CN1833165A - 制作用于后续检查的测试图案 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对设有预定图案的基板(1)，特别地具有焊锡膏施加的电路板，进行检查的方法和装置。根据本发明，对通过印刷或构造工序(3、4)置于基板上的实际图案(1a)进行光学检测，将光学检测到的实际图案与指定图案进行比较，而且根据该比较并且同时考虑容许公差，确定将所观察的设有实际图案的基板递送到哪一附加工序。按数字数据的形式进行对实际图案的光学检测，同时形成实际数据集，根据用于将图案施加至基板的控制数据来格式化指定数据集，并且接着执行数据处理，其间，在考虑容许公差的同时，对该指定数据集和该实际数据集相互按数据进行比较。

Description

制作用于后续检查的测试图案
技术领域
本发明涉及用于对设有预定图案的基板(特别地，施加有焊锡膏(solder paste)的电路板)进行测试的方法和装置(arrangement)。
背景技术
在电路板上制作复杂电路，随着其不断增加的电子电路密度，将导致更加精细的结构，如端子焊盘和导体通路，而且需要精确且有效的测试方法。
一种用于以低组装成本达到高组件密度的合适技术是表面安装SMT(表面安装技术)，利用该表面安装技术，将组件直接施加到电路板的表面并进行焊接，从而，其中，表面安装组件SMD(表面安装器件)的端子密度高于常规组件的端子密度。
对于SMD的安装，通常是利用标绘器(plotter)(US 4,572,103)或丝网印刷(screen printing)把焊锡膏施加到电路板上。此后，将组件连同其端子一起置于所施加的焊锡膏上，接着使其通过回流焊炉(reflow oven)。在回流焊炉中，熔化焊锡膏，由此使其与组件粘合。冷却之后，组件就与电路板牢固地接合起来。
在丝网印刷的情况下，通常，采用金属模板或孔版(stencil)，该金属模板或孔版在印刷后焊锡膏应当存在于电路板上的位置处设有开口(opening)。可以利用不同的方法，举例来说，如在金属模板中刻蚀出(etching free)开口，利用激光切割开口，电化制作(galvanicproduction)掩模，或者对丝网上的感光层进行曝光并洗掉非固化的位置，来制作所述开口。
对于所有方法，电路板的线路图应当与模板的开口精确地相符。既然仅在存在充分的焊锡膏的位置处确保将组件可靠焊接到电路板，照例，紧接在施加之后，针对存在性、偏移以及架桥(bridge building)检验所施加的焊锡膏。通常，在丝网印刷机中，利用CCD摄像机来检测电路板的线路图，并根据模板对其进行取向。其中，软件和摄像机系统通常被配置为，利用同一摄像机，还可以执行所谓的印刷后检验检查(checkinspection)。
从而，在印刷后检验检查中，图像处理能够识别出好的和差的印刷，不过，必须首先使待测试图案(即，希望图案)为计算机所知。为此，可以在待测试结构中教导，对一个或更多个印刷和/或非印刷电路板进行光学检测。DE 197 28 144 A1公开了一种方法，在该方法中，对于希望图案中的教导，不对电路板进行光学检测，而是对电路板的印刷模板进行光学检测。然而，这些测试方法耗时且成本高。
发明内容
本发明所基于的目的是，指出用于对设有预定图案的基板进行测试的方法和装置，利用其可以进行快速但仍精确的测试。
根据独立权利要求的特征来实现该目的。从而，对利用印刷或构造工序施加到基板的实际图案进行光学检测，对光学检测到的实际图案与一希望图案进行比较，并且根据该比较，并考虑容许公差，确定要将具有实际图案的观察基板递送到哪一进一步的工序，其中，对实际图案的光学检测是按数字数据的形式来实现的，从而形成了实际数据集，根据用于将图案施加至基板的控制数据来格式化一希望数据集，然后执行数据处理，以达到下面的效果，即，在考虑容许公差的情况下，对该希望集与实际数据集相互按数据进行比较。这样就不需要工序中的教导。这增加了测试的精度，这是因为，希望图案的制作不会如在利用教导进行制作的情况下那样，受到诸如不同环境照明和/或表面变化、污染以及操作员的设置错误的因素的不利影响。可以在短时间内针对整个电路板制作出希望图案，其中，操作员单独确定电路板上涉及测试的区域。
