CN1498346A - 检测印刷电路板质量的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于检测印刷电路板上的电子电路或其一部分的一种方法和一种装置。按照本发明具有以下方法步骤;该方法以简单的装置结构实现无接触的检测:(a)获取从印刷电路板表面发出的射线,(b)将获取的射线转换为数据,它们描述了印刷电路板的表面结构和/或深层结构,(c)将表面结构和/或深层结构数据与所存储的表面结构和/或深层结构的额定状态数据进行比较,以及(d)确定获取的表面结构和/或深层结构数据与表面结构和/或深层结构的额定状态数据之间的偏差。
Description
本发明涉及如权利要求1或10的前序部分所述的用于检测印刷电路板质量的方法和装置。
为了在印刷电路板的生产和装配时进行质量控制,至今为止已知了一种机械的方法,它用数百个触点借助于孔掩膜并借助于由特殊合金构成的触点对检测样品进行机械采样。为了检测质量,各个电路被连接,且其功能被一个电子检测适配器进行测试。
然而借助于专门生产的触点和检测适配器进行电子检测花费很高而且易受干扰。触点在检测适配器中的定位由于电子元件的小型化而愈来愈困难。因为对每种新的类型的电路板都必须构造一个合适的专用检测适配器,从而产生高昂的费用。一个平均大小的检测适配器的结构要求例如形成约500个专用触点。为形成一个这样的结构需花费约半天时间。为此所用成本平均为五百马克,并且在SMD布线情况下费用迅速增长到一千马克以上。在例如20件电路板的最小批量下,在每件20马克的产品价格上增加每个电路板25马克的检测成本并投入一个附加的生产日是不值得的。对于预试型号尤其是这样,因为下一批测试批件电路板布线发生变化,从而检测触点的设置也随之变化。因而电路板布线变化意味着产生用于改变电子检测适配器或改变其新结构的费用。然而如果由于成本原因而放弃印刷电路板的检测,则将有在错误的加工情况下损失数倍于所节省下来的费用的危险。
在借助于检测适配器的电子检测中应用一个专用的检测算法。例如如果出现一根导线变窄,则仍得到“无错”的检测结果,即这种制造误差不被识别。寄生的附加物也不被识别,尤其是在高频应用的电路中,这些附加物有时会导致产品不满足要求。此外没有对中的孔也不被识别为错误。
现有的检测方法的另一个缺点在于,电子检测在生产过程结束时才进行,因而只能是一个很晚的错误识别。制造一批有错误的产品的危险随层数而增加。因此一个8层的多层印刷电路板的错误制造概率比一个两层的印刷电路板大得多。现在一个多层印刷电路板必须首先被完整地制造出来,才能确定第一层是否有错误。以上所述关于不能被识别的错误的种种局限性无法解决。
电子适配器的保管在电路板生产中要求很大的后勤开支。不能断定在什么时候、什么位置需要何种检测适配器,或者根本不需要检测适配器。存储的检测适配器必须能再被找出来。在经历了长时间的存储之后触点有时需要进行保养。
本发明的目的在于,给出上述类型的一种方法和装置,它们改善了质量检测的可靠性和灵活性,同时降低了成本。
上述任务按照本发明由具有权利要求1所规定的方法步骤的上述类型的方法并由具有权利要求10所述特征的上述类型的装置完成。本发明的其它具有优点的实施例被描述在其它权利要求中。
按照本发明,在上述类型的方法中具有以下步骤:
(a)获取从印刷电路板表面发出的射线,
(b)将获取的射线转换为数据,这些数据描述了印刷电路板的表面结构和/或深层结构,
(c)将表面结构和/或深层结构数据与所存储的表面结构和/或深层结构的额定状态数据进行比较,以及
(d)确定获取的表面结构和/或深层结构数据与表面结构和/或深层结构的额定状态数据之间的偏差。
此方法的优点在于,在具有很高的效率和质量的自动化、机械化的印刷电路板生产和装配中可识别装配错误以及印刷电路板自身结构和尺寸的错误。通过无接触的工作显著降低了成本。质量控制可以快速和可靠地实现。比传统的检测方法节省了成本和时间,并且由于附加的高度灵活性,本发明也可经济地应用于小批量生产。而不用对单个被测元件进行定位。适合于被测印刷电路板结构要求的微型化现在是可能的。用于单批被测样品的机械结构不再需要了。检测装置在数分钟内可准备好,从而大大降低了检测成本。在被测印刷电路板布线发生变化时,只需输入新的数据,以启动检测设备。这样在小件数情况下也得到价格便宜的经检测的印刷电路板。检测结果保证实际上100%的正确性,并且提供至今没有达到的质量水平。在已装配印刷电路板上被不洁腐蚀的导线不洁焊点,以及未对中的孔或印刷电路板错误的铣后尺寸都可以被识别。因为本发明的检测方法可在所有生产工序之间迅速、简单且廉价地应用,因而可避免成批量的错误生产。这在昂贵的多层印刷电路板的生产中有明显优点。由于数据的易管管性,可以保存大量的不同检测对象,而只需要很小的存储空间。此外,也可以实现例如在大气或宇宙航行技术中的质量条件要求。此外可以对每个单件产品在所有加工过程中给出质量证明。
