CN1977177A - 检查装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有检查头的检查装置，该检查头可在至少两个方向上相对于导向底面移动。该导向底面支撑待检查的基底，其中该基底具有至少两个印刷层，该印刷层相互之间至少部分重叠地连续敷设。检查头具有照明装置和检测装置，该检测装置检测被基底反射或穿透基底的电磁辐射并传送给分析装置，利用该分析装置可以检测基底(30)的缺陷。检查头(12)必要时还具有锥形扩口的通道(24)，在其内圆周上设置多个发光元件，检测装置(14)包括具有光学系统的数字照相机(18)，其检测基底(30)上小于30微米的分辨率，通过运动装置在拍摄周期中控制导向底面(32)和检查头(12)之间的相对运动，在该拍摄周期中将相邻的或重叠的单幅图像组合成基底(30)的一幅整体图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的检查装置。
背景技术
这种检查装置用于检验尤其是用厚层技术敷设的电路的质量。这种电路通常以多个、例如20个层借助丝网印刷技术敷设。在此，重要的是例如不会由于掩模缺陷(Maskenfehlern)而敷设有缺陷的(fehlerhaft)层。
为了检查这一点，已知借助电测试装置详细测试电路的功能。其缺点是，大多数情况下，必须敷设所有层，然后才能进行检验。如果测试确定有缺陷，则只存在这样的可能性，即拒绝所涉及的芯片，这带来相应的成本劣势。
此外，还建议在敷设各层的过程中进行光学检验。该光学检验例如可以可视地、即通过受过训练的操作人员进行。但是，还已知通过适当的光学检测装置检测所印刷的层的图像并与额定图像进行比较。如果偏差太大则剔出所涉及的芯片。
已知很多可以实现和改善这种检查装置的解决方案。一个例子是US-PS 4389669。在这种解决方案中，在通过使用照相机，利用光学检测装置、即显微镜进行光学检验，由于这个原因该光学检查也适用于检测芯片。但是，在客户要求对电子电路或芯片进行迅速和可靠的检验时，这样的解决方案需要很高的设备技术开销。
US-PS 5245421公开了用于借助照相机检测电子电路的另一个例子，其中根据US-PS 5060065也可以采用特定照明装置以便改善检测可能性。
最后，由US-PS 4673988已知，利用划分为图像区域的图像实现检查装置。这通过该文献中所提供的图像处理器来实现，其中待检查的对象可在两维中运动。
上述解决方案具有一个共同的缺点：需要比较高的设备技术开销，但是尽管如此，在要检验一个芯片的多层时，分析速度不尽如人意。此外，在检查装置被设计用于具有小分辨率的快速吞吐量、但应当对特定芯片系列进行更精确的检测时，已知解决方案的检测精度还需要改善。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种根据权利要求1前序部分的检查装置，其在吞吐量、检测精度以及检测可靠性方面得到了进一步的改善，其中还可以对不同要求进行灵活的匹配。
根据本发明，该技术问题是通过权利要求1解决的。优选扩展方案在从属权利要求中给出。
根据本发明的解决方案的特征在于，对于芯片等的检查可能性特别灵活、并因此可以与不同要求很好地匹配，但又很可靠。通过具有多个发光元件的特殊照明装置，其中所述多个发光元件例如以多种颜色分组围绕通道(Tunnel)设置，从而确保了在由检测装置观察的位置中心进行强度很大的照明，即根据所敷设层的不同类型。由此，不需要采用已经建议的有缺点的斜照明(Schraegbeleuchtung)，即使在各层是反射性的时也不需要。
根据一个改进的实施方式，取消通道，并且照明由在适当位置分组的照明装置来保证。在任何情况下，特别有利的是，可以选通控制(gestrobt)图像，即通过控制照明装置来实现数字照相机的曝光，而数字照相机的快门在运行期间可以一直开着。
