锐度决定是否接受预成形体(110)进行进一步处理。

Description

对准标记的边缘锐度评估

技术领域

本发明涉及一种用于在部件载体的制造期间分析对准精度的装置和方法，一种用于制造部件载体的设备，一种计算机可读介质以及一种程序元件。

背景技术

在配备有一个或多个电子部件的部件载体的产品功能性增多、且这些电子部件日益小型化以及待安装在部件载体诸如印刷电路板上的电子部件的数量不断增长的背景下，越来越强大的阵列状部件或具有若干电子部件的封装件被采用，其具有多个触点或接点，这些触点之间的间隔越来越小。去除在操作期间由这些电子部件和部件载体本身生成的热日益成为问题。同时，部件载体应当是机械坚固且电可靠的，以便即使在恶劣状况下也能运行。

此外，适当地对准部件载体的组成部分是一个问题。在部件载体制造中还可能出现配准精度方面的其他问题。特别地，在对制造中的部件载体的层结构进行图案化方面，在曝光干膜时适当的对准精度是重要的。

发明内容

本发明的目的在于实现以高空间精度制造部件载体。

为了实现上述目的，提供了根据独立权利要求的一种用于在部件载体的制造期间分析对准精度的装置和方法，一种用于制造部件载体的设备，一种计算机可读介质以及一种程序元件。

根据本发明的一示例性实施方案，提供了一种用于在部件载体的制造期间分析对准精度的装置，其中，装置包括：评估单元，其被配置成对从制造中(即，正在制造)的部件载体的预成形体(诸如面板)上的至少一个对准标记(marker)的至少部分检测到的图像数据上的至少一个对准标记的边缘(margin)(或边沿(edge))的至少部分的边缘锐度(或边沿锐度)进行评估；以及决策单元，其被配置成基于所评估的边缘锐度(其因而可以用作将预成形体分类成通过或未通过精度规定的决策标准)决定是否接受预成形体进行进一步处理(特别地进行干膜曝光)。

根据本发明的另一示例性实施方案，提供了一种用于制造部件载体的设备，其中，设备包括：具有上述特征的用于分析制造中的部件载体的预成形体上的对准精度的装置；以及被配置成(特别地仅)当决策单元决定接受预成形体进行进一步处理时触发预成形体的顶部上的掩膜层(或干膜)的曝光的曝光单元。

根据本发明的又一示例性实施方案，提供了一种在部件载体的制造期间分析对准精度的方法，其中，方法包括：对从制造中的部件载体的预成形体上的至少一个对准标记的至少部分检测到的图像数据上的至少一个对准标记的边缘的至少部分的边缘锐度进行评估，以及基于所评估的边缘锐度决定是否接受预成形体进行进一步处理。

根据本发明的又一示例性实施方案，提供了一种程序元件(例如，源代码或可执行代码形式的软件程序)，当被处理器(诸如微处理器或CPU)执行时，该程序元件适于控制或实施具有上述特征的方法。

根据本发明的再一示例性实施方案，提供了一种计算机可读介质(例如CD、DVD、U盘、软盘或硬盘)，其中存储有计算机程序，当被处理器(诸如微处理器或CPU)执行时，计算机程序适于控制或实施具有上述特征的方法。

可以根据本发明的实施方案执行的数据处理可以由计算机程序(即软件)实现，或通过使用一个或多个专用电子优化电路(即硬件)实现，或以混合形式实现(即由软件组件和硬件组件实现)。

在本申请的上下文中，术语“部件载体”可以特别地指能在其上和/或其中容纳一个或多个部件以提供机械支撑和/或电气连接的任何支撑结构。换言之，部件载体可以被配置为部件的机械和/或电子载体。特别地，部件载体可以是印刷电路板、有机中介层(interposer)和IC(集成电路)基板中的一个。部件载体还可以是结合了上述类型的部件载体中的不同部件载体的混合板。

在本发明的上下文中，术语“对准标记”可以特别地指部件载体的预成形体的表面上或表面区域中的光学可查或可视的特征。例如，这种对准标记可以是可以被光学地检查到以确定部件载体的预成形体(诸如面板)的位置和/或定向的通孔或盲孔。例如，可以在矩形面板的边沿区域设置四个这样的孔作为对准标记。另外，这种预成形体的两个相对的主表面均可以设置有对准标记(特别地在每个主表面的四个边沿中四个对准标记)。

在本申请的上下文中，术语“边缘”或边沿可以特别地指用作对准标记的孔或其他结构的圆周(circumference)。该周界线在对准标记及其围绕物之间限定了圆周界线。

在本申请的上下文中，术语“边缘锐度”可以特别地指指示对准标记及其围绕物之间的差异的程度、水平或其他定量测度。因此，边缘锐度可以指限定的对准标记的边缘有多清晰，例如能根据图像数据推出。

在本申请的上下文中，术语“触发掩膜层的曝光”可以特别地指部件载体的预成形体的表面区域中的掩膜层或干膜开始曝光的过程。可以实施掩膜层曝光来对掩膜层进行图案化，以限定制造中的部件载体的几何(特别地为导电的)结构(诸如迹线)。有利的是：仅在基于对准标记的图像数据的分析作出决策可以正确识别对准标记的边缘并将其与环境区别开时，开始掩膜层的曝光。在这种情况下，适当的配准精度以及因而表现出足够的空间精度可以被推测，这证明可以继续制造部件载体的方法的合理。

