CN1194592C - 在利用丝网印刷工艺将焊膏涂敷到印刷电路板上时产生测试图形的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在利用丝网印刷工艺将焊膏涂敷到印刷电路板上的过程中产生测试图形的方法和装置，在一种示教方法步骤中，用光学方法记录一种结构作为参考图形，这种记录被用于产生用于测试图形的参考数据。还提供用于丝网印刷工艺的印刷模版，用光学方法记录的结构为该印刷模版的结构，并且针对所述印刷模版的模版开口的位置和/或它们的几何结构，用光学方法记录所述印刷模版的模版开口。

Description

在利用丝网印刷工艺将焊膏涂敷到印刷 电路板上时产生测试图形的方法和设备

本发明涉及在利用丝网印刷工艺将焊膏涂敷到印刷电路板上的过程中产生测试图形的方法，在一种示教方法(teach-in method)的步骤中，用光学方法记录一种结构作为参考图形，并且这种记录被用于产生用于测试图形的参考数据。

在检查系统的功能里，对焊膏是否充分涂敷到印刷电路板上进行监测是已知的。利用丝网印刷工艺将焊膏涂敷到印刷电路板上。这使得在随后的元件装配工艺中有可能将电子元件焊接到在印刷电路板上形成的布线接线端上。这具体是利用SMD工艺进行的。在检查系统的过程中，为了能够检验焊膏的涂敷，需要提供所谓的测试图形。这些测试图形限定了在哪里和怎样对焊膏的涂敷进行检验。测试图形限定了将被涂敷的焊膏区域的坐标、大小和形状。为了获得测试图形，基本上有两种已知的方法。第一种方法从CAD数据获得测试图形。这些测试图形是可以以电子的形式(Gerber文件)得到的印刷模版的模版数据。这些数据提供关于印刷模版在哪里具有开口和具有怎样的开口的信息，在丝网印刷工艺中焊膏穿过这些开口被涂敷到印刷电路板上。由于在CAD数据的可用性、更新性和可转换性方面的问题，在过去已发现随后将提到的第二种方法是更实用的解决办法。该第二种方法是所谓的示教方法，在其中印刷电路板对于测试图形的产生起到参考图形的作用。因此，在示教方法中利用照相机对印刷电路板的布线和端子结构进行记录，并以这种方式确定测试图形。一个缺点是布线的结构---由于它们的生产工艺造成的结果---具有相对较大的尺寸公差，结果导致测试图形的产生易遇到尺寸偏差的问题。特别是在非常密集的接触结构的情况下，例如对于大规模集成元件来说，尺寸的不适当可能带来问题。