反射通过各面都轻微倾斜设置且对称地将光传导给检测装置的发光二极管实际上在其作用中被这样减弱，使得识别率(Erkennungsrate)特别好。令人诧异的是，数字照相机与CCD传感器相结合可以达到特别好的结果：显然，用于数字照相机的CCD元件虽然分辨率较低但更为灵敏并因此更有选择性，这涉及光栅中缺陷的检测。在本发明的一个特别有利的实施方式中，如果3个相邻像素显示一个与参考图像有所不同的值，就假定具有缺陷。
此外，特别有利的还有，通过强度很大但包括轻微的、不是太大的倾斜位置的照明，即使在曝光时间很短的高分辨率下也能工作，从而改善了用于检测的时钟时间。
在根据本发明的一个特别有利的实施方式中，所检测的图像被传递给帧抓取器(Framegrabber)，该帧抓取器将图像转发给PC，并且在PC中才以很少的时间偏差进行缺陷识别。
通过这种方式的流水线操作(Pipelining)和分配任务，可用比较价廉的技术实现很好的吞吐量，从而例如不需要实时运行PC。
典型地，出于成本原因，多个相互相同的电子电路被制造在一个共同的基底上，例如晶片或陶瓷基底。陶瓷基底例如可以具有20×20cm的尺寸。在这种基底上例如有50或甚至200个相应的电子电路。典型地，现在一个电路的尺寸(长×宽)与通过本发明的数字照相机拍摄单幅图像无关。根据本发明，可以通过电子处理将多个单幅图像组合为一幅整体图像，从而可以比在对于每次检查数字照相机必须准确地对焦在一个电子电路上的情况明显更快地识别缺陷。因此，速度实际上与电路的尺寸无关，而只与期望的分辨率和基底方案(Substratloesung)有关，这与现有技术相比意味着很大的进步。
在一种优选实施方式中，在浮动(Flug)中、即在数字照相机与基底或其导向底面(Fuehrungsunterlage)之间相对运动期间拍摄单幅图像。这只在曝光时间相对于相对运动很短的情况下才可能，从而由此不出现模糊。该解决方案的优点是，在线性驱动装置的制动中没有“持续抖动”会引起模糊，并且驱动装置负载更少并因此寿命更长。
该解决方案的条件是强度很大的照明，以获得短的曝光时间。
根据一种可选实施方式，可以很容易地为每一个单幅图像暂停运动装置，然后产生相关单幅图像。由此对曝光和数字照相机提出更少的要求。
在另一特别有利的实施方式中，与待检测的分辨率无关地保持数字照相机的基本分辨率。匹配可以通过电子变焦或者优选通过光学系统中实际的光学变焦来实现，从而可以在更大的缺陷容差、即对于缺陷更小的像素分辨率时实现更快的循环时间。
特别有利的是，单个发光元件的颜色或所发射的光谱可以容易地与应用情况相适应。优选地，可以对金层实现特别有利的对比效应的紫外线发光二极管或紫外线激光二极管也属于发光元件。根据本发明，特别有利的还有，将脉冲宽度与所采用的层材料相匹配，并因此优化缺陷识别。
特别有利的是，在基底上分辨率为10微米时，检查装置在小于10秒、特别是大约4秒内检查30×30mm的单幅图像。
可以理解，根据本发明的通道不必一定被扩口为圆锥形。内圆周上固定有发光元件的圆柱形通道使得可以以更少的遮蔽(Abschattung)工作。
此外，远离基底设置的发光元件的倾斜位置角度更大，这在不同的应用情况下是有利的。
根据本发明，为检查装置配备检查头，该检查头可在至少两个方向上相对于导向底面移动，该导向底面支撑待检查的基底，其中基底具有至少一个敷设的、尤其是印刷的层。检查头具有照明装置和检测装置，其中检测装置检测被基底反射的或穿透基底的电磁辐射并传送给分析装置，利用该分析装置可以检测该基底-例如该基底的缺陷-与预定基底的偏差或与预定基底一致。检测装置包括具有光学系统的数字照相机，其检测基底上小于200微米、尤其是小于30微米的分辨率，并且运动装置控制拍摄周期期间导向底面和检查头之间的相对运动，其中，相邻的或重叠的单幅图像可以组合成基底的一幅整体图像。
预定基底可以是无缺陷的样品。但是，也可以使用数据，例如所印刷电路的以所谓Gerber格式存在的数据。
