DE10142159B4 - Z-Achsen-Eliminierung in einem Röntgen-Laminographi-System unter Verwendung von Bildvergrößerung zur Z-Ebenen-Einstellung - Google Patents

Z-Achsen-Eliminierung in einem Röntgen-Laminographi-System unter Verwendung von Bildvergrößerung zur Z-Ebenen-Einstellung

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Abstract

Vorrichtung (310) zum Prüfen einer elektrischen Verbindung (10, 214, 414) auf einer Schaltungsplatine (210, 620), mit folgenden Merkmalen:
einer Röntgenstrahlenquelle (20, 200, 312), die ausgebildet ist, um von einer Mehrzahl von bezüglich einer zentralen Achse (40) auf einem ersten Radius (r1) und einem zweiten Radius (r2) angeordneten Positionen Röntgenstrahlen (334, 282, 284, 416, 418, 426, 428, 560) zu emittieren, die die elektrische Verbindung (10, 214, 414) durchdringen, wobei die Röntgenstrahlenquelle (20, 200, 312) eine synchrone Drehung um die zentrale Achse (40) ausführt;
einem Röntgenstrahlendetektorsystem (30, 240), das positioniert ist, um die durch die Röntgenstrahlenquelle (20, 200, 312) erzeugten Röntgenstrahlen (334, 282, 284, 416, 418, 426, 428, 560), die die elektrische Verbindung (10, 214, 414) durchdrungen haben, zu empfangen, wobei das Röntgenstrahlendetektorsystem (30, 240) Detektordatensignale erzeugt, die an einem Ausgang ausgegeben werden;
einem Bildspeicher (270, 315), der ausgebildet ist, um die Detektordatensignale, die dem ersten Radius (r1) zugeordnet...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die schnelle Hochauflösungsprüfung von Schaltungsplatinen unter Verwendung eines rechnergestützten Laminographiesystems und insbesondere auf Systeme, die elektronische Einrichtungen zum Einstellen der Z-Achsen-Position der Prüfstelle in bezug auf die Schaltungsplatine verwenden.
  • Schnelle und genaue Qualitätskontrollprüfungen der Lötarbeiten und Montage von elektronischen Vorrichtungen spielen in der Elektronik herstellenden Industrie heutzutage eine vorrangige Rolle. Die reduzierte Größe von Komponenten und Lötanschlüssen, die sich daraus ergebende erhöhte Dichte von Komponenten auf Schaltungsplatinen und der Einzug der Oberflächenmontage (SMT – surface mount technology), bei der Lötanschlüsse unterhalb von Vorrichtungsgehäusen und somit verborgen angebracht werden, führten dazu, daß schnelle und genaue Prüfungen von elektronischen Vorrichtungen und den elektrischen Verbindungen zwischen den Vorrichtungen in einer Herstellungsumgebung sehr schwer durchzuführen sind.
  • Viele vorhandene Prüfsysteme für elektronische Vorrichtungen und Verbindungen bedienen sich durchdringender Strahlung, um Bilder zu erzeugen, die Merkmale zeigen, die für die innere Struktur der Vorrichtungen und Verbindungen repräsentativ sind. Diese Systeme verwenden oft herkömmliche radiographische Techniken, bei denen die durchdringende Strahlung Röntgenstrahlen aufweist. Medizinische Röntgenaufnahmen von verschiedenen Teilen des menschlichen Körpers, z. B. von Brust, Armen, Beinen, der Wirbelsäule usw., sind vielleicht die bekanntesten Beispiele für herkömmliche radiographische Aufnahmen. Die erzeugten Aufnahmen oder Bilder stellen den Röntgenschatten dar, den ein in der Prüfung befindliches Objekt wirft, wenn es von einem Bündel von Röntgenstrahlen erleuchtet wird. Der Röntgenschatten wird durch ein röntgensensibles Material, wie z. B. einer Folie oder anderen geeigneten Mitteln, erfaßt und aufgezeichnet.
  • Das Erscheinungsbild des Röntgenschattens oder Radiogramms wird nicht nur von den inneren strukturellen Charakteristika des Objekts bestimmt, sondern auch von der Richtung, aus der die einfallenden Röntgenstrahlen auf das Objekt treffen. Deshalb ist es für eine vollständige Interpretation und Analyse von Röntenschattenbildern, ob sie nun visuell durch eine Person oder numerisch durch einen Computer ausgeführt werden, oft erforderlich, daß man in bezug auf die Charakteristika des Objekts und seine Ausrichtung in bezug auf den Röntgenstrahl von bestimmten Annahmen ausgeht. Zum Beispiel ist es oft nötig, von bestimmten Annahmen in bezug auf die Form, die innere Struktur usw. des Objekts sowie die Richtung der auf das Objekt auftreffenden Röntgenstrahlen auszugehen. Auf der Grundlage dieser Annahmen können Merkmale der Röntgenaufnahme analysiert werden, um die Position, die Größe, die Form usw. der entsprechenden strukturellen Eigenschaft des Objekts, das dieses Merkmal in der Aufnahme erzeugte, zu bestimmen, z. B. einen Fehler in einem Lötanschluß. Diese Annahmen führen oft zu Unsicherheitsfaktoren, die die Zuverlässigkeit der Interpretation der Aufnahmen sowie der auf der Analyse der Röntgenschattenbilder basierenden Entscheidungen schmälern. Einer der größten Unsicherheitsfaktoren, die sich aus der Verwendung solcher Annahmen bei der Analyse herkömmlicher Radiogramme ergeben, besteht darin, daß kleine Abweichungen einer strukturellen Eigenschaft bei einem Objekt, wie z. B. der Form, der Dichte und der Größe eines Fehlers innerhalb eines Lötanschlusses, oft durch die sie überschattende Masse des Lötanschlusses selbst sowie durch benachbarte Lötanschlüsse, elektronische Vorrichtungen, Schaltungsplatinen und andere Objekte verschleiert werden. Da die überschattende Masse und benachbarte Objekte in der Regel für jede Lötverbindung verschieden sind, ist es extrem umständlich und oft fast unmöglich, genügend Annahmen zu treffen, um die Form, Größe und Position von Lötfehlern bei Lötverbindungen genau zu bestimmen.
  • Manche Systeme versuchen, diese Mängel auszugleichen, indem sie die Möglichkeit enthalten, das Objekt von mehreren Gesichtspunkten aus zu betrachten. Ein derartiges System wird in dem Adams et al. erteilten US-Patent Nr. 4,809,308 mit dem Titel „METHOD & APPARATUS FOR PERFORMING AUTOMATED CIRCUIT BOARD SOLDER QUALITY INSPECTIONS" beschrieben. Aufgrund der zusätzlichen Ansichten können diese Systeme die in den Röntgenschattenprojektionsbildern vorhandenen Unsicherheitsfaktoren teilweise klären. Jedoch erfordert die Nutzung mehrerer Ansichtswinkel ein kompliziertes mechanisches Handhabungssystem, für das oft ganze fünf unabhängige, nicht-orthogonale Bewegungsachsen nötig sind. Das Ausmaß dieser mechanischen Verkomplizierung führt zu einem Anstieg der Kosten, der Größe und des Gewichts, zu längeren Prüfzeiten, zu einem verringerten Durchsatz, zu einer Beeinträchtigung der Positionierungsgenauigkeit aufgrund der mechanischen Komplikationen sowie zu Schwierigkeiten bei der Eichung und der Computersteuerung aufgrund der Nicht-Orthogonalität der Bewegungsachsen.
  • Viele der mit den oben erörterten herkömmlichen Radiographietechniken verbundenen Probleme können durch ein Erzeugen von Schnittaufnahmen des zu prüfenden Objekts abgeschwächt werden. Bei medizinischen Anwendungen werden zum Erzeugen von Schnitt- oder Schichtbildaufnahmen tomographische Techniken wie z. B. Laminographie und Computertomographie (CT) verwendet. Bei medizinischen Anwendungen sind diese Techniken sehr erfolgreich, großenteils weil eine relativ geringe Auflösung in der Größenordnung von 1 bis 2 Millimeter (0,04 bis 0,08 Zoll) zufriedenstellend ist und weil die Anforderungen an die Geschwindigkeit und den Durchsatz nicht so hoch sind wie die entsprechenden Anforderungen in der Industrie.
  • Bei Prüfungen im elektronischen Bereich, vor allem bei Prüfungen elektrischer Verbindungen wie z. B. Lötverbindungen, wird eine Bildauflösung in der Größenordnung von mehreren Mikrometern, z. B. 20 Mikrometer (0,0008 Zoll) bevorzugt. Zudem muß ein industrielles Prüfsystem für Lötverbindungen mehrere Bilder pro Sekunde erzeugen, damit es sich zur Verwendung in einer industriellen Fertigungsstraße eignet. Laminographiesysteme, die die für Prüfungen im Elektronikbereich notwendigen Anforderungen an die Geschwindigkeit und Genauigkeit erfüllen können, sind in den folgenden Patentschriften beschrieben: 1) US-Patent Nr. 4,926,452 mit dem Titel „AUTOMATED LAMINOGRAPHY SYSTEM FOR INSPECTION OF ELECTRONICS", an Baker et al. erteilt; 2) US-Patent Nr. 5,097,492 mit dem Titel „AUTOMATED LAMINOGRAPHY SYSTEM FOR INSPECTION OF ELECTRONICS", an Baker et al. erteilt; 3) US-Patent Nr. 5,081,656 mit dem Titel „AUTOMATED LAMINOGRAPHY SYSTEM FOR INSPECTION OF ELECTRONICS", an Baker et al. erteilt; 4) US-Patent Nr. 5,291,535 mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING EXCESS/INSUFFICIENT SOLDER DEFECTS", an Baker et al. erteilt; 5) US-Patent Nr. 5,621,811 mit dem Titel „LEARNING METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING AND CONTROLLING SOLDER DEFECTS", an Roder et al. erteilt; 6) US-Patent Nr. 5,561,696 „METHOD & APPARATUS FOR INSPECTING ELECTRICAL CONNECTIONS" an Adams et al. erteilt; 7) US-Patent Nr. 5,199,054 mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RESOLUTION INSPECTION OF ELECTRONIC ITEMS", an Adams et al. erteilt; 8) US-Patent Nr. 5,259,012 mit dem Titel „LAMINOGRAPHY SYSTEM AND METHOD WITH ELECTROMAGNETICALLY DIRECTED MULTIPATH RADIATION SOURCE", an Baker et al. erteilt; 9) US-Patent Nr. 5,583,904 mit dem Titel „CONTINUOUS LINEAR SCAN LAMINOGRAPHY SYSTEM AND METHOD", an Adams erteilt; und 10) US-Patent Nr. 5,687,209 mit dem Titel „AUTOMATIC WARP COMPENSATION FOR LAMINOGRAPHIC CIRCUIT BOARD INSPECTION" an Adams erteilt.
  • Mehrere der oben angeführten Patentschriften offenbaren Vorrichtungen und Verfahren zur Erzeugung von Querschnittsbildern von Testobjekten an einer festgelegten oder wählbaren Querschnittsbild-Brennebene. Bei diesen Systemen sind ein Röntgen-Quellsystem und ein Röntgendetektorsystem durch einen festgelegten Abstand in Richtung der Z-Achse voneinander getrennt, und die Querschnittsbild-Brennebene ist an einer vorbestimmten spezifischen Position auf der Z-Achse angeordnet, die zwischen den Positionen des Röntenquellsystems und des Röntgendetektorsystems auf der Z-Achse liegt. Das Röntgendetektorsystem sammelt Daten, aus denen ein Querschnittsbild von Merkmalen in dem Testobjekt, die an der Querschnittsbild-Brennebene positioniert sind, gebildet werden kann. Bei Systemen mit einer festgelegten Querschnittsbild-Brennebene ist es eine notwendige Voraussetzung, daß die Merkmale, die abgebildet werden sollen, in der festgelegten Querschnittsbild-Brennebene an der vorbestimmten spezifischen Position entlang der Z-Achse angeordnet sind. Bei diesen Systemen ist es daher von wesentlicher Bedeutung, daß die Positionen der festgelegten Querschnittsbild-Brennebene und der Ebene in bezug auf das abzubildende Objekt so konfiguriert sind, daß sie sich an derselben Position entlang der Z-Achse befinden. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so wird das gewünschte Bild des gewählten Merkmals des Testobjekts nicht erhalten. Statt dessen wird ein Querschnittsbild einer Ebene bezüglich des Testobjekts, die sich entweder oberhalb oder unterhalb derjenigen Ebene befindet, die das ausgewählte Merkmal umfaßt, erhalten. Deshalb wird oft eine mechanische Bewegung des Testobjekts entlang der Z-Achse verwendet, um die gewünschte Ebene bezüglich des abzubildenden Testobjekts an der Position der festgelegten Querschnittsbild-Brennebene des Prüfsystems zu positionieren.
  • Da die laminographische Bildfläche (z. B. 2-3 cm2) eines typischen Laminographiesystems wesentlich geringer ist als die Fläche einer typischen Schaltungsplatine (150-1.500 cm2), umfaßt eine vollständige Prüfung einer Schaltungsplatine mehrere laminographische Bilder, die, würde man sie zusammensetzen, eine Abbildung der gesamten Schaltungsplatine oder ausgewählter Bereiche der Schaltungsplatine ergeben würden. Neben einem mechanischen Z-Achsen-Positionierungssystem, das der Positionierung des Testobjekts (Schaltungsplatine) an einer bestimmten Stelle entlang der Z-Achse dient, umfaßt ein reguläres Hochauflösungs-Laminographiesystem deshalb auch mechanische X-Achsen- und Y-Achsen-Positionierungssysteme, die der Positionierung des Testobjekts an bestimmten Stellen entlang der X- und Y-Achse dienen. Dies wird folglich durch Auflegen des Testobjekts auf ein mechanisches Handhabungssystem, wie z. B. einen X-, Y-, Z-Positionierungstisch, erzielt. Der Tisch wird daraufhin so bewegt, daß die gewünschten Bereiche des Testobjekts in den laminographischen Abbildungsbereich des Laminographiesystems rücken. Eine Bewegung in der X- und Y-Richtung positioniert den zu untersuchenden Bereich des Testobjekts, während eine Bewegung in der Z-Richtung das Testobjekt nach oben und unten bewegt, um diejenige Ebene in bezug auf das Testobjekt auszuwählen, in der das Querschnittsbild aufgenommen werden soll. In dem gesamten vorliegenden Dokument bezeichnet der Begriff „Platinenansicht" das laminographische Bild einer bestimmten Region Oder eines bestimmten Bereichs einer Schaltungsplatine, die bzw. der durch eine spezifische X-, Y-Koordinate der Schaltungsplatine identifiziert wird. Somit umfaßt jede „Platinenansicht" nur einen Abschnitt der Schaltungsplatine.
  • Für viele Prüfungen ist es erforderlich, daß manche der Platinenansichten mehrere Bilder auf unterschiedlichen Z-Achsen-Niveaus der Schaltungsplatine umfassen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Schaltungsplatine unter Verwendung des mechanischen X-, Y-, Z- Positionierungstisches in Richtung der Z-Achse physisch nach oben oder unten bewegt wird. Diese zusätzliche mechanische Bewegung entlang der Richtung der Z-Achse kann allerdings auch zu einer Zunahme der Kosten, der Größe und des Gewichts, zu längeren Prüfungszeiten, zu einem reduzierten Durchsatz, zu einer verminderten Bildauflösung und -genauigkeit aufgrund mechanischer Schwingungen sowie zu einer verminderten Genauigkeit bei der Positionierung auf der Z-Achse aufgrund mechanischer Komplikationen führen.
  • Eine Alternative zur mechanischen Positionierung auf der Z-Achse wird in dem an Baker et al. erteilten US-Patent Nr. 5,259,012 mit dem Titel „LAMINOGRAPHY SYSTEM AND METHOD WITH ELECTROMAGNETICALLY DIRECTED MULTIPATH RADIATION SOURCE" offenbart. Dieses Patent beschreibt ein Laminographiesystem, das die Position der Bildebene auf der Z-Achse in bezug auf das Testobjekt elektronisch verschiebt. Bei dieser Vorrichtung wird das Testobjekt zwischen einer sich drehenden Röntgenquelle und einem synchronisierten, sich drehenden Röntgendetektor positioniert. Eine Brennebene bezüglich des Testobjekts wird auf den Detektor abgebildet, so daß ein Querschnittsbild einer Schicht des Testobjekts, die mit der Bild-Brennebene zusammenfällt, erzeugt wird. Die Röntgenquelle wird durch Ablenken eines Elektronenstrahls auf eine Zielanode erzeugt. Dort, wo die Elektronen auf die Zielanode auftreffen, emittiert die Zielanode Röntgenstrahlung. Der Elektronenstrahl wird durch eine Elektronenkanone erzeugt, die X- und Y-Ablenkspulen zum Ablenken des Elektronenstrahls in die X- und Y-Richtung umfaßt. Die X- und Y-Ablenkspulen veranlassen die Röntgenquelle, sich in einer Kreisspurbahn zu drehen. Die an die X- und Y-Ablenkspulen angelegten Spannungen sind so eingestellt, daß sie den Radius der Kreisspurbahn auf der Zielanode verändern, was zu einer Veränderung der Positionierung der Bildebene, bezüglich des Testobjekts, auf der Z-Achse führt. Eine Eigenschaft dieser Art von elektronischem Z-Achsen-Positionierungssystem ist, daß an verschiedenen Z-Achsen-Positionen erzeugte Bilder verschiedene Vergröße rungsfaktoren aufweisen. Durch die unterschiedlichen Vergrößerungsfaktoren der Bilder wird die Analyse der während einer vollständigen Prüfung der Schaltungsplatine erhaltenen Vielzahl von Bildern erschwert.
  • Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die Vergrößerung mehrerer Platinenansichten auf verschiedenen Z-Niveaus nicht verändert wird, wenn Systeme des oben beschriebenen Typs verwendet werden, bei denen die Röntgenquelle und der Röntgendetektor an spezifischen Positionen entlang der Z-Achse festgemacht werden und die Schaltungsplatine in Richtung der Z-Achse bewegt wird, um auf den unterschiedlichen Z-Niveaus der Schaltungsplatine laminographische Bilder zu erhalten. Alternativ dazu ändert sich die Vergrößerung von Platinenansichten auf unterschiedlichen Z-Niveaus mit jeder Veränderung des Z-Niveaus, wenn die bisher beschriebenen Systeme verwendet werden, die den Radius der Röntgenquelle elektronisch verändern, um auf verschiedenen Z-Niveaus der Schaltungsplatine laminographische Bilder zu erhalten. Die Verschiedenheit der Vergrößerungen für unterschiedliche Z-Niveau-Platinenansichten bei diesen Systemen stellt Schwierigkeiten bei der Analyse der auf diese Weise erhaltenen Bilder dar.
  • Die DE 199 46 738 A1 offenbart eine automatische Röntgenbestimmung von Lötverbindungen, bei dem eine Schaltungsplatine auf einem XYZ-Tisch platziert wird, wobei Röntgenstrahlen von einem sich drehenden Röntgenstrahlquellenfleck in die Schaltungsplatine eindringen und in einer synchron dazu drehenden Detektoreinrichtung tomografische Bilder erfasst werden. Um eine genaue Bestimmung der Z-Achsen-Position innerhalb der Schaltungsplatine zu ermöglichen, wird eine Laserabstandmesseinrichtung verwendet, um für einen vorbestimmten Punkt auf der Oberfläche der Platine einen Z-Achsen-Abstand zu bestimmen. Dadurch wird eine Z-Abbildung der Oberfläche des Schaltungsplatine ermöglicht, die es ermöglicht, für vorbestimmte Lötanschlussflächen Delta-Z-Werte zu bestimmen.
  • Die GB 2 016855 A offenbart das Abbilden einer Schnittebene eines dreidimensionalen Objekts, bei dem Abbildungspunkte durch Röntgenstrahlpunktquellen, die um eine Achse zentriert sind, beleuchtet werden. Die durch das Abbilden erhaltenen Bilder werden als Informationen in einen elektrischen Speicher gespeichert, woraufhin die Videosignale, die jedes der Bilder darstellen, relativ zueinander verschoben werden, so dass ein Bildpunkt, der einer vorbestimmten Ebene zugeordnet ist, eine Koinzidenz aufweist. Nach dem Verschieben werden die Bilder zusammengesetzt, um eine Darstellung der Ebene, die dem Bildpunkt zugeordnet ist, zu erreichen.
  • Die GB 2 084832 A beschreibt eine Vorrichtung zum Bilden von Querschnittsbildern eines dreidimensionalen Objekts. Die Vorrichtung umfasst mehrere Punktquellen zum Erzeugen von Röntgenstrahlen, die ein auf einem Objekttisch angeordnetes Objekt durchdringen. Um unterschiedliche Querschnitte des Objekts zu erfassen, wird eine Strahlungsebene relativ zu dem Objekt verschoben. Die relative Verschiebung zwischen dem Objekt und der Strahlungsebene kann durch eine Verschiebung der gesamten strukturellen Einheit bezüglich des stationären Objekts oder einer Veränderung des Abstands des Objekttisches von der Strahlungsquelle erreicht werden. Ferner kann eine Verschiebung der Strahlungsebene mittels einer Verwendung von Blenden erfolgen, die rechtwinklig zu der Strahlungsquellenebene verschiebbar angeordnet sind.
  • Die JP 2000035405 A zeigt ein Bildverarbeitungsverfahren, bei dem die Höhe einer tomographischen Oberfläche bezüglich eines Objekts eingestellt wird, woraufhin das Objekt mit Röntgenstrahlen beleuchtet wird, die an zwei oder mehr Positionen eines Kreisumfangs der Röntgenstrahlquellen erzeugt werden. Ein Unterschied zwischen einer tatsächlichen Höhe einer tomographischen Schicht und einer von dem Benutzer bestimmten Höhe wird ausgeglichen, indem eine Skalenfaktoranpassung durchgeführt wird.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Prüfen elektrischer Verbindungen auf einer Schaltungsplatine, ein Verfahren zum Analysieren laminographischer Bilder eines Objekts auf mehreren Z-Achsen-Niveaus innerhalb des Objekts sowie ein Verfahren zum Prüfen einer elektrischen Verbindung an einer Schaltungsplatine zu schaffen, so daß ein Untersuchungsvorgang weniger aufwendig wird.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 7 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung liefert Verbesserungen, die die oben aufgelisteten Probleme lösen. Vorteilhafterweise umfaßt die vorliegende Erfindung die Bedienerfreundlichkeit und die Genauigkeit der Z-Höhen-Bestimmung und somit die Technik zum Erzeugen von Hochauflösungs-Querschnittsbildern elektrischer Verbindungen.
  • Die vorliegende Erfindung weist ein verbessertes, rechnergestütztes Laminographiesystem auf, das auf genaue und effiziente Weise variable Vergrößerungen unterschiedlicher Z-Niveau-Platinenansichten kompensiert. Durch dieses Merkmal ist es möglich, die mechanische Z-Achsen-Bewegung der Schaltungsplatine entlang der Z-Achsen-Richtung auszuschalten. Das Ausschalten der mechanischen Z-Achsen-Bewegung erhöht die Geschwindigkeit der Prüfung sowie die Verläßlichkeit des Prüfungssystems.
  • In dem gesamten vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff „Gesichtsfeld" bzw. „Sichtfeld" oder „FOV" (field of view) auf die Größe einer bestimmten Region oder eines Bereichs einer Schaltungsplatine, die bzw. der der in einem laminographischen Bild dieser bestimmten Region bzw. dieses bestimmten Bereichs der Schaltungsplatine enthalten ist. Zum Beispiel weist eine bestimmte Konfiguration der vorliegenden Erfindung zwei voreingestellte Vergrößerungsfaktoren auf. Ein erster Vergrößerungsfaktor von 4,75 weist ein FOV von 2,03 cm × 2,03 cm (0,8 Zoll × 0,8 Zoll) sowie eine Bildgröße von 9,7 cm × 9,7 cm (3,8 Zoll × 3,8 Zoll) auf. Somit bezieht sich eine Platinenansicht an einer bestimmten x-, y-Position der Schaltungsplatine bei einer Vergrößerung von 4,75 auf ein 9,7 cm × 9,7 cm (3,8 Zoll × 3,8 Zoll) großes Bild einer 2,03 cm × 2,03 cm (0,8 Zoll × 0,8 Zoll) großen Region der Schaltungsplatine, deren Mitte sich an Positionen x, y auf der Schaltungsplatine befindet. Ein zweiter Vergrößerungsfaktor 19 weist ein FOV von 0,2 Zoll × 0,2 Zoll und eine Bildgröße von 9,7 cm × 9,7 cm (3,8 Zoll × 3,8 Zoll) auf. Somit bezieht sich eine Platinenansicht bei einer bestimmten x-, y-Position der Schaltungsplatine bei ei ner Vergrößerung von 19 auf ein 9,7 cm × 9,7 cm (3,8 Zoll × 3,8 Zoll) großes Bild einer 0,51 cm × 0, 51 cm (0,2 Zoll × 0,2 Zoll) großen Region der Schaltungsplatine, deren Mitte sich an Position x, y auf der Schaltungsplatine befindet. Somit sind vier Platinenansichten bei der Vergrößerung von 19 erforderlich, wobei jede Platinenansicht ein FOV von 0,51 cm × 0,51 cm (0,2 Zoll × 0,2 Zoll) aufweist, um die einzelne entsprechende Platinenansicht bei der Vergrößerung von 4,75 abzubilden, wobei jede Platinenansicht ein FOV von 2,03 cm × 2,03 cm (0,8 Zoll × 0,8 Zoll) aufweist. Hinsichtlich des FOV ausgedrückt, ist das FOV des Systems, das mit einem Vergrößerungsfaktor von 4,75 arbeitet, 4 Mal größer als das FOV des Systems, das mit einem Vergrößerungsfaktor von 19 arbeitet.
  • Wie oben beschrieben ist, bewirkt die elektronische im Gegensatz zur mechanischen Änderung der Z-Achsen-Position der Bildebene nicht nur eine Veränderung der Vergrößerung des Bilds, sondern auch, daß sich das Sichtfeld (FOV) für verschiedene Z-Achsen-Positionen der Bildebene mit veränderter Vergrößerung ebenfalls ändert. Bei Systemen mit einer festgelegten Z-Achsen-Position der Bildebene sind die Vergrößerung und das FOV nicht davon abhängig, welches Z-Niveau der Schaltungsplatine gerade abgebildet wird, da verschiedene Z-Niveaus der Schaltungsplatine an derselben festgelegten Z-Achsen-Position der Bildebene des Systems mechanisch positioniert sind.
  • Es gibt verschiedene Arten, wie man diese Veränderung des FOV mit der Vergrößerung bei der Analyse der Bilder erklären und korrigieren kann. Bei Schaltungsplatinen-Prüfsystemen werden CAD-Daten, die die in der Prüfung befindliche Schaltungsplatine beschreiben, während des Erhaltens und Analysierens der Bilder der Schaltungsplatine zu Hilfe genommen. Deshalb kann eine erste Methode zur Kompensierung variabler Bildvergrößerungsfaktoren und FOVs darin bestehen, daß die erhaltenen Bilder auf eine „Nominal-" Größe vergrößert oder verkleinert werden (wobei „Nominal-" durch ein Grund-FOV definiert ist). In der technischen Literatur sind zahlreiche Algorithmen hierfür hinreichend dokumentiert. Allerdings sind diese Methoden oft CPU-intensiv und können den Durchsatz des Systems beeinträchtigen. Eine zweite und bevorzugte Methode zur Kompensierung variabler Bildvergrößerungsfaktoren und FOVs kann auf effizientere Weise dadurch erzielt werden, daß während der Analyse der Bilder Während-Betrieb-(on-the-fly) CAD-Datenmanipulation und Während-Betrieb-FOV-Einstellungen verwendet werden.
  • Als ein erster Aspekt ist die vorliegende Erfindung Vorrichtung zum Prüfen elektrischer Verbindungen auf einer Schaltungsplatine, mit folgenden Merkmalen: einer Röntgenstrahlenquelle, die von einer Mehrzahl von auf einem ersten Radius und einem zweiten Radius angeordneten Positionen durch die elektrische Verbindung Röntgenstrahlen emittiert; einem Röntgenstrahlendetektorsystem, das positioniert ist, um die durch die Röntgenstrahlenquelle erzeugten Röntgenstrahlen, die die elektrische Verbindung durchdrungen haben, zu empfangen, wobei das Röntgenstrahlendetektorsystem ferner einen Ausgang aufweist, der Datensignale emittiert; einem Bildspeicher, der die Detektordatensignale kombiniert, um eine Bilddatenbank zu bilden, die Informationen enthält, die ausreichend sind, um ein erstes Querschnittsbild einer Schnittebene dieser elektrischen Verbindung an einer ersten Bildebene an einer ersten Z-Achsen-Position, die dem ersten Röntgenstrahlenquellenradius entspricht, zu bilden, und um ein zweites Querschnittsbild einer Schnittebene der elektrischen Verbindung an einer zweiten Bildebene an einer zweiten Z-Achsen-Position zu bilden, die dem zweiten Röntgenstrahlenquellenradius entspricht; und einem Prozessor, der die Erfassung und die Bildung der Querschnittsbilder steuert und die Querschnittsbilder analysiert, wobei der Bildprozessor ferner folgende Merkmale aufweist: einen Speicherbereich zum Speichern von CAD-Daten, die einen ersten Schnittentwurf der elektrischen Verbindung an der ersten Bildebene an der ersten Z-Achsen-Position beschreiben, und von CAD-Daten für einen zweiten Schnittentwurf der elektrischen Verbindung an der zweiten Bildebene an der zweiten Z-Achsen-Position; und einen CAD-Datenberechnungsabschnitt, der eine Abweichung zwischen dem ersten Querschnittsbild an der ersten Bildebene und dem zweiten Querschnittsbild an der zweiten Bildebene bestimmt und die Abweichung verwendet, um auf Bedarfsbasis Abschnitte der CAD-Daten zu modifizieren, die die elektrische Verbindung an der zweiten Bildebene an der zweiten Z-Achsen-Position beschreiben, wodurch modifizierte CAD-Daten für die zweite Bildebene erzeugt werden, die die elektrische Verbindung an der zweiten Bildebene gemäß der Darstellung durch das zweite Querschnittsbild beschreiben. Bei manchen Konfigurationen weisen das erste Querschnittsbild ein erstes Sichtfeld und das zweite Querschnittsbild ein zweites Sichtfeld auf, und die Abweichung zwischen dem ersten Querschnittsbild und dem zweiten Querschnittsbild wird durch einen Vergleich des zweiten Sichtfeldes mit dem ersten Sichtfeld bestimmt. Bei manchen Konfigurationen weisen das erste Querschnittsbild einen ersten Vergrößerungsfaktor und das zweite Querschnittsbild einen zweiten Vergrößerungsfaktor auf, und die Abweichung zwischen dem ersten Querschnittsbild und dem zweiten Querschnittsbild wird durch einen Vergleich des zweiten Vergrößerungsfaktors mit dem ersten Vergrößerungsfaktor bestimmt. Bei manchen Konfigurationen weist die Röntgenstrahlenquelle eine Vielzahl von Röntgenstrahlenquellen auf. Bei manchen Konfigurationen weist das Röntgenstrahlendetektorsystem eine Vielzahl von Röntgenstrahlendetektoren auf. Bei manchen Konfigurationen weist der Prozessor außerdem einen Bildabschnitt auf, der die Querschnittsbilder der elektrischen Verbindung aus der Bilddatenbank erzeugt.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Analysieren laminographischer Bilder eines Objekts an mehreren Z-Achsen-Niveaus innerhalb des Objekts, mit folgenden Schritten: Bestimmen einer Referenz-Z-Achsen-Position Z1, die einem ersten Z-Niveau in dem Objekt entspricht; Erfassen eines ersten Querschnittsbilds des Ob jekts an der Referenz-Z-Rchsen-Position Z1, die dem ersten Z-Niveau in dem Objekt entspricht, und eines zweiten Querschnittsbilds des Objekts an einer zweiten Z-Achsen-Position Z2, die einem zweiten Z-Niveau in dem Objekt entspricht; Bereitstellen von Entwurfsdaten des ersten Z-Niveaus, die das Objekt und spezifische Merkmale in dem Objekt auf dem ersten Z-Niveau des Objekts beschreiben, und Entwurfsdaten des zweiten Z-Niveaus, die das Objekt und spezifische Merkmale in dem Objekt an dem zweiten Z-Niveau des Objekts beschreiben; Bestimmen eines Abweichungsfaktors, der einen Unterschied zwischen dem ersten Querschnittsbild des Objekts an dem ersten Z-Niveau und dem zweiten Querschnittsbild des Objekts an dem zweiten Z-Niveau darstellt; und Modifizieren, in Echtzeit oder Nahe-Echtzeit, eines oder mehrerer Abschnitte der Entwurfsdaten des zweiten Z-Niveaus mit dem Abweichungsfaktor bei Vergleichen des zweiten Querschnittsbilds des Objekts an dem zweiten Z-Niveau mit den Echtzeit- oder Nahe-Echtzeitmodifizierten Entwurfsdaten des zweiten Z-Niveaus. Bei manchen Implementierungen des Verfahrens weist das erste Querschnittsbild ein erstes Sichtfeld und das zweite Querschnittsbild ein zweites Sichtfeld auf, und der Abweichungsfaktor, der einen Unterschied zwischen dem ersten Querschnittsbild und dem zweiten Querschnittsbild darstellt, wird durch Vergleichen des zweiten Sichtfeldes mit dem ersten Sichtfeld bestimmt. Bei manchen Implementierungen des Verfahrens weist das erste Querschnittsbild einen ersten Vergrößerungsfaktor und das zweite Querschnittsbild einen zweiten Vergrößerungsfaktor auf, und der Abweichungsfaktor, der einen Unterschied zwischen dem ersten Querschnittsbild und dem zweiten Querschnittsbild darstellt, wird durch Vergleichen des zweiten Vergrößerungsfaktors mit dem ersten Vergrößerungsfaktor bestimmt.
  • Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Prüfen einer elektrischen Verbindung auf einer Schaltungsplatine, das folgende Schritte aufweist: Bestimmen einer ersten Z-Achsen-Position Z1, die einem er sten Z-Niveau in der elektrischen Verbindung entspricht; Erfassen eines ersten Querschnittsbilds der elektrischen Verbindung an der ersten Z-Achsen-Position Z1, die dem ersten Z-Niveau in der elektrischen Verbindung entspricht, und eines zweiten Querschnittsbilds der elektrischen Verbindung an einer zweiten Z-Achsen-Position Z2, die einem zweiten Z-Niveau in der elektrischen Verbindung entspricht, wobei das erste Querschnittsbild einen ersten Vergrößerungsfaktor und das zweite Querschnittsbild einen zweiten Vergrößerungsfaktor aufweist; Bereitstellen von Entwurfsdaten des ersten Z-Niveaus, die die elektrische Verbindung und spezifische Entwurfsmerkmale in der elektrischen Verbindung an dem ersten Z-Niveau der elektrischen Verbindung beschreiben, und von Entwurfsdaten des zweiten Z-Niveaus, die die elektrische Verbindung und spezifische Entwurfsmerkmale in der elektrischen Verbindung an dem zweiten Z-Niveau der elektrischen Verbindung beschreiben; Vergleichen des ersten und des zweiten Vergrößerungsfaktors, um den Korrekturfaktor des ersten Sichtfelds zu bestimmen; und Modifizieren, in Echtzeit oder Nahe-Echtzeit, eines oder mehrerer Abschnitte der Entwurfsdaten des zweiten Z-Niveaus mit dem Korrekturfaktor des ersten Sichtfelds bei Vergleichen des zweiten Querschnittsbilds der elektrischen Verbindung an dem zweiten Z-Niveau mit den Echtzeit- oder Nahe-Echtzeit-modifizierten Entwurfsdaten des zweiten Z-Niveaus. Manche Implementierungen dieses Verfahrens weisen ferner folgendes auf: Bereitstellen von Entwurfsdaten des dritten Z-Niveaus, die die elektrische Verbindung und spezifische Entwurfsmerkmale in der elektrischen Verbindung an einem dritten Z-Niveau der elektrischen Verbindung beschreiben; Erfassen eines dritten Querschnittsbilds der elektrischen Verbindung an einer dritten Z-Achsen-Position Z3, die dem dritten Z-Niveau in der elektrischen Verbindung entspricht, wobei das dritte Querschnittsbild einen dritten Vergrößerungsfaktor aufweist; Vergleichen des ersten und des dritten Vergrößerungsfaktors, um einen Korrekturfaktor des zweiten Sichtfelds zu bestimmen; und Modifizieren, in Echtzeit oder Nahe- Echtzeit, eines oder mehrerer Abschnitte der Entwurfsdaten des dritten Z-Niveaus mit dem Korrekturfaktor des zweiten Sichtfelds bei Vergleichen des dritten Querschnittsbilds der elektrischen Verbindung an dem dritten Z-Niveau mit den Echtzeit- oder Nahe-Echtzeit-modifizierten Entwurfsdaten des dritten Z-Niveaus.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Laminographiesystems, die die Prinzipien der Technik veranschaulicht;
  • 2a ein Objekt, das einen Pfeil, einen Kreis und ein Kreuz aufweist, die in drei verschiedenen planaren Positionen in dem Objekt eingebettet sind;
  • 2b ein Laminogramm des Objekts in 2a, das auf die den Pfeil enthaltende Ebene fokussiert ist;
  • 2c ein Laminogramm des Objekts in 2a, das auf die den Kreis enthaltende Ebene fokussiert ist;
  • 2d ein Laminogramm des Objekts in 2a, das auf die das Kreuz enthaltende Ebene fokussiert ist;
  • 2e ein herkömmliches zweidimensionales Röntgen-Projektionsbild des Objekts in 2a;
  • 3a eine schematische Schnittansicht eines Schaltungsplatinenprüfungs-Laminographiesystems, die zeigt, wie das laminographische Bild durch eine Kamera gebildet und betrachtet wird;
  • 3b eine Vergrößerung, als Draufsicht, einer in 3a gezeigten Prüfungsregion;
  • 3c eine perspektivische Ansicht des in 3a gezeigten Schaltungsplatinenprüfungs-Laminographiesystems;
  • 4 und 5 schematische Ansichten eines Laminographiesystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 6 und 7 die Art und Weise, auf die ein Laminographiesystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um eine Z-Achsen-Verschiebung der abgebildeten Region der Objektebene bezüglich des Objekts zu erzeugen;
  • 8 eine mögliche Konfiguration einer Röntgen-Zielanode, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
  • 9 die Beziehung der Vergrößerung eines Bilds zu dem Abstand zwischen einer Bildebene und einem Röntgenstrahlendetektor;
  • 10 die Veränderung des FOV und der Vergrößerung bei einer ersten Implementierung der vorliegenden Erfindung;
  • 11 eine perspektivische Ansicht des in 2a ge zeigten und auf einer Schaltungsplatine befestigten Testobjekts 10;
  • 12 eine Schnittansicht des auf der in 11 gezeigten Schaltungsplatine befestigten Testobjekts 10;
  • 13A, 13B und 13C CAD-Daten für das in den 2, 11 und 12 gezeigte Testobjekt 10;
  • 14A, 14B und 14C laminographische Bilder des in den 2, 11 und 12 gezeigten Testobjekts 10 entsprechend den CAD-Daten in den 13A, 13B und 13C; und
  • 15 ein Flußdiagramm, das einen Prozeß zum Durchführen von Während-Betrieb-CAD-Daten-Manipulationen für die Analyse laminographischer Bilder darstellt.
  • Die Verwendung des Begriffs „Strahlung" bezieht sich in dem gesamten vorliegenden Dokument auf elektromagnetische Strahlung einschließlich, aber nicht ausschließlich, der Röntgen-, Gamma- und ultravioletten Anteile des Spektrums elektromagnetischer Strahlung.
  • BILDUNG VON SCHNITTBILDERN
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer typischen laminographischen Geometrie, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ein in der Prüfung befindliches Objekt 10, z. B. eine Schaltungsplatine, wird bezüglich einer Röntgenstrahlenquelle 20 und eines Röntgenstrahlendetektors 30 in einer feststehenden Position gehalten. Aufgrund der synchronen Drehung der Röntgenstrahlenquelle 20 und des Detektors 30 um eine gemeinsame Achse 40 wird ein Röntgenbild der Ebene 60 bezüglich des Objekts 10 auf dem Detektor 30 gebildet. Die Bildebene 60 ist zu den jeweils durch die Drehung der Quelle 20 und des Detektors 30 definierten Ebenen 62 und 64 im wesentlichen parallel. Die Bildebene 60 ist an einem Schnittpunkt 70 eines zentralen Strahls 50 von der Röntgenstrahlenquelle 20 und der gemeinsamen Drehachse 40 positioniert. Dieser Schnittpunkt 70 fungiert als Drehpunkt für den zentralen Strahl 50, wodurch ein im Brennpunkt befindliches Schnittröntgenbild des Objekts 10 auf der Ebene 60 auf dem Detektor 30 gebildet wird, während sich die Quelle und der Detektor synchron um den Schnitt punkt 70 drehen. Eine Struktur bezüglich des Objekts 10, das sich außerhalb der Ebene 60 befindet, bildet ein verschwommenes Röntgenbild auf dem Detektor 30.
  • Bei der in 1 gezeigten laminographischen Geometrie sind die Drehachse der Strahlungsquelle 20 und die Drehachse des Detektors 30 koaxial. Es ist jedoch nicht notwendig, daß diese Drehachsen der Strahlungsquelle 20 und des Detektors 30 koaxial sind. Die Laminographiebedingungen sind erfüllt und ein Querschnittsbild der Schicht 60 wird erzeugt, wenn nur die Drehebenen 62 und 64 zueinander parallel sind und die Drehachse der Quelle und die Drehachse des Detektors zueinander parallel und feststehend sind. Eine koaxiale Ausrichtung verringert die Zahl der Beschränkungen bezüglich der mechanischen Ausrichtung der Vorrichtung.
  • 2a bis 2e zeigen Laminogramme, die anhand der oben beschriebenen laminographischen Methode erzeugt wurden. Das in 2a gezeigte Objekt 10 weist Teststrukturen in Form eines Pfeils 81, eines Kreises 82 und eines Kreuzes 83 auf, die auf drei verschiedenen Ebenen 60a, 60b bzw. 60c in dem Objekt 10 eingebettet sind.
  • 2b zeigt ein typisches Laminogramm des Objekts 10, das auf dem Detektor 30 gebildet wird, wenn sich der Schnittpunkt 70 in der Ebene 60a der 2a befindet. Ein Bild 100 des Pfeils 81 ist scharf eingestellt, während die Bilder anderer Merkmale in dem Objekt 10, wie z. B. der Kreis 82 und das Kreuz 83, eine verschwommene Region 102 bilden, die das Pfeilbild 100 nicht wesentlich beeinträchtigt.
  • In ähnlicher Weise ist ein Bild 110 des Kreises 82, wie in 2c gezeigt, scharf eingestellt, wenn sich der Schnittpunkt 70 in Ebene 60b befindet. Der Pfeil 81 und das Kreuz 83 bilden eine verschwommene Region 112.
  • 2d zeigt ein scharfes Bild 120, das von dem Kreuz 83 gebildet wird, wenn der Schnittpunkt 70 in Ebene 60c liegt.
  • Der Pfeil 81 und der Kreis 82 bilden eine verschwommene Region 122.
  • Zum Vergleich zeigt 2e ein Röntgenschattenbild des Objekts 10, das anhand herkömmlicher Projektionsradiographietechniken gebildet wurde. Diese Technik bringt scharfe Bilder 130, 132 und 134 des Pfeils 81, des Kreises 82 bzw. des Kreuzes 83 hervor, die sich gegenseitig überlappen. 2e veranschaulicht auf lebendige Weise, wie mehrere in dem Objekt 10 enthaltende Charakteristika mehrere Überschattungsmerkmale in dem Röntgenbild erzeugen können, die einzelne Merkmale des Bilds verschleiern.
  • 3a veranschaulicht ein schematisches Diagramm einer typischen laminographischen Vorrichtung, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bei dieser Konfiguration ist ein in der Prüfung befindliches Objekt eine gedruckte Schaltungsplatine 210 mit mehreren elektronischen Komponenten 212, die auf der Platine 210 befestigt sind und über elektrische Verbindungen 214 elektrisch miteinander verbunden sind (siehe 3b). In der Regel werden die elektrischen Verbindungen 214 anhand von Lötmetall gebildet. Es sind jedoch auch verschiedene andere Methoden zur Herstellung der elektrischen Verbindungen 214 in der Technik hinreichend bekannt, und obwohl die Erfindung anhand von Lötverbindungen beschrieben wird, versteht es sich, daß andere Arten von elektrischen Verbindungen 214 ebenfalls unter Verwendung der Erfindung geprüft werden können, einschließlich, aber nicht ausschließlich, leitfähiger Epoxy-, mechanischer, Wolfram- und eutektischer Verbindungen. 3b, die eine als Draufsicht dargestellte Vergrößerung einer Region 283 der Schaltungsplatine 210 ist, zeigt die Komponenten 212 und die Lötverbindungen 214 noch deutlicher.
  • Die laminographische Vorrichtung erzielt Querschnittsbilder der Lötverbindungen 214 unter Verwendung des oben beschriebenen laminographischen Verfahrens oder anderer Verfahren, die äquivalente Querschnittsbilder erzeugen können. Die Querschnittsbilder der Lötverbindungen 214 werden automatisch bewertet, um ihre Qualität zu bestimmen. Auf der Grundlage der Bewertung wird dem Anwender ein Bericht über die Qualität der Lötverbindung vorgelegt.
  • Die in 3a gezeigte laminographische Vorrichtung weist eine Röntgenröhre 200 auf, die neben der gedruckten Schaltungsplatine 210 positioniert ist. Die Schaltungsplatine 210 liegt auf einer Halterung 220 auf. Die Halterung 220 ist an einem Positionierungstisch 230 befestigt, der die Halterung 220 und die Platine 210 entlang dreier zueinander senkrechter Achsen X, Y und Z bewegen kann. Ein sich drehender Röntgenstrahlendetektor 240, der einen Leuchtschirm 250, einen ersten Spiegel 252, einen zweiten Spiegel 254 und einen Drehtisch 256 aufweist, ist neben der Schaltungsplatine 210 auf der Seite gegenüber der Röntgenröhre 200 positioniert. Eine Kamera 258 ist gegenüber dem Spiegel 252 positioniert, um von dem Leuchtschirm 250 in die Spiegel 252, 254 reflektierte Bilder zu betrachten. Ein Rückkopplungssystem 260 hat eine Eingangsverbindung 262 von einem Sensor 263, der die Winkelposition des Drehtischs 256 erfaßt, sowie eine Ausgangsverbindung 264 zu X- und Y-Ablenkspulen 281 auf der Röntgenröhre 200. An dem Drehtisch 256 ist eine Positions-Codiereinrichtung 265 befestigt. Der Positionssensor 263 ist neben der Codiereinrichtung 265 in einer feststehenden Position relativ zur Drehachse 40 angebracht. Die Kamera 258 ist über eine Eingangsleitung 276 mit einem Computer 270 verbunden. Der Computer 270 umfaßt die Fähigkeit, Hochgeschwindigkeits-Bildanalysen durchzuführen. Eine Ausgangsleitung 278 von dem Computer 270 verbindet den Computer mit dem Positionierungstisch 230. Ein Laser-Bereichsfinder 296 ist neben der Schaltungsplatine 210 positioniert, um einen Z-Plan der Oberfläche der Schaltungsplatine 210 zu erzeugen.
  • Eine perspektivische Ansicht der laminographischen Vorrichtung ist in 3c gezeigt. Zusätzlich zu Röntgenröhre 200, Schaltungsplatine 210, Leuchtschirm 250, Drehtisch 256, Kamera 258, Positionierungstisch 230 und Computer 270, die in 3a gezeigt sind, sind ein Haltetisch 290 aus Granit, ein Lade-/Entladeanschluß 292 und eine Bedienerstation 294 dargestellt. Der Granittisch 290 stellt eine starre, vibrationsfreie Plattform zur strukturellen Integration der wichtigsten funktionalen Elemente der laminographischen Vorrichtung bereit, einschließlich, aber nicht ausschließlich, der Röntgenröhre 200, des Positionierungstischs 230 und des Drehtischs 256. Der Lade-/Entadeanschluß 292 stellt eine Einrichtung zum Einführen und Herausnehmen von Schaltungsplatinen 210 in die bzw. aus der Maschine bereit. Die Bedienerstation 294 stellt eine Eingangs-/Ausgangsfähigkeit zum Steuern der Funktionen der laminographischen Vorrichtung sowie zur Mitteilung der Prüfdaten an eine Bedienperson bereit.
  • Bei Betrieb der in den 3a und 3c gezeigten laminographischen Vorrichtung werden unter Verwendung des in bezug auf 1 und 2 oben beschriebenen Röntgenlaminographischen Verfahrens Hochauflösungs-, Schnitt-Röntgenbilder der Lötverbindungen 214, die die Komponenten 212 auf der Leiterplatte 210 verbinden, erhalten. Insbesondere umfaßt die Röntgenröhre 200, wie in 3a gezeigt, einen sich drehenden Elektrodenstrahlfleck 285, der eine sich drehende Quelle 280 von Röntgenstrahlen 282 erzeugt. Das Röntgenstrahlenbündel 282 beleuchtet eine Region 283 der Schaltungsplatine 210, einschließlich der in Region 283 befindlichen Lötverbindungen 214. Die Röntgenstrahlen 284, die die Lötverbindungen 214, die Komponenten 212 und die Platine 210 durchdringen, werden durch den sich drehenden Leuchtschirm 250 abgefangen.
  • Die dynamische Ausrichtung der Position der Röntgenstrahlenquelle 280 mit der Position des sich drehenden Röntgenstrahlendetektors 240 wird durch das Rückkopplungssystem 260 genau gesteuert. Das Rückkopplungssystem korreliert die Position des sich drehenden Drehtischs 256 mit kalibrierten X- und Y-Ablenkwerten, die in einer Nachschlagetabelle (LUT – look-up table) gespeichert sind. Zu den kalibrierten X- und Y-Ablenkwerten proportionale Treibersignale werden an die Lenkspulen 281 auf der Röntgenstrahlröhre 200 übertragen. Als Reaktion auf diese Treibersignale lenken die Lenkspulen 281 das Elektronenstrahlenbündel 285 an Positionen auf der ringförmigen Zielanode 278 um, so daß sich die Position des Röntgenstrahlenquellenpunkts 280 synchron zur Drehung des Detektors 240 auf die im Zusammenhang mit 1 oben erläuterte Weise dreht.
  • Röntgenstrahlen 284, die die Platine 210 durchdringen und auf dem Leuchtschirm 250 auftreffen, werden zu sichtbarem Licht 286 umgewandelt, wodurch ein sichtbares Bild einer einzelnen Ebene innerhalb der Region 283 der Schaltungsplatine 210 entsteht. Das sichtbare Licht 286 wird durch Spiegel 252 und 254 in die Kamera 258 reflektiert. Die Kamera 258 ist in der Regel eine Niedrig-Lichtniveau-Ruhestrom-Fernsehkamera (CCTV – closed circuit TV), die elektronische Videosignale entsprechend den Röntgen- und sichtbaren Bildern über die Leitung 276 an den Computer 270 überträgt. Die Bildanalyse-Einrichtung des Computers 270 analysiert und interpretiert das Bild, um die Qualität der Lötverbindungen 214 zu bestimmen.