获取的数据以及额定状态数据都最好是数字形式的数据。
合理的是在步骤(d)之后将偏差与相应的容差范围比较,并且根据此比较,当偏差在容差范围内时对印刷电路板形成一个检测结果“无错”,或者当这些偏差至少有部分在容差范围之外时形成检测结果“错误”。
在一个具有优点的实施方式中,在步骤(a)中表面结构和/或深层结构数据借助于从表面反射的和/或由它发出的电磁波,尤其是可见光、X射线、雷达射线、微波射线和/或红外射线频段的电磁波被获取。
可以根据温度随时间的变化推断表面上和深层中的结构情况;在步骤(a)中获取由表面辐射出的热辐射,并在步骤(b)中根据热辐射随时间的变化分析表面结构和/或深层结构。
为实现动态测量,印刷电路板在步骤(a)的测量过程中被加热或冷却。
在步骤(a)中例如借助于热光差分测量而实现信息获取。
为建立相应印刷电路板的独立文件,步骤(b)的偏差被存储在一个大容量存储器上。
可以这样来实现特别快的实时检测:表面结构的额定状态数据是印刷电路板的设计布线。
按照本发明,上述类型的装置的特征在于一个用于获取来自印刷电路板表面的射线的传感器,一个用于将获取的射线转换为描述印刷电路板的表面结构和/或深层结构数据的装置,一个用于将表面结构和/或深层结构数据与所存储的表面结构和/或深层结构的额定状态数据进行比较的装置,以及一个用于确定获取的表面结构和/或深层结构数据与表面结构和/或深层结构的额定状态数据之间偏差的装置。
此装置的优点在于,在具有很高的效率和质量的自动化、机械化的印刷电路板生产和装配中可识别装配错误以及印刷电路板自身结构和尺寸的错误。通过无接触的工作显著降低了成本。质量控制可以快速和可靠地实施。比传统的检测方法节省了成本和时间,并且由于附加的高度灵活性,本发明也可经济地应用于小批量生产。而不用对单个被测元件进行定位。适合于受检印刷电路板结构要求的微型化现在是可能的。用于单批被检测样品的机械结构不再需要了。检测装置在数分钟内可准备好,从而大大降低了检测成本。在被测印刷电路板的布线发生变化时,只需输入新的数据,以启动检测设备。这样在小件数情况下也得到价格便宜的经检测的印刷电路板。检测结果保证实际上100%的正确性,并且提供至今没有达到的质量水平。在已装配印刷电路板上被不洁腐蚀的导线和不洁焊点,以及未对中的孔或印刷电路板错误的铣后尺寸都可以被识别。因为本发明检测方法可在所有生产工序之间迅速、简单且廉价地应用,因而可避免成批量的错误生产。这在昂贵的多层印刷电路板的生产中有明显优点。由于数据的易管理性,可以保存大量的不同检测对象,而只需要很小的存储空间。此外,也可以实现例如在航空或航天技术中的质量条件要求。此外可以对每个单件产品在所有加工过程上给出质量证明。
获取的数据以及额定状态数据都最好是数字形式的数据。
合理的是设置一个用于将偏差与相应的容差范围进行比较的装置,它根据这个比较,当偏差在容差范围内时对印刷电路板给出一个检测结果“无错”,或者当这些偏差至少有部分在容差范围之外时给出检测结果“错误”。
在一个具有优点的实施方式中,设置了一个用于检测电磁波,尤其是可见光、X射线、雷达射线、微波射线或红外射线频段的电磁波的传感器,使得它获取从印刷电路板反射的和/或由它发出的电磁波。
例如传感器被设置来获取来自印刷电路板表面的热辐射,并且用于将获取的射线转换为描述印刷电路板的表面结构和/或深层结构的数据的装置被如此设计:这个装置根据印刷电路板的一个确定位置处和/或印刷电路板表面上热辐射随时间的变化来分析表面结构和/或深层结构。
为实现动态测量,设置了一个用于在测量的同时冷却或加热印刷电路板的装置,尤其是设置一个激光器。
例如此装置被设计来实现热光差分测量。
为了建立印刷电路板独立的检测结构文件,该装置附加具有一个用于存储偏差的大容量存储器。
在一个特别具有优点的实施方式中,传感器是至少一个热传感器或至少一个热图像摄像机。可选地,传感器还可包括一个激光器。
可如此快速、简单且廉价地形成检测现场:用于转换的装置、用于比较的装置和用于确定偏差的装置被设计在一台计算机中。这样只有软件和数据库适配于具体的被测印刷电路板。完全不存在检测装置的硬件适配于印刷电路板布线的问题。