在另一优选实施例中，检查头具有通道，其中该通道尤其支承照明装置的发光元件，用以基底照明。
在另一优选实施方式中，图像可以在浮动(Flug)中拍摄，并且这样控制运动装置，使得可以在运动装置均匀运动时检测相邻的或稍有重叠的单幅图像。
在另一优选实施方式中，可以通过由检查装置的用户调节数字照相机的光学系统和/或拍摄分辨率来设置待获取的缺陷尺寸，并且对于更大的缺陷尺寸，可以扩大每个单幅图像的图像尺寸。
在另一优选实施方式中，照明装置具有透射单元(Durchlichteinheit)，其中该透射单元设置在导向底面下方、可以与导向底面一起运动，并且利用该透射单元可以检查透光的基底，并且尤其在导向底面下方设置LED槽(Bett)。
在另一优选的实施方式中，基底被构成为可用多层技术在丝网印刷中印刷的陶瓷基底、陶瓷纤维基底、金属、LTCC基底和/或玻璃纤维强化环氧树脂基底。
在另一优选实施方式中，检查装置是所印刷基底的制造设备的部件，其中，部分印刷后的基底在印刷至少一层之后可以被输入到检查装置中，然后可以继续印刷，然后循环地重新输入检查装置，直到检查完所有层为止。
在另一优选实施方式中，在由检查装置检查之后，每层可以循环地在干燥炉或焙烧炉中被煅烧。
在另一优选实施方式中，在与不同层材料匹配时，可以调整照明装置的颜色，其中照明装置尤其具有多个LED或激光二极管。
在另一优选实施方式中，照明装置具有光导体、尤其是玻璃纤维缆线，并且在照明装置和基底之间至少设置一个透镜以提高亮度。
在另一优选实施方式中，照明装置具有时钟控制装置，其中通过该时钟控制装置，可以在脉冲运行中控制照明装置的各发光元件。
在另一优选实施方式中，照明装置触发光脉冲，用于照明数字照相机的相关拍摄，其中该光脉冲与数字照相机的拍摄控制同步。
在另一优选实施方式中，具有数字照相机，用于检测基底的图像，其中该数字照相机的快门打开，并且通过照明装置的控制来实现数字曝光。
在另一优选实施方式中，照明装置的发光元件设置在以0°-50°、尤其是大约20°的角度圆锥形扩口的通道内，并且尤其是至少部分地朝向基底。
在另一优选实施方式中，数字照相机与帧抓取器连接，其中帧抓取器的输出端与进行缺陷识别的PC连接。
在另一优选实施例中，至少两个印刷层设置在基底上，其中所述印刷层尤其是至少部分重叠的并且连续敷设。
在另一实施例中，通道朝着基底至少部分地扩口，尤其是圆锥形地扩口，并且在通道的内圆周上设置多个发光元件。
在一个改进的实施例中，基底具有至少一个带有空隙、凸起或凹下的层。检查头包括照明装置和检测装置，其中检测装置检测被基底反射的或穿透基底的电磁辐射。
根据本发明，在另一改进的实施方式中，检测装置包括具有光学系统的数字照相机，其检测基底上小于200微米、尤其小于30微米的分辨率，并且运动装置在拍摄周期期间控制导向底面和检查头之间的相对运动，其中，相邻的或相互重叠的单幅图像或相互间隔的单幅图像可以组合成一幅基底整体图像。
附图说明
从下面借助附图对本发明两个实施例的描述中得出其它优点、细节和特征。其中：
图1示出根据本发明的检查装置的一种实施方式，
图2示出根据本发明的检查装置的一部分的改进实施方式。
具体实施方式
图1所示的检查装置10具有检查头12，其中检查头本身包括照明装置14和检测装置16。
检测装置16包括数字照相机18，并且可以包括相应的未示出的光学系统。其与未示出的分析装置连接，而分析装置在将图像数据转换为电信号之后处理和分析图像数据。为此，连接帧抓取器以及PC，其中PC进行可调整的缺陷分析。
照明装置14包括多个优选稍微倾斜支撑的发光二极管20、22，这些发光二极管设置在通道24中。在所示出的实施例中，通道被构造为圆柱形，并且发光二极管20、22被设置在其内圆周的不同排列(Reihen)或环上。不同颜色的发光二极管被用于不同的待检测材料。
