DE10030007C2

DE10030007C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen der Festigkeit von Verbindungen

Info

Publication number: DE10030007C2
Application number: DE2000130007
Authority: DE
Inventors: Walter Happold; Gunther Bohn; Joachim Frangen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-06-17
Filing date: 2000-06-17
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2020-06-18
Also published as: DE10030007A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Prüfen der Fe stigkeit von Verbindungen; insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Prüfen der Festigkeit von Verbindungen, bei dem Bil der eines Prüflings aufgenommen werden. Die Erfindung betrifft weiterhin Vorrichtungen zum Prüfen der Festigkeit von Verbindun gen; insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Prü fen der Festigkeit von Verbindungen mit Mitteln zur Aufnahme von Bildern.

Stand der Technik

Gattungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen kommen bei der Ferti gung elektrischer bzw. elektronischer Komponenten zum Einsatz. Speziell bei der automatischen Kontrolle der Qualität von Bond draht-Verbindungen ist eine berührungslose optische Erfassung der Verbindungen mit Flächenkameras üblich, wobei die Bilddaten mit einem Bildverarbeitungssystem automatisch ausgewertet werden.

An diesem Verfahren erweist es sich jedoch als nachteilig, dass die Qualitätskontrolle keine ausreichende Sicherheit bietet - ein loser Draht, welcher auf einer Kontaktstelle liegt, kann bei der Bilderfassung und der Bildauswertung dasselbe Ergebnis liefern, wie ein Draht mit einer festen Verbindung. Insofern können korrek te Verbindungen vorgetäuscht werden, was letztlich zu fehlerhaften Produktionen führen kann.

Ein anderes Verfahren zur Prüfung der Festigkeit einer Bondverbin dung besteht in einer berührenden mechanischen Prüfung. Dabei er folgt ein definiertes Ziehen an einem Verbindungsdraht mittels ei nes Hakens (Pull-Test). Durch die Überwachung des Kraft-Weg- Verlaufes kann die Qualität der Verbindung beurteilt werden.

Bei diesem Pull-Test ist es zwar praktisch ausgeschlossen, dass lose Verbindungen irrtümlich als fest Verbindungen identifiziert werden, jedoch bringt dieses Verfahren andere Nachteile mit sich. Diese Nachteile bestehen zum Beispiel in einer hohen Prüfdauer pro Drahtverbindung und in der Gefahr der Bonddrahtzerstörung. Ferner ist eine präzise Mechanik erforderlich, was die Fertigungskosten in die Höhe treibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile des Standes der Technik auszuräumen und insbesondere eine zuver lässige und zerstörungsfreie Prüfung von Verbindungen zu ermögli chen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren wird gemäß Anspruch 1 durchgeführt, indem ein erstes Bild eines Prüflings aufgenommen wird, ein zwei tes Bild eines Prüflings aufgenommen wird, der Prüfling während der Aufnahme eines der Bilder einem Gasstrom ausgesetzt wird und das erste Bild mit dem zweiten Bild verglichen wird. Durch den Gasstrom werden die losen Bonddrahtverbindungen in Bewegung versetzt, so dass sich das zweite Bild von dem ersten Bild, welches ohne Gasstrom aufgenommen wurde, unterscheidet. Der Nach teil des Standes der Technik, dass lose Bonddrahtverbin dungen irrtümlich als feste Verbindungen identifiziert werden, ist somit beseitigt. Ferner kommt es nicht zu ei ner mechanischen Belastung der Bonddrähte, welche diese beschädigen könnte, wie es beim Stand der Technik im Pull-Test der Fall war.

Vorzugsweise erfolgt der Vergleich des ersten Bildes mit dem zweiten Bild automatisch. Es liegt somit ein automa tisches Prüfverfahren vor, welches beispielsweise in ei nen automatischen Fertigungsprozess eingebunden werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, dass das erste Bild und das zweite Bild digitalisiert werden, dass das digitalisierte erste Bild und das digitalisierte zweite Bild in einen Rechner eingelesen werden, und dass der Vergleich des ersten Bildes mit dem zweiten Bild mittels eines Algo rithmus in dem Rechner erfolgt. Somit stehen für das er findungsgemäße Verfahren die Mittel der modernen Bildver arbeitung zur Verfügung.