根据本发明的一示例性实施方案，可以在边缘锐度方面分析对部件载体的预成形体(诸如面板)的表面区域中的一个或多个对准标记的图像捕捉。通过采取该措施，可以评估相应的对准标记的圆周边缘是否可以在图像数据中适当地分辨，以及如果可以的话达到什么程度。因此，可以评价所捕捉的预成形体的图像上的对准标记是否能适当地与其围绕物区别开，以及优选地以何种分辨率或误差范围区别开。已经证明窄边缘或适当的边沿限定在对准精度方面是非常可靠的质量参数。基于边缘锐度，已经证明可以做出以下有意义的判断，即部件载体的预成形体是应该按照制造方法进一步处理，还是由于关于对准标记识别和定位精度不足应该作为废物丢弃。同时，已经证明评价对准标记的边缘锐度还防止虽然对准标记的质量对于进行部件载体预成形体的足够精确的进一步处理实际上是足够的但仍将预成形体分类为废物的不必要的情况。通过将边缘锐度用作配准精度的质量标准，可以制造导电特征及电绝缘特征的空间精度高的部件载体，同时防止过度丢弃。此外，基于客观标准，通过执行基于计算机的并且因而自动化的图像处理算法可以做出可靠的决策，该图像处理算法能够实现快速且可重现的精度控制，而不需要涉及人力资源。

在下文中，将解释在部件载体的制造期间分析对准精度的装置和方法、用于制造部件载体的设备、计算机可读介质以及程序元件的进一步的示例性实施方案。

在一实施方案中，装置包括被配置成检测图像数据的图像检测单元。例如，这种图像检测单元可以由一个或多个摄像机(例如CCD(电荷耦合器件)摄像机和/或CMOS(互补金属氧化物半导体)摄像机)实现。利用这种图像检测单元，可以捕捉预成形体的表面的数字图像或至少其包括对准标记的部分的数字图像。捕捉的图像数据可以被转发至评估单元，以在对准标记的边缘锐度方面进行分析。可以使用图像辨识算法诸如模式识别实施这种分析。在这种情况下，可以利用期望一个或多个对准标记的特定大小、特定几何形状(特别地为圆形形状)和位置(特别地为预成形体的边沿区域)而获得益处。

在一实施方案中，评估单元被配置成评估边缘的较暗区域(特别地为具有局部增加灰度值的较暗区域)，作为边缘锐度的指标。在图像上，边缘可见为局部暗度增加的区域(例如对照图4与图5)。特别地，该局部较暗区域(与环境相比)的空间延伸(特别地为线宽)可以是边缘锐度的可靠指标，并且因此可以是对准精度的可靠指标。

在一实施方案中，评估单元被配置成评估边缘的线宽(或与线宽相关的或指示线宽的参数值)，作为边缘锐度。对于圆形对准标记的示例，可以确定线宽(特别是在对准标记的整个周界周围)，作为指示相应对准标记的期望位置或最可能位置的外界线与内界线之间的径向距离的值。对准标记的周界或边缘周围的这种径向距离越小，边缘锐度越高。边缘锐度越高，进而对准标记的空间分辨率越高，并且因此对应预成形体可以传至下一制造程序而不被作为废物丢弃的可能性越高。

在一实施方案中，评估单元被配置成沿边缘的至少部分评估边缘周围(特别是边缘的内部与外部之间)的对比度(contrast)。“对比度”可以指使对准标记(或其在图像数据中的表示)可辨别的亮度或颜色差别。在光学认识方面，可以通过同一视野特别是同一图像数据集内的对准标记及其围绕物之间的颜色和亮度差别来确定对比度。评估对比度已被证明是精确评估对准标记的边缘锐度和质量的计算量小的可靠精确测度。

在一实施方案中，评估单元被配置成评估边缘周围的特别是在与边缘垂直的方向上的灰度值序列。可以沿着边缘的部分或沿着整个边缘进行这种评估。灰度值或灰度水平指示图像检测单元诸如摄像机检测到的对准标记的图像上的像素的亮度。图像检测单元可以具有多个像素，这些像素可以例如布置成矩阵状样式(例如可以是CCD检测器或CMOS检测器)。最低灰度水平为0。最高灰度水平取决于图像的数字化深度。对于8位深的图像，最高灰度水平为255。在灰度图像或彩色图像中，像素可以取0至255之间的任意值。在彩色图像中，可以使用以下公式计算每个像素的灰度值或灰度水平：

灰度值＝0.299*红色分量+0.587*绿色分量+0.114*蓝色分量

该公式考虑到了人眼的感色灵敏度，使灰度水平的呈现不受颜色的影响且仅受各像素的亮度的限制。灰度水平直方图指示有多少图像像素具有相同的灰度水平。基于灰度分析评价边缘锐度一方面允许客观地评估边缘质量，并且另一方面可以以自动计算的简单方式实施。因此，可以通过灰阶(gray scale)分析精确快速地做出可靠的边缘锐度判断，从而允许获得高生产量和高产率。

在一实施方案中，评估单元被配置成沿边缘的至少部分确定指示边缘周围的特别是在垂直于边缘的方向上的灰度值序列的分布的宽度的参数。确定的指示宽度的值越小，边缘锐度越高，并且因而对准精度也越高；并且反之亦然。

在一实施方案中，评估单元被配置成确定边缘周围的特别是在垂直于边缘的方向上的灰度值序列的最小均方拟合的半高全宽(FWHM)，作为参数。最小平方的方法可以用作得到超定系统的近似解的拟合方法，即，其中等式多于未知数的等式集。“最小平方”指整体解最小化每单个等式的结果中产生的残差的平方的和。最小平方意义上的最佳拟合最小化残差(残差是观察值与模型提供的拟合值之间的差)平方和。半高全宽(FWHM)是由自变量的两个极值(此处因变量等于其最大值的一半)之间的差得到的函数的范围的表达。换言之，其是光谱曲线的那些在y轴上为最大幅值的一半的点之间的宽度。对于对应的拟合算法，可以例如采用高斯分布、洛伦兹分布或马夸特分布。