光学轴28中心地穿过通道24，并到达下面的基底30。基底30支承在导向底面32上。导向底面32在所示实施例中可垂直于图平面移动。总之，导向底面32可通过运动装置34在二维中相对于检查头12移动，其中，在所示实施例中，检查头12为此可相对于框架38向左和向右移动。可以理解，可以以任意其他方式实现基底30相对于检查头12的期望运动。
现在，检查头通过运动装置的线性电动机等相对于基底30均匀运动，并拍摄单幅图像。这些单幅图像通过数字照相机18传递给帧抓取器，其中帧抓取器进行数据处理。在连接的PC中，组合并检测期望的整体图像。
可以理解，代替检测和分析基底的整体图像，也可以就缺陷分析单幅图像，其中，但是根据本发明，存在将单幅图像组合为整体图像的可能性。
可以采用任何对于电子电路适当的基底作为基底，例如由陶瓷、陶瓷纤维、金属或LTCC制成。也可以检查玻璃纤维强化环氧树脂基底或任何其他合适的基底。
图2所示出的检查装置10与根据图1的检查装置的不同之处在于另一照明装置14。具有一种类型的圆片40，其具有中心孔42并且在其底面支承多个光源或发光元件44。发光元件44对基底进行期望的照射。被反射的光46穿过孔42传送到数字照相机16。
在该解决方案中，选通控制地进行通过发光元件44进行的照射，也就是说，在数字照相机的快门打开时进行。也可以设置很多不同颜色的发光元件44，其中根据需要通过那里设置的缆线48控制这些发光元件。缆线48可以是玻璃纤维缆线，其以公知形式将光传送到发光元件44，其中实际的光源就可以设置在远方的合适位置上。可替换地，缆线48也可以是用于发光二极管的电连接线，其中发光二极管于是被设置在图2所示的位置上。特别有利的是，可以利用根据本发明的选通控制(Stroben)、即不间断地(in einem Zug)或浮动地(on the fly)通过发光元件44控制照射来实现检查。这对实现高分辨率也是特别有利的。
还可以采用发光二极管20、22的任何其他结构来代替通道24。例如，它们可以被设置为角锥台形状，或者例如设置为4条相互发散的、并且朝着基底延伸的排列。
Claims (19)
1.具有检查头的检查装置，其中所述检查头可在至少两个方向上相对于导向底面移动，所述导向底面支撑待检查的基底，其中所述基底具有至少一个敷设的、尤其是印刷的层，所述检查头包括照明装置和检测装置，其中所述检测装置检测被基底反射的或穿透基底的电磁辐射并将其传送到分析装置，利用所述分析装置可以检测所述基底(基底(30)的缺陷)与预定基底的偏差或与预定基底(30)一致，其特征在于，所述检测装置(14)包括具有光学系统的数字照相机(18)，其检测基底(30)上小于200微米、尤其是小于30微米的分辨率，并且运动装置在拍摄周期期间控制导向底面(32)和检查头(12)之间的相对运动，其中在所述拍摄周期中相邻的或重叠的单幅图像可以组合成基底(30)的一幅整体图像。
2.根据权利要求1所述的检查装置，其特征在于，所述检查头(12)具有通道(24)，其中所述通道尤其支承所述照明装置(14)的发光元件，用以对基底(30)照明。
3.根据权利要求1所述的检查装置，其特征在于，可以在浮动中拍摄图像，并且这样控制所述运动装置，使得可以在运动装置均匀运动时检测相邻的或稍有重叠的单幅图像。
4.根据上述权利要求之一所述的检查装置，其特征在于，可以通过由检查装置(10)的用户调节数字照相机(18)的光学系统和/或拍摄分辨率来设置待检测的缺陷尺寸，并且对于更大的缺陷尺寸，可以扩大每个单幅图像的图像尺寸。
5.根据上述权利要求之一所述的检查装置，其特征在于，所述照明装置(14)具有透射单元，其中所述透射单元被设置在导向底面(32)下方，可以与所述导向底面一起运动，并且利用所述透射单元，可以检查透光的基底(30)，并且尤其是在导向底面(32)的下方设置LED槽。
6.根据上述权利要求之一所述的检查装置，其特征在于，基底(30)被构造为可用多层技术在丝网印刷中印刷的陶瓷基底、陶瓷纤维基底、金属、LTCC基底和/或玻璃纤维强化环氧树脂基底。