Vorzugsweise umfasst der Algorithmus in dem Rechner eine Subtraktion des digitalisierten ersten Bildes von dem di gitalisierten zweiten Bild und/oder des digitalisierten zweiten Bildes von dem digitalisierten ersten Bild. Da es um die Unterschiede der mit und ohne Gasstrom aufgenomme nen Bilder geht, ist eine bildpunktweise Subtraktion der Grauwerte ein geeignetes Verfahren. Falls durch den Gasstrom keine Veränderung hervorgerufen wurde, ist das Dif ferenzbild einheitlich schwarz. Falls sich hingegen die Lage von Drähten aufgrund des Gasstroms geändert hat, er scheinen die betreffenden Stellen in dem Differenzbild heller. Durch Auswertung des Differenzbildes mit Verfah ren der modernen Bildverarbeitung wird festgestellt, ob lose Drähte vorhanden sind oder nicht.

Es ist bevorzugt, dass die Aufnahme des ersten Bildes mit einer Kamera erfolgt, und dass die Aufnahme des zweiten Bildes mit derselben Kamera erfolgt. Es sind unterschied liche Kamerasysteme einsetzbar, beispielsweise Flächenka meras, Zeilenkameras, CCD-Kameras. Nützlich ist jedoch, dass beide Bildaufnahmen mit derselben Kamera erfolgen; denn Unterschiede bei der Bildaufnahme verschiedener Ka meras könnten die Messgenauigkeit verringern. Wenn bei spielsweise eine empfindlichere Kamera bei der Aufnahme des ersten Bildes verwendet würde, so wäre das Differenz bild nach Subtraktion des zweiten Bildes von dem ersten Bild durchgängig hell, das heißt, es hätte einen Grau wert, welcher sich von Schwarz unterscheidet, so dass helle Stellen aufgrund der Drahtbewegung bei vorliegendem Gasstrom nur schlecht erkannt werden könnten.

Aus demselben Grund ist es nützlich, dass der Prüfling bei dar Aufnahme des ersten Bildes beleuchtet wird, und dass bei der Aufnahme des zweiten Bildes dieselbe Be leuchtung verwendet wird. Eine Änderung der Beleuchtungs verhältnisse könnte ebenfalls die Auswertung der Bildda ten erschweren, so dass gleiche Beleuchtungsverhältnisse zu bevorzugen sind.

Ebenfalls kann es vorteilhaft sein, dass zusätzlich zu den Vergleichswerten des ersten Bildes mit dem zweiten Bild das erste Bild und/oder das zweite Bild zur Beurtei lung der Festigkeit der Verbindungen verwendet werden. Dies kann beispielsweise aus dem folgenden Grund nützlich sein. Falls ein Bonddraht falsch angelötet wäre, so hätte dies zur Folge, dass der Vergleichstest das Ergebnis hät te, dass kein Fehler vorliegt; denn der Gasstrom wäre nicht in der Lage, den zwar falsch angelöteten aber fes ten Draht zu bewegen. Daher ist es nützlich, derartige Fehler durch Heranziehen der primären Bilder zu erkennen, beispielsweise durch Vergleich jener Bilder mit in einer Speichereinrichtung gespeicherten Solldaten.

Ebenfalls kann vorteilhaft sein, wenn die Bewegung an den Verbindungsstellen mit einer Sensoreinrichtung nachgewie sen wird. Auf diese Weise ist man nicht ausschließlich von der Bildverarbeitung abhängig; vielmehr kann das Er gebnis der Bildverarbeitung durch einen weiteren Test, nämlich den Nachweis der Bewegung durch eine Sensorein richtung, verifiziert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung be steht diese nach Anspruch 9 in einem Verfahren zum Prüfen der Festigkeit von Verbindungen, bei dem ein Prüfling ei nem Gasstrom ausgesetzt wird, und bei dem eine Bewegung an den Verbindungsstellen mit einer Sensoreinrichtung nachgewiesen wird. Man ist also losgelöst von der gesam ten Bildverarbeitungstechnik in der Lage, lose Drahtver bindungen mit einer Sensoreinrichtung unter Verwendung eines Gasstromes nachzuweisen. Auch hier kommt es zu den erfindungsgemäßen Vorteilen, dass nicht irrtümlich eine zwar richtig lokalisierte, aber lose Drahtverbindung als fest identifiziert wird, und dass ferner aufgrund der be rührungslosen Technik keine mechanische Belastung der Drähte auftritt.