下面借助附图详细说明本发明。附图以单个图的形式示出用于实施本发明所述方法的装置的一个实施例的简要框图。
附图示出本发明用于检测具有表面结构14的印刷电路板12的装置10的实施例,该装置包括一个借助传感器18获取印刷电路板12的表面结构14的装置16,一个将获取的表面结构14转换为数字化数据的装置20,一个将表面结构14的数字化数据与存储在存储器24中的表面结构14的额定状态的数字化数据进行比较,并确定获取的表面结构14的数字化数据与来自存储器24的表面结构的额定状态的数字化数据之间的偏差的装置22。这些偏差被存储在一个大容量存储器26中,并被输入到用于将偏差与相应容差范围进行比较的装置28中,容差范围存储在存储器30中。根据这个比较,当偏差在容差范围之内时装置28对印刷电路板14得出检测结果“无错”,或者当这些偏差至少有部分在容差范围之外时得出检测结构“错误”。
此检测结果被存储在大容量存储器26中,显示在显示设备32上,输入到在线打印记录的打印机34,并且进一步送到一个过程控制器36。过程控制器36将印刷电路板分类,必要时自动将装置28检测结果为“错误”的印刷电路板退出生产线。
传感器18例如是一个光传感器,它接收印刷电路板12的表面结构14所反射的可见光、红外射线、X射线、雷达射线频段的电磁波38,并送到装置16进行图像处理或图像识别。
由于检测装置10结构简单而廉价,必要时可在印刷电路板12生产过程的多个位置上设置此装置。例如在多层印刷电路板12的生产中,在每一层形成之后检测表面结构14。
存储器24中的比较数据是印刷电路板12的设计布线数据。此设计现在仅在计算机的支持下完成,因而此布线数据直接作为数字化数据出现,并且必要时仅为了在装置22中比较才需被变换。换言之,借助于传感器18,印刷电路板12的材料结构14无接触地作为实际值被检测,并且与额定值,即印刷电路板的CAD设计的布线数据进行比较。存储器30中的容差范围规定获取的表面结构实际值偏离数据存储器20中的额定值的容许偏差。如果超出容差范围,则此印刷电路板12被装置28分类为错误的,并且可被立即从加工流程中取走。必要时过程控制器36对过程参数进行校正,以排除印刷电路板12上的系统错误。倘若在生产过程中工作人员的干预是必要的,则过程控制器36停止生产过程并给出相应的指示。这样就有效避免了不希望的且有时是高费用的废品生产。
本发明的方法或本发明的装置实现无接触检测证明是特别具有优点的。因为在检测装置10和被测样品(即印刷电路板12)之间不需要机械接触,在检测装置10一侧不需要对印刷电路板12的布线进行硬件适配。唯一的适配在软件层面上进行,尤其是在存储器24和30中的数据上进行。检测装置10可通过简单的鼠标点击适配于电路布线的变化。
打印机34的打印和存储器26中的数据用于建立档案,其中可以简单的方式列出一个特定印刷电路板在生产过程中不同位置上的所有检测结果以及以后追加的检测结果。因此加工好的印刷电路板可以附有完整的证明生产的正确性的检测证书。大容量存储器26中的数据可以无特殊存放开销地、无限制地被保存,并且必要时可通过互联网在全世界提供使用。
传感器与计算机之间的接口只需制造一次,并且与印刷电路板的式样和布线无关。
特别具有优点的是进行热光差分测量。其中来自印刷电路板12表面的热辐射被传感器18获取,并在装置16中被分析。检测结果不仅可针对印刷电路板12的表面结构,也可针对其深层结构给出。例如在印刷电路板表面上对热辐射的变化进行分析,即分析印刷电路板上不同位置处的不同热辐射,可以立即得到表面结构。代替或者附加的方法是,印刷电路板12被加热并且在一个确定的位置确定热辐射的变化,换言之,确定加热梯度。以这种方法可以例如检测印刷电路板中的过孔连接(Durchkontaktierung),即检测一般所讲广义的印刷电路板内的深层结构。一个构造完全的过孔连接由于其更大的、吸收热量的质量而比一个不完全的过孔连接升温更慢,因此用此方法可以无接触、简单且快速地识别不完全的过孔连接。代替对加热时热辐射随时间变化的测量,也可以在印刷电路板加热之后测量冷却时热辐射随时间的变化。此时一个完全的过孔连接由于其更大的质量(它含有更多的热量)而比一个不完全的过孔连接冷却得更慢,因而印刷电路板12上过孔连接不完全的错误可简单、快速、无接触且无干扰地在印刷电路板12完工之后被确认。
Claims (20)
1.检测印刷电路板上的电子电路或其一部分的方法,其特征在于以下步骤:
(a)获取从印刷电路板表面发出的射线,
(b)将获取的射线转换为数据,这些数据描述了印刷电路板的表面结构和/或深层结构,