  • Der Computer 270 steuert auch die Bewegung des Positionierungstisches 230 und somit der Schaltungsplatine 210, so daß verschiedene Regionen der Schaltungsplatine 210 innerhalb der Prüfregion 283 automatisch positioniert werden können.
  • Die unter Bezugnahme auf 1 bis 3 gezeigte und beschriebene laminographische Geometrie und Vorrichtung sind typisch für jene, die in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Bestimmte Einzelheiten dieser Systeme sind jedoch nicht kritisch für die Anwendung der vorliegenden Erfindung, die eine alternative bzw. zusätzliche Methode zum Einstellen der Z-Achsen-Position der Bildebene in der Schaltungsplatine 210 anspricht. Zum Bei spiel kann die Anzahl von Computern und die Verteilung von Aufgaben an bestimmte Computer von System zu System sehr unterschiedlich sein, was auch für die spezifischen Details der Röntgenstrahlenquelle, des Detektors, des Leitungsplatinen-Positionierungsmechanismus usw. gilt.
  • ELEKTRONISCHES Z-ACHSEN-LAMINOGRAPHIESYSTEM
  • 4 veranschaulicht ein schematisches Diagramm eines Laminographiesystems 310 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das System 310 weist eine Röntgenstrahlenquelle 312 auf, die oberhalb eines zu betrachtenden Objekts 314 positioniert ist, sowie einen sich drehenden Röntgenstrahlendetektor 316, der unterhalb des Objekts 314 gegenüber der Röntgenstrahlenquelle 312 positioniert ist. Das Objekt 314 kann z. B. ein elektronischer Gegenstand wie z. B. eine Schaltungsplatine, ein Manufakturgegenstand, wie z. B. ein Flugzeugteil, ein menschliches Körperteil usw. sein.
  • Anhand der Erfindung erhält man unter Verwendung von Mehrwege-Laminographiegeometrien X-, Y-Ebene-Querschnittshilder des in der Prüfung befindlichen Objekts 314, wodurch mehrere Positionen des Objekts 314 nacheinander betrachtet werden können, ohne daß dies eine mechanische Bewegung des Objekts 314 erfordert. Bewegung in verschiedenen Abtastkreisen erzeugt Laminogramme an den erwünschten X-, Y-Koordinatenpositionen und verschiedenen Z-Ebenen, ohne daß das betrachtete Objekt 314 mechanisch bewegt werden muß. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Erfindung schnittstellenmäßig mit einem Analysesystem 315 verbunden sein, das das durch das System 310 erzeugte Querschnittsbild automatisch bewertet und dem Bediener einen Bericht bereitstellt, der die Ergebnisse der Bewertung enthält.
  • Die Quelle 312 ist neben dem Objekt 314 positioniert und weist eine Elektronenkanone 318, einen Satz Elektroden zur Elektronenstrahl-Beschleunigung und -Fokussierung 320, eine Fokussierspule 360, einen Lenkbügel oder eine Ablenkspule 362 und eine im wesentlichen flache Zielanode 324 auf. Ein von der Elektronenkanone 318 emittierter Elektronenstrahl 330 trifft auf das Ziel 324 auf, wodurch ein Röntgenstrahlenfleck 332 entsteht, der als in etwa punktförmige Quelle von Röntgenstrahlen 334 dient. Die Röntgenstrahlen 334 entstehen in dem Ziel 324, und zwar ab dem Punkt, wo der Elektronenstrahl 330 auf das Ziel 324 auftrifft, und beleuchten verschiedene Regionen des Objekts 314, wie unten beschrieben.
  • Das Objekt 314 ist in der Regel auf einer Plattform 348 angebracht, die an einem Granittisch 349 befestigt sein kann, um eine starre vibrationsfreie Plattform zu schaffen, um die funktionalen Elemente des Systems 310, einschließlich der Röntgenstrahlenquelle 312 und des Drehtischs 346, strukturell zu integrieren. Die Plattform 348 kann auch einen Positionierungstisch aufweisen, der das Objekt 314 relativ große Strecken entlang dreier zueinander senkrechter Achsen X, Y und Z bewegen kann.
  • Der sich drehende Röntgenstrahlendetektor 316 weist einen Leuchtschirm 340, einen ersten Spiegel 342, einen zweiten Spiegel 344 und einen Drehtisch 346 auf. Der Drehtisch 346 ist neben dem Objekt 314 auf der der Röntgenstrahlenquelle 312 gegenüberliegenden Seite positioniert. Eine Kamera 356 ist gegenüber dem Spiegel 344 positioniert, um Bilder zu betrachten, die von dem Leuchtschirm 340 in die Spiegel 342, 344 reflektiert werden. Die Kamera 356 ist in der Regel eine Niedrig-Lichtniveau-Ruhestrom-Fernsehkamera oder eine CCD-Kamera, die ein Videobild des auf dem Leuchtschirm 340 gebildeten Röntgenbildes herstellt. Die Kamera 356 kann z. B. mit einem Videoanschluß 357 verbunden sein, so daß eine Bedienperson das auf dem Detektor 340 erscheinende Bild betrachten kann. Die Kamera 356 kann auch mit dem Bildanalysesystem 315 verbunden sein.
  • Vorteilhafterweise ist das Laminographiesystem 310 von einem Tragegestell (nicht gezeigt) umgeben, das zur Verhinderung unerwünschter Röntgenstrahlenemissionen sowie zur Erleichterung der strukturellen Integration der Hauptelemente des Systems 310 dient. Im Betrieb beleuchten und durchdringen die durch die Röntgenstrahlenquelle 312 erzeugten Röntgenstrahlen 334 Regionen des Objekts 314 und werden durch den Schirm 340 abgefangen. Durch die synchrone Drehung der Röntgenstrahlenquelle 312 und des Detektors 316 um eine Achse 350 wird auf dem Detektor 316 ein Röntgenbild einer Ebene 352 (siehe 5) in dem Objekt 314 erzeugt. Obwohl die dargestellte Drehachse 350 die gemeinsame Drehachse sowohl der Quelle 312 als auch des Detektors 316 ist, leuchtet es Fachleuten ein, daß die Drehachsen nicht unbedingt kollinear sein müssen. In der Praxis reicht es aus, daß die Drehachsen parallel sind. Die das Objekt 314 durchdringenden und auf dem Schirm 340 auftreffenden Röntgenstrahlen 334 werden in sichtbares Licht umgewandelt, das durch die Spiegel 342, 344 in die Kamera 356 reflektiert wird.
  • In bezug auf 5 wird der Elektronenstrahl 330 von der Elektronenkanone 318 emittiert und wandert in eine Region zwischen den Elektroden 320 und den Lenkspulen 322. Die Elektroden 320 und Spulen 322 erzeugen elektromagnetische Felder, die mit dem Elektronenstrahl 330 in Wechselwirkung treten, um den Strahl 330 auf das Ziel 324 zu fokussieren und zu richten, wodurch ein Elektronenstrahlenfleck 332 gebildet wird, von dem aus Röntgenstrahlen emittiert werden. Vorzugsweise liegt der Durchmesser des Elektronenstrahlenflecks 332 auf dem Ziel in der Größenordnung von 0,02 bis 10 Mikrometer. Die Lenkspulen 322 ermöglichen es der Röntgenstrahlenquelle 312, Röntgenstrahlen 334 von den Röntgenstrahlenflecken 332 bereitzustellen, wobei sich die Position der Flecken 332 in einer gewünschten Struktur um das Ziel 324 herum bewegt.
  • Vorzugsweise weisen die Lenkspulen 322 getrennte elektromagnetische X- und Y-Ablenkspulen 360, 362 auf, die den aus der Elektronenkanone 318 ausgegebenen Elektronenstrahl 330 jeweils in die X- und Y-Richtung ablenken. In dem Lenkbügel 362 fließender elektrischer Strom erzeugt ein Magnetfeld, das mit dem Elektronenstrahl 330 in Wechselwirkung tritt, wodurch der Strahl 330 abgelenkt wird. Fachleuten wird jedoch einleuchten, daß zur Ablenkung des Elektronenstrahls 330 auch elektrostatische Ablenkmethoden verwendet werden könnten.
  • Vorzugsweise gibt eine LUT 363 Spannungssignale aus, die, wenn sie an die X- und Y-Ablenkspulen 360, 362 angelegt werden, zu einer Drehung des Elektronenstrahlenflecks 332 führen, wodurch auf der Oberfläche des Ziels 324 eine kreisförmige Struktur entsteht. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die LUT 363 die Ausgangsspannungen als Reaktion auf Adreßsignale von einem Leitrechner (nicht gezeigt), der in dem Bildanalysesystem 315 enthalten sein kann. Die Ausgangsspannungen werden vorteilhafterweise unter Verwendung einer Kalibrierungsmethode vorbestimmt, die die Position des Drehtischs 346 und die Position des Röntgenstrahlenbündelflecks 332 korreliert.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung laminographischer Bilder unterschiedlicher Z-Achsen-Niveaus des Objekts 314 bereit, das bzw. die nur wenig oder keine physische Bewegung des Objekts 314 oder des Tragetischs 348 erfordert. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden gewünschte Z-Achsen-Niveaus des Objekts nicht mechanisch, sondern elektronisch in das Sichtfeld des Systems gebracht. Dies wird erzielt, indem die Position der durch den Röntgenstrahlenbündelfleck 332 verfolgten Struktur auf dem Ziel 324 verschoben wird. Auf diese Weise werden diverse Z-Achsen-Niveaus des Objekts 314 in das Sichtfeld gerückt, und es werden Bilder von einem bestimmten Z-Achsen-Niveau des Objekts, das mit dem Sichtfeld zusammenfällt, erzeugt. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die an die X- und Y-Ablenkspulen 360, 362 angelegten Spannungen variiert, um sich drehende Röntgenstrah lenbündelwege bestimmter Radien mit bestimmten x-, y-Positionen auf dem Ziel 324 zu erzeugen.
  • Unter Bezugnahme auf 6 und 7 stellt die vorliegende Erfindung außerdem ein Laminographiesystem mit einer Geometrie bereit, die zur Verschiebung oder zur Änderung der Z-Achsen-Position der Objektebene 60 (siehe 1) innerhalb eines Testobjekts 414 verwendet werden kann, ohne daß das Testobjekt bewegt werden muß. 6 veranschaulicht ein Objekt 414, in dem die Strukturen eines Pfeils 470 und eines Kreuzes 472 positioniert sind. Die Kreuzstruktur 472 ist in einer ersten Ebene 410 und die Pfeilstruktur 470 in einer zweiten Ebene 412 positioniert, wobei die erste Ebene 410 oberhalb der zweiten Ebene 412 liegt und zu dieser parallel ist. Der Röntgenstrahlenfleck 332 verfolgt einen Abtastkreis 424, der einen Radius R1 aufweist, wodurch eine Familie von Kegeln einschließlich der Kegel 416, 418 definiert wird. Der Schnittpunkt der Kegel, die gebildet werden, wenn der Röntgenstrahlenfleck 332 um den Kreis 424 herumwandert, einschließlich der Kegel 416, 418, bildet eine Bildregion, die im wesentlichen um die Kreuzstruktur 472 zentriert ist, so daß die erste Ebene 410 als die Objektebene 60 definiert ist. Während sich der Röntgenstrahlenfleck 332 und der Detektor 316 synchron drehen, entsteht auf der Oberfläche des Detektors 316 ein ausgeprägtes Bild 420 der Kreuzstruktur 472. Das Bild des Pfeils 470, das in der zweiten Ebene 412 und außerhalb der durch die Kegel 416, 418 definierten Objektebene 410 liegt, ist während der gesamten Drehung des Detektors 316 auf dem Detektor 316 nicht stationär und erscheint daher verschwommen.
  • 7 veranschaulicht, daß durch Einstellen der Verstärkung der von der LUT 363 an die Ablenkspulen 360, 362 ausgegebenen Spannungen und somit durch Ändern der Amplitude der die Spulen treibenden Sinus- und Cosinussignale die Radien der Abtastkreise 424, 425, die durch den Röntgenstrahlenfleck 332 verfolgt werden, variiert werden können, um Bilder von Regionen innerhalb bestimmter Z-Achsen-Ebenen in dem Objekt 414 zu erzeugen. Mit der Einstellung der an dem Ausgang von der LUT 363 angelegten Verstärkung wird der Radius des Abtastkreises 424 um einen Wert ΔR auf einen Radius R2 erhöht, wodurch ein Abtastkreis 425 entsteht, der eine zweite Familie von Kegeln, einschließlich der Kegel 426, 428, definiert. Aufgrund des größeren Radius R2 des zweiten Abtastkreises 425 wird der durch den Schnittpunkt einer zweiten Familie von Kegeln, einschließlich Kegel 426, 428, definierte Satz von Punkten in der negativen Z-Richtung in Bezug auf diejenige Region verschoben, die abgebildet wird, wenn die Röntgenstrahlenquelle 332 den Weg 424 verfolgt (6). Somit wird die Objektebene 60 um einen Betrag ΔZ auf die zweite Ebene 412 abgesenkt, und die Bildregion wird im wesentlichen um die Pfeilstruktur 470 herum zentriert. Bei Drehung des Röntgenstrahlenflecks 332 und des Detektors 316 wird also ein bestimmtes Bild 430 der Pfeilstruktur 470 auf dem Detektor 316 erzeugt, während das Bild der Kreuzstruktur 472, das sich außerhalb der Objektebene 412 befindet, verschwommen erscheint. Die Amplitude der Verstärkungseinstellung, die an den an die Ablenkspulen 360, 362 angelegten Spannungen vorgenommen wird, ist proportional zu der Richtung und dem Betrag der Verschiebung ΔZ der Position der Objektebene 60, 410, 412. Zum Beispiel würde ein große Zunahme der Verstärkung zu einer relativ großen Bewegung der Objektebene 60 in der abwärts gerichteten (d. h. negativen Z-) Richtung führen, wohingegen eine geringe Abnahme der Verstärkung zu einer relativ kleinen Bewegung der Objektebene 60 in der aufwärts gerichteten (d. h. positiven Z-) Richtung führen würde. Auf diese Weise ermöglicht die in dem laminographischen System der vorliegenden Erfindung verwendete Geometrie, daß diverse Ebenen in dem Objekt 414 auf dem Detektor 316 abgebildet werden können, ohne daß eines der Systemkomponenten mechanisch bewegt wird.
  • Es versteht sich, daß verschiedene Konfigurationen der Zielanode 324 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Zum Beispiel veranschaulicht 8 ein Aus führungsbeispiel einer Zielanode, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. 8 zeigt eine Schnittansicht dieses Ausführungsbeispiels des Ziels. Bei dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel weist ein Ziel 550 mehrere konzentrische Ringe auf, die so gebildet sind, daß Röntgenstrahlen 560 erzeugt werden, wenn der Elektronenstrahl 330 auf der Oberfläche des Ziels 550 auftrifft. Jeder der Ringe hat einen unterschiedlichen Radius, so daß Objekte in verschiedenen Brennpunktebenen entlang der Z-Achse abgebildet werden, wenn der Elektronenstrahl 330 abgelenkt wird, um einen Weg auf ausgewählten der Ringe des Ziels 550 zu verfolgen.
  • LAMINOGRAPHISCHE UND VERGRÖSSERUNGSGEOMETRIEN
  • 19 zeigt die Parameter, auf die in der folgenden Erörterung und in den folgenden Gleichungen in bezug auf die laminographische Geometrie des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Vorrichtung verwiesen wird. Der Radius des kreisförmigen Weges, den der sich drehende Röntgenstrahldetektor 30 verfolgt, heißt „R0" und behält einen konstanten Wert bei. Dementsprechend heißt die Z-Achsen-Entfernung zwischen der sich drehenden Röntgenstrahlenquelle 20 (Röntgenstrahlenröhrenziel) und dem sich drehenden Röntgenstrahlendetektor 30 „Z0" und behält einen konstanten Wert bei. Der Radius des durch die sich drehende Quelle von Röntgenstrahlen 20 verfolgten kreisförmigen Weges ist „r" und ist eine Variable in der für die vorliegende Erfindung verwendeten Geometrie. Der zentrale Röntgenstrahlenweg 50 von der Röntgenstrahlenquelle 20 bildet einen Winkel „θ" mit der gemeinsamen Drehachse 40. Der Z-Achsen-Abstand der Bildebene 60 in dem Objekt 10 und dem Röntgenstrahlendetektor 30 ist „z". Der Abstand „z" wird durch den Schnittpunkt 70 des zentralen Röntgenstrahlenwegs 50 mit der gemeinsamen Drehachse 40 bestimmt. Somit führt eine Veränderung des Radius „r" des von der sich drehenden Quelle von Röntgenstrahlen 20 verfolgten kreisförmigen Weges auch zu Veränderungen des Winkels „θ", der Z-Achsen-Position der Bildebene 60, d. h. des Schnittpunkts 70, sowie des Z-Achsen-Abstands „z" zwischen der Bildebene 60 und dem Röntgenstrahlendetektor 30. Die Gleichungen zur Bestimmung des Radius „r", der für einen bestimmten Abstand „z" erforderlich ist, sind einfach und lauten wie folgt: z = R0/tanθ = (R0/r) (Z0 – z) (1)
  • Die Lösung der Gleichung (1) nach dem Radius „r" hinsichtlich des Z-Achsen-Abstands „z", führt zu folgendem Ergebnis:
    Figure 00320001
  • Bei einer Konfiguration der vorliegenden Erfindung wird der Radius „r" des von der sich drehenden Quelle von Röntgenstrahlen 20 verfolgten kreisförmigen Weges gemäß Gleichung (2) eingestellt, um die Position der Z-Achsen-Stelle „z" der Bildebene 60 in bezug auf den Röntgenstrahlendetektor 30 elektronisch zu verändern. Dies führt zu einem Laminographiesystem, das kein mechanisches System erfordert, um die Z-Achsen-Stelle „z" der Bildebene 60 in bezug auf den Röntgenstrahlendetektor 30 zu verändern. Zum Beispiel können bei der laminographischen Prüfung einer Schaltungsplatine Querschnittsbilder verschiedener Z-Achsen-Positionen der Schaltungsplatine (einschließlich sowohl der oberen als auch der unteren Oberfläche sowie anderer Scheiben) in die Bildebene 60 gebracht werden, indem man den Drehradius „r" der sich drehenden Quelle von Röntgenstrahlen 20 elektro nisch verschiebt, anstatt die Schaltungsplatine mechanisch in die Z-Achsen-Richtung zu bewegen.