因此，本发明基于这样的目的，提出一种在本文开始所述类型的方法，该方法产生高精度的结果，并可以以可行的方式完成。

根据本发明，这一目的通过用于丝网印刷工艺的印刷模版来实现，该印刷模版作为前述的结构被用光学方法记录。因此，根据本发明，该印刷模版在示教方法中被用作用于产生测试图形的参考图形。如此确定的测试数据与印刷工艺中存在的条件精确地对应，结果是可以最佳地评定印刷质量和尺寸的稳定性，而与其它影响无关。所测量的焊膏涂敷的印刷质量使得能够直接得出关于印刷工艺的结论，而不存在干扰因素---诸如例如前面提到的公差的影响。为了产生测试图形，最好规定对于任何缺陷都特别敏感的某些区域，并通过用光学方法记录印刷模版的结构(模版开口)，在这些区域中产生测试图形。用光学方法记录的图象被用电子学方法转换成代表测试图形的数据。这些测试图形构成参考图形，在丝网印刷工艺之后，将该参考图形与同样用光学方法确定的实际的焊膏涂敷的数据比较。这使得能够识别缺陷，例如印刷电路板的两个接线端被不希望有的焊膏桥电连接起来的缺陷。还可以识别在某些区域中是否没有焊膏。这同样也可能有两个原因，一方面，焊膏粘在印刷模版上，因为焊膏没有被传送到印刷电路板上，或者另一方面，能够得到的焊膏太少，即刮片不可能将焊膏涂到所有的区域中，因为可用的焊膏不够。按照先前已知的方法，用光学方法记录焊膏涂敷情况，并与按先前的方法获得的测试图形比较。在本发明主题的情况下，同样进行了比较，此外还用光学方法检测了印刷模版---这是由于测试图形的产生。因此，给印刷模版和印刷电路板都配备了光电记录设备，这提供了以前不能实现的下述优点。可以将从印刷模版和印刷电路板获得的图象用电子学方法最好是自动地进行比较，这有可能识别出缺陷或正在形成的缺陷，并有可能预先阻止缺陷形成。例如，通常桥只是缓慢形成的，即，它在印刷模版上特别是在印刷模版开口的边缘处变明显，并且焊膏颗粒越来越多地聚集在那里，并随着时间的推移而形成，直到桥形成为止。这种逐渐的形成在其从印刷模版的光电检测中出现时就被识别出，并因此可以被阻止。这最好是自动进行的，即简短地中断印刷工艺，并自动地进行印刷模版的清理。相应地对粘在印刷模版的开口中并因此没有被传送到印刷电路板上的焊膏进行同样的处理，因为在这种情况下，在形成的过程中最初也只有少量焊膏粘在模版开口中，并且这些焊膏慢慢积累，直到最后焊膏堵塞了整个开口或开口的大部分。因此将印刷模版的光学检测用于两种情况，一方面用于产生测试图形，而另一方面用于识别缺陷。除了利用根据本发明的工序简单地产生测试图形以外，还因此有可能在丝网印刷工艺期间针对可能的缺陷进行最佳地检验。

优选提供这样的功能，即针对印刷模版的模版开口的位置(坐标)和/或它们的几何结构(形状，大小)，用光学方法记录印刷模版的模版开口。因此测试图形具有有关位置(坐标)和几何结构(形状，大小)方面的相应的信息。

此外，如果用光学方法记录印刷模版的面对印刷电路板的一面则是比较好的。对“底面”的记录具有这样的优点，也就是在那里可以最好地识别出---除了测试图形数据的记录以外---在正在进行的印刷工艺的过程中是否会有缺陷出现，例如前面所提到的桥的形成或焊膏的粘附。

根据本发明的研究，提供这样的功能，即在丝网印刷工艺后，对已经在印刷电路板上实施的焊膏涂敷进行光学记录，并由该记录产生实际的数据。借助于这些实际的数据，可以以特别简单的方式在检查系统的过程中对焊膏涂敷进行评定，因为这只需要进行参考图形的数据与实际数据的比较即可。因此，在考虑了参考数据的情况下进行对实际数据的估算。

本发明还涉及用于在借助丝网印刷工艺将焊膏涂敷到印刷电路板期间产生测试图形的装置，该装置具有第一光电装置，用于记录一个作为参考图形的结构，所述记录在示教方法的步骤中进行；并具有数据处理电子设备，用于由参考图形记录产生参考数据，以这样的方式设置第一光电装置，使之记录作为所述结构的印刷模版。因此，该光电装置通过检测印刷模版的结构(模版开口)，以光学的方式获得测试图形数据，在估算焊膏涂敷时可使用所述测试图形数据，作为所希望的数据。将这些所希望的数据与由焊膏涂敷确定的实际数据进行比较。如果存在偏差，可进行校正。

优选设置有一个移动装置，借助于该装置可以使第一光电装置进入到印刷模版和印刷电路板之间。这使得能够对印刷模版的各个所希望的区域进行光学记录。

还优选地提供第二光电装置，用于记录印刷电路板上的焊膏涂敷情况，特别地还提供这样一种功能，即可以利用同一个移动装置移动第一和第二光电装置。这样的优点是对于两个光电装置只需要一个移动装置，结果使结构的复杂程度和成本都得到降低。此外，利用一个并且是同一个移动装置来移动光电装置还有一个优点，即两个设备总是被带到相对于印刷模版和相对于印刷电路板的同一个位置上，也就是说，这两个光电装置总是确定了两个部件的相应的区域，其结果就使得能够以特别简单的方式来进行所希望的数据与实际的数据的比较。