所述方法在通过采用对应构成的模板的方法来实现将图案施加到基板上的情况下，是尤其有利的，这是因为，在此，可以根据为制作模板而已经采用的控制数据按非常简单的方式格式化希望数据集。
此外，通过数据处理的恰当构成，可以使希望图案的仅某些选定部分经受测试和/或经受与希望图案不同公差数据子集的不同部分相关联。由此，可以减小测试所需的数据集大小，而且可以加速测试。
通过数据处理的恰当构成，可以针对待比较部分和/或关联公差编辑相应数据集。此外，可以进行存档，而且可以对必需数据集进行快速存取。
对实际图案的光学检测可以利用数字矩阵摄像机(例如，CCD摄像机)按像素来实现，由此，对于高精度，有利的是，使用一个像素宽的线性摄像机，其长度对应于待测试的基板上的实际图案区域的线性维度。在此为形成二维图像，垂直于所述线性维度以一个像素的步长执行数字摄像机与承载实际图案的基板之间的相对运动。矩阵摄像机要部分地在两个维度上移动，但是线性摄像机仅在一个维度上按步移动，由此，将在机械运动中不可避免地出现的故障减到最少，这对于非常精细的结构具有重大意义。
如果其上施加有待测试实际图案的基板本身已经承载至少一个其它图案，则有利的是，将光学检测配置或实现成，使其例如通过滤光，相对于所述其它图案和基板区分出待测试实际图案。由此，基于已对实际图案的检测，可以减小数据集，或者可以增大检测图案的分辨率。
本发明由从属权利要求的特征进一步限定。
根据进一步的优点，在使用希望数据集的情况下，还可测试(最好是定期地)模板是在其使用期间已被不利影响到相应程度，还是已发生其它变化，并且如果合适，则测试是启动清洁过程、修版(retouching)过程，还是启动更换过程。只需按相同方式对模板进行光学扫描，并且执行相同的比较数据处理。
附图说明
参照附图更详细地说明本发明，附图中示出：
图1是根据本发明用于对利用焊锡膏施加到导体板的图案进行测试的第一示例实施例的基本结构，和
图2是根据本发明第二示例实施例将施加到电路板的图案分为子图案的细分。
具体实施方式
在图1示出的示例中，根据本发明，测试施加到基板(如电路板1)的实际图案1a，例如预定焊锡膏图案。首先，将在电路板上1生成实际图案1a所利用的控制数据递送到格式化装置2。该控制数据是根据将实际图案1a施加到电路板1上的方法，直接从标绘器3获得或者从数据库4获得的，该标绘器3直接施加实际图案1a，该数据库4例如包括用于制作施加实际图案1a所利用的对应印刷模板等(此处未示出)的数据。格式化装置识别所递送的控制数据的种类，并且与控制单元5的要求相对应地根据所接收的控制数据格式化一希望数据集。如果按照惯例，要利用同一实际图案1a制作多个电路板1并对其进行测试，则存储由此产生的希望数据集，使得在对多个电路板1的测试中，只需执行一次对控制数据进行读取的步骤和格式化希望数据集的步骤。
与用于制作希望图案的常规方式(其中，教导目的用原型(prototype)，或为制作而采用的模板，都是利用摄像机6来扫描的)相比，在此避免了在对本身经受误差的原型进行经受因相对运动而造成的误差的检测中，或者在对本身可能经受误差的印刷丝网(即使经受的误差比在原型的情况下程度轻)进行经受因相对运动而造成的误差的检测中，必然出现的故障，用于对标绘器3(其将施加图案)进行控制的数据，或者用于制作模板(如印刷丝网)的数据与希望图案完全对应，此外，所述数据也是可获得的，因为其是由开发者(developer)生成的。
