CN110191568B - 使用物理对准标记和虚拟对准标记进行对准 - Google Patents

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Abstract

一种用于加工电气器件(100)的对准的方法，其中，该方法包括：在电气器件(100)上限定至少三个物理对准标记(102)；基于所限定的至少三个物理对准标记(102)确定至少一个虚拟对准标记(104)；以及利用物理对准标记(102)中的至少三个和至少一个虚拟对准标记(104)中的至少一个进行对准以加工电气器件(100)。

Description

使用物理对准标记和虚拟对准标记进行对准
技术领域
本发明涉及用于加工电气器件的对准方法、计算机可读介质和程序单元。
背景技术
在配备有一个或多个电子部件的部件承载件的产品功能不断增多和这样的电子部件日益微型化以及待安装在部件承载件诸如印刷电路板上的电子部件的数量不断增加的背景下，日益采用具有若干电子部件的更强大的阵列状部件或封装件，这些部件或封装件具有多个触点或连接件，在这些触点之间的间隔不断减小。移除由这样的电子部件和部件承载件本身在运行期间产生的热成为日益凸显的问题。同时，部件承载件应该是机械牢固的且电气可靠的，以使得甚至在恶劣的条件下也能够运行。
此外，部件承载件的组成部分的正确对准是制造期间的一大问题。例如，在使制造中的部件承载件的层结构图案化方面，合适的对准精度在暴露干膜时是重要的。其他电气器件会出现类似的对准问题。
发明内容
本发明的目的是以高空间精度实现电气器件的加工。
为了实现上述限定的目的，提供了在加工电气器件期间进行对准的方法、计算机可读介质和程序单元。
根据本发明的示例性实施方案，提供了一种用于加工电气器件(诸如部件承载件或其预成型件，例如板件(panel，面板)、或通过表面安装或通过嵌入空腔而组装的部件、或半导体晶片)且特别地用于加工电气器件期间的对准方法，其中，该方法包括在该电气器件上限定(特别地检测出，更特别地光学检测出)至少三个物理对准标记，基于该至少三个所限定的物理对准标记确定(特别地计算)至少一个虚拟对准标记(即，可以应用算法以使用物理对准标记作为计算基础来导出虚拟对准标记)，以及利用物理对准标记中的至少三个以及该至少一个虚拟对准标记中的至少一个来进行对准以加工(例如图案化、处理、组装、辐照等)该电气器件。
根据本发明的又一示例性实施方案，提供了一种程序单元(例如源代码或可执行代码形式的软件例程)，其在由处理器(诸如微处理器或CPU)执行时适于控制或实施具有上述特征的方法。
根据本发明的又一示例性实施方案，提供了一种计算机可读介质(例如CD、DVD、记忆棒、软盘或硬盘)，其中存储了计算机程序，该计算机程序在由处理器(诸如微处理器或CPU)执行时适于控制或实施具有上述特征的方法。
可根据本发明的实施方案执行的数据处理能够通过计算机程序即通过软件来实现，或者通过使用一个或多个特定的电子优化电路即以硬件形式或混合形式(即借助于软件部件和硬件部件)来实现。
在本申请的上下文中，术语“部件承载件”可以具体地表示能够在其上和/或其中容纳一个或多个部件的任何支撑结构，以用于提供机械支撑和/或电气连接。换言之，部件承载件可以被配置为用于部件的机械和/或电子承载件。具体地，部件承载件可以是印刷电路板、有机内插物以及IC(集成电路)基板中的一种。部件承载件也可以是将上述类型的部件承载件中的不同部件承载件组合的混合板。
在本申请的上下文中，术语“物理对准标记”可以特别地表示电气器件(特别地部件承载件诸如印刷电路板的预成型件)的结构或物理特征，该结构或物理特征可以在该电气器件的表面上或表面区域中被探测到、光学检测到或肉眼可见。物理对准标记可以用作在特别地通过可以使用物理对准标记进行空间定向的加工机器加工电气器件方面要进行的对准的基础。例如，这种物理对准标记可以是电气器件中的通孔或盲孔，其可以被光学检测到以便确定电气器件诸如部件承载件的预成型件(例如板件)的位置和/或方位。例如，可以在矩形电气器件诸如板件的边缘区域中设置多个这种孔作为对准标记。此外，电气器件的两个相对的主表面均可以设置有物理对准标记(特别地在每个主表面上的四个边缘中设置四个对准标记)。
在本申请的上下文中，术语“虚拟对准标记”可以特别地表示电气器件(特别地部件承载件诸如印刷电路板的预成型件)的物理上实际不存在的特征，其不能在电气器件的表面上或表面区域中被探测到、光学检测到或肉眼可见。与此对照，虚拟对准标记可以是电气器件上的计算得到的位置，该位置由特定算法确定并且在加工电气器件时与物理对准标记结合使用以用于对准目的。