  • Der Veränderung der Z-Achsen-Position „z" der Bildebene 60 der Schaltungsplatine durch Veränderung des Drehradius „r" der sich drehenden Quelle von Röntgenstrahlen 20 führt außerdem zu einer Veränderung des Sichtfelds (FOV) des für verschiedene Werte von „r" und „z" auf dem Detektor 30 erzeugten Bildes. Wie oben erörtert, bezieht sich der Begriff „Sichtfeld" oder „FOV" in diesem Dokument auf die Größe einer bestimmten Region oder eines bestimmten Bereichs einer Schaltungsplatine, die bzw, der in einem laminographischen Bild dieser jeweiligen Region bzw. dieses Bereichs der Schaltungsplatine enthalten ist. Somit ändert sich die Größe des Bildes in bezug auf die Region oder den Bereich der in der Prüfung befindlichen Schaltungsplatine, d. h. die Vergrößerung des Bildes ändert sich, wenn „r" und „z" sich ändern. Diese Veränderung des FOV und daher des Vergrößerungsfaktors muß in einem Laminographiesystem zur Prüfung von Schaltungsplatinen genau und effizient dargelegt werden.
  • Es gibt verschiedene Wege, wie diese Veränderungen des FOV mit der Vergrößerung dargelegt und bei der Analyse der Bilder korrigiert werden kann. Bei Prüfsystemen für Schaltungsplatinen werden während des Erhalts und der Analyse der Bilder der Schaltungsplatine CAD-Daten verwendet, die die in der Prüfung befindliche Schaltungsplatine beschreiben. Somit kann eine erste Methode zur Kompensierung variabler Bildvergrößerungsfaktoren und FOVs darin bestehen, daß die erhaltenen Bilder auf eine „Nominal-" Größe vergrößert oder verkleinert werden (wobei „Nominal-" durch ein Grund-FOV definiert wird). In der technischen Literatur sind zahlreiche Algorithmen hierfür ausreichend dokumentiert. Diese Methoden sind allerdings oft CPU-intensiv und können den Durchsatz des Systems beeinträchtigen. Eine zweite und bevorzugte Methode zur Kompensierung variabler Bildvergrößerungsfaktoren und FOVs kann auf effizientere Weise dadurch geschaffen werden, daß man während der Analyse der Bilder eine Während-Betrieb-CAD-Datenmanipulation und Während-Betrieb-FOV-Einstellungen verwendet.
  • 9 veranschaulicht, wie die Vergrößerung eines Bildes mit dem Abstand „z" zwischen der Bildebene 60 und dem Röntgenstrahlendetektor 30 in Verbindung steht. Bildvergrößerung wird als das Verhältnis der Größe des Bildes zu der Größe des Objekts, das das Bild darstellt, definiert. Zum Beispiel zeigt 9 ein abzubildendes Objekt in Form eines Pfeils mit einer linearen Abmessung „2a" in der Bildebene 60. Das Bild des Pfeils ist in der Ebene des Röntgenstrahlendetektors 30 gezeigt und weist eine lineare Abmessung „2A" auf. Somit ist die Vergrößerung durch „A/a" gegeben. Das Pfeilobjekt wird in der XZ-Ebene positioniert, so daß die gemeinsame Drehachse 40 den Pfeil in der X-Achsen-Richtung halbiert. Somit liegt die halbe Länge des Pfeils, „a", auf einer ersten Seite der Achse 40, und die andere Hälfte liegt auf einer zweiten Seite der Achse 40. Die folgenden Gleichungen zeigen, wie die Vergrößerung des Bilds zu geometrischen Parametern des Prüfsystems in Verbindung steht. Wie bereits in 1 dargestellt ist, ist der Radius des von der Röntgenstrahlenquelle 20 um die gemeinsame Drehachse 40 verfolgten Weges „r", der zwischen einem zentralen Strahl 50 von der Röntgenstrahlenquelle 20 und der gemeinsamen Drehachse 40 gebildete Winkel ist „θ", der Z-Achsen-Abstand zwischen der Röntgenstrahlenquelle 20 und der Ebene des Röntgenstrahlendetektors 30 ist „Z0", der Z-Achsen-Abstand zwischen der Bildebene 60 und der Ebene des Röntgenstrahlendetektors 30 ist „z", und der Z-Achsen-Abstand zwischen der Röntgenstrahlenquelle 20 und der Bildebene 60 ist „(Z0 – z)". Ein Referenzwinkel „ϕ" bezüglich der vertikalen Drehachse 40 wird zwischen einer Röntgenstrahlenprojektion 52 von der Röntgenstrahlenquelle 20 auf ein erstes Ende des Pfeilobjekts gebildet. Die Ableitung der Vergrößerung des Bilds, „A/a", bezüglich „A", „a", „Z0" und „z" lautet wie folgt:
    Figure 00350001
    (a + r) Z0 = (A + R0 + r) (Z0 – z) (4) aZ0 + rZ0 = A(Z0 – z) + R0(Z0 – z) + r(Z0 – z) (5) aZ0 = A(Z0 – z) + R0(Z0 – z) – rz (6)
  • Verwendet man die Gleichung (2) für „r" bezüglich „z", lautet die Gleichung (6) nun: aZ0 = A(Z0 – z) + R0(Z0 – z) – R0(Z0/z – 1)z (7)
  • Dies führt zu folgendem Vergrößerungsfaktor A/a:
    Figure 00350002
  • Obwohl die obige Diskussion zum Zweck der Veranschaulichung lediglich bezüglich einer Dimension dargestellt wurde, versteht sich, daß sie sich gleichermaßen auf die zweite Dimension der Bildebene 60 und der Ebene 64 des Röntgenstrahlendetektors 30 anwenden läßt. Da quadratische oder rechteckige elektronische Detektoren leichter erhältlich sind als kreisförmige, werden für die Analyse entsprechende quadratische oder rechteckige Bilder gewählt. Zusätzlich lassen sich quadratische oder rechteckige Strukturen leichter an die Computeranalyse anpassen als andere Formen, z. B. kreisförmige Strukturen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf Systeme anwendbar, die Detektoren und Bilder verwenden, die nicht quadratisch oder rechteckig sind, einschließlich kreisförmiger Detektoren und Bilder.
  • Das folgende spezifische Beispiel eines Systems mit zwei vordefinierten Vergrößerungen veranschaulicht die oben erörterte Geometrie weiter. Bei diesem Beispiel wird ein quadratischer Teil des auf dem Röntgenstrahlendetektors 30 erzeugten Bildes ausgewählt. Das ausgewählte quadratische Bild hat eine Länge und eine Breite von „2A", was bei diesem Beispiel ca. 9,7 cm (3,8 Zoll) entspricht. Das FOV, das dem 2A mal 2A (9,7 cm × 9,7 cm (3,8 Zoll × 3,8 Zoll)) großem Bild entspricht, d. h. die bestimmte Region in der Bildebene 60 des in der Prüfung befindlichen Objekts, z. B. einer Schaltungsplatine, weist eine Länge und eine Breite von „2a" auf, dessen Größe mit der Größe des Radius „r" variiert. Andere feststehende Abmessungen bei diesem Beispiel umfassen den Radius „R0" des von dem sich drehenden Röntgenstrahlendetektor 30 verfolgten kreisförmigen Weges, wobei „R0" hier ca. 14,7 cm (5,8 Zoll) betragen soll, sowie den Z-Achsen-Abstand zwischen der sich drehenden Röntgenstrahlenquelle 20 (Röntgenstrahlenröhren-Ziel) und dem sich drehenden Röntgenstrahlendetektor 30, „Z0", der hier ca. 31,75 cm (12,5 Zoll) betragen soll. Bei einem Radius „r" von ungefähr 0,81 cm (0,32 Zoll) wird ein erster Vergrößerungsfaktor, MAG 1, von ca. 19 erzielt. Der erste Vergrößerungsfaktor, MAG 1, weist ein FOV von ca. 0,2 Zoll × 0,2 Zoll in der Bildebene 60 und einen Z-Achsen-Abstand zwischen der Bildebene 60 und der Ebene 64 des Röntgenstrahlendetektors 30 „z" von ca. 30,07 cm (11,84 Zoll) auf. Dementsprechend wird bei einem Radius „r" von ca. 3,94 cm (1,55 Zoll) ein zweiter Vergrößerungsfaktor, MAG 2, von ca. 4,75 erzielt. Der zweite Vergrößerungsfaktor, MAG 2, weist ein FOV von ca. 2,03 cm x 2,03 cm (0,8 Zoll × 0,8 Zoll) in der Bildebene 60 sowie einen Z-Achsen-Abstand zwischen der Bildebene 60 und der Ebene 64 des Röntgenstrahlendetektors 30, „z", von ca. 22,53 cm (8,87 Zoll) auf. Die Konfigura tionen des MAG 1 und MAG 2 sind in der untenstehenden Tabelle 1 zusammengefaßt.
  • Figure 00370001
    Tabelle 1
  • SCHALTUNGSPLATINENPRÜFUNG UNTER VERWENDUNG ELEKTRONISCHER Z-ACHSEN-LAMINOGRAPHIESYSTEME
  • Es gibt zwei Hauptoptionen bei der Verwendung des oben beschriebenen elektronischen Z-Achsen-Laminographiesystems zur Prüfung elektrischer Verbindungen (z. B. Lötverbindungen) auf Schaltungsplatinen. Bei der ersten Option wird die Schaltungsplatine an einer einzigen feststehenden Z-Achsen-Position in dem System gehalten, und der Radius der Röntgenstrahlenquelle wird variiert, um laminographische Bilder an allen relevanten Z-Achsen-Stellen zu erhalten. Bei der zweiten Option liegt die Schaltungsplatine an mehreren feststehenden Z-Achsen-Positionen in dem System auf mechanischen Trägern auf, und der Radius der Röntgenstrahlenquelle wird variiert, um laminographische Bilder bei Z-Achsen-Stellen zwischen den feststehenden Stellen zu erhalten.
  • Die erste Option umfaßt ein Laminographiesystem mit einem mechanischen Träger für die Schaltungsplatine, die an einer einzigen, d. h. feststehenden, Z-Achsen-Position in dem System angeordnet ist. Während der Träger der Schaltungsplatine keine Bewegung der Schaltungsplatine entlang der Z-Achse des Systems zuläßt, sorgt er für eine genaue Positionierung der Schaltungsplatine entlang der X- und der Y-Achse des Systems, wobei die XY-Ebene zur Ebene der Schaltungsplatine im wesentlichen parallel ist. Bei diesem System wird ein Grund- oder „zentrales" FOV in einer einzigen feststehenden Bildebene 60 ausgewählt, die der feststehenden Z-Achsen-Stelle entspricht. Laminographische Bilder von Teilen der elektrischen Verbindungen auf der Schaltungsplatine, die sich entweder oberhalb oder unterhalb der feststehenden Z-Achsen-Bildebene befinden, werden durch Veränderung des Radius der sich drehenden Röntgenstrahlenquelle wie oben beschrieben erhalten. Störungen des feststehenden Grund- oder zentralen FOV an der feststehenden Z-Achsen-Stelle ermöglichen daher den Erhalt von laminographischen Querschnittsbildern von Regionen, die sich oberhalb oder unterhalb der feststehenden Z-Achsen-Position befinden.
  • Ein Beispiel der ersten Option ist in 10 veranschaulicht. Die Schaltungsplatine ist so in dem Laminographiesystem positioniert, daß ein ungefähres Mittelpunkt-Dicke-Niveau der Region der Schaltungsplatine (oder der elektrischen Verbindung auf der Schaltungsplatine), die sich in der Prüfung befindet, ungefähr mit der in 10 als Niveau 1 bezeichneten feststehenden Bildebene zusammenfällt. Der Z-Achsen-Abstand zwischen den Positionen 20.1, 20.2, 20.3 der sich drehenden Röntgenstrahlenquelle und der Ebene 64 des Röntgenstrahlendetektors 30 ist „Z0", der Z-Achsen-Abstand zwischen der Bildebene 60 und der Ebene 64 des Röntgenstrahlendetektors 30 ist „z", und der Z-Achsen-Abstand zwischen den Positionen 20.1, 20.2, 20.3 der Röntgenstrahlenquelle und der Bildebene 60 ist „(Z0 – z)". Das Grund- oder „zentrale" FOV in der feststehenden Bildebene 60, d. h. Niveau 1, ist bei einem Abstand z1 von der Ebene 64 des Röntgenstrahlendetektors 30 entfernt und ist durch folgendes gekennzeichnet: einen ersten Vergrößerungsfaktor; einen ersten Radius „r1" der sich drehenden Röntgenstrahlenquelle 20.1; ein erstes FOV mit den Abmessungen 2a1 × 2a1 in der Bildebene 60; und einen Z-Achsen-Abstand zwischen der Bildebene 60 und der Ebene der sich drehenden Röntgenstrahlenquelle 20.1 von „(Z0 – z1)". Ein zweites FOV, d. h. Niveau 2, ist oberhalb Niveau 1 mit einem Abstand z2 von der Ebene 64 des Röntgenstrahlendetektors 30 entfernt positioniert und ist gekennzeichnet durch folgendes: einen zweiten Vergrößerungsfaktor; einen zweiten Radius „r2" der sich drehenden Röntgenstrahlenquelle 20.2; ein zweites FOV mit den Abmessungen 2a2 × 2a2 in der Bildebene 60; und einen Z-Achsen-Abstand zwischen der Bildebene 60 und der Ebene der sich drehenden Röntgenstrahlenquelle 20.2 von „(Z0 – z2)". Ein drittes FOV, d. h. Niveau 3, ist unterhalb Niveau 1 mit einem Abstand z3 von der Ebene 64 des Röntgenstrahlendetektors 30 entfernt positioniert und ist gekennzeichnet durch folgendes: einen dritten Vergrößerungsfaktor; einen dritten Radius „r3" der sich drehenden Röntgenstrahlenquelle 20.3; ein drittes FOV mit den Abmessungen 2a3 × 2a3 in der Bildebene 60; und einen Z-Achsen-Abstand zwischen der Bildebene 60 und der Ebene der sich drehenden Röntgenstrahlenquelle 20.3 von „(Z0 – z3)". Dementsprechend können laminographische Bilder auf Niveaus, die zwischen dem Niveau 1 und 2 und die zwischen dem Niveau 1 und 3 liegen, durch Auswahl des geeigneten Radius der sich drehenden Röntgenstrahlenquelle 20 gemäß Gleichung (2) erhalten werden.
  • Dieses System wird durch Anwendung des obigen Beispiels auf eine typische Schaltungsplatine weiter veranschaulicht. Bei diesem spezifischen Beispiel wird das Grund- oder „zentrale" FOV so gewählt, daß es der spezifischen Systemkonfiguration, die laut der Zusammenfassung in Tabelle 1 mit MAG2 bezeichnet ist, entspricht. Die für eine typische elektrische Verbindung relevanten Z-Achsen-Niveaus befinden sich im allgemeinen innerhalb eines Bereichs von ca. ± 0,1524 cm (60 Millizoll = 0,060 Zoll), der um ein zentrales Z-Achsen-Niveau zentriert ist. Gleichung (2) wird verwendet, um den Wert des Radius der Röntgenstrahlenquelle für jedes spezifische Z-Achsen-Niveau abzuleiten. Gleichung (8) wird verwendet, um den Wert des Vergrößerungsfaktors für jedes spezifische Z-Achsen-Niveau abzuleiten. Beispiele spezifischer Parameter für Niveaus 1, 2 und 3 dieser Konfiguration sind in Tabelle 2 dargestellt. Laminographische Bilder auf Niveaus, die zwischen dem Niveau 1 und 2 und zwischen dem Niveau 1 und 3 liegen, können durch Auswahl des geeigneten Radius der sich drehenden Röntgenstrahlenquelle 20 zwischen 3,81 cm (1,50 Zoll) und 4,04 cm (1,59 Zoll) gemäß Gleichung (2) erhalten werden. Dementsprechend können laminographische Bilder auf Niveaus, die oberhalb Niveau 2 bzw. unterhalb Niveau 3 liegen, durch Auswählen des geeigneten Radius der sich drehenden Röntgenstrahlenquelle 20 gemäß der Gleichung (2) erhalten werden.