此外，可以提供这样的第一和第二光电装置，它们只由一个光电设备形成，该光电设备可以相对于记录方向进行切换或者具有两个记录光束。因此，两个光电装置被结合在单个光电设备中，该光电设备定位于移动装置的移动拖架上。如果可以对记录方向进行切换，即，利用一个并且是同一个光电设备对印刷模版以及---在切换之后---对印刷电路板进行记录，则装置的复杂性可以降低。为能够对希望数据与实际数据进行比较，则需要首先对所记录的图象结构进行存储，然后再将其与随后记录的图象结构进行比较。通过使用两个光电记录设备(照相机)，即，一个光电记录设备借助第一记录光束检查印刷模版，而另一个借助第二记录光束检查印刷电路板，以及进而检查在那里进行的焊膏涂敷，使构成在结构上更复杂，但从工艺学的观点看则优点更多。

此外，可以提供这样的光电设备，它具有第一镜，该第一镜已被做成在两侧都是可反射的，并且其一侧位于射向印刷模版的记录光束中，而其另一侧位于射向印刷电路板的记录光束中。特别是，该已被作成两侧都可反射的第一镜为棱镜的形式，这具有对于两束来说其反射面实际上相同的优点。

本发明的研究提供了这样的结构，即给第一镜的各侧分别配置半透明的第二镜和第三镜。在每种情况下给第二和第三镜特别地分别配备第一光学件和第二光学件。最好是在每种情况下给第二和第三镜分别配备第一和第二图象记录传感器。在这种情况下最好以这样的方式来进行设置，就是使第一光学件位于第二镜和第一图象记录传感器之间，而使第二光学件位于第三镜和第二图象记录传感器之间。以上说明的设置使得有可能经过第一镜的一侧和半透明的第二镜以及第一光学件、并借助于第一图象记录传感器来记录印刷电路板，并借助第一镜的另一侧、第三镜、以及第二光学件和第二图象记录传感器来记录印刷模版。

第一照射源与第二镜相互配合，而第二照射源与第三镜相互配合，使得有可能利用第一照射源，经过第二镜和第一镜来对印刷电路板进行照射，并利用第二照射源，经过第三镜和第一镜来对印刷模版进行照射。通过使印刷电路板经受环形、或近似环形或部分环形的第三照射源的光照射，可以获得特别好的结果。第三照射源最好定位于可以被移动装置移动的光电设备上。特别是，这提供这样的优点，即由于它的环形结构，第三照射源包围在第一镜和印刷电路板之间的光束，也就是说，对印刷电路板进行最佳的光照射，其结果是可以非常好地用光学方法记录其上的焊膏涂敷。

最后，本发明还提供由多个发光二极管(LED)构成的第三照射源。

附图在典型实施例的基础上示出了本发明，具体地说：

图1示出光电设备的平面图，

图2示出沿图1的箭头II方向的光电设备的端部示意图，以及

图3示出沿图2的箭头III方向的从光电设备下面看去的示意图。

图1-3以图示的形式示出光电设备1，借助于该光电设备1可以在利用丝网印刷工艺将焊膏涂敷到印刷电路板上期间产生测试图形。此外，该光电设备1适用于检查在丝网印刷工艺中使用的印刷模版3的底面2，以及在丝网印刷工艺中焊膏被涂敷到其上的印刷电路板5的一面4(图2)。