(c)将表面结构和/或深层结构数据与所存储的表面结构和/或深层结构的额定状态数据进行比较,以及
(d)确定获取的表面结构和/或深层结构数据与表面结构和/或深层结构的额定状态数据之间的偏差。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(b)中的数据以及步骤(c)中的额定状态数据是数字化数据。
3.如权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在步骤(d)之后将偏差与相应的容差范围进行比较,并且根据此比较,当偏差在容差范围内时对印刷电路板形成一个检测结果“无错”,或者当这些偏差至少有部分在容差范围之外时形成检测结果“错误”。
4.如上述权利要求中至少一项所述的方法,其特征在于,在步骤(a)中,表面结构和/或深层结构借助于从表面反射的和/或由它发出的电磁波,尤其是可见光、X射线、雷达射线、微波射线和/或红外射线频段的电磁波被获取。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤(a)中获取由表面辐射出的热辐射,并在步骤(b)中根据印刷电路板一个特定位置上和/或印刷电路板表面上热辐射随时间的变化来分析表面结构和/或深层结构。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,印刷电路板在步骤(a)的测量过程中被加热或冷却。
7.如权利要求5或6所述的方法,其特征在于,在步骤(a)中的获取借助于热光差分测量实现。
8.如上述权利要求中至少一项所述的方法,其特征在于,步骤(b)的偏差被存储在一个大容量存储器上。
9.如上述权利要求中至少一项所述的方法,其特征在于,表面结构的额定状态数据是印刷电路板的设计布线。
10.用于检测印刷电路板(12)上的电子电路或其一部分的装置(10),其特征在于,一个用于获取来自印刷电路板(12)表面的射线的传感器(18),一个用于将获取的射线转换为描述印刷电路板(12)的表面结构(14)和/或深层结构数据的装置(20),一个用于将表面结构(14)和/或深层结构数据与表面结构(14)和/或深层结构的额定状态数据进行比较的装置(22),和一个用于确定获取的表面结构(14)和/或深层结构数据与表面结构(14)和/或深层结构的额定状态数据之间的偏差的装置(22)。
11.如权利要求10所述的装置(10),其特征在于,步骤(b)中的数据以及步骤(c)中的额定状态数据是数字化数据。
12.如权利要求10或11所述的装置(10),其特征在于,设置了一个用于将偏差与相应的容差范围进行比较的装置(28),它根据此比较,当偏差在容差范围内时对印刷电路板形成一个检测结果“无错”,或者当这些偏差至少有部分在容差范围之外时形成检测结果“错误”。
13.如权利要求10至12中任一项所述的装置(10),其特征在于,设置了一个用于检测电磁波,尤其是可见光、X射线、雷达射线、微波射线或红外射线频段的电磁波的传感器(18),使得它获取从印刷电路板反射和/或由它发出的电磁波。
14.如权利要求10至12中任一项所述的装置(10),其特征在于,设置了用于获取来自印刷电路板(12)表面的热辐射的传感器(18),并且用于将获取的射线转换为描述印刷电路板(12)的表面结构(14)和/或深层结构的数据的装置(20)如此被设计,使这个装置(20)根据印刷电路板(12)的一个特定位置处和/或印刷电路板(12)表面上热辐射随时间的变化来分析表面结构(14)和/或深层结构。
15.如权利要求14所述的装置(10),其特征在于,设置了一个用于在测量过程中冷却或加热印刷电路板的装置,特别是一个激光器。
16.如权利要求14或15所述的装置(10),其特征在于,此装置被设置来实现热光差分测量。
17.如权利要求10至16中至少一项所述的装置(10),其特征在于,此装置具有一个附带的用于存储偏差的大容量存储器(26)。
18.如权利要求10至17中至少一项所述的装置(10),其特征在于,传感器(18)是至少一个热传感器或热图像摄像机。
19.如权利要求10至18中至少一项所述的装置(10),其特征在于,传感器(18)包括一个激光器。
20.如权利要求10至19中至少一项所述的装置(10),其特征在于,用于转换的装置(20)、用于比较的装置(22)和用于确定偏差的装置(22)被设计在一台计算机中。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |