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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft Technologie zum Prüfen des Lötverbindungszustands von auf einer Leiterplatte montierten Bauelementen.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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In Bestückungslinien für die Oberflächenmontage auf Leiterplatten werden weithin Leiterplattenprüfvorrichtungen (auch Sichtprüfvorrichtungen genannt) zum Prüfen der Qualität der nach dem Wiederaufschmelzen (Reflow) ausgebildeten Lötverbindungen genutzt. Ausgehend von photographisch aufgenommenen Bildern der Leiterplatte messen die Leiterplattenprüfvorrichtungen verschiedene die Gestalt des Lotes betreffende Indikatoren, um anhand der Messwerte den Verbindungszustand des Lots abzuschätzen. Da hierbei mittels der durch die Bilder gegebenen zweidimensionalen Information die dreidimensionale Gestalt des Lotes geprüft werden muss, sind im Stand der Technik verschiedenartige Verarbeitungsmethoden vorgeschlagen.
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Beispielsweise schlägt
US 2013 / 0 259 359 A1 eine Methode vor, durch Nutzung des sogenannten Phasenschiebeverfahrens die Höhe eines Verbindungsabschnitts des Lotes zu berechnen. Konkret wird ein Schritt, in dem gitterförmig gemustertes Licht auf das Lot projiziert und photographiert wird, N-mal unter Veränderung der Phase des gemusterten Lichts ausgeführt, um durch Phasenanalyse der N Musterbilder eine Höheninformation für jeden Bildpunkt im Lotgebiet zu erhalten. Anschließend unterteilt man das Lotgebiet in ein den Bauelementanschlüssen nahe gelegenes Nahprüfgebiet sowie ein denselben fern gelegenes Fernprüfgebiet und berechnet als eine Verbindungsabschnittshöhe den Durchschnittswert der Höhe an den einzelnen Bildpunkten innerhalb des Nahprüfgebiets.
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US 2013 / 0 259 359 A1 ist ein Beispiel für ein Dokument aus dem Stand der Technik.
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Die
DE 10 2013 206 927 A1 offenbart ein Post-Reflow-Inspektionsgerät, das Leiterplatten inspiziert, die einen Komponentenbestückungsprozess und einen Reflow-Prozess durchlaufen haben nachdem nach einem Lötdruckprozess die Menge an Lotpaste, die auf die einzelnen Lötflächen aufgetragen worden ist gemessen wurde. Mit dem Inspektionsgerät wird bei Beleuchtung mit einem Beleuchtungsgerät eine Bildaufnahme mit einer Kamera durchgeführt, die auf die Vorderseite der zu inspizierenden Leiterplatte gerichtet ist, und es wird an einer mit Lot versehenen Stelle, welche ein Merkmal aufweist, das nicht in einem erzeugten Bild erscheint, und an welcher die Lotpaste, die an der entsprechenden Lötfläche gemessen wurde, eine vorbestimmte Mindestbedingung erfüllt, ein Merkmal gemessen, welches in dem Bild erscheint, und welches mit der Form an einem Ort der mit Lot versehenen Stelle, der nicht in dem Bild erscheint, in Beziehung steht. Die Qualität der Benetzung mit Lot an der mit Lot versehenen Stelle wird auf Basis des Ergebnisses der Messung beurteilt.
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Die
DE 11 2011 104 723 T5 offenbart ein Lotdruckinspektionsgerät, das das Volumen von Lotpaste an einer Kontaktierungsstelle auf einer Leiterplatte misst und Inspektionsergebnisinformationen, die den Messwert umfassen, an eine Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung schickt. Ein Lötstelleninspektionsgerät erfasst Merkmalsdaten an einer zu inspizierenden Lötstelle aus einem Bild der Leiterplatte nach dem Reflow, und erhält das Volumen der Lotpaste, welches an einem Ort, der der zu inspizierenden Lötstelle entspricht, mit dem Lotdruckinspektionsgerät gemessen wurde durch Kommunikation mit der Inspektionsdaten-Verwaltungsvorrichtung. Unter Verwendung dieses Volumens wird ein Merkmal an einem Ort in der Nähe einer Komponente, an dem die Merkmalsdaten nur schwer messbar sind, geschätzt, und die Merkmalsdaten werden mit dem Ergebnis dieser Schätzung ergänzt, die Höhe der Benetzung mit Lot nach dem Reflow wird berechnet, und es wird beurteilt, ob die Höhe fehlerhaft ist oder nicht.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Die Methode nach
US 2013 / 0 259 359 A1 weist allerdings folgende Probleme auf. Zunächst eignet sich das Phasenschiebeverfahren prinzipiell nicht zur Messung spiegelnder Objekte wie Lot, weswegen die Höhe des Lotes schwierig präzise zu messen ist. Denkbarerweise wurde in
US 2013 / 0 259 359 A1 zur Kompensation von dergleichen Schwächen des Phasenschiebeverfahrens ersonnen, die Durchschnittshöhe in einem Gebiet vorbestimmter Breite um die Bauelementanschlüsse zu berechnen, damit das Signal-Rausch-Verhältnis sich verbessere. Auch im zutreffenden Fall könnte aber keine hohe Präzision erwartet werden. Zudem ist die Methode für eine korrekte Beurteilung des Verbindungszustands von Lot und Bauelementanschlüssen unzureichend, weil bloß die Durchschnittshöhe in dem Gebiet vorbestimmter Breite erhalten werden kann. Dieser Punkt soll unter Bezug auf
13 erläutert werden.
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13(a) zeigt ein Chip-Bauelement und Lot von der Seite her gesehen. Das Lot mit gutem Verbindungszustand zeigt eine einem Bergfuß ähnelnde Gestalt, die Kehle genannt wird. Hierbei ist bekannt, dass die Benetzungshöhe der Lotkehle gegenüber dem Bauelementanschluss zur Verbindungsfestigkeit zwischen Bauelementanschluss und Lot beiträgt. Weil aber mit der Methode nach
US 2013 / 0 259 359 A1 keine anderen Werte als eine Durchschnittshöhe, z.B. in dem vorbestimmten Gebiet in
13(a), erhalten werden können, lässt sich die tatsächliche Benetzungshöhe der Lotkehle und damit die Verbindungsfestigkeit zwischen Bauelementanschluss und Lot nicht korrekt abschätzen.
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Wo ferner die Methode nach
US 2013 / 0 259 359 A1 besonders problematisch wird, sind Fälle, in denen etwa wie in
13(b) bei einem Bauelementanschluss nur im Bereich der Unterkante Lot angebunden ist. Diese können etwa auftreten, wenn z.B. wie in
13(b) das Bauelement schräg liegt, sodass die Elektrode auf einer Seite höher als normal angehoben ist, oder wenn aufgrund einer geringen Menge an Lotpaste die Benetzungshöhe geringer als normal ist. Auch in solchen Fällen muss auf ein mangelfreies Produkt erkannt werden, wenn im Bereich der Unterkante Lot angebunden ist. Berechnet man jedoch wie in
US 2013 / 0 259 359 A1 die Durchschnittshöhe in einem vorbestimmten Gebiet, ist die Wahrscheinlichkeit groß, einen kleineren Wert als die tatsächliche Lothöhe an der Grenzfläche von Bauelementanschluss und Lot zu erhalten. Hierbei wird in einem Fall wie in
13(b) geurteilt, dass kein Lot am Bauelementanschluss angebunden sei (die Höhe des Lotes nicht ausreiche), sodass ein „falsch positives“ Ergebnis entsteht, welches das eigentlich als mangelfrei zu betrachtende Produkt fälschlicherweise als mangelhaft beurteilt.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des oben beschriebenen Sachverhalts gemacht und setzt sich zum Ziel, Technologie zum präziseren Prüfen des Verbindungszustands von Lot gegenüber einem Bauelementanschluss bereitzustellen.
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Um dieses Ziel zu erreichen, verwendet die Erfindung einen Aufbau, demgemäß die dreidimensionale Gestalt des Lots, das ein spiegelndes Objekt ist, und die dreidimensionale Gestalt des Bauelements, das ein streuendes Objekt ist, getrennt mit je einem geeigneten Verfahren rekonstruiert werden, und die 3D-Gestaltdaten des Lotes sowie des Bauelementanschlusses für die Prüfung des Verbindungszustands von Lot und Bauelementanschluss benutzt werden.
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Konkret umfasst eine erfindungsgemäße Leiterplattenprüfvorrichtung zum Prüfen des Zustands einer Lötverbindung eines Bauelements die Merkmale des Anspruchs 1.
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Dieser Aufbau ermöglicht, da die dreidimensionale Gestalt des Lots, das ein spiegelndes Objekt ist, und die dreidimensionale Gestalt des Bauelementanschlusses, der ein streuendes Objekt ist, getrennt mit jeweils geeigneten Verfahren rekonstruiert werden, für sowohl das Lot als auch den Bauelementanschluss präzise 3D-Gestaltdaten zu erhalten. Dadurch, dass solche 3D-Gestaltdaten verwendet werden, können dann auf die dreidimensionale Gestalt des Lotes und diejenige des Bauelementanschlusses bezogene Indikatorwerte, insbesondere verschiedenartige Indikatorwerte an der Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Lot und dem Bauelementanschluss präzise berechnet (gemessen) werden, sodass es möglich wird, das Vorhandensein der Verbindung des Lotes und des Bauelementanschlusses, deren Verbindungsfestigkeit usw. mit hoher Zuverlässigkeit zu prüfen.
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Aus den 3D-Gestaltdaten lassen sich mannigfaltige Indikatoren berechnen, wobei jeder Indikator für die Prüfung verwendet werden kann. Erfindungsgemäß ist die Prüfeinheit ausgebildet, basierend auf den Daten der dreidimensionalen Gestalt des Lotes eine „Kehlhöhe“ zu berechnen, die die Höhe des Lotes an der Verbindungsgrenzfläche ausdrückt, und die Kehlhöhe für die Prüfung zu verwenden. Dadurch, dass die Höhe des Lotes an der Verbindungsgrenzfläche verwendet wird, können die Benetzungshöhe des Lotes gegenüber dem Bauelementanschluss, die Größe des Verbindungsabschnitts von Bauelementanschluss und Lot und ähnliches korrekt abgeschätzt werden, was das Vorhandensein der Verbindung, deren Verbindungsfestigkeit usw. präzise prüfbar macht.
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Ferner berechnet die Prüfeinheit basierend auf den Daten der dreidimensionalen Gestalt des Bauelementanschlusses eine „Anschlusshöhe“, die die Höhe des Bauelementanschlusses an der Verbindungsgrenzfläche ausdrückt, sowie die Kehlhöhe und die Anschlusshöhe verwendet, um zu beurteilen, ob das Lot und der Bauelementanschluss an der Verbindungsgrenzfläche Verbindung haben oder nicht. Durch Vergleichen der Anschlusshöhe und der Höhe des Lotes an der Verbindungsgrenzfläche können das Vorhandensein einer Lötverbindung mit dem Bauelementanschluss, die Länge (Höhe) des Verbindungsabschnitts usw. abgeschätzt werden, was eine Prüfung mit noch höherer Präzision ermöglicht.
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Darüber hinaus lassen sich als basierend auf den Daten der dreidimensionalen Gestalt des Lotes berechenbare Indikatoren z.B. eine „Kehlanbindungsbreite“, die die Breite des Lotes an der Verbindungsgrenzfläche anzeigt, eine „Kehllänge“, die die Ausdehnung des Lotes bezüglich einer Leiterplattenkontaktfläche anzeigt, und ein „Anbindungsbenetzungswinkel“, der die Benetzung des Bauelementanschlusses durch das Lot anzeigt, anführen. Dadurch, dass diese Indikatoren für die Prüfung benutzt werden, kann der Verbindungszustand zwischen dem Bauelementanschluss und dem Lot noch präziser geprüft werden.
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Vorzugsweise umfasst die Leiterplattenprüfvorrichtung ferner eine Ergebnisausgabeeinheit, die Information über ein Prüfergebnis gemäß der Prüfeinheit gemeinsam mit einem aus den Daten über die dreidimensionale Gestalt des Lotes und den Daten über die dreidimensionale Gestalt des Bauelementanschlusses erzeugten Bild, das die dreidimensionale Gestalt des Lotes und des Bauelementanschlusses ausdrückt, an einem Anzeigegerät anzeigt. Dadurch, dass das Prüfergebnis und das die dreidimensionale Gestalt ausdrückende Bild gemeinsam angezeigt werden, kann ein Benutzer intuitiv und auf einfache Weise eine Verifikation der Mangelstelle und der Plausibilität des Prüfergebnisses durchführen.
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Vorzugsweise ist die Ergebnisausgabeeinheit ausgebildet, ferner einen Wert eines von der Prüfeinheit verwendeten Indikators sowie ein Beurteilungskriterium bezüglich des Indikators anzuzeigen. Weiter zu bevorzugen ist es, wenn die Ergebnisausgabeeinheit den Wert des Indikators oder das Beurteilungskriterium über das die dreidimensionale Gestalt des Lotes und des Bauelementanschlusses ausdrückende Bild überlagert anzeigt. Dadurch, dass eine solche Anzeige erfolgt, kann der Benutzer leicht eine Verifikation der tatsächlichen Lotgestalt, einen Vergleich der tatsächlichen Lotgestalt mit dem Beurteilungskriterium, eine Verifikation der Plausibilität des Prüfergebnisses usw. durchführen.
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Die vorliegende Erfindung kann als eine Leiterplattenprüfvorrichtung mit zumindest einem von den obigen Mitteln aufgefasst werden. Weiter kann die Erfindung auch als ein Steuerverfahren für eine Leiterplattenprüfvorrichtung, ein Computerprogramm, um einen Computer die Schritte dieses Verfahrens ausführen zu lassen, oder als ein computerlesbares Speichermedium, auf dem das betreffende Programm nichtflüchtig gespeichert ist, aufgefasst werden. Alle vorstehenden Strukturen und Verrichtungen können, solange kein technischer Widerspruch entsteht, miteinander kombiniert werden, um die Erfindung zu bilden.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht, den Verbindungszustand von Lot bezüglich eines Bauelementanschlusses mit erhöhter Präzision zu prüfen.
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Figurenliste
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- 1 Schematische Ansicht des Hardwareaufbaus einer Leiterplattenprüfvorrichtung.
- 2 Blockdiagramm von auf die Prüfverarbeitung bezogenen Funktionen.
- 3 Beispiel eines ersten Bildes, das unter Beleuchtung mit rotem, grünem und blauem Licht aufgenommen wird.
- 4 Beispiel eines zweiten Bildes, das unter Projektion gemusterten Lichtes aufgenommen wird.
- 5 Flussdiagramm, das den Ablauf der Prüfverarbeitung zeigt.
- 6 Beispiel eines Bildes und einer dreidimensionalen Gestalt (Höhenkarte), die von einer Leiterplatte erhalten werden.
- 7 Beispiel von Prüfmerkmalen, die bei einer Grabsteineffekt-Prüfung gemäß einer ersten Ausführungsform evaluiert werden.
- 8 Beispiel einer Ergebnis-Bildschirmausgabe der ersten Ausführungsform.
- 9 Beispiel von gemäß einer zweiten Ausführungsform zu evaluierenden
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Prüfmerkmalen.
- 10 Beispiel einer Ergebnis-Bildschirmausgabe der zweiten Ausführungsform.
- 11 Weiteres Beispiel einer Ergebnis-Bildschirmausgabe.
- 12 Weiteres Beispiel einer Ergebnis-Bildschirmausgabe.
- 13 Abbildung zur Erläuterung der Probleme des Stands der Technik.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden, unter Bezugnahme auf Figuren, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft im Detail erläutert. Sofern nicht besonders vermerkt, sollen allerdings Abmessungen, Materialeigenschaften, Gestalt, relative Anordnung usw. der in den folgenden Ausführungsformen beschriebenen Strukturkomponenten den Bereich der Erfindung nicht auf lediglich dieselben einschränken.
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<Erste Ausführungsform>
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(Aufbau der Leiterplattenprüfvorrichtung)
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Mit Bezug auf 1 soll der Gesamtaufbau einer Leiterplattenprüfvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht den Hardwareaufbau der Leiterplattenprüfvorrichtung. Diese Leiterplattenprüfvorrichtung 1 findet Nutzanwendung vorzugsweise für die Leiterplattensichtprüfung (z.B. zur Prüfung des Lötverbindungszustands nach dem Wiederaufschmelzen) in einer Bestückungslinie für Oberflächenmontage.
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Die Leiterplattenprüfvorrichtung 1 umfasst als Hauptbestandteile eine Bühne 10, eine Messeinheit 11, eine Steuereinrichtung 12, eine Informationsverarbeitungseinrichtung 13 und eine Anzeigeeinrichtung 14. Die Messeinheit 11 weist eine Kamera (Bildsensor) 110, eine Beleuchtungseinrichtung 111 und eine Projektionseinrichtung (Projektor) 112 auf.
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Die Bühne 10 ist eine Struktur, um eine Leiterplatte 15 festzuhalten und ein Bauelement 150 sowie Lot 151 als Prüfgegenstand an einer Messposition der Kamera 110 auszurichten. Mit X-Achse und Y-Achse parallel zur Bühne 10 und der Z-Achse senkrecht zur Bühne 10 angenommen, wie in 1 gezeigt, ist die Bühne 10 zumindest parallel zu den beiden Achsen in X- und Y-Richtung verschiebbar. Die Kamera 110 ist mit ihrer optischen Achse parallel zur Z-Achse angeordnet, sodass sie die Leiterplatte 15 auf der Bühne 10 aus der Normalenrichtung photographiert. Die mit der Kamera 110 aufgenommenen Bilddaten werden in die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 importiert.
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Bei der Beleuchtungseinrichtung 111 (111R, 111G, 111B) handelt es sich um ein Beleuchtungsmittel zum Einstrahlen von Beleuchtungslicht RL, GL, BL unterschiedlicher Farbe (Wellenlänge) auf die Leiterplatte 15. 1 zeigt einen schematischen XZ-Schnitt durch die Beleuchtungseinrichtung 111, die in Wahrheit eine kreisringförmige oder halbkugelförmige Gestalt aufweist, um mit Licht ein und derselben Farbe aus dem vollen Azimut (allen Richtungen um die Z-Achse) beleuchten zu können. Die Projektionseinrichtung 112 ist ein Musterprojektionsmittel zum Projizieren gemusterten Lichts PL, das ein vorbestimmtes Muster aufweist, auf die Leiterplatte 15. Die Projektionseinrichtung 112 projiziert das gemusterte Licht PL durch eine auf halber Höhe der Beleuchtungseinrichtung 111 vorgesehene Öffnung. Eine einzige Projektionseinrichtung 112 reicht aus, aber es können mehrere Projektionseinrichtungen 112 vorgesehen werden, um tote Winkel für das gemusterte Licht PL zu eliminieren. In der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Projektionseinrichtungen 112 in unterschiedlichen Azimutrichtungen (gegenüberliegenden Positionen) angeordnet. Die Beleuchtungseinrichtung 111 und die Projektionseinrichtung 112 sind beides Beleuchtungssysteme zur Verwendung beim Photographieren der Leiterplatte 15 mittels der Kamera 110, wobei aber die Beleuchtungseinrichtung 111 dazu verwendet wird, die Oberflächengestalt spiegelnder Objekte wie des Lots 151 zu messen, und die Projektionseinrichtung 112 dazu verwendet wird, die Oberflächengestalt streuender Objekte wie des Bauelements 150 zu messen.
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Die Steuereinrichtung 12 ist ein Steuerungsmittel zum Steuern des Betriebs der Leiterplattenprüfvorrichtung, wobei sie die Bewegungssteuerung der Bühne 10, die Schaltsteuerung der Beleuchtungseinrichtung 111, die Schaltsteuerung und Musteränderung für die Projektionseinrichtung 112, die Bildaufnahmesteuerung für die Kamera 110 und Ähnliches übernimmt.
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Die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 weist Funktionen auf, um durch Verwendung der aus der Kamera 110 importierten Bilddaten auf das Bauelement 150, das Lot 151 usw. bezogene verschiedenartige Messwerte zu erfassen und den Zustand der Lötverbindung am Bauelement 150 zu prüfen. Die Anzeigeeinrichtung 14 dient dazu, die mit der Informationsverarbeitungseinrichtung 13 erhaltenen Messwerte und Prüfergebnisse anzuzeigen. Die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 kann z.B. durch einen Allzweckcomputer gebildet werden, der eine CPU (zentrale Rechen- und Verarbeitungseinheit), einen Speicher, einen Hilfsspeicher (Festplattenlaufwerk o. Ä.) und ein Eingabegerät (Tastatur, Maus, Tastfeld o. Ä.) aufweist. Angemerkt wird, dass in 1 die Steuereinrichtung 12, die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 und die Anzeigeeinrichtung 14 zwar durch unterschiedliche Blöcke wiedergegeben sind, jedoch ebenso mittels diskreter Vorrichtungen wie auch mittels einer einzigen Vorrichtung aufgebaut sein können.
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Funktionsaufbau
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2 ist ein Blockdiagramm von auf die Prüfverarbeitung bezogenen Funktionen. Diese Funktionen werden dadurch realisiert, dass die CPU der Informationsverarbeitungseinrichtung 13 ein im Hilfsspeicher abgelegtes Programm einliest und ausführt. Allerdings können alle oder ein Teil der Funktionen auch mit Hilfe von Schaltkreisen wie ASIC, FPGA usw. aufgebaut werden.
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Eine Bilderfassungseinheit 20 steht für die Funktion, Bilddaten aus der Kamera 110 zu importieren. Eine Lotgestaltmesseinheit 21 steht für die Funktion, aus zweidimensionalen Bilddaten die dreidimensionale Gestalt von Abschnitten spiegelnder Objekte wie Lot zu rekonstruieren, während eine Bauelementgestaltmesseinheit 22 für die Funktion steht, aus zweidimensionalen Bilddaten die dreidimensionale Gestalt von Abschnitten streuender Objekte wie eines Bauelements zu rekonstruieren. Die in den jeweiligen Rekonstruktionsprozessen verwendeten Bilddaten und Rekonstruktionsalgorithmen werden später erläutert.
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Die Prüfeinheit 23 steht für die Funktion, basierend auf den durch die Lotgestaltmesseinheit 21 und die Bauelementgestaltmesseinheit 22 erhaltenen 3D-Gestaltdaten verschiedenartige die Gestalt von Lot, eines Bauelements usw. betreffende Indikatoren zu messen (berechnen) und dann mittels dieser Indikatorwerte den Zustand einer Lötverbindung zu prüfen. Eine Prüfprogrammspeichereinheit 24 steht für die Funktion, Programme zu speichern, durch die in der Prüfeinheit 23 zu prüfenden Merkmale, Bedingungen usw. definiert sind. In den Prüfprogrammen sind z.B. die Positionen und Größen von zu prüfenden Leiterplattenkontaktflächen, die Größen von Bauelementen, die Art der zu messenden Indikatoren, Werte von Beurteilungskriterien (Schwellwerte, Wertebereiche u. Ä. zur Unterscheidung mangelfreier und mangelhafter Produkte) für jeden Indikator usw. definiert. Eine Ergebnisausgabeeinheit 25 steht für die Funktion, mit der Prüfeinheit 23 erhaltene Messwerte, Prüfergebnisse u. Ä. gemeinsam mit der dreidimensionalen Gestalt von Bauelementen, Lot usw. an einem Bildschirm auszugeben.
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Im Folgenden sollen das Rekonstruktionsverfahren für die dreidimensionale Gestalt des Lotes (spiegelnder Objekte) und das Rekonstruktionsverfahren für die dreidimensionale Gestalt der Bauelemente (streuender Objekte) jedes für sich erläutert werden, um anschließend den Ablauf der Prüfverarbeitung in der Informationsverarbeitungseinrichtung 13 zu erläutern.
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Dreidimensionale Gestaltmessung des Lotes
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Zur Messung der dreidimensionalen Gestalt des Lotes wird ein mittels der sogenannten Farbkennzeichnungsmethode erhaltenes Bild benutzt. Gemäß der Farbkennzeichnungsmethode wird Licht mehrerer Farben (Wellenlängen) mit voneinander verschiedenen Einfallswinkeln auf die Leiterplatte gestrahlt, sodass an Oberflächen spiegelnder Objekte eine von deren Normalenrichtung abhängige Farbkennzeichnung (die Farbe der Lichtquelle, die sich von der Kamera aus gesehen in der Spiegelreflexionsrichtung befindet) erscheint, um durch Photographieren in diesem Zustand die dreidimensionale Gestalt der Lotoberfläche als zweidimensionale Farbtoninformation zu erfassen.
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Mit Bezug auf 1 soll der Aufbau der für die Farbkennzeichnungsmethode verwendeten Beleuchtungseinrichtung 111 erläutert werden. Die Beleuchtungseinrichtung 111 ist so konstruiert, dass drei ringförmige Lichtquellen - eine Rotlichtquelle 111R, eine Grünlichtquelle 111G und eine Blaulichtquelle 111B - in der Art konzentrischer Kreise um die optische Achse der Kamera 110 als Zentrum angeordnet sind. Elevationswinkel und Strahlrichtung der einzelnen Lichtquellen 111R, 111G, 111B sind derart eingestellt, dass der Einfallswinkel gegenüber der Leiterplatte in der Reihenfolge Rotlicht RL → Grünlicht GL → Blaulicht BL zunimmt. Eine solche Beleuchtungseinrichtung 111 kann z.B. gebildet werden, indem man an der Außenseite einer halbkugelförmigen Diffusorschale Leuchtdioden der Farben R, G, B jeweils ringförmig aufgereiht anordnet.
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In 3(a) bis 3(c) sind Beispiele für Bilddaten (im Folgenden „erste Bilder“ genannt) gezeigt, die erhalten werden, wenn bei eingeschalteter Beleuchtungseinrichtung 111 mit der Kamera 110 photographiert wird. 3(a) zeigt übrigens einen Zustand mit einer guten Lotkehle, 3(b) einen Zustand mit zu wenig Lot, und 3(c) einen Zustand mit einem Übermaß an Lot. Die untere Hälfte der Figuren zeigt jeweils als Referenz eine Ansicht des Lotes aus zur Leiterplatte paralleler Richtung.
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Wie in diesen Figuren gezeigt ist, erscheint bei den ersten Bildern im Abschnitt des Lotes 31, das ein spiegelndes Objekt darstellt, eine von dessen Normalenrichtung (Neigungswinkel) abhängige Farbkennzeichnung. Beispielsweise erscheint im Falle von
3(a), weil die Neigung des Lotes 31 mit zunehmender Entfernung vom Bauelementanschluss 30 flacher wird, im Gebiet des Lotes 31 ein Wechsel B → G → R des Farbtons. Wie in
3(a) bis
3(c) gezeigt ist, wechseln die Gestalt, Breite, Reihenfolge des Erscheinens usw. der Gebiete der einzelnen Farben R, G, B in Abhängigkeit von der Oberflächengestalt des Lots 31. Weil an der Oberfläche des Anschlusses 30 und des Bauelementkörpers streuende Reflexion vorherrschend wird, erscheint keine Lichtquellenfarbe wie R, G, B, sondern die Farbe der Objekte selbst, wie wenn sie mit Weißlicht beleuchtet wären. Folglich ist es möglich, aus den ersten Bildern diejenigen Gebiete, in denen die Lichtquellenfarben R, G, B erschienen sind, zu extrahieren und ausgehend von der Gestalt, Breite und Reihenfolge der jeweiligen Gebiete mit R, G und B durch Lösen des inversen Problems die dreidimensionale Gestalt des Lotes 31 zu rekonstruieren. Für die Rekonstruktion der dreidimensionalen Gestalt kann übrigens auf bekannte Methoden (vgl. z.B.
JP 2010 -
71 844 A ) zurückgegriffen werden, weswegen hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
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Dreidimensionale Gestaltmessung von Bauelementen
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Auf der anderen Seite wird zur Messung der dreidimensionalen Gestalt von Bauelementen das Phasenschiebeverfahren benutzt.
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Das Phasenschiebeverfahren ist eine Methode, die dreidimensionale Gestalt einer Objektoberfläche zu rekonstruieren, indem man die bei der Projektion gemusterten Lichts auf die Objektoberfläche auftretenden Verzerrungen des Musters analysiert. Konkret wird, während unter Verwendung der Projektionseinrichtung 112 ein vorbestimmtes Muster (z.B. ein Streifenmuster mit sinusförmig variierender Luminanz) auf die Leiterplatte projiziert ist, eine photographische Aufnahme mit der Kamera 110 durchgeführt. In diesem Fall erscheint, wie in 4 gezeigt, an der Oberfläche von Bauelementen und der Leiterplatte, die streuende Objekte sind, eine von deren Unebenheit abhängige Verzerrung des Musters (wobei in Abschnitten von Lot 42, weil spiegelnde Reflexion vorherrschend wird, das Muster kaum beobachtet werden kann). Durch mehrfaches Wiederholen dieses Vorgangs unter Variieren der Phase der Luminanzänderung des gemusterten Lichts werden, wie in 4 gezeigt, mehrere Bilder mit unterschiedlichen Luminanzkennzeichnungen (im Folgenden „zweite Bilder“ genannt) erhalten. Weil die Helligkeit (Luminanz) übereinstimmender Bildpunkte in den einzelnen Bildern sich mit der gleichen Periode ändern muss, mit der das Streifenmuster variiert, lässt sich durch Anpassen einer Sinuskurve an die Helligkeitsänderung der einzelnen Bildpunkte die Phase jedes Bildpunkts bestimmen. Dadurch, dass man die Phasendifferenz bezüglich der Phase einer vorbestimmten Referenzposition (Tischoberfläche, Leiterplattenoberfläche o. Ä.) ermittelt, kann dann die Entfernung (Höhe) ab dieser Referenzposition berechnet werden.
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Angemerkt wird, dass in der vorliegenden Ausführungsform für die dreidimensionale Gestaltmessung von Bauelementen zwar das Phasenschiebeverfahren verwendet wurde, aber auch andere Verfahren verwendet werden dürfen, sofern sie Höheninformation von streuenden Objekten gewinnen können. Als Verfahren, die z.B. streifen- oder gitterförmig gemustertes Licht auf ein Objekt projizieren, um durch eine graphische Analyse der Verzerrungen des Musters Höheninformation zu gewinnen, gibt es z.B. das Lichtschnittverfahren, das Streifenanalyseverfahren oder das Raumkodierverfahren.
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Ablauf der Prüfverarbeitung
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Als Nächstes soll anhand von 5 und 6 der Ablauf der in der Leiterplattenprüfvorrichtung 1 durchgeführten Prüfverarbeitung erläutert werden. 5 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Prüfverarbeitung zeigt, und 6 ist Beispiel eines Bildes und einer dreidimensionalen Gestalt, wie sie von einer Leiterplatte erhalten werden.
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Zunächst steuert die Steuereinrichtung 12 entsprechend einem Prüfprogramm die Bühne 10, um ein Bauelement 60 und Lot 61 als Prüfgegenstand an eine Messposition (Gesichtsfeld der Kamera 110) zu bewegen (Schritt S500). Dann schaltet die Steuereinrichtung 12 die Beleuchtungseinrichtung 111 ein (Schritt S501) und führt, während Rotlicht RL, Grünlicht GL und Blaulicht BL eingestrahlt werden, eine photographische Aufnahme mittels der Kamera 110 durch (Schritt S502). Die gewonnenen Bilddaten (erstes Bild 62 in 6) werden von der Bilderfassungseinheit 20 in die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 importiert. Nach Ausschalten der Beleuchtungseinrichtung 111 projiziert die Steuereinrichtung 12 von der Projektionseinrichtung 112 aus gemustertes Licht (Schritt S503), und photographiert mit der Kamera 110 (Schritt S504). Falls das Phasenschiebeverfahren benutzt wird, werden die Handlungen von Schritt S503 und S504 unter Variieren der Phase des gemusterten Lichts mehrfach ausgeführt. Die erhaltenen Bilddaten von mehreren Bildern (zweite Bilder 63 in 6) werden von der Bilderfassungseinheit 20 in die Informationsverarbeitungseinrichtung 13 importiert. Angemerkt wird, dass in der vorliegenden Ausführungsform zwar zuerst die photographischen Aufnahmen mit der Beleuchtungseinrichtung 111 ausgeführt wurden, es aber auch so sein darf, dass die photographischen Aufnahmen mit der Projektionseinrichtung 112 zuerst ausgeführt werden. Falls außerhalb des Gesichtsfeldes der Kamera 110 weitere Prüfgegenstände existieren, ist auch eine wiederholte Ausführung der Schritte von S500 bis S504 möglich.
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Ab hier wird zur Verarbeitung in der Informationsverarbeitungseinrichtung 13 übergegangen. Die Lotgestaltmesseinheit 21 extrahiert aus dem in Schritt S502 gewonnenen ersten Bild solche Gebiete, in denen eine Farbkennzeichnung R, G, B erschienen ist (d.h. die Gebiete des Lotes), um basierend auf den Farbmerkmalen der extrahierten Gebiete die dreidimensionale Gestalt des Lotes 61 zu rekonstruieren (Schritt S505). Die Daten der rekonstruierten dreidimensionalen Gestalt werden z.B. in Form von Bilddaten (einer sogenannten Höhenkarte) gesichert, bei denen die Höhe (Z-Position) der einzelnen Bildpunkte im Lotgebiet durch die Bildpunktwerte dargestellt ist. Eine erste Höhenkarte 64 in 6 drückt die dreidimensionale Gestalt des Lotes 61 (Höheninformation der Lotoberfläche) aus, wobei Punkte mit umso hellerer Farbe (dem Weiß umso näherer Farbe) gezeigt sind, je größer ihre Höhe von der Leiterplatte ist. Auf der anderen Seite rekonstruiert die Bauelementgestaltmesseinheit 22 mittels des Phasenschiebeverfahrens die dreidimensionale Gestalt des Bauelements 60 (Bauelementkörper und Anschlüsse) aus den in Schritt S504 gewonnenen zweiten Bildern 63 (Schritt 506). Auch die 3D-Gestaltdaten des Bauelements 60 werden in Form einer Höhenkarte gesichert (zweite Höhenkarte 65 in 6). Wie in 6 gezeigt ist, kann aus der ersten Höhenkarte 64 und der zweiten Höhenkarte 65 eine vollständige Höhenkarte 66 synthetisiert werden, welche die Höheninformation sowohl des Lotes 61, das ein spiegelndes Objekt ist, als auch des Bauelements 60, das ein streuendes Objekt ist, darstellt.
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Als Nächstes führt die Prüfeinheit 23 unter Verwendung der ersten Höhenkarte 64 und der zweiten Höhenkarte 65 eine Prüfung des Verbindungszustands des Bauelements 60 und des Lotes 61 aus (Schritt S507). Dass dabei auf der Grundlage der Höhenkarten 64, 65 die jeweilige Gestalt des Bauteils 60 und des Lotes 61 sowie die Gestalt des Verbindungsabschnitts zwischen dem Bauteil 60 und dem Lot 61 plastisch und korrekt erfasst werden können, ermöglicht eine verglichen mit dem Stand der Technik höhere Präzision der Prüfung.
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Im Folgenden soll, als ein Beispiel, die Prüfverarbeitung für den Grabsteineffekt erläutert werden. Der Grabsteineffekt ist ein Verbindungsmangel, der dadurch entsteht, dass ein Bauelement sich schrägstellt und mit einem Anschluss von der Leiterplattenkontaktfläche hebt. Weil Anschluss und Lot in der Höhenrichtung voneinander abweichen, sind mit einer herkömmlichen Prüfung das Vorhandensein einer Verbindung, die Qualität des Verbindungszustands usw. schwierig zu beurteilen, sodass falsch positive Resultate (Beurteilen eines mangelfreien Produkts als mangelhaft) und falsch negative Resultate (Beurteilen eines mangelhaften Produkts als mangelfrei) vorkommen. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Vorteil, dass die korrekte dreidimensionale Gestalt (Höhenkarte) für sowohl den Bauelementanschluss als auch das Lot gewonnen werden kann, nutzbringend für eine Logik angewendet, die die Höhe des Bauelementanschlusses und die Höhe des Lotes miteinander vergleicht, um über das Vorhandensein einer Verbindung zu urteilen.