至少构图有实际图案1a的电路板1的实际图案1a由摄像机6来扫描，该摄像机6具体地按形式和像素光学检测利用标绘器3或丝网印刷施加到电路板1的实际图案，并将此按数字数据的形式传递到转换器7。转换器7与控制单元5的要求相对应地把由摄像机6检测到的实际图案转换为实际数据集。实际数据集和希望数据集、以及由控制单元5制成可用的公差数据集(其描述相对于希望数据集的容许公差，由此这种公差可以确实是在希望图案上不同分布的)，被传递并接着被递送到比较器8，该比较器8考虑到公差数据集中指示的容许公差，对实际数据集与希望数据集按数据进行比较或关联。比较结果可以显示在显示器9上。具体地说，对于实际图案相对于希望图案的不容许偏差，可以在显示器9上强调表示实际图案的对应部分，以便使用户可以做出恰当反应。
在连续自动测试工序的情况下，可能有优势的是：不但提取出这种故障电路板1，而且还存储比较的关联结果，或者存储实际图案相对于希望图案的偏差的种类与程度。此外，可以基于所述比较执行对单个电路板1的质量的分类，具体地说，将分类为故障的电路板1分类为可以修版的电路板1和不能修版的电路板1。这种分类例如可以利用描述不同长公差的不同公差数据集来实现。
为增加测试精度，根据本发明，在以下方面，在根据本发明的测试中将电路板1上的实际图案1a的性质考虑在内，即，例如，在整个图案内，在具有较高端子密度的区域或部分内，例如，在要将IC组件施加到电路板1的位置处，与在具有较低接端子密度的区域内(例如，在要将电阻和电容器施加到电路板1的位置处)相比，针对实际/希望偏移给出较低的公差。区域的选择和相应公差的关联可以自动地或通过操作员来实现。
基于图2，解释区域的自动选择和公差的自动分配。图2示出了具有预定希望图案的电路板1的一部分，这是通过格式化装置2来处理的。如可识别的，该图案在此包括具有不同结构(例如，不同的焊锡膏施加密度)的区域1a1、1a2、1a3、1a4。基于检测到的希望数据集(其例如包含待制成的单个焊锡膏施加部的坐标、尺寸以及形式)，控制单元5确定或区分区域1a1、1a2、1a3、1a4，其中，控制单元5检测具有施加的焊锡膏的单个点与彼此耦合的装配点之间的间距，针对区域1a1、1a2、1a3、1a4采用大致相同的间距。基于对应的区域1a1、1a2、1a3、1a4内的这些点的间距的尺寸，将相应的容许公差与区域1a1、1a2、1a3、1a4相关联。从而，生成对应于不同区域的数据子集，并将其与实际图案的对应数据子集进行比较。
针对待比较部分和关联公差编辑针对每一待测试图案而由此生成的希望数据集，并存储它们。在测试中，比较器8考虑到对于单独区域1a1、1a2、1a3、1a4确定为允许的公差，对实际数据集与希望数据集按数据进行比较。
对于快速而有效的测试，可能有利的是：仅测试希望图案的被选择的、被认为是关键的部分。这样的选择可以基于上面描述的对于单独区域1a1、1a2、1a3、1a4的公差的关联/确定，来自动实现。此外，仅在第一“粗”处理步骤中确定的容许公差被判断为低于特定值的部分/区域1a1、1a2、1a3、1a4，可以在进一步处理步骤中经受更靠近的测试。控制单元5区分由转换器7生成的实际值数据集中的待比较部分，从而引起从转换器7或格式化装置2并根据对应公差数据集向比较器8递送实际值数据集和希望值数据集的选定部分。
此外，如果其上施加有待测试图案(例如，焊锡膏的图案)的电路板1本身已承载另一图案(例如，印刷电路)，可能有必要区分电路板1上的待测试实际图案1a与该另一图案。根据本发明，为此，一方面，按简单方式从在电路板1上生成待测试实际图案1a所利用的控制数据获得所述信息，其中，在另一方面，摄像机6不但针对电路板1而且针对该另一图案执行对实际图案的光学区分。
为减小数据集，控制单元5还可以控制摄像机6或其转换器7，以使得单独地检测电路板1上的实际图案的选定部分。