在一实施方案中，决策单元被配置成当量化的线宽(特别是半高全宽)不超过100μm特别地不超过50μm时决定接受预成形体进行进一步处理。换言之，仅在确定的误差范围或特征不精确值超过100μm(或者在高精度应用中为50μm)的情况下，才丢弃部件载体的对应预成形体，否则将按照部件载体制造继续进一步处理(特别地为掩膜层的曝光)。可以例如基于沿对准标记的周界或边缘的对准标记的最低分辨率根据确定的对准标记精度做出接受还是丢弃预成形体的决策。换言之，如果半高全宽超过沿边缘的任意位置的预定值，则可以丢弃整个面板。然而，还可以基于沿对准标记的周界边缘的对准标记的最高分辨率做出决策。

然而，在优选的实施方案中，决策单元被配置成基于沿边缘的至少部分的参数(特别地半高全宽)的平均值(诸如算术平均值或中值)决定是否接受预成形体进行进一步处理。因而，可以基于沿对准标记的周界或边缘的对准标记的平均分辨率根据确定的对准标记精度做出接受还是丢弃预成形体的决策。在这种实施方案中，仅在评估的整个边缘的平均参数(特别地半高全宽)超过预定值时，才会丢弃整个面板。已经证明这种平均化程序在将部件载体的预成形体分类为“通过”或“丢弃”方面提供了非常可靠和精确的结果。

在一实施方案中，决策单元被配置成基于沿边缘的至少部分的参数的最大值决定是否接受预成形体进行进一步处理。在这种实施方案中，沿对准标记的边缘的最差分辨率决定了是接受部件载体的对应预成形体进行进一步处理还是将其丢弃。如果在沿边缘的任意位置处，由参数指示的边缘锐度没有或缺少足够的质量，则可以认为整个预成形体不具备足够的精度来进行进一步处理，并且因此将被丢弃。

在一实施方案中，决策单元被配置成基于沿边缘的至少部分的参数的最小值决定是否接受预成形体进行进一步处理。在这种实施方案中，沿对准标记的边缘的最佳分辨率决定了是接受部件载体的对应预成形体进行进一步处理还是将其丢弃。因此，由参数指示的沿边缘的最高边缘锐度然后确定是认为整个预成形体足够精确以允许继续进行制造程序，还是认为整个预成形体不足够精确要停止该预成形体或面板的进一步制造程序。

在优选实施方案中，评估单元被配置成评估至少一个对准标记的整个封闭圆周边缘的边缘锐度。非常有利地，可以在边缘锐度方面，对对准标记的整个边缘而不仅是其圆周的部分进行评估。因此，可以防止因将图像数据上的伪影(artifact)不当地解读为对准标记(但是实际上不是对准标记或者不是精度足够或完全限定的对准标记)而造成的错误结论。换言之，评估整个边缘的边缘锐度可以显著提高确定整体精度的可靠性。

在一实施方案中，评估单元被配置成在考虑到至少一个对准标记的图像数据中存在钻孔残留(residue)的情况下评估边缘锐度。钻孔残留可能是图像数据中可见的伪影并且由于不完善的钻出对准标记的过程造成。钻孔残留可以至少局部地降低边缘锐度并可以阻碍充分精确地配准。当识别为钻孔残留时，可以通过图像处理消除或抵消图像数据中的对应伪影，并且然后可以允许预成形体继续进行制造过程。

在一实施方案中，评估单元备被配置成评估多个对准标记(特别地四个对准标记)的边缘的至少部分的边缘锐度，其中决策单元被配置成仅在针对多个对准标记中的每个评估的边缘锐度均达到预定标准的情况下才决定允许预成形体继续进行进一步处理。因此，单个接受极少数量的对准标记为足够精确的可能不足以允许整个预成形体(例如面板)继续进行其部件载体的制造。与此相比，累积接受预成形体的至少预定数量的对准标记(特别地所有对准标记)可能是继续制造程序(特别地触发掩膜层的曝光)所必须满足的条件。

在一实施方案中，设备包括被配置成形成至少一个对准标记的对准标记形成单元。例如，可以通过激光钻孔或机械钻孔钻出延伸通过预成形体的至少部分的对准孔来在预成形体或面板上形成一个或多个对准标记。

在一实施方案中，至少一个对准标记为对准孔，特别地为对准盲孔，更特别地为台阶式对准盲孔。例如，上述孔可以从预成形体的表面向上延伸至导电层结构及电绝缘层结构的堆叠体的停止层，例如导电层结构(特别地铜层)。这种停止层与预成形体的表面相比的不同光学性质可以然后允许通过光学检查识别对准标记及其边缘。然而，还可能的是在形成对准孔后在预成形体上层压掩膜层或干膜，其可选地也延伸进入对准孔。

在一实施方案中，预成形体包括基础结构、在基础结构上的导电层结构以及在导电层结构上的掩膜层。例如，基础结构可以是完全固化的电绝缘材料(特别地为FR4)的芯，其可选地可以在两个相对的主表面中的一个或两个上具有图案化或完整的金属箔。还可能的是，基础结构是一个或多个电绝缘层结构和/或导电层结构的层压堆叠体。预成形体的上述导电层结构可以例如是埋置的图案化铜箔，其可以用作限定所制造对准标记的深度的停止层。

可以在部件载体或其预成形体上和/或中表面安装和/或嵌入一个或多个部件。该至少一个部件可以选自由以下组成的组：不导电嵌体、导电嵌体(诸如金属嵌体，优选地包括铜或铝)、热传递单元(例如热管)、电子部件或其组合。例如，部件可以是有源电子部件、无源电子部件、电子芯片、存储装置(例如DRAM或另一数据存储器)、滤波器、集成电路、信号处理部件、功率管理部件、光电接口元件、电压转换器(例如DC/DC转换器或AC/DC转换器)、密码部件、发射器和/或接收器、机电换能器、传感器、致动器、微机电系统(MEMS)、微处理器、电容器、电阻器、电感、电池、开关、摄像机、天线、逻辑芯片和能量采集单元。然而，其他部件也可以嵌入在部件载体中。例如，可以将磁性元件用作部件。这种磁性元件可以是永磁元件(诸如铁磁元件、反铁磁元件，或亚铁磁元件例如铁素体基础结构)或者可以是顺磁性元件。然而，部件还可以是另外的部件载体，例如为板中板(board-in-board)构造。部件可以表面安装在部件载体上和/或可以嵌入其内部。