根据本发明的示例性实施方案，电气器件在加工期间的对准通过多个物理对准标记和至少一个虚拟对准标记的组合来实现，该至少一个虚拟对准标记可以在将特定算法应用于物理对准标记时确定，该物理对准标记因此被用作计算该虚拟对准标记的起点。该过程具有显著的优点，即虚拟对准标记可以虚拟地而不是物理地定位于电气器件的任何期望的区域，甚至定位在不能用于形成物理对准标记的功能活跃区域中，原因在于此位置上的物理对准标记可能会使功能退化，甚至可能损坏电气器件。这显著增加了基于对准标记的对准自由度，至少部分对准标记位于电气器件的任何期望的位置(例如在板件的部件承载件诸如PCB位于其中的区域中)。此外，从作为现实世界中的起点的数个物理对准标记得出一个或多个虚拟对准标记允许在对准功能方面在有意义的位置处确定至少一个虚拟对准标记以用于适当地加工电气器件。
所描述的对准结构具有显著的优点。特别地当电气器件为用于部件承载件制造的板件(其中，这样的板件可具有18×24平方英寸的典型尺寸)时，通过组合使用用于对准目的的物理和虚拟对准标记，仍然可以高精度地处理或加工可能表现出明显的翘曲和其他板形变(例如，约100μm大小以及更大)的这种电气器件。此外，由于虚拟对准标记可以位于电气器件的任何位置，而物理对准标记在位于电气器件的功能活跃区域时会导致问题，所以利用所描述的对准结构而不是整体式真实的对准试样(coupon)，可以实现最佳的板件利用率。由于仅需一个步骤以及少量的对准点就足以获得所需的信息，所以通过物理和虚拟对准标记的组合来使电气器件对准还比传统方法更快捷。因此，通过虚拟和物理对准标记的组合可以实现比现有对准方法更高的电气器件的精度。此外，节省了高容量以用于处理诸如X射线、激光和光学处理等。特别地，可以同时实现高精度与高电气器件(特别地板件)利用率。此外，与真实靶作为物理对准标记相比，利用虚拟对准标记的概念不会或基本不会带来容量损失。
在下文中，将阐述该方法、计算机可读介质和程序单元的其他示例性实施方案。
在一实施方案中，对于电气器件整体，即仅一个分区(其可以被表示为全局对准)，可以使用三个物理对准标记或点以及一个虚拟对准标记或点进行对准。然而，在另一实施方案中，对于其中电气器件可被认为由至少两个分区构成的分区对准的场景，可以使用三个物理点和一个虚拟点进行对准。
在一实施方案中，在考虑物理对准标记的轮廓线(特别地沿着轮廓线的形状)或其一部分的情况下实施确定至少一个虚拟对准标记。因此，当基于多个物理对准标记或其子集确定一个或多个虚拟对准标记时，在物理对准标记的(优选为整个)轮廓线——即当连接电气器件的周向分布的物理对准标记时获得的多边形——被考虑用于虚拟对准标记确定过程的情况下，所获得的一个或多个虚拟对准标记可以特别有力地用于对准目的。最优选地，可以在考虑连接物理对准标记的闭合连接轨迹线或其一部分的情况下确定至少一个虚拟对准标记。
在实施方案中，基于物理对准标记确定至少一个虚拟对准标记可以例如通过对物理对准标记进行平均(例如对它们的几何坐标进行平均)、计算物理对准标记的(特别地几何的)重心、使用物理对准标记进行统计计算以及确定距物理对准标记的距离或平方距离的和最小的点来实现。后一步骤可以通过最小均方拟合进行。
在一实施方案中，确定至少一个虚拟对准标记包括将物理对准标记分组成各自对应于电气器件的相应区域(特别地分区)的子集。对于每个子集，则可以确定辅助标记作为由物理对准标记的相应子集限定的多边形的(之前缺失的)角点，而该物理对准标记的相应子集作为该多边形的其他角点。特别地，可以确定相应的辅助标记，使得具有相应的辅助标记的多边形符合至少一个预限定的对称标准(特别地与子集的物理对准标记一起成功地形成正多边形)。然后，可以基于该辅助标记确定至少一个虚拟对准标记。辅助标记或中心点的这种计算方法允许非常准确的对准。图3中示出了本发明的这种优选实施方案。在第一过程中，可以基于特定的毗邻关系的标准来限定不同组的物理对准标记。例如，物理上位于一相应分区(例如平面图中的电气器件的四分之一或其他矩形区域)内的所有对准标记可以被分组为形成这样的子集中的一个。子集的物理对准标记形成随后由指定的辅助标记完成的多边形的角点。为了完成多边形，即限定多边形的其他角点，可以确定缺失的角点使得多边形满足所提及的对称标准，例如与平行四边形相关。在该示例中，多边形的三个角可以由子集的三个物理对准标记形成，并且平行四边形的第四个角可以被确定使得四个角点一起形成平行四边形。这个完成的角点则可以被表示为相应分区的辅助标记。以这种方式，可以确定多个辅助标记，例如每个分区一个。必须说明的是，辅助标记也可以不是能在电气器件上检测到的物理标记或结构特征，而是具有通过应用对称标准而限定的虚拟特征。鉴于这种结构，获得了已经接近有意义的虚拟对准标记的多个辅助标记。与虚拟对准标记对照，辅助标记不是用于使电气器件对准以便于加工或在加工期间使电气器件对准，而是仅用于确定一个或多个虚拟对准标记。可以对辅助标记运用算法以便基于它们确定一个或多个虚拟对准标记。
在一实施方案中，该至少一个对称标准包括如下标准，即物理对准标记的相应子集和相应的辅助标记应被定位成形成对称图形。在不同的实施方案中，上述的形成对称图形的多边形可以采用不同的形状，例如可以是对称的四边形。用于上述多边形的合适的选择是长方形、正方形、梯形或平行四边形。在优选实施方案中，该至少一个对称标准包括如下标准，即物理对准标记的相应子集和相应的辅助标记形成作为对称图形的平行四边形或矩形的四个角。