7.根据上述权利要求之一所述的检查装置，其特征在于，所述检查装置(10)是用于被印刷基底(30)的制造设备的部件，其中，部分印刷好的基底(30)在印刷至少一面之后可以被输入到检查装置(10)中，然后可以继续印刷，然后周期性地重新输入到检查装置(10)，直到检查完所有层为止。
8.根据权利要求1所述的检查装置，其特征在于，在由检查装置(10)检查之后，每层可以周期地在干燥炉或焙烧炉中被煅烧。
9.根据上述权利要求之一所述的检查装置，其特征在于，在与不同层材料匹配时，可以调整照明装置(14)的颜色，其中所述照明装置(14)尤其具有多个LED或激光二极管。
10.根据权利要求1至8之一所述的检查装置，其特征在于，所述照明装置(14)具有光导体、尤其是玻璃纤维缆线，并且在照明装置和基底(30)之间至少设置一个透镜以提高亮度。
11.根据上述权利要求之一所述的检查装置，其特征在于，所述照明装置(14)具有时钟控制装置，其中通过所述时钟控制装置，可以在脉冲运行中控制照明装置(14)的各发光元件。
12.根据上述权利要求之一所述的检查装置，其特征在于，所述照明装置(14)触发光脉冲，用于照明数字照相机(18)的相关拍摄，其中所述光脉冲与数字照相机(18)的拍摄控制同步。
13.根据上述权利要求之一所述的检查装置，其特征在于，设置数字照相机用于检测基底的图像，其中所述数字照相机的快门打开，并且通过照明装置的控制进行数字曝光。
14.根据上述权利要求之一所述的检查装置，其特征在于，所述照明装置(14)的发光元件被设置在以0°-50°、尤其是大约20°的角度圆锥形扩口的通道(24)内，并且尤其是至少部分地朝向基底(30)。
15.根据上述权利要求之一所述的检查装置，其特征在于，所述数字照相机(18)与帧抓取器连接，其中所述帧抓取器的输出端与进行缺陷识别的PC连接。
16.根据上述权利要求之一所述的检查装置，其特征在于，至少两个印刷层设置在基底(30)上，其中所述印刷层尤其至少部分地叠加并且连续敷设。
17.根据上述权利要求之一所述的检查装置，其特征在于，所述通道(24)朝着基底至少部分地扩口，尤其是圆锥形地扩口，并且在所述通道(24)的内圆周上设置多个发光元件。
18.具有检查头的检查装置，其中所述检查头可在至少两个方向上相对于导向底面移动，所述导向底面支撑待检查的基底，其中所述基底包括至少一个具有空隙、凸起或凹下的层，所述检查头包括照明装置和检测装置，其中所述检测装置检测被基底反射的或穿透基底的电磁辐射并将其传送到分析装置，其中利用所述分析装置可以检测所述基底(30)与预定基底的偏离或一致，尤其是可以检测基底(30)的缺陷，其特征在于，所述检测装置(14)包括具有光学系统的数字照相机(18)，其检测基底(30)上小于200微米、尤其是小于30微米的分辨率，运动装置在拍摄周期期间控制导向底面(32)和检查头(12)之间的相对运动，其中在所述拍摄周期中，相邻的或重叠的单幅图像可以组合成基底(30)的一幅整体图像。
19.具有检查头的检查装置，其中所述检查头可在至少两个方向上相对于导向底面移动，所述导向底面支撑待检查的基底，其中所述基底具有至少一个敷设的层或带有空隙、凸起或凹下的层，所述检查头包括照明装置和检测装置，其中所述检测装置检测被基底反射或穿透基底的电磁辐射并将其传送到分析装置，其中利用所述分析装置可以检测基底(30)与预定基底的偏离或一致，尤其是检测基底(30)的缺陷，其特征在于，所述检测装置(14)包括具有光学系统的数字照相机(18)，其检测基底(30)上小于200微米、尤其是小于30微米的分辨率，运动装置在拍摄周期中控制导向底面(32)和检查头(12)之间的相对运动，其中在所述拍摄周期中，相邻的或相互重叠的单幅图像或相互间隔的单幅图像可以组合成基底(30)的一幅整体图像。
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