在一实施方案中，部件载体或其预成形体包括至少一个电绝缘层结构和至少一个导电层结构的堆叠体。例如，部件载体可以是上述电绝缘层结构和导电层结构的层压体，特别地是通过施加机械压力(如果期望支持有热能)而形成。上述堆叠体可以提供能为其他部件提供大安装表面但是仍非常薄且紧凑的板状部件载体。术语“层结构”可以特别地指连续层、图案化层或公共平面内的多个非连续岛(island)。

在一实施方案中，部件载体或其预成形体成形为板。这有助于紧凑设计，但是其中部件载体仍提供在其上安装部件的大基础。此外，特别地，作为嵌入式电子部件的示例的裸晶片由于其厚度小可以方便地嵌入薄板诸如印刷电路板中。

在一实施方案中，制造中的部件载体被配置成由以下组成的组中的一种：印刷电路板和基板(特别地为IC基板)。

在本申请的上下文中，术语“印刷电路板”(PCB)可以特别地指部件载体(其可以是板状的(如，平面的)、三维弯曲的(例如当使用3D打印制造时)或者其可以具有任何其他形状)，其通过将若干导电层结构与若干电绝缘层结构层压在一起而形成，例如通过施加压力(如果期望伴有热能供应)而进行层压。作为用于PCB技术的优选材料，导电层结构由铜制成，而电绝缘层结构可以包括树脂和/或玻璃纤维、所谓的预浸料或FR4材料。可以通过形成通过层压体的通孔(例如通过激光钻孔或机械钻孔形成)并通过用导电材料(特别地铜)填充这些孔，由此形成过孔作为通孔连接，从而以期望的方式将各个导电层结构彼此连接。除了可以将一个或多个部件嵌入印刷电路板中之外，印刷电路板通常被配置成在板状印刷电路板的一个或两个相对的表面上容纳一个或多个部件。部件可以通过焊接连接至相应的主表面。PCB的介电部分可以由具有加强纤维(诸如玻璃纤维)的树脂构成。

在本申请的上下文中，术语“基板”可以特别地指尺寸与待安装在其上的部件(特别地电子部件)基本上相同的小型部件载体。更具体地，基板可以被理解为用于电连接或电网络的载体，以及与印刷电路板(PCB)相当但其侧向和/或竖向布置的连接密度相当高的部件载体。侧向连接例如为导电路径，而竖向连接可以为例如钻孔。这些侧向和/或竖向连接均布置在基板内，并可以用于提供(特别地IC芯片的)容置部件或未容置部件(诸如裸晶片)与印刷电路板或中间印刷电路板的电连接和/或机械连接。因此，术语“基板”还包括“IC基板”。基板的介电部分可以由具有加强球(诸如玻璃球)的树脂构成。

在一实施方案中，至少一个电绝缘层结构包含由以下组成的组中的至少一种：树脂(诸如增强树脂或非增强树脂，例如环氧树脂或双马来酰亚胺三嗪树脂，更具体地FR-4或FR-5)、氰酸酯、聚亚苯基衍生物、玻璃(特别地玻璃纤维、多层玻璃、玻璃样材料)、预浸材料、聚酰亚胺、聚酰胺、液晶聚合物(LCP)、基于环氧的积层膜、聚四氟乙烯(特氟隆)、陶瓷和金属氧化物。也可以使用增强材料，诸如例如由玻璃(多层玻璃)支撑的织物、纤维或球。虽然通常优选地是预浸料或FR4，但也可以使用其他材料。对于高频率应用，可以在部件载体中实施高频材料诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂作为电绝缘层结构。

在一实施方案中，至少一个导电层结构包括由铜、铝、镍、银、金、钯和钨组成的组中的至少一种。虽然通常优选的是铜，但其他材料或其涂覆形式也是可以的，特别地用超导电材料诸如石墨烯涂覆。

在一实施方案中，制造中的部件载体为层压型部件载体。在这种实施方案中，部件载体为通过施加压力(如果期望还伴有施热)堆叠并连接在一起的多个层结构的复合体。

附图说明

根据下文描述的实施方案的示例将明了本发明的以上限定的方面和其他方面，并且参考这些实施方案的示例对这些方面进行说明。

图1示出了根据本发明的示例性实施方案的用于制造部件载体的设备，包括用于在部件载体的制造期间分析对准精度的装置。

图2示出了制造中的部件载体的预成形体的平面图，其中在角部区域(cornerregion)具有四个对准孔。

图3和图4示出了制造中的部件载体的预成形体的对准标记的图像。

图5示出了图4的圆形对准标记的边缘的一部分的细节图。

图6是示出了根据分析的示例性实施方案的对准标记的边缘的空间分部的图。

图7示出了制造中的部件载体的预成形体的截面图，其中具有刮削型的对准标记并被干膜的掩膜层覆盖。

图8是示出了沿根据分析的示例性实施方案的对准标记的边缘的高斯拟合曲线的半高全宽(FWHM)的圆周变化的图。

附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，类似或相同的元件的附图标记相同。

具体实施方式

参考附图，在更详细地描述示例性实施方案之前，将总结一些基本考量，基于这些考量展开本发明的示例性实施方案。

根据本发明的示例性实施方案，提供了实况或实时对准标志(mark)质量检测系统，其可以例如在设备诸如激光直接成像(LDI)机器上实施。特别地，可以提供与评估单元和决策单元配合的图像检测单元或摄像机检测系统，其被配置成实施能进行以下的算法：