Es ist bevorzugt, dass als Sensoreinrichtung ein Laser vibrometer verwendet wird.

Vorzugsweise wird der Gasstrom von einer Düse erzeugt. Somit kann der Gasstrom definiert und gerichtet einge stellt werden, so dass er für die jeweiligen Prüflinge optimal eingestellt werden kann.

Es kann nützlich sein, wenn der Gasstrom durch eine spe zielle Düsengeometrie beeinflusst wird. Auch hierdurch lässt sich eine Optimierung im Hinblick auf die zu unter suchenden Prüflinge durchführen.

Auch kann es vorteilhaft sein, dass der Gasstrom durch mehrere Düsen erzeugt wird. Somit lassen sich praktisch beliebige Strömungsprofile erzeugen, um eine zuverlässige Bewegung beliebiger Drahtverbindungen, zum Beispiel auch solcher an unzugänglichen Stellen, zu erzeugen.

Vorzugsweise wird der Gasstrom gesteuert oder geregelt, so dass lose Verbindungen mit unterschiedlichen mechani schen Eigenschaften zur Bewegung angeregt werden. Es ist denkbar, dass bei einem bestimmten Gasstrom gewisse Dräh te zur Bewegung angeregt werden, während andere lose Drähte, beispielsweise aufgrund anderer Resonanzverhält nisse, in ihrer Position verharren. Dies ist durch geeig nete Steuerung oder Regelung des Gasstroms vermeidbar.

Ebenfalls kann es vorteilhaft sein, dass verschiedene Gassorten verwendet werden. Verschiedene Gassorten mit unterschiedlichen Mo lekulargewichten könnten unterschiedliche mechanische Wirkungen entfalten, so dass das Verfahren je nach Aufgabenstellung flexibel ist.

Ferner kann es vorteilhaft sein, dass lose Verbindungsstellen lo kalisiert werden. Das Bildverarbeitungssystem ist also nicht nur in der Lage, das Vorliegen eines Fehlers allgemein festzustellen. Vielmehr kann auch genau angegeben werden, an welcher Stelle sich der Fehler befindet, beispielsweise durch Ausgabe einer genauen Bezeichnung der entsprechenden Verbindungsstelle.

Ferner ist gemäß Anspruch 17 eine Vorrichtung vorgesehen mit Mit teln zur Aufnahme eines ersten Bildes eines Prüflings, Mitteln zur Aufnahme eines zweiten Bildes eines Prüflings, Mitteln zum Erzeu gen eines Gasstroms, dem der Prüfling während der Aufnahme eines der Bilder ausgesetzt werden kann, und Mitteln zum Vergleichen von Bildern. Mit dieser Vorrichtung lassen sich die erfindungsgemäßen Vorteile des Verfahrens umsetzen. Aufgrund der Vergleichsmittel ist es möglich, die berührungslose Qualitätskontrolle ohne die Ge fahr von Fehlern bei der Kontrolle durchzuführen.

Bevorzugt weisen die Mittel zur Aufnahme von Bildern mindestens eine Kamera auf. Eine Kamera kann beispielsweise als Flächenkame ra, Zeilenkamera oder CCD-Kamera ausgelegt sein.

Es ist bevorzugt, dass die Mittel zum Vergleich von Bildern einen Rechner aufweisen. Somit lässt sich die Vorrichtung automatisiert einsetzen, was den Vorzug hat, dass die Prüfvorrichtung ein Teil einer Fertigungsstrecke sein kann.

Besonders vorteilhaft ist es, dass Mittel zum Digitali sieren von Bildern vorgesehen sind. Folglich können digi tale Bilder verarbeitet werden, so dass digitale Bildver arbeitungsvorrichtungen einsetzbar sind.

Ferner ist es nützlich, wenn Beleuchtungsmittel vorgese hen sind. Auf diese Weise lassen sich kontrastreiche Bil der erzeugen. Ferner lässt sich die Beleuchtung definiert und unveränderlich einstellen, was den Vergleich der auf genommenen Bilder erleichtert.

Es kann ferner nützlich sein, wenn eine Sensoreinrichtung zum Nachweis einer Bewegung an einer Verbindungsstelle vorgesehen ist. Man ist auf diese Weise nicht auf die al leinige Auswertung der Bildverarbeitungseinrichtung ange wiesen. Unterstützend lässt sich das Messergebnis einer Sensoreinrichtung nutzen.