  • Figure 00400001
  • Figure 00410001
    Tabelle 2
  • Die zweite Option umfaßt ein Laminographiesystem, das mechanische Träger für die Schaltungsplatine an mehreren feststehenden Z-Achsen-Positionen in dem System bereitstellt und den Radius der Röntgenstrahlenquelle variiert, um laminographische Bilder bei Z-Achsen-Stellen zu erhalten, die zwischen den feststehenden Stellen liegen. Ein Beispiel der zweiten Option beinhaltet eine vereinfachte Z-Achse, die 2 oder mehr einzelne „Stopps" ermöglicht, so daß mehrere FOVs zu Vergrößerungszwecken verwendet werden können. Zum Beispiel erfordern Fein-Abstand-Vorrichtungen oft höhere Vergrößerungsfaktoren als größere einzelne Komponenten wie z.B. passive Vorrichtungen (z.B. Chip-Kondensatoren und -Widerstände). Unter Verwendung des in Tabelle 1 veranschaulichten spezifischen Beispiels könnte diese Art System eine erste feststehende Position aufweisen, die das Bild um einen Faktor von 4,75 für Prüfungen der großen Komponenten auf der Schaltungsplatine, und eine zweite feststehende Position, die das Bild um einen Faktor von 19 für Prüfungen der kleineren Fein-Abstand-Vorrichtungen auf der Schaltungsplatine vergrößert. Somit ermöglicht dieser vereinfachte Dual-Position-Entwurf immer noch Prüfungen bei jedem beliebigen Z-Wert innerhalb des konzipierten Prüfungsbereichs des Systems, erfordert jedoch nicht mehr eine genaue Während-Betrieb-Hochgeschwindigkeits-Z-Positionierung bei einem beliebigen kontinuierlichen Wert Z innerhalb des konzipierten Prüfungsbereichs des Systems.
  • WÄHREND-BETRIEB-CAD-DATENMANIPULATION
  • In der Regel umfassen Schaltungsplatinen-Prüfsysteme Datendateien, die die Positionen, die Größe, die Pin-Positionen und andere wichtige Entwurfsdaten für alle geprüfte Lötverbindungen und andere Merkmale in allen Platinenansichten beschreiben. Wie oben bereits erwähnt wurde, bezieht sich der Begriff „Platinenansicht" auf das laminographische Bild einer bestimmten Region oder eines bestimmten Bereichs der Schaltungsplatine, die bzw. der durch eine bestimmte X-, Y-Koordinate der Schaltungsplatine identifiziert ist. Eine vollständige Prüfung einer Schaltungsplatine umfaßt in der Regel mehrere Platinenansichten. Zudem umfassen manche Platinenansichten mehrere Scheiben, d. h. Querschnittsbilder, die bei verschiedenen Z-Höhen-Stellen oder Schichten der Schaltungsplatine erhalten werden.
  • Bei Prüfsystemen des Standes der Technik kann die Bildebene des Prüfsystems mehrere feststehende Z-Achsen-Stellen, eine für jedes kalibrierte FOV, umfassen, und die mehreren Bildscheiben der Schaltungsplatine innerhalb eines der FOVs bei unterschiedlichen Z-Niveaus in bezug auf die Schaltungsplatine werden erhalten, indem man die Schaltungsplatine entlang der Prüfsystem-Z-Achse mechanisch bewegt, so daß die gewünschte Z-Niveau-Scheibe der Schaltungsplatine mit der feststehenden Prüfsystem-Z-Achsen-Stelle der Bildebene für dieses FOV zusammenfällt. Da die Prüfsystem-Z-Achsen-Stelle der Bildebene feststehend ist und die mehreren Bildscheiben der Schaltungsplatine auf verschiedenen Z-Niveaus in bezug auf die Schaltungsplatine an dieser feststehenden Prüfsystem-Z-Achsen-Stelle positioniert sind, weisen alle Bilder, die an dieser feststehenden Prüfsystem-Z-Achsen-Stelle erhalten werden, dasselbe FOV und dieselbe Vergrößerung auf. Wie zuvor beschrieben wurde, ersetzt die vorliegende Erfin dung jedoch die mechanische Bewegung der Schaltungsplatine entlang der Z-Achse des Prüfsystems durch eine elektrisch gesteuerte Verschiebung der Bildebene entlang der Z-Achse des Prüfsystems. Wie zuvor beschrieben wurde, führt dies zu Bildebenen, die an verschiedenen Z-Achsen-Stellen des Prüfsystems positioniert sind und unterschiedliche FOVs und Vergrößerungen aufweisen. Die vorliegende Erfindung kompensiert diese Veränderungen des FOV und der Vergrößerung, indem die CAD-Entwurfsdaten während des Betriebs modifiziert werden, um der Vergrößerung des aktuellen Bildes zu entsprechen.
  • In dem vorliegenden Zusammenhang bezieht sich „Während-Betrieb-"Datenanalyse auf eine Echtzeit- oder Nahe-Echtzeit-Modifizierung der CAD-Daten je nach Bedarf zur Analyse des aktuellen Bildes, im Gegensatz zur vorherigen Modifizierung der CAD-Daten und deren Speicherung für einen späteren Abruf und eine spätere Nutzung. Eine Analyse des Bilds wird dann auf die gewöhnliche Art und Weise durchgeführt, d. h. durch Vergleichen der erhaltenen Bilddaten mit den CAD-Entwurfsdaten, unter Verwendung der modifizierten CAD-Daten. Ein Beispiel für eine Situation, bei der die Während-Betrieb-CAD-Daten-Modifikation vorteilhaft ist, liegt dann vor, wenn eine Oberflächenabbildung der Platinen vor der Prüfung ergibt, daß eine neue Schaltungsplatine wahrscheinlich unterschiedliche Z-Höhen in bezug auf das Prüfsystem für dasselbe spezifische Z-Niveau innerhalb einer spezifischen Lötverbindung haben wird. Diese Abweichungen bei der Z-Höhe in bezug auf das Prüfsystem von Platine zu Platine sind meistens auf Abweichungen der Platinenwölbung zurückzuführen, die durch Laser-Bereichsfinder von Platine zu Platine gemessen werden. Mit anderen Worten führt die Platinenwölbung dazu, daß ein Z-Niveau, das zur Oberfläche der Schaltungsplatine in Bezug gesetzt ist, auf verschiedenen Z-Achsen-Niveaus des laminographischen Prüfsystems positioniert ist. Somit stellt eine elektronische Verschiebung der Bildebene in bezug auf das Prüfsystem, gekoppelt mit Während-Betrieb-CAD-Datenmodifikation, eine in bezug auf Prozessorzeit und Datenspeicherungshilfsmittel effiziente Einrichtung zum Erhalten von Bildern auf den gewünschten Z-Niveaus der Schaltungsplatine und zur Analyse dieser Bilder durch Abrufen, Modifizieren und Anwenden der CAD-Daten zur Verwendung je nach Bedarf bereit.
  • Während-Betrieb-CAD-Datenmanipulation erfordert, daß diverse CAD-Datenfelder modifiziert werden. Die CAD-Datenfelder, die modifiziert werden müssen, hängen von dem aktuellen FOV ab. Beispiele spezifischer CAD-Dateien, die oft eine Modifizierung erfordern, werden unten erörtert. Die unten erörterten CAD-Datendateien werden behandelt, um den Verfahrensablauf zu veranschaulichen, und sind nicht als Einschränkung dessen anzusehen, welche Dateien bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung eventuell einer Modifikation unterworfen werden. Die vorliegende Erfindung ist auf praktisch jede Art von CAD-Daten anwendbar, die für die laminographische Prüfung von elektrischen Verbindungen oder Lötverbindungen erforderlich sein könnten.
  • Umrechnungen: Pixel zu Millizoll und Millizoll zu Pixeln
  • Die Umrechnung von Bildeinheiten, z. B. Pixeln, zu physischen Maßeinheiten, z. B. Millizoll, wird durch Dividieren der physischen Größe des aktuellen FOV durch die Zahl der Pixel erzielt, die in einer Bildrahmen-Pufferbreite enthalten sind: Pixel zu Millizoll = aktuelles FOV in Millizoll/Rahmen-Pufferbreite in Pixeln (9)
  • Dies wird durch ein spezifisches Beispiel veranschaulicht, bei dem die Anzahl von Pixeln in einem Bild 2048 × 2048 beträgt und das Bild einer Region eines Objekts mit physischen Abmessungen von 2,03 cm × 2,03 cm (800 Millizoll × 800 Millizoll = 0,8 Zoll × 0,8 Zoll) entspricht. Der für dieses Beispiel verwendete Umrechnungsfaktor Pixel zu Millizoll wird aus der Gleichung (9) bestimmt, indem 2,03 cm (800 Millizoll) durch 2048 Pixel geteilt werden, was einen Pixel-zu-Millizoll-Umrechnungsfaktor ergibt, der ca. 0,00099 cm (0,391 Millizoll) entspricht. Somit entspricht die Breite jedes Pixels in dem Bild einer Breite von ca. (0,00099) cm 0,391 Millizoll auf dem in dem Bild gezeigten Objekt.
  • Entsprechend erfolgt die umgekehrte Umrechnung von physischen Maßeinheiten, z. B. Millizoll, zu Bildeinheiten, z. B. Pixel, durch Teilen der Anzahl von Pixeln, die in einer Bildrahmen-Pufferbreite enthalten sind, durch die physische Größe des aktuellen FOV: Millizoll zu Pixeln = Rahmenpufferbreite in Pixeln/aktuelles FOV in Millizoll (10)
  • Bei der Verwendung des vorherigen spezifischen Beispiels, bei dem die Anzahl von Pixeln in dem Bild 2048 × 2048 beträgt und das Bild einer Region eines Objekts mit physischen Abmessungen von 2,03 cm × 2,03 cm (800 Millizoll × 800 Millizoll) entspricht, wird der Millizoll-zu-Pixel-Umrechnungsfaktor aus Gleichung (10) bestimmt, in dem 2048 Pixel durch 2,03 cm (800 Millizoll) geteilt werden, woraus sich ein Millizoll-zu-Pixel-Umrechnungsfaktor ergibt, der ungefähr 2,56 Pixel beträgt. Somit entspricht eine Breite von ca. 0,00254 cm (1 Millizoll) auf dem Objekt ungefähr 2,56 Pixeln in dem Bild des Objekts.
  • Umwandlung von CAD-Koordinaten zu Pixeln
  • Es ist allgemein vorteilhaft, Während-Betrieb-Kalkulationen zum Koordinieren und Vergleichen von CAD-Daten mit Bilddaten in einem Pixelkoordinatenformat vorzunehmen. Jedoch ist das Hauptformat für durch die Prüfeinrichtung erhaltene CAD-Daten im allgemeinen ein Format physischer Abmessungen (z. B. Millizoll). Deshalb werden die CAD-Daten im Format physischer Abmessungen unter Verwendung der Gleichung (10) zur Umrechnung von Millizoll zu Pixeln in ein Pixelformat umgerechnet. Da eine Koordination und ein Vergleich der CAD-Daten mit den Bilddaten im allgemeinen in einem Pixelkoordinatenformat durchgeführt wird, wird die folgende Erörterung auf der Grundlage eines Pixelkoordinatenformats präsentiert. Wird jedoch für eine bestimmte Anwendung das Format physischer Abmessungen bevorzugt, so kann die vorliegende Erfindung auch in einem Format physischer Abmessungen praktiziert werden.
  • FOV-Korrekturfaktor
  • Ein „Nominal- bzw. Nenn-FOV" oder Referenz-FOV bezieht sich auf ein Sichtfeld, das als Referenz für die Kalibrierung anderer FOVs des Laminographie-Prüfsystems dient. Zum Beispiel kann ein Laminographie-Prüfsystem so konfiguriert sein, daß das Nominal-/Referenz-FOV einem Bild mit einem spezifischen Vergrößerungsfaktor eines Bereichs in der Bildebene mit einer spezifischen Größe entspricht. In bestimmten Situationen kann es vorteilhaft sein, wenn ein Laminographie-Prüfsystem mehrere Konfigurationen und mehrere entsprechende Nominal-FOVs oder Referenz-FOVs aufweist. Unter Bezugnahme auf das Beispiel eines in Tabelle 1 zusammengefaßten spezifischen Laminographiesystems weist dieses System z. B. ein erstes Nominal-/Referenz-FOV (MAG 1) auf, das ein 9,7 cm × 9,7 cm (3,8 Zoll × 3,8 Zoll) großes Bild auf einem Detektor erzeugt, das einem 0,51 cm × 0,51 cm (0,2 Zoll × 0,2 Zoll) großen Bereich in der Bildebene entspricht. Somit weist dieses erste Nominal-/Referenz-FOV einen Vergrößerungsfaktor von 19 auf. Dementsprechend weist dieses System auch ein zweites Nominal-/Referenz-FOV (MAG 2) auf, das ein 9,7 cm × 9,7 cm (3,8 Zoll × 3,8 Zoll) großes Bild auf einem Detektor erzeugt, das einem 2,03 cm × 2,03 cm (0,8 Zoll × 0,8 Zoll) großen Bereich in der Bildebene entspricht. Somit weist dieses zweite Nominal-/Referenz-FOV einen Vergrößerungsfaktor von 4.75 auf.
  • Die Sichtfelder und Vergrößerungsfaktoren für Z-Achsen-Positionen, die sich von der Z-Achsen-Position für ein Nominal-/Referenz-FOV unterscheiden, werden in dieser Diskussion als „aktuelles FOV" bezeichnet. Wenn also ein Bild bei einem „aktuellen FOV" erhalten wird, das sich nicht mit einem „Nominal-FOV" deckt, müssen die CAD-Daten so eingestellt werden, daß sie die Unterschiede (z. B. Vergrößerung usw.) zwischen dem Nominal-FOV und dem aktuellen FOV widerspiegeln, bevor die Bilddaten in dem aktuellen FOV mit den CAD-Entwurfsdaten verglichen werden können. Diese FOV-Umwandlung der CAD-Daten von einem Nominal-FOV zu einem aktuellen FOV erfolgt während des Betriebs und unter Verwendung eines Umwandlungsfaktors, der als „FOV-Korrektur" bezeichnet wird und sich folgendermaßen errechnen läßt: FOV-Korrektur = Nominal-FOV/aktuelles FOV (11)
  • In der folgenden Diskussion wird ein in den 11, 12, 13 und 14 gezeigtes spezifisches Beispiel herangezogen, um die Anwendung der Während-Betrieb-CAD-Daten-Modifizierung zur Analyse laminographischer Bilder von Schaltungsplatinen unter Verwendung des FOV-Korrektur-Umwandlungsfaktors, von Position-Umrechnungsfaktoren sowie von Längen-Umrechnungsfaktoren zu veranschaulichen. Die 11 und 12 zeigen jeweils eine perspektivische und eine Schnittansicht des Testobjekts 10 (siehe 2a), das auf einer Schaltungsplatine 620 befestigt ist. Drei Ecken des Testobjekts 10 sind an den Schaltungsplatinen-Koordinaten (x1, y1), (x2, y1) und (x1, y2) positioniert. Die Mitte des Testobjekts 10 ist an den Schaltungsplatinen-Koordinaten (xPC, yPC) positioniert. Unter Bezugnahme auf 10 und 12 ist die Kreisbildebene 60b in dem Testobjekt 10 bei dem Abstand z1 von der Ebene 64 des Röntgenstrahlendetektors 30 positioniert (Niveau 1); die Pfeilbildebene 60a in dem Testobjekt 10 ist bei dem Abstand z2 von der Ebene 64 des Röntgenstrahlendetektors 30 positioniert (Niveau 2); und die Kreuzbildebene 60c in dem Testobjekt 10 ist bei dem Abstand z3 von der Ebene 64 des Röntgenstrahlendetektors 30 positioniert (Niveau 3). Wie in 11 gezeigt ist, kennzeichnen die Koordinaten (xBV, yBV) eine erste Platinenansichtsposition auf der Schaltungsplatine 620.
  • Für die Zwecke dieses Beispiels wurde das Testobjekt 10 so ausgewählt, daß es die folgenden physischen Charakteristika aufweist: eine Länge von ca. 1,05 cm (413 Millizoll); eine Breite von ca. 0,54 cm (213 Millizoll); eine Höhe von ca. 0,61 cm (240 Millizoll); die Kreizbildebene 60b (Niveau 1) befindet sich in der Mitte der Höhenabmessung; die Pfeilbildebene 60a (Niveau 2) befindet sich 0,15 cm (60 Millizoll) oberhalb von Niveau 1; und die Kreuzbildebene 60c (Niveau 3) befindet sich 0,15 cm (60 Millizoll) unterhalb von Niveau 1. Zudem ist das für die Prüfung des Testobjekts 10, das diese physischen Charakteristika aufweist, ausgewählte Laminographiesystem in dem spezifischen Beispielsystem in Tabelle 2 zusammengefaßt.