-获取关于一个或多个曝光对准标志或标记(诸如直径不同的机械孔；或是通过激光刮削而形成的机械孔，在这种情况下，对应的对准标记可以表示为刮削标志)的图像数据。

-基于对孔边沿质量或清晰度的评估(特别地相应对准标记的边沿或边缘与孔型对准标记的内部和外部之间的对比度，存在钻孔残留等)检测成像的至少一个对准标记的质量。

基于限定对准标记的质量并且特别地其边缘锐度的一个或多个预定且可量化的参数，系统可以决定是丢弃部件载体的指定预成形体或对应的对准标记(特别地，拒用预成形体，使得特别地不实施曝光程序)还是将其保留在制造线上(特别地允许其继续进行曝光)。通过采取这种措施，可以保证预定配准和对准精度。可以对应于部件载体的预成形体的一侧配准和/或前至后配准实施示例性实施方案。

常规地，LDI机器由于实际面板状况通常无法保证规定的配准精度。原因是面板的翘曲，面板的角部弯曲，以及对应地有时激光或机械标志质量差。对应的常规缺点是，可能可以在玻璃主盘或UV测试膜上实现规定的配准，但无法在实际面板上实现。

为了克服这种常规缺点，本发明的示例性实施方案使得可以保证在机器校准(例如使用UV膜等)期间得到的结果与部件载体的实际生产之间适当匹配(特别地重复性或再现性高)，从而允许消除这两个过程之间的常规差距。与常规系统不同，通过将一个或多个对准标记(特别地其边沿或边缘)的质量检测与期望的目标配准精度联系在一起，本发明的示例性实施方案可以保证实现规定的配准精度。

本发明的示例性实施方案基于能(优选地实时且360度(即，沿配准标记的整个周界))扫描对准标记边沿或边缘(例如刮削等)的算法。在实施方案中，为了能被接受以在制造线上继续进行(特别地继续进行到由曝光机进一步处理)，对准标志边沿或对准标记边缘必须满足特定几何特征。在这种实施方案中，只有在考虑这些特征时，才可以接受曝光配准精度满足机器规定。

在本发明的示例性实施方案中，一个或多个LDI摄像机(如图像检测单元)可以获取一个或多个对准标记。可以检测相应对准标记的边沿或边缘的灰阶。灰阶轮廓可以转化为高斯轮廓或另一适合的分布函数。取决于要求的最终配准精度，这种轮廓应遵从特定规定。例如，为了实现15μm到20μm之间的对准配准精度(在一侧上)，高斯宽度可能需要在±5μm内。如果其更宽(这取决于标志边沿的质量)，则无法保证要求的配准精度(例如15μm到20μm)。边沿的质量可能受到例如边沿的锐度、不当钻孔产生的材料残留等的影响。在实施方案中，只有当预成形体或面板的一侧上的所有(例如四个)对准标记均遵从或符合该规定，然后才会对该预成形体或面板进行曝光。在所述的实施方案中，如果一个或多个对准标记不遵从或不符合该规定，则将自动丢弃该预成形体或面板。通过作为决定预成形体是通过还是未通过配准精度测试的基础的对应边缘锐度评估，由于考虑到了评估的边缘锐度与曝光后的配准精度之间的实际关系，将得到有意义的结果。通过采取这种措施，通过使用根据目标/标志推导的信息可以保证机器规定的配准精度(例如通过在校准期间使用UV膜而不是实际面板来实现)。

因此，本发明的示例性实施方案的要点在于，执行数学方法或算法，以限定或验证一个或多个对准标记在PCB制造方面的质量，这对于按照机器规定保证配准精度是有意义的。要求实现遵守特定应用中的机器规定的对准标记的质量可以在边缘锐度评估方面进行量化，并可以用例如高斯曲线表示。该高斯曲线表示标志边沿的质量。其可以例如由通过曝光机的摄像机(也称为图像检测单元)获得的灰阶进行推断。在实施方案中，为了接受部件载体的预成形体，其配准标记足够精确以继续进行制造过程，该高斯曲线必须满足一个或多个条件或标准。所描述的对准精度确定架构可以保证不仅可以在校准期间(UV膜等)实现曝光机的规定配准精度，而且在实际面板上也可以实现。

本发明的示例性实施方案的示例性应用领域包括HDI(高密度互连)，以及mSAP(改进型半加成法)、SLP(类载板)以及中介层产品。这些和其他产品通常要求前侧至后侧以及一侧的严格配准精度。本发明的示例性实施方案可以帮助提高这种和其他产品的配准精度。

图1示出了用于制造部件载体102诸如印刷电路板(PCB)的设备120，部件载体在图2中示意性地示出。设备120包括根据本发明的示例性实施方案的用于在部件载体102的制造期间分析对准精度的装置100。下文将进一步详细地说明装置100。

制造中的部件载体102还形成处于图1所示制造阶段的普通预成形体110的一部分。例如，预成形体110(图1中以截面图示出)可以是具有例如18英寸×12英寸的大小的矩形面板。在所示的实施方案中，预成形体110包括中心基础结构122。基础结构122可以是例如具有增强玻璃纤维(例如FR4材料)的完全固化的环氧树脂的芯。基础结构122的两个相对的主表面均覆盖有相应的导电层结构124，此处实现为图案化的(或连续的)铜箔。基础结构122的表面部分以及导电层结构124的表面部分覆盖有掩模层126(例如干膜)，掩膜层可以由光敏聚合物制成。

除了用于分析如下所述的预成形体110的装置100，设备120还包括在制造PCB型部件载体102期间使用的各种其他装置或制造阶段。在这些其他装置中，图1仅示出了曝光单元160和对准标记形成单元130。技术人员知道用于制造PCB型部件载体102的许多其他制造阶段。