Die Erfindung entfaltet sich gemäß Anspruch 23 ferner in einer Vorrichtung zum Prüfen der Festigkeit von Verbin dungen mit Mitteln zum Erzeugen eines Gasstroms und einer Sensoreinrichtung zum Nachweis einer Bewegung an einer Verbindungsstelle. Die Bewegung an einer Verbindungsstel le lässt sich demnach auch losgelöst von den Ergebnissen einer Bildbearbeitungseinrichtung durch eine Sensorein richtung ermitteln.

Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung ein Laservibro meter.

Es ist vorteilhaft, wenn die Mittel zum Erzeugen eines Gasstroms mindestens eine Düse aufweisen. Auf diese Weise lässt sich der Gasstrom formen und somit für die konkrete Aufgabenstellung optimieren.

Es kann auch nützlich sein, wenn die Mittel zum Erzeugen eines Gasstroms mehrere Düsen aufweisen. Damit ist eine größere Flexibilität bei der Einstellung des Gasstroms gegeben.

Ebenfalls kann es nützlich sein, wenn eine Steuerung oder eine Regelung vorgesehen ist, über welche der Gasstrom steuerbar oder regelbar ist. Auf diese Weise lässt sich den unterschiedlichen mechanischen Verhältnissen an ver schiedenen Verbindungsstellen Rechnung tragen; der Gas strom kann für alle unterschiedlichen Verbindungsstellen während des Prüfverfahrens optimal eingestellt werden.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zu Grun de, dass eine berührungslose Qualitätsprüfung möglich ist, ohne dass die Gefahr besteht, eine lose Verbindungs stelle zu übersehen. Dies erfolgt durch Einsatz eines Gasstroms und beispielsweise durch den Vergleich von Bil dern, die mit und ohne Gasstrom aufgenommen wurden. Die Bewegung der Drähte an den Verbindungsstellen kann auch durch andere Sensoreinrichtungen nachgewiesen werden, wo bei ebenfalls die Vorteile der berührungslosen Qualitäts prüfung zum Zuge kommt.

Zeichnung

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnung an Hand einer Ausführungsform beispielhaft be schrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfin dungsgemäßen Verrichtung.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung. An einem Prüfling 10 sind zu prüfende Bonddrähte 12 angeordnet. Der Prüfling 10 wird von einer Anströmdüse 14 mit einem Gasstrom 16, bei spielsweise einem Luftstrom, beaufschlagt. Ferner ist ei ne Beleuchtung 18 vorgesehen, welche Licht 20 auf den Prüfling aussendet. Der Prüfling 10 liegt im Gesichtsfeld einer Kamera 22, so dass die Kamera 22 in der Lage ist, ein Bild des Prüflings 10 mit den Anschlussstellen der Bonddrähte 12 aufzunehmen. Die Kamera steht mit einem Bildverarbeitungssystem 24 in Verbindung, welches mit ei ner Steuerung 26 kommunizieren kann. Ferner kann die Vor richtung so ausgelegt sein, dass die Steuerung 26 die An strömdüse 14 beeinflusst. Auf diese Weise kann der Gas strom 16 der Anströmdüse 14 gesteuert oder geregelt wer den, vorzugsweise in Abhängigkeit der Daten des Bildver arbeitungssystems 24.

Die Prüfung des Prüflings 10 erfolgt nun vorzugsweise so, dass der Prüfling 10 zunächst in das Gesichtsfeld der Ka mera 22 gebracht wird, wo er von der Beleuchtung 18 beleuchtet wird. Die Kamera 22 nimmt ein erstes Bild auf, und dieses wird in digitalisierter Form von dem Bildver arbeitungssystem 24 verarbeitet. Nachfolgend wird der Gasstrom 16 der Anströmdüse 14 eingestellt, beispielswei se veranlasst durch die Steuerung 26. Nun wird ein weite res Bild des Prüflings 10 von der Kamera 22 aufgenommen, und auch dieses wird in dem Bildverarbeitungssystem 24 weiter verarbeitet. Durch Differenzbildung und weitere Auswerteverfahren in dem Bildverarbeitungssystem lässt sich nun ermitteln, an welchen Stellen des Prüflings 10 lose Bonddrähte 12 vorliegen.