  • Wie bereits dargelegt, ist es oft effizienter, die Entwurfs-CAD-Daten für eine bestimmte Schaltungsplatine im Pixelformat zu speichern. Bei einer Implementierung der vorliegenden Erfindung stellte man fest, daß die Zeiten für die Während-Betrieb-Berechnung minimiert werden können, wenn die CAD-Daten in dem Analysesystem in einem Pixelformat gespeichert werden, das einem spezifischen Nominal-/Referenz-FOV entspricht. Außerdem können für jede bestimmte Schaltungsplatine eigene Prüfabläufe definiert werden. Diese Prüfabläufe umfassen das Definieren von bestimmten Platinenansichten und Objekten oder Merkmalen (z. B. Lötverbindungen), die bei jeder Platinenansicht geprüft werden müssen.
  • Zum Beispiel umfaßt ein Prüfablauf, der zur Überprüfung der Position und der Abmessungen des Testobjekts 10 auf der Schaltungsplatine 620 und der Merkmale des Kreises 82, des Pfeils 81 und des Kreuzes 83 in dem Testobjekt 10 auf Niveau 1, 2 bzw. 3 konzipiert wurde, folgende Schritte. Erstens, Bestimmung einer ersten Platinenansichtposition bei Platinenkoordinaten (xBV, yBV), so daß die Platinenansichten auf Niveau 1, 2 und 3 an dieser Position das Testobjekt 10 umfassen. Zweitens, Definition einer ersten Platinenansicht, die an den Platinenkoordinaten (xBV, yBV) auf dem ersten Z-Achsen-Niveau z1 (Niveau 1) zentriert ist, und Auswahl des FOV der ersten Platinenansicht als das Nominal-FOV. Drittens, Definition einer zweiten Platinenansicht, die bei den Platinenkoordinaten (xBV, yBV) auf dem zweiten Z-Achsen-Niveau z2 (Niveau 2) zentriert ist, und Auswahl des FOV der zweiten Platinenansicht als das erste aktuelle FOV. Viertens, Definition einer dritten Platinenansicht, die bei den Platinenkoordinaten (xBV, yBV) auf dem dritten Z-Achsen-Niveau z3 (Niveau 3) zentriert ist, und Auswahl des FOV der dritten Platinenansicht als das zweite aktuelle FOV.
  • Die Implementierung dieses Ablaufs zur Prüfung der Position und der Abmessungen des Testobjekts 10 auf der Schaltungsplatine 620 und der Merkmale des Kreises 82, des Pfeils 81 und des Kreuzes 83 in dem Testobjekt 10 auf Niveau 1, 2 bzw. 3 umfaßt die Schaffung einer Pixelformat-CAD-Datenbank, die die Merkmale des Testobjekts 10 ausgehend von der CAD-Datenbank der physischen Abmessungen für das Testobjekt 10 beschreibt. Ein Beispiel einer Pixelformat-CAD-Datenbank 720cd, die der ersten Platinenansicht entspricht, die bei den Platinenkoordinaten (xBV, yBV) auf dem ersten Z-Achsen-Niveau z1 (Niveau 1) und an dem Nominal-FOV zentriert ist, ist in 13A dargestellt. Die CAD-Daten 720cd für Niveau 1 zeigen die Mitte der ersten Platinenansicht, die den Abmessungskoordinaten (xBV, yBV) der ersten Platinenansicht entspricht, die bei den Pixelkoordinaten (1024, 1024) positioniert sind. Außerdem zeigen die CAD- Daten 720cd für Niveau 1 folgendes: a) die drei Ecken des Testobjekts 10, die den Abmessungskoordinaten (x1, y2), (x1, y1) und (x2, y1) entsprechen, die an den Pixelkoordinaten (195, 920), (1253, 920) bzw. (1253, 3759 positioniert sind; und b) die Mitte des Testobjekts 10, die den Abmessungskoordinaten (xPC, yPC) entspricht, die an den Pixelkoordinaten (724, 648) positioniert sind.
  • Ein erstes laminographisches Bild bzw. eine erste Platinenansicht 720id, das bzw. die der Position der ersten Platinenansicht (xBV, yBV) auf dem ersten Z-Achsen-Niveau z1 (Niveau 1) des Testobjekts 10 entspricht, ist in 14A dargestellt. Die Bilddaten 720id für Niveau 1 zeigen die Mitte der ersten Platinenansicht, die den Abmessungskoordinaten (xBV, yBV) der ersten Platinenansicht entspricht, die sich an den Bildpixelkoordinaten (1024, 1024) befinden. Das Sichtfeld (FOV) der Bilddaten 720id der ersten Platinenansicht auf Niveau 1, d. h. derjenige Teil der Schaltungsplatine 620 auf dem ersten Z-Achsen-Niveau z1, der an der Position der ersten Platinenansicht (xBV, yBV) zentriert ist, die in dem ersten laminographischen Platinenansichtbild 720id enthalten ist, wird durch die gestrichelte Begrenzungslinie 640 in 11 dargestellt. Bei diesem Beispiel wird das FOV 640 an der mit gestrichelter Linie dargestellten Position als das „Nominal-FOV" ausgewählt und weist eine Größe von 800 Millizoll × 800 Millizoll auf (siehe Tabelle 2).
  • Bei einem typischen Schaltungsplatinen-Prüfsystem gemäß der vorliegenden Erfindung stehen die CAD-Daten, die Merkmale in dem ersten Sichtfeld 640 beschreiben (z. B. die Position und Abmessungen des Testobjekts 10, die Kreise innerhalb der Ebene 60b des Testobjekts 10, usw.) dem Analyseteil des Prüfsystems im Pixelformat zur Verfügung. Wie bei den Bilddaten 720id der ersten Platinenansicht in 14A gezeigt: a) erzeugt das Testobjekt 10 ein Bild mit seinen Ecken an den Pixelpositionen (205, 920), (1263, 920) bzw. (1263, 375), die den Ecken (x1, y2), (x1, y1) bzw. (x2, y1) des Testob jekts 10 entsprechen; und b) erzeugt die Mitte des Testobjekts 10 ein Bild an den Pixelpositionen (734, 648), die der Mitte (xPC, yPC) des Testobjekts 10 entsprechen. Da das FOV 640 als das „Nominal-FOV" ausgewählt wurde, können die Bilddaten der ersten Platinenansicht auf Niveau z1 720id (14A) direkt mit den Pixelformat-CAD-Daten des Testobjekts 10 auf Niveau z1 (13A) verglichen werden, die der ersten Platinenansicht entsprechen, die bei den Platinenkoordinaten (xBV, yBV) auf dem ersten Z-Achsen-Niveau z1 zentriert ist. Dieser Vergleich der Bilddaten 720id ( 14A) mit den entsprechenden CAD-Daten 720cd (13A) zeigt, daß das Testobjekt 10 in der positiven x-Richtung um 10 Pixel verschoben und in der y-Richtung korrekt positioniert ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Prüfung der Pfeilbildebene 60a (Niveau 2 bei z2), die 60 Millizoll oberhalb Niveau 1 positioniert ist, und der Kreuzbildebene 60c (Niveau 3 bei z3), die 60 Millizoll unterhalb Niveau 1 positioniert ist, durch Änderung des Radius der Röntgenstrahlenquelle gemäß der Zusammenfassung in Tabelle 2 erzielt. Um also eine Änderung von Niveau 1 auf Niveau 2 zu erzielen, wird der Radius der Röntgenstrahlenquelle von ca. 3,94 cm (1,55 Zoll) auf ca. 3,81 cm (1,50 Zoll) verändert, wodurch auch das FOV von ca. 2,03 cm × 2,03 cm (800 Millizoll × 800 Millizoll) auf ca. 1,98 cm × 1,98 cm (780 Millizoll × 780 Millizoll) verändert wird. Ein zweites laminographisches Bild bzw. eine zweite Platinenansicht 750id, das bzw. die der Position der ersten Platinenansicht (xBV, yBV) auf dem zweiten Z-Achsen-Niveau z2 (Niveau 2) des Testobjekts 10 entspricht, ist in 14B dargestellt. Die Bilddaten 750id für Niveau 2 zeigen die Mitte der ersten Platinenansicht, die den Abmessungskoordinaten der ersten Platinenansicht (xBV, yBV) entspricht, die an den Bildpixelkoordinaten (1024, 1024) positioniert sind. Das Sichtfeld (FOV) der Bilddaten 750id der ersten Platinenansicht auf Niveau 2, d. h. der Teil der Schaltungsplatine 620 auf dem zweiten Z-Achsen-Niveau z2, der an der Position der ersten Platinenansicht (xBV, yBV) zentriert ist, die in dem zweiten laminographischen Platinenansichtsbild 750id enthalten ist, wird als das erste „aktuelle FOV" gewählt und weist eine Größe von ca. 1,98 cm × 1,98 cm (780 Millizoll × 780 Millizoll) auf (siehe Tabelle 2). Um eine Änderung von Niveau 1 auf Niveau 3 zu erzielen, wird dementsprechend der Radius der Röntgenstrahlenquelle von ca. 1,55 Zoll auf ca. 1,59 Zoll verändert, wodurch auch das FOV von ca. 2,03 cm × 2,03 cm (800 Millizoll × 800 Millizoll) auf ca. 2,08 cm × 2,08 cm (820 Millizoll × 820 Millizoll) verändert wird. Ein drittes laminographisches Bild bzw. eine dritte Platinenansicht 780id, das bzw. die der Position der ersten Platinenansicht (xBV, yBV) auf dem dritten Z-Achsen-Niveau z3 (Niveau 3) des Testobjekts 10 entspricht, ist in 14C dargestellt. Die Bilddaten 780id für Niveau 3 zeigen die Mitte der ersten Platinenansicht, die den Abmessungskoordinaten der ersten Platinenansicht (xBV, yBV), entspricht, die sich bei den Bildpixelkoordinaten (1024, 1024) befinden. Das Sichtfeld (FOV) der Bilddaten 780id der ersten Platinenansicht auf Niveau 3, d. h. der Teil der Schaltungsplatine 620 auf dem dritten Z-Achsen-Niveau z3, der an der Position der ersten Platinenansicht (xDV, yDV) zentriert ist, die in dem dritten laminographischen Platinenansichtsbild 780id enthalten ist, wird als das zweite „aktuelle FOV" gewählt und weist eine Größe von ca. 2,08 cm × 2,08 cm (820 Millizoll × 820 Millizoll) auf (siehe Tabelle 2).
  • Der zuvor in Gleichung 11 definierte FOV-Korrekturfaktor wird zur Durchführung der Während-Betrieb-Umwandlung spezifischer X-, Y-Koordinaten bei den CAD-Daten von einem NominalenFOV zu einem AktuellenFOV wie folgt verwendet: AktuellesX = (NominalesX – BildMitteX)·FOV-Korrektur + BildMitteX AktuellesY = (NominalesY – BildMitteY)·FOV-Korrektur + BildMitteY (12)
  • Der FOV-Korrekturfaktor wird auch zur Durchführung einer Während-Betrieb-Umwandlung spezifischer Abmessungen in der X-Achsen-Richtung und der Y-Achsen-Richtung, ΔX und ΔY, bei den CAD-Daten von einem NominalenFOV zu einem AktuellenFOV wie folgt verwendet: AktuellesΔX = NominalesΔX·FOV-Korrektur AktuellesΔY = NominalesΔY·FOV-Korrektur (13)
  • Beispiele der Während-Betrieb-Umwandlung der Nominal-FOV-CAD-Datenbank 720cd für das Testobjekt 10 auf Niveau 1, die in 13A gezeigt ist, in die erste aktuelle Ansicht auf Niveau 2 und die zweite aktuelle Ansicht auf Niveau 3 sind in den 13A bzw. 13C dargestellt. Zum Beispiel wandeln die Gleichungen 12 die CAD-Daten des Niveaus 2 an dem Nominal-FOV des Niveaus 1 in das erste aktuelle FOV des Niveaus 2 (13B) folgendermaßen um: a) die drei Ecken des Testobjekts 10, die den Abmessungskoordinaten (x1, y2), (x1, y1) und (x2, y1) entsprechen, sind an den Pixelkoordinaten (176, 918), (1258, 918) bzw. (1258, 360) in dem ersten aktuellen FOV positioniert; und b) die Mitte des Testobjekts 10, die den Abmessungskoordinaten (xPC, yPC) entspricht, ist an den Pixelkoordinaten (717, 639) in dem ersten aktuellen FOV positioniert. Dementsprechend wandeln die Gleichungen 12 die CAD-Daten des Niveaus 3 bei dem Nominal-FOV von Niveau 1 in das zweite aktuelle FOV von Niveau 3 (13C) folgendermaßen um: a) die drei Ecken des Testobjekts 10, die den Abmessungskoordinaten (x1, y2), (x1, y1) und (x2, y1) entsprechen, befinden sich an den Pixelkoordinaten (212, 922), (1248, 922) bzw. (1248, 389) in dem zweiten FOV; und b) die Mitte des Testobjekts 10, die den Abmessungskoordinaten (xPC, yPC) entspricht, befindet sich an den Pixelkoordinaten (730, 656) in dem zweiten aktuellen FOV. Somit wird die Analyse des laminographischen Bilds für Niveau 2 (14B) durch Verwendung von während des Betriebs umgewandelten CAD-Daten des ersten aktuellen FOV für Niveau 2 (13B) erzielt, und eine Analyse des laminographischen Bilds für Niveau 3 (14C) wird durch Verwendung während des Betriebs umgewandelter CAD-Daten des zweiten aktuellen FOV für Niveau 3 (13C) erzielt. Die Gleichungen 13 werden auf ähnliche Weise verwendet, um Längen bei den CAD-Daten des Niveaus 1 (13A) an dem Nominal-FOV in das erste aktuelle FOV von Niveau 2 (13B) und das zweite aktuelle FOV von Niveau 3 (13C) zum Vergleich mit den entsprechenden laminographischen Bildern auf Niveau 1, 2 und 3 umzuwandeln.
  • Beispiele spezifischer Parameter, die oft zur Prüfung von Lötverbindungen/elektrischen Verbindungen verwendet werden, umfassen Positionen von Anschlußflächen und Anschlußstiften sowie Abmessungen von Anschlußflächen. Während-Betriebs-Umwandlung der CAD-Felder/-Daten für diese Parameter kann folgendermaßen erzielt werden: Position der Anschlußfläche X = (Nominal-Anschlußfläche X – X BildMitte)·FOV-Korrektur + X BildMitte Position der Anschlußfläche Y = (Nominal-Anschlußfläche Y – Y BildMitte)·FOV-Korrektur + Y BildMitte (14) Position des Anschlußstifts X = (Nominal-Anschlußstift X – X BildMitte)·FOV-Korrektur + X BildMitte Position des Anschlußstifts Y = (Nominal-Anschlußstift Y – Y BildMitte)·FOV-Korrektur + Y BildMitte (15) Anschlußfläche Dx = Nominal-Anschlußfläche Dx·FOV-Korrektur Anschlußfläche Dy = Nominal-Anschlußfläche Dy·FOV-Korrektur Anschlußstift Dx = Nominal-Anschlußstift Dx·FOV-Korrektur Anschlußstift Dy = Nominal-Anschlußstift Dy·FOV-Korrektur (16)
  • Diese Koordinatentranslationen und diese Skalierung werden für jede Scheibe jeder Platinenansicht für jede in der Prüfung befindliche Platine auf der Grundlage der aktuellen Z-Höhe, die das aktuelle FOV und die aktuelle Vergrößerung bestimmt, durchgeführt.
  • Wie in der obigen Diskussion und in spezifischen Beispielen dargestellt, werden die Koordinaten von Merkmalen auf der Schaltungsplatine auf die ausgewählte Platinenansicht bezogen. Deshalb würden dieselben Merkmale unterschiedliche Koordinaten aufweisen, wenn sie auf eine unterschiedliche Platinenansicht bezogen würden. Eine Vielzahl solcher Fälle ergibt sich bei der spezifischen Anwendung der vorliegenden Erfindung, wobei diese den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, da ihre Lehren ohne weiteres auf zahlreiche Analysekonventionen ausgelegt werden können.
  • Das Verfahren zur Durchführung von Während-Betrieb-CAD-Datenmanipulationen für die Analyse laminographischer Bilder gemäß der vorliegenden Erfindung ist in dem in 15 gezeigten Flußdiagramm zusammengefaßt. Bei Block 810 wird eine „Nominal- oder Referenz-Bildebene" an einer Z-Achsen-Position „z1" in dem in der Prüfung befindlichen Objekt bestimmt. Bei Block 820 wird die Größe des „Nominalen FOV", das der Referenz-/Nominalen Bildebene bei Z-Achsen-Position „z1" entspricht, bestimmt. Bei Block 830 wird eine „Erste aktuelle Bildebene" an einer Z-Achsen-Position „zs" in dem in der Prüfung befindlichen Objekt bestimmt. Bei Block 840 wird die Größe des ersten „Aktuellen FOV", das der Ersten Aktuellen Bildebene an Z-Achsen-Position „z2" entspricht, bestimmt. Bei Block 850 wird ein FOV-Korrekturfaktor für die Erste Aktuelle Bildebene durch Verwendung der Größen des „Nominalen FOV"; des Ersten „Aktuellen FOV" und der Gleichungen (11) bestimmt. Bei Block 860 wird der FOV-Korrekturfaktor verwendet, um die CAD-Daten je nach Bedarf während des Betriebs für die Analyse des laminographischen Querschnittsbilds an der Z-Achsen-Position „z2" einzustellen. Während die obige Diskussion auf dem FOV-Korrekturfaktor auf der Grundlage relativer Größen der Sichtfelder bei verschiedenen Z-Achsen-Positionen beruhte, könnte eine ähnliche und äquivalente Prozedur auch unter Verwendung anderer Parameter durchgeführt werden, z. B. der Vergrößerungsfaktoren für die verschiedenen Z-Achsen-Positionen. Diese und andere Modifikationen sind als in dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung enthalten zu verstehen.