曝光单元160(可以是处理器、处理器的一部分或多个处理器)在控制单元170(也可以是处理器、处理器的一部分或多个处理器)的控制下运行。控制单元170对部件载体102的制造过程实施整体控制。曝光单元160被配置成在装置100的决策单元112决定接受预成形体110进行曝光时触发预成形体110顶部上的掩膜层126的曝光。为了对该掩膜层126进行曝光，曝光单元160可以生成由电磁辐射发生源164生成的电磁辐射162。可以将所生成的电磁辐射162引导通过布置在电磁辐射发生源164与预成形体110之间的不透明材料的掩膜166，使得用电磁辐射162辐照掩膜层126的仅特定选择表面部分。如本领域技术人员已知的，所描述的在显像程序之前的曝光程序允许形成图案层126。虽然图1中未示出，但用于对预成形体110的掩膜层126进行曝光的组成部分将被布置成使得电磁辐射162将仅传播至预成形体110的相应主表面的对应部分。

然而，为了保证容易制造的部件载体102的适当空间精度，仅在先前已成功地确定在预成形体110(如图1中所示)的两个相对的主表面中形成的对准标记108的足够空间精度、可检测性和分辨率后，才应触发上述曝光过程。下文将进一步详细地描述评估对准标记108的质量的过程。为了建立对准标记108，设备120包括对准标记形成单元130，其被配置成在预成形体110的两个相对的主表面中的一个或两个上形成对准标记108。在所示的实施方案中，预成形体110的两个相对的主表面均包括多个对准标记108。根据图1，通过激光钻孔形成对准标记108。对应地，对准标记形成单元130包括激光源172，激光源被配置成由激光控制单元171控制，生成激光束174，激光束可以朝向预成形体110的相应表面部分传播，以通过激光钻孔形成对应的对准标记108。在图1中，激光控制部分(或可替代地X射线控制部分)因此用附图标记171表示，激光控制部分是单独的控制单元，并且与控制尤其是曝光的控制单元170并行运行。

激光束174移除掩膜层126的被激光辐照的部分并在预成形体110的导电层结构124的铜材料上停止，从而将对准标记108形成为盲孔。作为激光钻孔的替代方案，也可以通过机械钻孔过程(未示出)或X射线钻孔过程(未示出)形成对准标记108。如从图1可以获知，可以通过对准标记形成单元130在控制单元170的控制下实施形成对准标记108的过程。

在形成对准标记108之后，且在曝光掩膜层126之前，通过装置100以下述方式实施对准精度的分析：

图像检测单元114(其可以实现为CCD摄像机或CMOS摄像机)检测预成形体110的上主表面的图像，包括对对应对准标记108进行成像。对应的图像数据被供给至评估单元104进行数据处理。如果期望或需要，此后可以在预成形体110翻转后对其下主表面以对应的方式重复将在下文进一步详细描述的图像捕捉过程以及数据处理程序。

评估单元104可以是处理器、处理器的一部分或多个处理器，并可以对数据库176进行(特别地读和/或写)访问，数据库可以是大容量存储装置，诸如硬盘。评估单元104被配置成对识别的所捕捉图像数据上的对准标记108的质量进行评估。更具体地，评估单元104应用图像处理算法，诸如模式识别，以识别并确定对准标记108的位置(可以预期其是具有圆形形状以及关于外部围绕物界定圆的内部的边缘106的几何结构)。因为由于高度水平不同(掩膜层126凸出超过导电层结构124)对准标记108的内部和外部可以对应于不同的材料(掩膜层126的材料与导电层结构124的材料)和/或不同的照明状况，所以圆周边缘106处出现对比度(对照图4)。为了评估所检测图像数据上的相应对准标记108的分辨率的质量，可以根据从制造中部件载体102的预成形体110的对准标记108所检测的图像数据确定沿每个对准标记108的整个圆周闭合边缘106的边缘锐度。更具体地，评估单元104可以被配置成评估(优选地沿整个闭合圆周边缘106)界定对准标记108的边缘106周围的对比度。该对比度(可以例如基于灰度水平分析进行评估)是相应对准标记108的边缘锐度的精确指示。

评估单元104和决策单元112可以形成一个处理器的一部分及同一处理器，如图1中用附图标记178示意性表示的。

所提及的决策单元112(其可以是处理器、处理器的一部分或多个处理器)被配置成基于所评估的边缘锐度值或水平决定是否接受预成形体110进行进一步处理(即，掩膜曝光)。为此，评估单元104将边缘锐度的评估结果转发至决策单元112。决策单元112进而被配置成仅在评估的每个对准标记108的边缘锐度均达到预定标准的情况下才决定允许预成形体110继续进行进一步处理。

图2示出了制造中的具有面板大小且角部区域具有四个对准孔108的矩形预成形体110的平面图。完成制造过程后，可以例如通过切割从预成形体110单一化各个部件载体102。

回到上述边缘锐度评估，评估单元104可以被配置成评估图2中可见的预成形体110的主表面上所示的所有四个对准标记108的整个边缘106的边缘锐度。如从图2可以获知，每个圆形对准标记108的直径D可以例如在1mm至3mm之间的范围内，例如2mm。

图3和图4示出了如被图像检测单元114捕捉到的制造中的部件载体102的预成形体110的对准标记108的图像。图5示出了图4的圆形对准标记108的边缘106的一部分的细节。

图3所示的图像涉及激光过孔的平面图，其中具有与通过激光钻孔形成的盲孔的底部相关的中心区域141。如附图标记143所指示的，在评估边缘锐度方面分析圆形对准标记108的预期边缘106周围的特定径向距离。图4示出了边缘106的一部分周围的细节145，该部分在图5中以更小的比例示出。图5中用附图标记147表示边缘106的最暗位置。

如从图3至图5可以获知，评估单元104被配置成沿相应对准标记108的整个周界评估边缘106的线宽116，作为边缘锐度的定量测度或参数。该线宽116对应于边缘106的具有局部增加灰度值的局部较暗区域。局部增加暗度或局部增加灰度值可能涉及边缘106的暗度或灰度值与对应对准标记108的内部和外部相比的对比。在这种情况下，评估单元104可以评估垂直于边缘106的灰度值序列(参见图5)。可以在每个对准标记108的整个圆形边缘106周围实施该灰度值评估。更具体地，评估单元104可以沿整个边缘106确定指示垂直于边缘106的灰度值序列的分布的局部宽度116的相应参数值。

图6是示出了根据示例性实施方案的对准标记108的边缘106的空间分布的图150。

沿图150的横坐标152，在两个方向上绘制了离灰阶曲线156的最小值的径向距离(以毫米计)。沿图150的纵坐标154，绘制了灰阶值(对于精度为每个像素8位，灰阶值的范围从0(黑)到255(亮)，0至255之间的每个值对应于特定灰度值)。灰阶曲线156的最小值对应图4和图5所示的图像中最暗的位置(对照图5和图6中的附图标记147)。如从图6可以获知，灰阶曲线156的最小值处的灰阶值与灰阶曲线156的基线之间的差大于50，使得呈现高边缘锐度。此外，灰阶曲线156在位置0mm处的最小值周围的分布非常窄，并且比可能对应于精度规定(在所示实施方案中为±0.05mm)的预定阈值128窄得多。另外，表示线宽116的量化值的预定阈值参数有利于高边缘锐度的假定。因此，评估单元104根据图6的图像数据评估的结果可能是接受对应对准标记108。对应地，决策单元112做出的决策可能是接受对应预成形体110进行高边缘锐度方面的进一步处理。

图7示出了制造中的具有刮削型的对准标记108并覆盖有掩膜层126或干膜的部件载体102的另一预成形体110的截面图。如从图7可以获知，对准标记108在此处实现为台阶式对准盲孔。在形成对准标记108后，可以在导电层结构124和电绝缘层结构158的堆叠体上层压掩膜层126或干膜。图7中用标记158指示的对应轮廓的圆周台阶的位置对应于如图像检测单元114所观察到的边缘106。如从图7可以获知，基础结构122在此是与电绝缘层结构158(其可以由预浸料制成)层压在一起的导电层结构124的堆叠体。

图8是示出了根据示例性实施方案的沿对准标记108的边缘106的高斯拟合的半高全宽(FWHM)的圆周变化的图190。更具体地，沿图190的横坐标192绘制了沿边缘106的在0(对应0°)与2π(对应360°)之间的圆周角度。沿图190的纵坐标194，绘制了在对应横坐标192的相应圆周角度处在径向方向上的灰阶分布的高斯最小均方拟合的半高全宽(FWHM)的值，参见线宽曲线196。如从细节187可以获知，根据边缘106的特定径向距离189的灰阶分布与高斯拟合，并且对0(对应0°)至2π(对应360°)之间的每个圆周角度实施对应拟合，以从而获得线宽曲线196。图198示出了特定角度值的一个这种拟合的结果。半高(即，在图198中在纵坐标值0.5处，其为最大纵坐标值1的一半)处的最小均方高斯拟合曲线的全宽等于沿图190的纵坐标194绘制的半高全宽(FWHM)。

图190中用MAX表示的纵坐标值对应边缘106的边缘锐度的分辨率最差的圆周位置。图190中用MIN表示的纵坐标值对应边缘106的边缘锐度的分辨率最高的圆周位置。图190中用AVE表示的纵坐标值对应根据沿边缘106的整个圆周的线宽曲线196的半高全宽的各个值的算数平均值。因此，值AVE指示相应对准标记108的边缘106的边缘锐度的平均分辨率。附图标记128可以指示限定边缘106的最大线宽116(在所示实施方案中用相应的半高全宽值表示)的阈值，该阈值还是可接受的，以满足特定的部件载体制造过程的精度规定。也可以实施替代的求平均程序，例如将中值确定为决策的基础，而不是算数平均。

更一般地，并且仍然参考图8，评估单元104可以被配置成确定垂直于边缘106的灰度值序列的最小均方拟合的半高全宽118，作为边缘锐度限定参数。决策单元112可以仅在半高全宽118不超过预定阈值128例如不超过50μm的情况下才决定接受预成形体110进行进一步处理。

在一个实施方案中，决策单元112可以基于沿整个边缘106的FWHM参数的平均值AVE做出是否接受预成形体110进行进一步处理的决策。在所呈现的情况下，将允许预成形体110继续进行掩膜曝光，因为图8示出了AVE低于预定阈值128。

在另一实施方案中，决策单元112可以基于沿整个边缘106的FWHM参数的最大值MAX做出是否接受预成形体110进行进一步处理的决策。在所呈现的情况下，即使基于该标准也将允许预成形体110继续进行掩膜曝光，因为图8示出MAX低于预定阈值128。

在又一实施方案中，决策单元112可以基于沿整个边缘106的FWHM参数的最小值MIN做出是否接受预成形体110进行进一步处理的决策。在所呈现的情况下，还将利用该决策逻辑允许预成形体110继续进行掩膜曝光，因为图8示出MIN低于预定阈值128。

在再一实施方案中，可以将从线宽曲线196得到的参数值AVE、MAX和MIN和/或一个或多个其他参数中的两个或三个用作决策单元112做出决策的标准。

应注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一(a)”或“一(an)”不排除多个。另外，可以将与不同实施方案相关的元件的元件进行组合。

还应注意，权利要求中的附图标记不应被理解为限制权利要求的范围。

本发明的实现不限于附图中示出和上面描述的优选实施方案。相反，即使在根本上不同的实施方案的情况下，也可以做出使用根据本发明的所示的解决方案和原理的多种变型。

Claims (20)

1.一种用于在部件载体(102)的制造期间分析对准精度的装置(100)，其中，所述装置(100)包括：

评估单元(104)，其被配置成对从制造中的所述部件载体(102)的预成形体(110)上的至少一个对准标记(108)的至少部分检测到的图像数据上的至少一个对准标记(108)的边缘(106)的至少部分的边缘锐度进行评估，

其中，所述评估单元(104)还被配置成沿所述边缘(106)的至少部分评估所述边缘(106)周围的在垂直于所述边缘(106)的方向上的灰度值序列，并且

其中，所述评估单元(104)还被配置成沿所述边缘(106)的至少部分确定指示所述边缘(106)周围的在垂直于所述边缘(106)的方向上的所述灰度值序列的分布的宽度(116)的参数；以及

决策单元(112)，其被配置成基于所评估的边缘锐度决定是否接受所述预成形体(110)进行进一步处理，

其中，所述决策单元(112)还被配置成：

当指示所述宽度(116)的所述参数不超过100μm时，决定接受所述预成形体(110)进行进一步处理，其中，所述评估单元(104)被配置成确定所述边缘(106)周围的在垂直于所述边缘(106)的方向上的所述灰度值序列的最小均方拟合的半高全宽(118)，作为所述参数；或者

基于沿所述边缘(106)的至少部分的所述参数的平均值、最大值或最小值，决定是否接受所述预成形体(110)进行进一步处理。

2.根据权利要求1所述的装置(100)，包括被配置成检测所述图像数据的图像检测单元(114)。

3.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其中，所述评估单元(104)被配置成评估所述边缘(106)的较暗区域，作为所述边缘锐度的指标。

4.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其中，所述评估单元(104)被配置成评估所述边缘(106)的具有局部增加灰度值的较暗区域，作为所述边缘锐度的指标。

5.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其中，所述评估单元(104)被配置成沿所述边缘(106)的至少部分评估所述边缘(106)周围的对比度。

6.根据权利要求1所述的装置(100)，其中，所述决策单元(112)被配置成：当所述半高全宽(118)不超过50μm时，决定接受所述预成形体(110)进行进一步处理。

7.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其中，所述评估单元(104)被配置成评估所述至少一个对准标记(108)的整个闭合圆周边缘(106)的边缘锐度。

8.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其中，所述评估单元(104)被配置成在考虑到所述至少一个对准标记(108)的所述图像数据中存在或识别出钻孔残留的情况下评估边缘锐度。

9.根据权利要求1或2所述的装置(100)，

其中，所述评估单元(104)被配置成评估多个对准标记(108)的边缘(106)的至少部分的边缘锐度；

其中，所述决策单元(112)被配置成仅在所述多个对准标记(108)中的每个对准标记的评估边缘锐度符合预定标准的情况下才决定允许所述预成形体(110)继续进行进一步处理。

10.根据权利要求9所述的装置(100)，

其中，所述评估单元(104)被配置成评估四个对准标记的边缘(106)的至少部分的边缘锐度。

11.一种用于制造部件载体(102)的设备(120)，其中，所述设备(120)包括：

根据权利要求1至10中的任一项所述的用于分析制造中的所述部件载体(102)的预成形体(110)上的对准精度的装置(100)；

曝光单元(160)，其被配置成当所述决策单元(112)决定接受所述预成形体(110)进行进一步处理时触发对所述预成形体(110)的顶部上的掩膜层(126)的曝光。

12.根据权利要求11所述的设备(120)，包括对准标记形成单元(130)，所述对准标记形成单元被配置成形成所述至少一个对准标记(108)。

13.根据权利要求11所述的设备(120)，其中，所述对准标记形成单元(130)被配置成通过激光钻孔或机械钻孔钻出延伸通过所述预成形体(110)的至少部分的对准孔来形成所述至少一个对准标记(108)。

14.一种在部件载体(102)的制造期间分析对准精度的方法，其中，所述方法包括：

对从制造中的所述部件载体(102)的预成形体(110)上的至少一个对准标记(108)的至少部分检测到的图像数据上的至少一个对准标记(108)的边缘(106)的至少部分的边缘锐度进行评估，由此：

沿所述边缘(106)的至少部分评估所述边缘(106)周围的在垂直于所述边缘(106)的方向上的灰度值序列，并且

沿所述边缘(106)的至少部分确定指示所述边缘(106)周围的在垂直于所述边缘(106)的方向上的所述灰度值序列的分布的宽度(116)的参数；

基于所评估的边缘锐度决定是否接受所述预成形体(110)进行进一步处理，以及

当指示所述宽度(116)的所述参数不超过100μm时，决定接受所述预成形体(110)进行进一步处理，其中，所述评估单元(104)被配置成确定所述边缘(106)周围的在垂直于所述边缘(106)的方向上的所述灰度值序列的最小均方拟合的半高全宽(118)，作为所述参数；或者

基于沿所述边缘(106)的至少部分的所述参数的平均值、最大值或最小值，决定是否接受所述预成形体(110)进行进一步处理。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个对准标记(108)为对准孔。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述预成形体(110)包括基础结构(122)、在所述基础结构(122)上的导电层结构(124)以及在所述导电层结构(124)上的掩膜层(126)。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个对准标记(108)为对准盲孔。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个对准标记(108)为台阶式对准盲孔。

19.一种计算机可读介质，其中存储有在部件载体(102)的制造期间分析对准精度的计算机程序，当被一个或多个处理器(178)执行时，所述计算机程序适于实施或控制根据权利要求14至18中的任一项所述的方法。

20.一种在部件载体(102)的制造期间分析对准精度的程序元件，当被一个或多个处理器(178)执行时，所述程序元件适于实施或控制根据权利要求14至18中的任一项所述的方法。

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