Es lassen sich auch mehr als zwei Bilder von dem Prüfling unter unterschiedlichen äußeren Bedingungen, beispiels weise unterschiedliche Strömungsbedingungen, aufnehmen und in dem Bildverarbeitungssystem 24 verarbeiten, was zu einer zusätzlichen Prüfsicherheit führt. Ferner können die in dem Bildverarbeitungssystem 24 zu verarbeitenden Bilder des Prüflings 10 grundsätzlich in unterschiedli chen Reihenfolgen aufgenommen werden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfin dung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombi nation für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims

1. Verfahren zum Prüfen der Festigkeit von Verbindungen, bei dem
ein erstes Bild eines Prüflings (10) aufgenommen wird,
ein zweites Bild eines Prüflings (10) aufgenommen wird,
der Prüfling (10) während der Aufnahme eines der Bilder einem Gasstrom (16) ausgesetzt wird und
das erste Bild mit dem zweiten Bild verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich des ersten Bildes mit dem zweiten Bild automatisch erfolgt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Bild und das zweite Bild digitalisiert werden,
dass das digitalisierte erste Bild und das digitali sierte zweite Bild in einen Rechner eingelesen werden und
dass der Vergleich des ersten Bildes mit dem zweiten Bild mittels eines Algorithmus in dem Rechner er folgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus in dem Rech ner eine Subtraktion des digitalisierten ersten Bildes von dem digitalisierten zweiten Bild und/oder des digita lisierten zweiten Bildes von dem digitalisierten ersten Bild umfasst.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme des ersten Bil des mit einer Kamera (22) erfolgt, und dass die Aufnahme des zweiten Bildes mit derselben Kamera (22) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (10) bei der Aufnahme des ersten Bildes beleuchtet wird, und dass bei der Aufnahme des zweiten Bildes dieselbe Beleuchtung (18) verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Vergleichswerten des ersten Bildes mit dem zweiten Bild das erste Bild und/oder das zweite Bild zur Beurteilung der Verbindungen verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung an den Verbin dungsstellen mit einer Sensoreinrichtung nachgewiesen wird.

9. Verfahren zum Prüfen der Festigkeit von Verbindun gen, bei dem
ein Prüfling (10) einem Gasstrom (16) ausgesetzt wird, und
eine Bewegung an der Verbindungsstelle mit einer Sen soreinrichtung nachgewiesen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoreinrichtung ein Laservibrometer verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (16) von einer Düse (14) erzeugt wird.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (16) durch eine spezielle Düsengeometrie beeinflusst wird.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (16) durch meh rere Düsen erzeugt wird.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (16) gesteuert oder geregelt wird, so dass lose Verbindungen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften zur Bewegung an geregt werden.

15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Gassorten ver wendet werden.

16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass lose Verbindungsstellen lo kalisiert werden.

17. Vorrichtung zum Prüfen der Festigkeit von Verbindungen mit
Mitteln (22) zur Aufnahme eines ersten Bildes eines Prüflings (10),
Mitteln (22) zur Aufnahme eines zweiten Bildes eines Prüflings (10),
Mitteln (14) zum Erzeugen eines Gasstroms (16), dem der Prüf ling (10) während der Aufnahme eines der Bilder ausgesetzt werden kann, und
Mitteln (24) zum Vergleichen der ersten und zweiten Bilder.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich net, dass die Mittel zur Aufnahme von Bildern mindestens eine Kamera (22) aufweisen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch ge kennzeichnet, dass die Mittel (24) zum Vergleich von Bil dern einen Rechner aufweisen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, da durch gekennzeichnet, dass Mittei zum Digitalisieren von Bildern vorgesehen sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, da durch gekennzeichnet, dass Beleuchtungsmittel (18) vorge sehen sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, da durch gekennzeichnet, dass eine Sensoreinrichtung zum Nachweis einer Bewegung an einer Verbindungsstelle vorge sehen ist.

23. Vorrichtung zum Prüfen der Festigkeit von Verbindun gen mit
Mitteln (14) zum Erzeugen eines Gasstromes und
einer Sensoreinrichtung zum Nachweis einer Bewegung an einer Verbindungsstelle.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung ein Laservibrometer ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, da durch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen eines Gasstroms mindestens eine Düse (14) aufweisen.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 25, da durch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen eines Gasstroms mehrere Düsen aufweisen.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 26, da durch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (26) oder eine Regelung vorgesehen ist, über welche der Gasstrom (16) steuerbar oder regelbar ist.