  • ANDERE FRAGEN UND ÜBERLEGUNGEN
  • Da das vorliegende System Querschnittsbilder bei verschiedenen Z-Höhen bereitstellt, ist es üblich, mehrere Scheiben einer Lötverbindung zu nehmen und die Daten zwischen den Scheiben zu korrelieren. Da die Abstände zwischen den Scheiben bei den meisten oberflächenmontierten Vorrichtun gen im allgemeinen gering sind, also nur wenige Millizoll betragen, können bei bestimmten spezifischen Vorrichtungsarten auch größere Abstände auftreten. Zum Beispiel werden BGA-Vorrichtungen oft sowohl am oberen als auch am unteren Ende der Kugel abgebildet, was einen Abstand von ca. 0,064 cm (25 Millizoll) bedeutet. Durchkontaktierte (PTH-) Vorrichtungen (PTH = plated through hole) werden an der oberen und der unteren Anschlußfläche abgebildet, was die gesamte Platinendicke bedeutet, also einen Abstand von ca. 0,18 cm (70 Millizoll). Bei diesen größeren Abständen müssen manche Messungen korrigiert werden.
  • Zum Beispiel wird bei BGA-Vorrichtungen in der Regel ein Lokalisierungsalgorithmus in der Mitte der Kugel durchgeführt. Die von ihm vorgefundenen x- und y-Koordinaten entsprechen dann verschiedenen x- und y-Positionen auf verschiedenen Scheiben, wie z. B. der Anschlußflächenscheibe und der obersten Gehäusescheibe. Dementsprechend kann es sein, daß eine in der Hülse vorgefundene PTH-Position auf der obersten und untersten Anschlußfläche eingestellt werden muß. Diese können geschickt gehandhabt werden, indem diese Positionen in einem Softwaremodul korrigiert werden, das diese ausfindig gemachten Positionen aufrechterhält und an die Algorithmen verteilt. Ähnliche Vergrößerungskorrekturen wie die oben beschriebenen zum Korrigieren von CAD-Positionen können auch während der Laufzeit an den Lokalisierungspositionen angewandt werden.
  • Dementsprechend kann je nach der Z-Höhe der zur Erzielung der Messung verwendeten Scheibe eine Normierung der Größenabmessung erforderlich sein. Zum Beispiel müssen etwaige in Einheiten von Pixelabständen vorliegende Abmessungen unter Verwendung des aktuellen, gestörten FOV vor einem Vergleich oder einer Verwendung auf anderen Scheiben in Millizoll umgerechnet werden.
  • Demzufolge wird der Leser erkennen, daß die vorliegende Erfindung viele der spezifischen Probleme löst, die bei der Prüfung von Lötanschlüssen auf Schaltungsplatinen auftreten. Besonders wichtig ist, daß die Erfindung die Notwendigkeit einer mechanischen Einrichtung zum Bewegen der Schaltungsplatine entlang der Z-Achse beseitigt, ohne die Analyse der laminographischen Bilder auf unterschiedlichen Z-Achsen-Niveaus in der Schaltungsplatine zu beeinträchtigen. Zudem schafft die elektronische Verschiebung der Bildebene bezüglich des Prüfsystems, gekoppelt mit der Während-Betrieb-CAD-Datenmodifizierung, eine in bezug auf die Bearbeitungszeit und Datenspeicherhilfsmittel effiziente Einrichtung zum Erhalt von Bildern auf den gewünschten Z-Niveaus der Schaltungsplatine und zur Analyse dieser Bilder durch Abrufen, Modifizieren und Anwenden der CAD-Daten je nach Bedarf.
  • Obwohl die obige Beschreibung viele Besonderheiten enthält, sollten diese nicht als Einschränkung des Schutzbereichs der Erfindung ausgelegt werden, sondern nur als Veranschaulichungen einiger der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele dieser Erfindung. Zum Beispiel können alternative Methoden und Bildparameter verwendet werden, um zu bestimmen, wie die CAD-Daten bei dem Nominal-FOV zur Verwendung bei einem aktuellen FOV umgewandelt werden müssen. Außerdem können zur Bildanalyse alternative CAD-Datenparameter eingesetzt werden; zum Erhalt der Querschnittsbilder können alternative Methoden eingesetzt werden; zur Änderung des Z-Achsen-Niveaus, auf dem Bilder erhalten werden, können alternative Verfahren verwendet werden; usw.

Claims (10)

  1. Vorrichtung (310) zum Prüfen einer elektrischen Verbindung (10, 214, 414) auf einer Schaltungsplatine (210, 620), mit folgenden Merkmalen: einer Röntgenstrahlenquelle (20, 200, 312), die ausgebildet ist, um von einer Mehrzahl von bezüglich einer zentralen Achse (40) auf einem ersten Radius (r1) und einem zweiten Radius (r2) angeordneten Positionen Röntgenstrahlen (334, 282, 284, 416, 418, 426, 428, 560) zu emittieren, die die elektrische Verbindung (10, 214, 414) durchdringen, wobei die Röntgenstrahlenquelle (20, 200, 312) eine synchrone Drehung um die zentrale Achse (40) ausführt; einem Röntgenstrahlendetektorsystem (30, 240), das positioniert ist, um die durch die Röntgenstrahlenquelle (20, 200, 312) erzeugten Röntgenstrahlen (334, 282, 284, 416, 418, 426, 428, 560), die die elektrische Verbindung (10, 214, 414) durchdrungen haben, zu empfangen, wobei das Röntgenstrahlendetektorsystem (30, 240) Detektordatensignale erzeugt, die an einem Ausgang ausgegeben werden; einem Bildspeicher (270, 315), der ausgebildet ist, um die Detektordatensignale, die dem ersten Radius (r1) zugeordnet sind, zu kombinieren, um erste Informationen zu bilden, die einem ersten Erfassungs-Querschnittsbild (710i) einer Schnittebene dieser elektrischen Verbindung (10, 214, 414) an einer ersten Bildebene (410, 60b) an einer ersten Z-Achsen-Position (z1) entsprechen, die dem ersten Röntgenstrahlenquellenradius (r1) entspricht, und um die Detektordatensignale, die dem zweiten Radius (r2) zugeordnet sind, zu kombinieren, um zweite Informationen zu bilden, die einem zweiten Erfassungs-Querschnittsbild (750id) ei ner Schnittebene der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) an einer zweiten Bildebene (412, 60a) an einer zweiten Z-Achsen-Position (z2) entsprechen, die dem zweiten Röntgenstrahlenquellenradius (r2) entspricht; und einem Prozessor (270, 315), der die Erfassung und die Bildung der Erfassungs-Querschnittsbilder (720id, 750id, 780id) steuert und die Querschnittsbilder (720id, 750id, 780id) analysiert, wobei der Prozessor (270, 315) ferner folgende Merkmale aufweist: einen Speicherbereich zum Speichern von CAD-Daten (720cd), die einen ersten Schnittentwurf der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) an der ersten Bildebene (410, 60b) an der ersten Z-Achsen-Position (z1) beschreiben, und von CAD-Daten für einen zweiten Schnittentwurf der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) an der zweiten Bildebene (412, 60a) an der zweiten Z-Achsen-Position (z2); und eine CAD-Datenberechnungseinrichtung, die eine Abweichung zwischen dem ersten Erfassungs-Querschnittsbild (720id) an der ersten Bildebene (410, 60b) und dem zweiten Erfassungs-Querschnittsbild (750id) an der zweiten Bildebene (412, 60a) bestimmt und die Abweichung verwendet, um Teilmengen der CAD-Daten zu modifizieren, die die elektrische Verbindung (10, 214, 414) an der zweiten Bildebene (414, 60a) an der zweiten Z-Achsen-Position (z2) beschreiben, wodurch modifizierte CAD-Daten (750cd) für die zweite Bildebene (414, 60a) erzeugt werden, die eine Ausbildung der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) an der zweiten Bildebene (414, 60a) gemäß einer Darstellung der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) in dem zweiten Erfassungs-Querschnittsbild (750id) beschreiben.
  2. Vorrichtung (310) gemäß Anspruch 1, die ferner ausgebildet ist, so daß die Röntgenstrahlen die elektrische Verbindung derart durchdringen und von dem Röntgenstrahlendetektorsystem empfangen werden, daß die gebildeten ersten Informationen einem ersten Erfassungs-Querschnittsbild (720id) entsprechen, das eine Darstellung eines Bereichs der ersten Bildebene mit einem ersten Vergrößerungsfaktor aufweist, und die gebildeten zweiten Informationen einem zweiten Erfassungs-Querschnittsbild (750id) entsprechen, das eine Darstellung eines Bereichs der zweiten Bildebene mit einem zweiten Vergrößerungsfaktor aufweist, und bei der die CAD-Datenberechnungseinrichtung ausgebildet ist, um eine Abweichung zwischen dem ersten Querschnittsbild (720id) und dem zweiten Querschnittsbild (750id) durch Vergleichen des zweiten Vergrößerungsfaktors mit dem ersten Vergrößerungsfaktor zu bestimmen.
  3. Vorrichtung (310) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der die Röntgenstrahlenquelle (20, 200, 312) eine Mehrzahl von Röntgenstrahlenquellen aufweist.
  4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Röntgenstrahlendetektorsystem (30, 240) eine Mehrzahl von Röntgenstrahlendetektoren aufweist.
  5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Prozessor (270, 315) ferner eine Bilderzeugungseinrichtung aufweist, die die Querschnittsbilder der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) aus den ersten gebildeten Informationen und den zweiten gebildeten Informationen erzeugt.
  6. Verfahren zum Analysieren laminographischer Bilder (720id, 750id, 780id) eines Objekts (10, 214, 414) an mehreren Z-Ebenen (410, 60b) innerhalb des Objekts (10, 214, 414), wobei den mehreren Z-Ebenen mehreren Z-Achsen-Positionen (z1) zugeordnet sind, wobei sich die Z-Ebenen parallel zu der X-Achse und Y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems erstrecken, mit folgenden Schritten: Bestimmen einer Referenz-Z-Achsen-Position Z1, die einer ersten Z-Ebene (410, 60b) in dem Objekt (10, 214, 414) entspricht; Erfassen eines ersten Querschnittsbilds (720id) des Objekts (10, 214, 414) an der Referenz-Z-Achsen-Position Z1, die der ersten Z-Ebene (410, 60b) in dem Objekt (10, 214, 414) entspricht, und eines zweiten Querschnittsbilds (750id) des Objekts (10, 214, 414) an einer zweiten Z-Achsen-Position Z2, die einer zweiten Z-Ebene (412, 60a) in dem Objekt (10, 214, 414) entspricht; Bereitstellen von Daten (720cd) der ersten Z-Ebene, die das Objekt (10, 214, 414) und spezifische Merkmale in dem Objekt (10, 214, 414) auf der ersten Z-Ebene (410, 60b) des Objekts (10, 214, 414) beschreiben, und Daten der zweiten Z-Ebene, die das Objekt (10, 214, 414) und spezifische Merkmale in dem Objekt (10, 214, 414) an der zweiten Z-Ebene (412, 60a) des Objekts (10, 214, 414) beschreiben; Bestimmen eines Abweichungsfaktors, der einen Unterschied zwischen der Ausdehnung eines Bereichs in der ersten Z-Ebene (410, 60b), der dem ersten Querschnittsbilds (720id) des Objekts (10, 214, 414) entspricht, und der Ausdehnung eines Bereichs in der zweiten Z-Ebene (412, 60a), der dem zweiten Querschnittsbild (750id) des Objekts (10, 214, 414) entspricht, darstellt; und Modifizieren, in Echtzeit oder Nahe-Echtzeit, einer oder mehrerer Teilmengen der Daten der zweiten Z-Ebene mit dem Abweichungsfaktor bei Vergleichen des zweiten Querschnittsbilds (750id) des Objekts an der zweiten Z-Achsen-Position Z2 (412, 60a) mit den Echtzeit- oder Nahe-Echtzeit-modifizierten Daten (750cd) des zweiten Z-Ebene.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem das erste Querschnittsbild (720id) eine Darstellung eines Bereichs der ersten Z-Ebene gemäß einem ersten Sichtfeld und das zweite Querschnittsbild (750id) eine Darstellung eines Bereichs der zweiten Z-Ebene gemäß einem zweiten Sichtfeld aufweist, und bei dem der Abweichungsfaktor, der einen Unterschied zwischen dem ersten Querschnittsbild (720id) und dem zweiten Querschnittsbild (750id) darstellt, durch Bilden eines Verhältnisses einer Abmessung des zweiten Sichtfelds und einer Abmessung des ersten Sichtfelds bestimmt wird.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem das erste Querschnittsbild (720id) eine Darstellung der ersten Z-Ebene mit einem ersten Vergrößerungsfaktor und das zweite Querschnittsbild (750id) eine Darstellung der zweiten Z-Ebene mit einem zweiten Vergrößerungsfaktor aufweist, und bei dem der Abweichungsfaktor, der einen Unterschied zwischen dem ersten Querschnittsbild (720id) und dem zweiten Querschnittsbild (750id) darstellt, durch Bilden eines Verhältnisses des zweiten Vergrößerungsfaktors und des ersten Vergrößerungsfaktor bestimmt wird.
  9. Verfahren zum Prüfen einer elektrischen Verbindung (10, 214, 414) auf einer Schaltungsplatine (210, 620), das folgende Schritte aufweist: Bestimmen einer ersten Z-Achsen-Position Z1, die einer ersten Z-Ebene (410, 60b) in der elektrischen Verbin dung (10, 214, 414) entspricht, wobei die erste Z-Ebene eine Ebene parallel zu der X-Achse und Y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems ist; Erfassen eines ersten Querschnittsbilds (720id) der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) an der ersten Z-Achsen-Position Z1, die der ersten Z-Ebene (410, 60b) in der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) entspricht, und eines zweiten Querschnittsbilds (750id) der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) an einer zweiten Z-Achsen-Position Z2, die einer zweiten Z-Ebene (412, 60a) in der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) entspricht, wobei die zweite Z-Ebene eine Ebene parallel zu der X-Achse und Y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems ist, wobei das erste Querschnittsbild (720id) eine Darstellung der ersten Z-Ebene mit einem ersten Vergrößerungsfaktor und das zweite Querschnittsbild (750id) eine Darstellung der zweiten Z-Ebene mit einem zweiten Vergrößerungsfaktor aufweist; Bereitstellen von Schaltungsentwurfsdaten (720cd) der ersten Z-Ebene, die die elektrische Verbindung (10, 214, 414) und spezifische Schaltungsentwurfsmerkmale in der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) an der ersten Z-Ebene (410, 60b) der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) beschreiben, und von Schaltungsentwurfsdaten der zweiten Z-Ebene, die die elektrische Verbindung (10, 214, 414) und spezifische Schaltungsentwurfsmerkmale in der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) an der zweiten Z-Ebene (412, 60a) der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) beschreiben; Vergleichen des ersten und des zweiten Vergrößerungsfaktors durch Bilden eines Verhältnisses derselben, um einen Abweichungsfaktor des ersten Sichtfelds zu bestimmen; und Modifizieren, in Echtzeit oder Nahe-Echtzeit, eines oder mehrerer Teilmengen der Schaltungsentwurfsdaten der zweiten Z-Ebene mit dem Abweichungsfaktor des ersten Sichtfelds bei Vergleichen des zweiten Querschnittsbilds (750id) der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) an der zweiten Z-Ebene (412, 60a) mit den Echtzeit- oder Nahe-Echtzeit-modifizierten Schaltungsentwurfsdaten (750cd) der zweiten Z-Ebene.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen von Schaltungsentwurfsdaten der dritten Z-Ebene, die die elektrische Verbindung (10, 214, 414) und spezifische Entwurfsmerkmale in der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) an einer dritten Z-Ebene (60c) der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) beschreiben; Erfassen eines dritten Querschnittsbilds (780id) der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) an einer dritten Z-Achsen-Position Z3, die der dritten Z-Ebene (60c) in der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) entspricht, wobei das dritte Querschnittsbild (780id) eine Darstellung der dritten Z-Ebene mit einem dritten Vergrößerungsfaktor aufweist; Vergleichen des ersten und des dritten Vergrößerungsfaktors, um einen Abweichungsfaktor des zweiten Sichtfelds zu bestimmen; und Modifizieren, in Echtzeit oder Nahe-Echtzeit, eines oder mehrerer Teilmengen der Schaltungsentwurfsdaten der dritten Z-Ebene mit dem Abweichungsfaktor des zweiten Sichtfelds bei Vergleichen des dritten Querschnittsbilds (780id) der elektrischen Verbindung (10, 214, 414) an der dritten Z-Ebene (60c) mit den Echt zeit- oder Nahe-Echtzeit-modifizierten Schaltungsentwurfsdaten (780cd) der dritten Z-Ebene.
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