如果通过使用模板的印刷或构造工序将图案施加到诸如电路板1的基板，那么可能发生的是，在该模板的使用期间，该模板发生变化，特别地发生劣化，使得通常不再能利用它制作可容许的产品。因此有利的是，检验该模板在使用时间期间产生的这种故障，最迟在非容许产品的出现频率增加时(然而有利的是，较早并定期地)。有利的是，这可利用本发明所基于的思想来实现。换句话说，由于希望数据集是根据为制作模板而采用的控制数据来格式化的，因而满足了与对电路板1或基板的光学扫描相对应的对模板的光学扫描，而且满足了对模板的如此获得的实际数据集与希望数据集的比较，以便检测模板中的变化并且还能够对它们进行评价，从而在恰当时间能够通过清洁、修版、和/或更换来进行动作。模板的测试频率取决于在制作基板或电路板1中的容许偏差。如果在公差数据集中确定的公差仅允许与在希望数据集中确定的希望印刷图案存在轻微偏差，那么相对应地更加频繁地执行对模板的测试，最差的情况是在每次单独使用用于印刷或构造诸如电路板1的基板的模板之后都进行。这可以由使用者可确定，而且还可以改变。
对实际图案1a的光学检测可以利用数字矩阵摄像机、一个像素宽的CCD线性摄像机或直线摄像机(该摄像机的长度对应于基板上的待测试实际图案的区域的线性维度)，或者利用按交错方式排列的线性子摄像机，来按像素实现。
直线摄像机相对于矩阵摄像机的优点在于，可以针对每次曝光任意地选择曝光参数，如照明时间和扫描线的相互间距。对于二维图像的形成，根据本发明，与所述一个线性维度正交地以一个像素的步长在数字摄像机与承载实际图案1a的基板(电路板1)之间执行相对运动。在曝光中，同时照明CCD线的全部图像点，而且在照明时间结束之后，将全部图像点并行地中间存储在传送寄存器中。这个过程发生得非常迅速，以紧接一个照明周期的终止之后开始下一个照明周期。从传送寄存器连续地逐图像点读出信息，并将其递送到转换器7。从原理上来说，直线在其方向上的分辨率取决于摄像机6所呈现的图像点的数量。然而，也可以通过相互紧邻地排列多个摄像机来增加分辨率。进一步的优点在于，仅在一个维度中发生机械型的相对运动，而对于矩阵摄像机，则在两个维度中发生相对运动，任一机械地引起的相对运动原理上来说都经受误差，这在精细结构的情况下可能从本质上影响测试的精度。
本发明不限于用于测试电路板的所述应用，而可以有利地应用于要对具有预定图案的部件的构图/构造/构图进行测试的任何场合。在所述的示例中，将用于对希望数据集与实际数据集进行比较的公差数据集递送到比较器8。然而，己在希望数据集的格式化中和/或在实际数据集的形成中考虑了容许公差也是可以的。

Claims (21)

1、用于对设有预定图案的基板(1)进行测试的方法，
其中，光学检测(6)通过印刷或构造工序(3、4)施加到基板(1)的实际图案(1a)，
对光学检测到的实际图案(1a)与一希望图案进行比较(8)，
根据所述比较(8)并且考虑容许公差，确定要将所观察的设有实际图案(1a)的基板(1)递送到哪一个进一步的工序，
所述方法的特征在于：
按数字数据的形式实现对实际图案(1a)的光学检测(8)，从而形成实际数据集(7)，
根据用于将所述图案施加到所述基板上的控制数据来格式化(2)希望数据集，以及
执行数据处理以达到以下效果，即，在考虑容许公差的情况下，对所述希望数据集和所述实际数据集相互按数据进行比较(8)。
2、根据权利要求1所述的方法，
其特征在于：
将所述图案施加到基板(1)上是通过采用对应地构成的模板的工序来实现的，和
根据为制作所述模板所采用的控制数据(4)格式化(2)所述希望数据集。
3、根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
使所述希望图案的选定部分(1a1、1a2、1a3、1a4)经受所述测试(8)。
4、根据权利要求1到3中的任何一项所述的方法，
其特征在于，
将不同公差数据子集与所述希望图案的各个不同部分(1a1、1a2、1a3、1a4)相关联。
5、根据权利要求1到4中的任何一项所述的方法，
其特征在于，
可以执行数据处理(5)以达到以下效果，即，针对要比较的部分(1a1、1a2、1a3、1a4)和/或所述关联公差实现对各数据集的编辑。