在一实施方案中，确定该至少一个虚拟对准标记是通过由以下步骤组成的组中的至少一个来完成的：对辅助标记进行平均(例如对它们的几何坐标进行平均)、计算辅助标记的(特别地几何的)重心、使用辅助标记进行统计计算以及确定距辅助标记的距离或平方距离的和最小的点。后一步骤可以通过最小均方拟合完成。
在一实施方案中，该方法包括将电气器件划分为多个分区(例如划分为四个分区)，并且基于与相应分区相关的(特别地空间上相关的)物理对准标记的相应子集以及基于至少一个虚拟对准标记中的至少一个来加工每个分区。因此，可以针对电气器件的不同分区单独地或分开地实施基于物理和虚拟对准标记的组合的对准。这使得对准特别准确。
在一实施方案中，该方法包括通过确定至少一个分区线特别地至少两个正交的分区线将电气器件划分为多个分区(例如划分为四个分区)，其中该至少一个分区线被确定成在电气器件的作用区域(active region)之外延伸。通过防止分区线穿过电气器件的功能活跃区域(诸如板件上的PCB阵列)，保持电气器件的功能活跃区域的功能性不受对准过程的干扰。
在一实施方案中，该方法包括沿着电气器件的外周限定至少三个(特别地至少八个，更特别地恰好八个)物理对准标记，以及在电气器件的中心区域确定至少一个(特别地恰好一个)虚拟对准标记。例如图1所示的这种实施方案提供了运用对准标记的数字上极其简单的过程的组合，并且同时在加工电气器件期间在对准方面实现了非常高的精度。
在一实施方案中，所确定的至少一个虚拟对准标记位于电气器件的作用区域中。由于虚拟对准标记物理上不存在，而是仅被考虑用于电气器件的对准和对器件加工机器的相应控制的虚拟或数学数据单元，因此虚拟对准标记基本上可以位于电气器件上的任何位置。与优选位于电气器件的非功能活跃区域中以免干扰电气器件的功能的物理对准标记相比，在虚拟对准标记方面不需要考虑这种限制。
在一实施方案中，物理对准标记位于电气器件(例如板件)的作用区域(例如PCB)之外。这避免了物理对准标记的存在对电气器件功能的不利影响。
在一实施方案中，电气器件选自由用于制造部件承载件的板件、晶片和用于通过拾放设备进行加工的部件组成的组。在最优选的实施方案中，可以用所描述的物理对准标记结合一个或多个虚拟对准标记的概念来处理PCB板件。高频率出现的板件翘曲和形变的倾向则可以通过物理和虚拟对准标记的适当组合来解决。然而，这里描述的对准过程也可以有利地应用于例如待分割或单一化为单独的电子芯片的半导体晶片。此外对于这个过程，高精度是有利的，这可以通过虚拟和物理对准标记的组合来获得。在其他实施方案中，表面安装式部件可以作为本发明的另一实施方案中的电气器件被对准。这样的部件可以由拾放装置来处理，使得这种电气器件的位置和定位应当被精确地知晓。物理和虚拟对准标记的组合对于所提到的任务也是有利的解决方案，其中虚拟对准标记基于物理对准标记得出。
在一实施方案中，加工电气器件包括由以下组成的组中的至少一种：成像(特别地光成像)、焊接掩模处理、丝网印刷以及(特别地在装配过程中)机械处理电气器件。这些和其他过程需要使待加工的电气器件精确对准。
在一实施方案中，物理对准标记可以是孔(例如盲孔或通孔)、焊垫(由另一种材料例如介电材料围绕的导电材料的焊垫)、刮削标记、角(例如矩形电气器件的角)和激光靶。通常，物理对准标记可以是任何用作参考点或测度的基准点，即置于成像系统的视场中并出现在所产生的图像中的任何物体。其可以是置于成像对象中或成像对象上的物体。这种物理对准标记可以用于相对于待加工的电气器件调整加工设备。
可以将一个或多个部件表面安装和/或嵌入到部件承载件或其预成型件上和/或中。该至少一个部件可以选自由下述构成的组：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)、电子部件或它们的组合。例如，部件可以是作用电子部件、无源电子部件、电子芯片、存储设备(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)、加密部件、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、相机、天线、逻辑芯片以及能量收集单元。然而，其他部件可以被嵌入在部件承载件内。例如，可以使用磁性元件用作所述部件。这样的磁性元件可以是永磁性元件(诸如铁磁元件、反铁磁性元件或铁磁性元件，例如铁氧体基结构)，或者可以是顺磁性元件。然而，所述部件还可以是另外的部件承载件，例如处于板中板配置。所述部件可以表面安装在部件承载件上和/或可以嵌入在部件承载件的内部。
在一种实施方案中，该部件承载件或其预成型件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，部件承载件可以是所述一个或多个电绝缘层结构和一个或多个导电层结构的层叠体，尤其是通过施加机械压力形成的，如果需要的话所述形成过程受热能支持。上述堆叠体可以提供能够为另外的部件提供大安装表面但仍然非常薄且紧凑的板形部件承载件。术语“层结构”可以具体地表示公共平面内的连续层、图案化层或多个非连续岛状件。
在一种实施方案中，部件承载件或其预成型件被成形为板。这有助于紧凑设计，不过其中部件承载件为在其上安装部件提供了大的基底。此外，得益于其厚度小，可以方便地将尤其是作为嵌入有电子部件的示例的裸晶片嵌入薄板诸如印刷电路板中。
在一种实施方案中，制造中的部件承载件被构造为由印刷电路板和基板(特别是IC基板)构成的组中之一。
在本申请的上下文中，术语“印刷电路板”(PCB)可以具体地表示将若干导电层结构与若干电绝缘层结构层叠形成的部件承载件(其可以是板状的(即平面的)、三维曲面的(例如当使用3D打印制造时)或者其可以具有任何其他形状)，上述形成过程例如通过施加压力形成，如果需要的话伴随有热能的供应。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。通过形成穿过层叠体的通孔(例如通过激光钻孔或机械钻孔)并且通过利用导电材料(尤其是铜)填充这些通孔从而形成作为通孔连接的过孔，各种导电层结构可以以期望的方式彼此连接。除了可以嵌入在印刷电路板中的一个或多个部件之外，印刷电路板通常还被配置用于在板形印刷电路板的一个或两个相反表面上容纳一个或多个部件。这些部件可以通过焊接被连接到相应的主表面。PCB的电介质部分可以由具有增强纤维(例如玻璃纤维)的树脂构成。
在本申请的上下文中，术语“基板”可以具体地表示与要安装在其上的部件(尤其是电子部件)具有基本上相同的尺寸的小部件承载件。更具体地，基板可以被理解为用于电气连接或电气网络的承载件以及与印刷电路板(PCB)相当的部件承载件，然而具有显著更高密度的横向和/或竖向布置的连接件。横向连接件例如为传导路径，而竖向连接件可以为例如钻孔。这些横向和/或竖向连接件被布置在基板内，并且可以用于提供尤其是IC芯片的所容置的部件或未容置的部件(例如裸晶片)与印刷电路板或中间印刷电路板的电气连接和/或机械连接。因而，术语“基板”还包括“IC基板”。基板的电介质部分可以由具有增强球(诸如玻璃球)的树脂构成。
在一个实施方案中，至少一个电绝缘层结构包括由以下组成的组中的至少一个：树脂(诸如增强或非增强树脂，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(polyphenylene derivate)、玻璃(尤其是玻璃纤维、多层玻璃、玻璃状材料)、预浸料材料、聚酰亚胺、聚酰胺、液晶聚合物(LCP)、环氧基积层膜(epoxy-based Build-Up Film)、聚四氟乙烯(特氟隆)、陶瓷以及金属氧化物。还可以使用例如由玻璃(多层玻璃)制成的增强材料，例如网、纤维或球体。虽然预浸料或FR4通常是优选的，但也可以使用其它材料。对于高频应用，高频材料诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂可以在部件承载件中作为电绝缘层结构实现。
在一个实施方案中，所述至少一个导电层结构包括由铜、铝、镍、银、金、钯以及钨组成的组中的至少一种。尽管铜通常是优选的，但是其它材料或它们的涂覆形式也是可能的，尤其是涂覆有超导材料诸如石墨烯的上述材料。
在一实施方案中，制造中的部件承载件是层压型部件承载件。在这种实施方案中，部件承载件是通过施加按压力——如果期望的话伴随有热——堆叠并连接在一起的多层结构的复合体。
根据下面将描述的实施方案的示例，本发明的以上限定的方面和其他方面变得明显，并参照实施方案的这些示例对其进行说明。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施方案的被构造为用于制造PCB型部件承载件的板件的电气器件的平面图，并且示出了物理对准标记和在实施于加工期间使电气器件对准的方法的过程中获得的虚拟对准标记。
图2示出了作为用于在加工期间进行对准的方法的对象的电气器件的平面图。
图3示出了作为用于在加工期间进行对准的方法的对象的电气器件的平面图，其中示出了辅助标记和在此基础上计算得到的虚拟对准标记。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件设有相同的附图标记。
在参照附图更详细地描述示例性实施方案之前，将先概述获得本发明的示例性实施方案所基于的一些基本考虑。
根据本发明的示例性实施方案，提供了用于加工电气器件的四分区对准结构，该四分区对准结构使用虚拟中心点作为虚拟对准标记来使电气器件对准。
在PCB板或板件中，形变可能超过100μm，这对于现有的对准系统而言是一个巨大的挑战。事实上，这种形变不能通过全局对准进行弥补(cover)。因此，本发明的示例性实施方案提出在两个方向上均使用更多数量的分区。另外，特别地当使用两个以上的分区(优选地四个分区)时，板件中心的附加点将是有利的。例如通过在那里布置物理对准标记(例如通过图案或孔)来添加这样的真实点将显著影响板件利用率，因为将这样的物理对准标记布置在阵列或插件设计内是不被期望的。类似的考虑适用于其他电气器件的对准，所述其他电气器件诸如为半导体晶片或由拾放组件处理的部件。
本发明的示例性实施方案能够克服现有对准方法的缺陷。实际上，使用充分计算的虚拟中心作为虚拟对准标记能够以更快的速度(导致增大的容量)实现比全局对准方法更高的精度，并且具有比真实中心分区更好的板件利用率。
此外，为了避免虚拟中心从中间分割PCD的阵列或电气器件的其他作用区域，可以在阵列的框架中添加分割点。该分割点的位移可以基于板件形状来计算。根据这样的实施方案的方法可以在板件框架中使用八个点作为物理对准标记，这些物理对准标记可以由加工机器相机捕获。根据这些点，可以计算出虚拟中心点作为虚拟对准标记，特别地用于分区对准。该计算可以通过遵照板件框架的形状来进行，或者更一般地遵照电气器件的外部轮廓线或通过沿着电气器件的外周连接所有物理对准标记而获得的多边形的外部轮廓线来进行。
在根据本发明的示例性实施方案的方法中，物理对准标记可以被机器相机捕获。与此对照，虚拟对准标记物理上不存在，而是由软件计算得到的。这样，每四个点可以用于对分区或它们形成的阵列进行定标(scale)。定标可以使用梯形、平行四边形、矩形或其他对称矩形。
利用根据本发明的示例性实施方案的将物理对准标记与虚拟对准标记组合的对准概念，可以使用于加工相应的电气器件的各种处理对准。这些处理的示例为所有成像处理(例如干膜或焊接掩模上的曝光、丝网印刷等)和机械处理(诸如激光钻孔、机械钻孔、布线等)。
物理对准标记或真实对准点的示例如下：
-电气器件中的孔：例如，这种孔可以通过X射线加工或其他机械处理形成
-电气器件上的焊垫：例如，这种焊垫可以通过成像处理形成
-刮削标记(即通过激光器(例如UV激光器、CO2激光器等)刮削的区域)
-激光靶(即由激光器钻出的靶)
本发明的示例性实施方案提供准确对准，而不需要真实的内部点作为不期望的中心型物理对准标记，这些中心型物理对准标记可能牺牲板件利用率，或者更一般地牺牲电气器件的面积的利用率。根据这样的实施方案的方法允许比用现行性能覆盖更高的形变，而不会对容量或板件利用率产生任何影响。
具体而言，本发明的示例性实施方案能够覆盖板件的高于100μm的形变，而现行性能最大为60μm。
与传统对准相比，通过本发明的示例性实施方案可以获得更高的精度。可以抑制诸如对内层的错误配准以及激光和照片之间的图案偏移之类的伪像。例如，废料可从40％到60％降至2％以下。
所描述的将物理对准标记与虚拟对准标记相结合的过程也比具有九个真实点的局部对准更快，并且具有更少的X射线容量损失。此外，可以获得与基于真实点的分区相比更好的板件利用率。除此之外，所描述的过程可以容易地在用于各种机器的对准软件中实施。总而言之，所描述的过程尤其可以减少错误配准废料并且改善高度形变板件上的对准性能。
图1示出了根据本发明的示例性实施方案的被构造为用于制造部件承载件诸如印刷电路板(PCB)的板件(每个实例具有24×18平方英寸的尺寸)的电气器件100的平面图。在该示例中，电气器件100具有在于加工期间实施使电气器件100对准的方法的过程中获得的八个物理对准标记102和一个虚拟对准标记104。图2示出了作为上述用于在加工期间进行对准的方法的对象的电气器件100的平面图。
例如，形成电气器件100的PCB板件可能要进行焊接掩模处理。为此，可能非常重要的是：实施焊接掩模任务的机器精确地知晓电气器件100存在于哪个位置和哪个方位，使得可以高度精确地进行加工。为了实现这种精确对准，本发明的示例性实施方案使用多个物理对准标记102(其是电气器件100的表面上的可以由相机等检测到的结构特征)。例如，沿着基本上矩形的电气器件100的外周布置的物理对准标记102可以是铜焊垫或者可以是激光孔。真实或物理对准标记102因此可以通过光学测量诸如上述相机等来检测到。
因此，在所描述的用于加工电气器件100(或在加工电气器件期间)的对准方法的第一过程中，在电气器件100上光学地检测到多个(此处是八个，其中，其他数量也是可能的)物理对准标记102。相应的图像可以进行图像处理，在该图像处理期间，物理对准标记102的位置(特别是坐标)由处理器(未示出)确定并存储在大容量存储设备(诸如硬盘)上。从图1和图2中可以看出，所有物理对准标记102都可以位于电气器件100的多个作用区域118中的每一个作用区域之外。电气器件100的作用区域118对应于板件的形成印刷电路板的区域。换言之，每个作用区域118可以例如是印刷电路板或印刷电路板阵列。通过将物理对准标记102定位成与作用区域118分离开并且因此位于印刷电路板之外允许在不对印刷电路板的容量产生不期望的影响的情况下实施对准程序。
此外，图1和图2示出了电气器件100被划分为四个不同的分区108(参见P1、P2、P3、P4)。通过确定竖向分区线116和横向分区线116(即两条正交的分区线116)来实施将电气器件100划分为四个分区108。分区线116被确定成在电气器件100的作用区域118之外延伸。作为图1中所提及的划分的结果，获得了分别具有四个作用区域118的两个分区108，并且还获得了分别具有六个作用区域118的两个分区108。分割点134被限定为横向分区线116和竖向分区线116之间的交叉点。优选地，分别对每个分区108进行对准。通过采取这种措施，可以按照分区108精确且单独地考虑电气器件100的局部特性，例如局部翘曲或形变。然而可替代地，也可以对电气器件100整体上进行对准。
从图1中可以看出，在加工期间，通过使用该情况下的八个物理对准标记102使电气器件100对准仅会缺乏对电气器件100的内部区域的任何考虑，因为出于上述原因物理对准标记102全部都沿着电气器件100的外周120对准。
为了克服该缺陷，除了上述物理对准标记102之外，本发明的示例性实施方案还确定了一个(或多个)虚拟对准标记104，以用于在加工期间使电气器件100对准。非常有利地，虚拟对准标记104基于所限定的物理对准标记102计算得到。换言之，物理对准标记102被用作计算虚拟对准标记104的位置的基础，除物理对准标记102之外，该虚拟对准标记也用于在加工期间使电气器件100对准。可以应用基于物理对准标记102确定虚拟对准标记102的各种替代方案。有利地，可以在考虑物理对准标记102的轮廓线106的情况下确定虚拟对准标记104。更具体地，可以在考虑连接物理对准标记102的闭合连接轨迹线(如图1中附图标记106所示)的情况下确定虚拟对准标记104。通过考虑将所有物理对准标记102彼此连接的连接线的整个几何形状，可以确定有意义的虚拟对准标记104，这种考虑到了几何不均匀性信息或沿着轮廓线106的不对称区域。
在本实施方案中，基于所示的八个物理对准标记102确定的虚拟对准标记104(其也可以被表示为中心虚拟点)可以位于图1的左下侧的分区108中并且与分割点134略微间隔开。描述性地讲，在理想情况下，分割点134和虚拟对准标记104可以是相同的。然而，在物理对准标记102的不对称分布或其他干扰效应诸如形变的情况下，分割点134与虚拟对准标记104的位置之间可能存在偏差。
从图1可以看出，所确定的虚拟对准标记104位于电气器件100的作用区域118中。然而这并不产生干扰，因为虚拟对准标记104不涉及电气器件100的物理上存在的结构特征并。与此对照，它是鉴于现有的物理对准标记102而纯数学地计算出的可以有利地用于对准目的的位置。因此，对准也是基于位于电气器件100的中心部分中的标记的，并且同时该虚拟对准标记104对中心区域中的作用区域118没有干扰影响。因此，电气器件100可以兼具极其高的精度、非常简易的方法以及高度的灵活性，同时被安全地保护免受损坏。
在确定该虚拟对准标记104(在本示例中为一个，但也可以是其他数量)之后，电气器件100可以通过焊接掩模处理进行加工，其中针对每个分区108使用位于该分区108内的物理对准标记102中的三个以及另外的虚拟对准标记104来对准。更一般地，该方法可以因此包括将电气器件100划分为所示出的四个分区108，并且可以基于物理对准标记102的与相应分区108在空间上相关的相应子集114(在图1中仅针对左下分区108示出)以及基于虚拟对准标记104对每个分区108进行单独地处理。
总之，该方法使用板件框架中的八个点作为物理对准标记102，该八个点可以被机器相机捕获。根据这些物理对准标记102，计算出虚拟对准标记104以用于有效的分区对准。例如(也可以有许多其他示例)，可以按照下述板件框架的形状使用以下公式来进行计算：
Figure BDA0001580764200000161
其中，U和V是具有特定坐标(x，y)的点的位移。更具体地说，Ui和Vi是真实的点或物理对准标记102的坐标(i＝1、2、……、8)。
参照图1和图2，物理对准标记102可以被机器相机捕获，并且虚拟对准标记104在物理上不存在，而是由软件计算出。则使用每四个点来对分区108或它们形成的阵列(或作用区域118)进行定标。定标可以使用梯形、平行四边形、矩形信息。
图3示出了作为用于在加工期间进行对准的方法的对象的电气器件100的平面图，并且示出了辅助标记110和在此基础上计算出的虚拟对准标记104。如在图1和图2中那样，电气器件100可以是用于PCB生产的板件，但是可以替代地为待单一化的电子芯片的晶片、待由拾放组件处理的拾放部件等。
图3示出了根据本发明优选实施方案的确定虚拟对准标记104的细化过程。如上所述，首先需要限定或检测出多个物理对准标记102，在所示的示例中，八个物理对准标记102形成多边形的角。然后可以例如通过应用下面描述的算法根据物理对准标记102从数学上计算出或导出虚拟对准标记104：
首先，物理对准标记102可以被分组为物理对准标记102的(此处为四个)子集114，其中，每组可对应于电气器件100的相应区域(具体地分区108(参见图1和图2))。在所示实施方案中，三个直接连接的物理对准标记102被分组成属于同一组物理对准标记，从而获得四个各自具有三个物理对准标记102的组或子集114。
其次，为每个子集114确定相应的辅助标记110。每个辅助标记110被限定为平行四边形型多边形112的第四角点，该平行四边形型多边形的三个其他角点为相应子集114的相应三个直接连接的物理对准标记102，如上所述。换言之，相应的辅助标记110被确定成使得它和如上限定的子集114的三个物理对准标记102位于平行四边形型多边形112的四个角上。换言之，相应的辅助标记110被确定在一位置处，以确保满足下述对称标准：该辅助标记110加上相应子集114的三个物理对准标记102都位于平行四边形的角上。
通过针对物理对准标记102的四个子集114(其中一些物理对准标记102仅属于一个组或一个子集114，而其他物理对准标记102属于两个组或两个子集114)重复该过程，在所示的实施方案中，获得四个辅助标记110。通过所描述的过程获得的辅助标记110不是直接用作虚拟对准标记104，而是由每个辅助标记110提示或帮助判断有意义的虚拟对准标记104应位于哪个位置处。
如图3所示，然后可以基于这里的四个辅助标记110来确定虚拟对准标记104。为了基于辅助标记110确定虚拟对准标记104，可以应用不同的算法。例如，可以对四个辅助标记110的位置进行平均以计算出虚拟对准标记104，可以计算出辅助标记110的重心并将其用作虚拟对准标记104，可以实施拟合算法(例如基于最小均值平方拟合)以确定虚拟对准标记104等。
在实施该计算之后，可以使用三个或更多个物理对准标记102加上(在该情况下)一个虚拟对准标记104来在加工期间使电气器件100对准。或者，可以使用对准标记的不同组合——例如分别针对相应的分区108选择的三个物理对准标记102和可以被增加为用于每个分区108的第四对准标记的所确定的虚拟对准标记104——来使电气器件100的各个分区对准。
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，与不同实施方案相关联描述的元件可以组合。
还应注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
本发明的实施不限于附图中所示的和上述的优选实施方案。替代地，使用所示出的方案和根据本发明的原理的多种变型也是可能的，即使在根本不同的实施方案的情况下。

Claims (25)

1.一种针对加工电气器件(100)进行对准的方法，其中，所述方法包括：
在所述电气器件(100)上限定至少三个物理对准标记(102)；
基于所限定的至少三个物理对准标记(102)确定至少一个虚拟对准标记(104)，其中，将所限定的至少三个物理对准标记(102)用作计算所述至少一个虚拟对准标记(104)的位置的基础；
利用所述物理对准标记(102)中的至少三个以及所述至少一个虚拟对准标记(104)中的至少一个进行对准以加工所述电气器件(100)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在考虑所述物理对准标记(102)的轮廓线(106)或所述轮廓线(106)的一部分的情况下实施确定所述至少一个虚拟对准标记(104)，所述轮廓线(106)为沿着所述电气器件的外周连接所述物理对准标记(102)而获得的多边形的外部轮廓。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在考虑连接所述物理对准标记(102)的闭合连接轨迹线或其一部分的情况下实施确定所述至少一个虚拟对准标记(104)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，确定所述至少一个虚拟对准标记(104)包括：
将所述物理对准标记(102)分组成子集(114)，所述子集各自对应于所述电气器件的分区(108)；
对于所述子集(114)中的每一个，确定辅助标记(110)作为由所述物理对准标记(102)的相应子集(114)限定的多边形(112)的一角点，其中所述物理对准标记的相应子集作为所述多边形(112)的其他角点，并且确定相应辅助标记(110)使得具有所述相应辅助标记(110)的所述多边形(112)符合至少一个预限定的对称标准；
基于所述辅助标记(110)确定所述至少一个虚拟对准标记(104)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述多边形(112)是对称四边形。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述对称四边形是长方形、正方形、梯形和平行四边形组成的组中的一种。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少一个对称标准包括以下标准：所述物理对准标记(102)的相应子集(114)和所述相应辅助标记(110)应被定位成形成对称图形。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，确定所述至少一个虚拟对准标记(104)通过由以下组成的组中的至少一种来实施：对所述辅助标记(110)求平均；计算所述辅助标记(110)的重心；使用所述辅助标记(110)进行统计计算；以及确定距所述辅助标记(110)的距离或平方距离的和最小的点。