按照图1，光电设备1具有第一光电装置6和第二光电装置7。这两个光电装置6、7共用第一镜8，该第一镜8已被做成两侧都是可反射的，并配备有光电装置7的半透明的第二镜9和光电装置6的半透明的第三镜10。此外，光电装置7具有第一图象记录传感器11，而光电装置6具有第二图象记录传感器12。在第二镜9和第一图象记录传感器11之间设置有第一光学件13。第三镜10和第二图象记录传感器12之间设置有第二光学件14。因此，第一光学件13是第二光电装置7的组成部分，而第二光学件14是第一光电装置6的组成部分。光电装置7还配备有第一照射源15；光电装置6配备有第二照射源16。两个照射源15和16最好是设计成为LED，并定位在印刷电路板17上。

按照图2，在光电设备1的底面18上排列了第三照射源19，该第三照射源19包括多个以环形形式排列的发光二极管(LED)。以这样的方式来排列发光二极管，以使得第三照射源19包围第一镜8和印刷电路板5之间的光束20。这在图3中具体地示出。借助于以拖架方式工作并可沿两个彼此垂直的坐标移动的移动装置(未示出)，光电设备1可以被沿图1中的双头箭头21和沿图2中的双头箭头22移动，也就是说，它可以相对于印刷模版3移动到所希望的任何位置上，并相对于印刷电路板5被移动到对应的位置上。在丝网印刷工艺中，在一借助于印刷模版3将焊膏涂敷到印刷电路板5的一面4上之后，就进行这种移动。在丝网印刷工艺之后，移动印刷模版3和印刷电路板2使它们分离开，结果光电设备1可以进入到它们中间的空间里。以这种方式，可以对于焊膏涂敷量是否足够进行检查。在这种检查中，利用第一光电装置6检查印刷模版3的底面2，并利用第二光电装置7检查印刷电路板5的一面4。利用处理电子设备(未示出)，可以以这种方式检验焊膏涂敷的任何缺陷。具体的工序如下：利用照射源16(虚线23)将光投射到半透明镜10上，该光被偏转90°，并被送到第一镜8，然后从该镜8的一侧被向上引导，结果照射到印刷模版3的底面2上。被印刷模版3反射的光返回到镜8，并被从镜8的同一侧送到镜10，并直线地通过镜10，被反射的光按照双点划线24经过镜光学部件14到达图象记录传感器12。因此，在与数据处理电子设备(未示出)的相互配合中，所述图象记录传感器可以以象素结构的方式产生相应的印刷模版3的结构的图象，特别是模版开口的坐标、形状和大小。这样确定的数据可以被用于前述的与焊膏涂敷的比较。特别是，有可能将所记录的数据作为参考图形进行估算，也就是说，该参考图形代表测试图形，该测试图形是有关印刷模版的模版开口具有什么位置和几何结构的信息。该记录在被称之为示教的方法中进行。

利用第二光电装置7，可以检查印刷电路板5的一面4上的焊膏涂敷。为此目的，从照射源15使光射向镜9(虚线25)，在那里光被偏转，并送到第一镜8的另一侧，镜8的该另一侧使光向下投射到印刷电路板5上。被印刷电路板5特别是其上的焊膏涂敷反射的光返回到镜8，并被从那里送到半透明的镜9，以直线通过镜9，结果光沿点状虚线26经过光学件13到达图象记录传感器11。在将焊膏成功涂敷到印刷电路板5上时，图象记录传感器11以象素的形式提供信息。这样，就可以借助于数据处理电子设备进行两个图象记录传感器11和12的信息的估算，也就是说将印刷模版3的参考图形与实际图形即印刷电路板5上的焊膏涂敷进行比较，由此可以识别出任何缺陷。此外还有可能借助于第一光电装置6检查有焊膏聚集在那里的印刷模版3的任何粘污，结果可以在早期识别出由于焊膏的这种粘附聚集导致的缺陷。