6、根据权利要求1到5中的任何一项所述的方法，
其特征在于，
所述光学检测(6)是利用数字摄像机按像素实现的。
7、根据权利要求6所述的方法，
其特征在于，
对于所述光学检测(6)，在所述数字摄像机与承载所述实际图案的所述基板之间实现相对运动。
8、根据权利要求7所述的方法，
其特征在于，
所述数字摄像机是一个像素宽的线性摄像机，该线性摄像机的长度对应于待测试的所述基板上的实际图案的区域的一个线性维度，并且与所述一个线性维度正交地按一个像素的步长实现所述相对运动。
9、根据权利要求8所述的方法，
其特征在于，
所述线性摄像机是利用按交错方式排列的线性子摄像机来形成的。
10、根据权利要求1到9中的任何一项所述的方法，
其特征在于，
其上施加有待测试的实际图案(1a)的基板(1)本身已承载至少一个其它图案，并且所述光学检测被按相对于所述其它图案和所述基板区分出待测试的实际图案的方式构成或执行。
11、一种用于对设有预定图案的基板(1)进行测试的装置，包括：
光电装置(6)，用于对通过印刷或构造工序(3、4)施加到基板(1)的实际图案(1a)进行检测，
比较器(8)，其对光学检测到的实际图案(1a)与一希望图案进行比较，并且根据该比较并考虑容许公差，确定要将所观察的设有实际图案(1a)的基板(1)递送到哪一个进一步的工序，
所述装置的特征在于：
一转换器(7)将光电装置(6)检测到的图案转换为采用数字数据形式的实际数据集，
一格式化装置(2)根据用于将所述图案施加到基板上(3、4)的控制数据来格式化(2)希望数据集，
比较器(8)执行数据处理以达到以下效果，即，在考虑容许公差的情况下，对所述希望数据集和所述实际数据集相互按数据进行比较。
12、根据权利要求11所述的装置，
其特征在于：
将所述图案施加到基板(1)上是通过采用对应地构成的模板(4)的工序来实现的，和
格式化装置(2)根据为制作所述模板而采用的控制数据格式化所述希望数据集。
13、根据权利要求11或12所述的装置，
其特征在于，
使所述希望图案的选定部分(1a1、1a2、1a3、1a4)经受所述测试(8)。
14、根据权利要求11到13中的任何一项所述的装置，
其特征在于，
将不同公差数据子集与所述希望图案的各个不同部分(1a1、1a2、1a3、1a4)相关联。
15、根据权利要求11到14中的任何一项所述的装置，
其特征在于，
可以执行数据处理(5)以达到以下效果，即，针对要比较的部分(1a1、1a2、1a3、1a4)和/或所述关联公差实现对相应数据集的编辑。
16、根据权利要求11到15中的任何一项所述的装置，
其特征在于，
所述光学检测(6)是利用数字摄像机按像素实现的。
17、根据权利要求16所述的装置，
其特征在于，
对于所述光学检测，在所述数字摄像机(6)与承载所述实际图案的所述基板之间实现相对运动。
18、根据权利要求17所述的装置，
其特征在于，
数字摄像机(6)是一个像素宽的线性摄像机，该线性摄像机的长度对应于待测试的所述基板上的实际图案的区域的一个线性维度，并且与所述一个线性维度正交地按一个像素的步长实现所述相对运动。
19、根据权利要求18所述的装置，
其特征在于，
所述线性摄像机是利用按交错方式排列的线性子摄像机来形成的。
20、根据权利要求11到19中的任何一项所述的装置，
其特征在于，
其上施加有待测试的实际图案(1a)的基板(1)本身已承载至少一个其它图案，并且所述光学检测被按相对于所述其它图案和所述基板区分出待测试的实际图案(1a)的方式构成或执行。
21、根据权利要求2到10中的任何一项所述的方法的应用，或根据权利要求12到20中的任何一项所述的装置的使用，用于针对在使用期间出现的故障对模板进行测试。
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