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：将所述电气器件(100)划分为多个分区(108)，并且通过基于与每个分区在空间上相关的所述物理对准标记(102)的相应子集(114)以及基于所述至少一个虚拟对准标记(104)中的至少一个进行对准来加工相应分区。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：将所述电气器件(100)划分为四个分区，并且通过基于与每个分区在空间上相关的所述物理对准标记(102)的相应子集(114)以及基于所述至少一个虚拟对准标记(104)中的至少一个进行对准来加工相应分区。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：通过确定至少一条分区线(116)，将所述电气器件(100)划分为多个分区(108)，其中，所述至少一条分区线(116)被确定成在所述电气器件(100)的作用区域(118)之外延伸。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：通过确定至少两条正交的分区线，将所述电气器件(100)划分为四个分区，其中，所述至少两条正交的分区线被确定成在所述电气器件(100)的作用区域(118)之外延伸。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：
沿着所述电气器件(100)的外周(120)限定所述至少三个物理对准标记(102)；以及
在所述电气器件(100)的中心区域(122)确定所述至少一个虚拟对准标记(104)。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：
沿着所述电气器件(100)的外周(120)限定至少八个物理对准标记；以及
在所述电气器件(100)的中心区域(122)确定所述至少一个虚拟对准标记(104)。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：
沿着所述电气器件(100)的外周(120)限定恰好八个所述物理对准标记；以及
在所述电气器件(100)的中心区域(122)确定所述至少一个虚拟对准标记(104)。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：
沿着所述电气器件(100)的外周(120)限定至少八个物理对准标记；以及
在所述电气器件(100)的中心区域(122)确定恰好一个所述虚拟对准标记。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：
沿着所述电气器件(100)的外周(120)限定恰好八个所述物理对准标记；以及
在所述电气器件(100)的中心区域(122)确定恰好一个所述虚拟对准标记。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所确定的至少一个虚拟对准标记(104)位于所述电气器件(100)的作用区域(118)中。
19.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述物理对准标记(102)位于所述电气器件(100)的作用区域(118)之外。
20.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述电气器件(100)选自由以下组成的组中：用于制造部件承载件的板件；晶片；以及用于通过拾放装置进行处理的部件。
21.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，加工所述电气器件(100)包括由以下组成的组中的至少一种：成像；焊接掩模处理；丝网印刷；以及在装配过程中机械处理所述电气器件。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述成像为光成像。
23.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述物理对准标记(102)选自由所述电气器件(100)的孔、焊垫、刮削标记、角和激光靶组成的组。
24.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质中存储了针对加工电气器件(100)进行对准的计算机程序，所述计算机程序在由一个或多个处理器执行时适于实施或控制根据权利要求1至23中任一项所述的方法。
25.一种针对加工电气器件(100)进行对准的程序单元，所述程序单元在由一个或多个处理器执行时适于实施或控制根据权利要求1至23中任一项所述的方法。
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