如果发现了缺陷，则可以停止自动操作，并可以在屏幕上可见地显示缺陷。操作人员有可能忽略该缺陷或者对其进行处理。还有可能移去因之而带有缺陷的印刷电路板。在任何情况下，都用元件的名称以及操作人员对该部分的响应来记录该缺陷，所述元件是通过焊膏向印刷电路板上的涂敷而被涂敷的元件。

Claims (19)

1.一种在利用丝网印刷工艺将焊膏涂敷到印刷电路板上的过程中产生测试图形的方法，在一种示教方法的步骤中，用光学方法记录一种结构作为参考图形，并且这种记录被用于产生测试图形的参考数据，其特征在于，所述用光学方法记录的结构为用于丝网印刷工艺的印刷模版的结构，并且针对所述印刷模版的模版开口的位置和/或它们的几何结构，用光学方法记录所述印刷模版的模版开口。

2.如权利要求1所述的方法，其中，用光学方法记录印刷模版面对印刷电路板的一面。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，在丝网印刷工艺后，对已经在印刷电路板上实施的焊膏涂敷进行光学记录，并由该记录产生实际的数据。

4.如权利要求3所述的方法，其中，在考虑了参考数据的情况下对实际数据进行估算。

5.一种用于在借助丝网印刷工艺将焊膏涂敷到印刷电路板上的过程中产生测试图形的装置，该装置具有第一光电装置(6)，用于记录一个作为参考图形的结构，所述记录在一种示教方法的步骤中进行；并具有数据处理电子设备，用于由所述参考图形记录产生参考数据，其特征在于，以这样的方式设置第一光电装置(6)，使之针对印刷模版(3)的模版开口的位置和/或它们的几何结构，记录作为所述结构的印刷模版(3)的模版开口。

6.如权利要求5所述的装置，其中，具有移动装置，借助于该移动装置可以使第一光电装置(6)进入到印刷模版(3)和印刷电路板(5)之间，并使之可以在那里移动。

7.如权利要求6所述的装置，其中，具有第二光电装置(7)，用于记录印刷电路板(5)上的焊膏涂敷。

8.如权利要求7所述的装置，其中，可以利用一个并且是同一个移动装置移动第一和第二光电装置(6，7)。

9.如权利要求7或8所述的装置，其中，具有形成光电装置的光电设备(1)，并且第一和第二光电装置(6，7)只由一个光电设备(1)形成，该光电设备可以相对于记录方向进行切换或者具有两个记录光束。

10.如权利要求9所述的装置，其中，光电设备(1)具有第一镜(8)，该第一镜已被做成在两侧都是可反射的，并且其一侧位于射向印刷模版(3)的记录光束中，而其另一侧位于射向印刷电路板(5)的记录光束中。

11.如权利要求10所述的装置，其中，给第一镜(8)的每一侧分别配备半透明的第二镜和第三镜(9，10)。

12.如权利要求11所述的装置，其中，在所有情况下给第二和第三镜(9，10)分别配备第一光学件和第二光学件(13，14)。

13.如权利要求12所述的装置，其中，在所有情况下给第二和第三镜(9，10)分别配备第一和第二图象记录传感器(11，12)。

14.如权利要求13所述的装置，其中，所述第一光学件(13)位于第二镜(9)和第一图象记录传感器(11)之间，而所述第二光学件(14)位于第三镜(10)和第二图象记录传感器(12)之间。

15.如权利要求12所述的装置，其中，所述光电设备具有第一照射源(15)，第一照射源与第二镜(9)相互配合。

16.如权利要求15所述的装置，其中，所述光电设备具有第二照射源(16)，第二照射源与第三镜(10)相互配合。

17.如权利要求16所述的装置，其中，所述光电设备(1)具有环形、近似环形或部分环形的第三照射源(19)，第三照射源的光照射到印刷电路板(5)上。

18.如权利要求17所述的装置，其中，第三照射源(19)包围第一镜(8)和印刷电路板(5)之间的光束。

19.如权利要求17所述的装置，其中，第三照射源(19)由多个发光二极管构成。

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