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In 7 sind die in der Grabsteineffekt-Prüfung der vorliegenden Ausführungsform abzuschätzenden Prüfmerkmale (Indikatoren) schematisch gezeigt. Die durch das Ende des Bauelementanschlusses 70 gehende und zur Z-Achse parallele Fläche ist hier „Verbindungsgrenzfläche“ genannt, während dasjenige Gebiet auf der Verbindungsgrenzfläche, in welchem der Bauelementanschluss 70 und das Lot 71 eine Überlappung aufweisen, „Verbindungsabschnitt“ genannt ist. Die XY-Position der Verbindungsgrenzfläche kann z.B. aus dem ersten Bild 62 ermittelt werden, indem man die Grenze zwischen dem Bauelementanschluss 70 und dem Lot 71 detektiert.
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Die Prüfeinheit 23 berechnet zunächst eine „Kehlhöhe“ an der Verbindungsgrenzfläche. Die „Kehlhöhe“ ist ein Indikator, der die Höhe des Lotes 71 an der Verbindungsgrenzfläche, d.h. die Benetzungshöhe der Lotkehle gegenüber der Stirnfläche des Bauelementanschlusses 70 anzeigt. In der vorliegenden Ausführungsform wird der größte Wert der Höhe (Z-Koordinate) des Lotes 71 an der Verbindungsgrenzfläche, d.h. die Höhe des Gipfels der Lotkehle an der Verbindungsgrenzfläche als „Kehlhöhe“ genommen. Der Wert der Kehlhöhe kann aus der ersten Höhenkarte 64 berechnet werden. Angemerkt wird, dass in der vorliegenden Ausführungsform zwar der größte Wert der Höhe des Lotes 71 an der Verbindungsgrenzfläche als Kehlhöhe gewählt wurde, aber auch ein anderes Berechnungsverfahren verwendet werden kann. Beispielsweise kann auch ein für die Höhe des Lotes 71 an der Verbindungsgrenzfläche repräsentativer Wert (Höhe, bei der die Breite des Verbindungsabschnitts einen vorbestimmten Wert annimmt, Durchschnitt, häufigster Wert, Median usw.) als Kehlhöhe gewählt werden.
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Als Nächstes berechnet die Prüfeinheit 23 eine „Anschlusshöhe“, bei der es sich um einen Indikator handelt, der die Höhe (Z-Koordinate) der Unterkante des Bauelementanschlusses 70 an der Verbindungsgrenzfläche anzeigt. Dieser Wert kann ausgehend von der aus der zweiten Höhenkarte 65 gewinnbaren Höhe der Oberkante des Bauelementanschlusses 70 an der Verbindungsgrenzfläche sowie der aus dem Prüfprogramm gewinnbaren Dicke des Bauelementanschlusses 70 (Entwurfswert) berechnet werden.
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Dann ermittelt die Prüfeinheit 23, indem sie die „Anschlusshöhe“ von der „Kehlhöhe“ subtrahiert, eine „Kehlanbindungshöhe“, die einen die Länge des Verbindungsabschnitts des Bauelementanschlusses 70 und des Lotes 71 in der Z-Richtung anzeigenden Indikator darstellt und ermöglicht, anhand dessen, ob ihr Wert größer als Null ist oder nicht, das Vorhandensein einer Verbindung abzuschätzen. Ferner kann anhand dessen, ob der Wert der Kehlanbindungshöhe in einem angemessenen Bereich (z.B. zwischen 30% und 80% der Dicke des Bauelementanschlusses) liegt oder nicht, die Qualität des Verbindungszustands abgeschätzt werden. Angemerkt wird, dass in der vorliegenden Ausführungsform das Vorhandensein einer Verbindung zwar danach beurteilt wird, ob der Wert der Kehlanbindungshöhe größer als 0 ist, jedoch auch der Wert der Kehlhöhe und der Wert der Anschlusshöhe verglichen und anhand deren Größenbeziehung beurteilt werden kann, ob eine Verbindung vorhanden ist (z.B. Verbindung „ja“ für „Kehlhöhe > Anschlusshöhe“, anderenfalls Verbindung „nein“).
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Zum Schluss gibt die Ergebnisausgabeeinheit 25 die mit der Prüfeinheit 23 gewonnenen Messwerte und das Prüfergebnis gemeinsam mit einem die dreidimensionale Gestalt des Bauelements und des Lots zeigenden Bild an einem Bildschirm aus (Schritt S508).
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8 ist ein Beispiel eines von der Ergebnisausgabeeinheit 25 ausgegebenen Bildschirminhalts. Die Ergebnis-Bildschirmausgabe ist aus einem Prüfergebnisanzeigefenster 80 und einem 3D-Gestaltdatenanzeigefenster 81 zusammengesetzt.
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Im Prüfergebnisanzeigefenster 80 sind die Beurteilungskriterien, Messwerte und Beurteilungsergebnisse für die einzelnen Prüfmerkmale angezeigt. Anzumerken ist, dass nur beim Prüfmerkmal „Kehlanbindungshöhe“ ein Beurteilungskriterium und Beurteilungsergebnis angezeigt sind, weil im vorliegenden Beispiel nur die „Kehlanbindungshöhe“ für die Qualitätsbeurteilung verwendet wurde, aber auch für die „Kehlhöhe“ und die „Anschlusshöhe“ Beurteilungskriterien (angemessene Bereiche) eingestellt werden können.
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Im 3D-Gestaltdatenanzeigefenster 81 werden ein Bild 810 des Bauelements und des Lotes, die den Prüfgegenstand darstellen, sowie eine XZ-Schnittinformation 820 und eine YZ-Schnittinformation 830 angezeigt. Als das Bild 810 kann z.B. das mit der Farbkennzeichnungsmethode aufgenommene erste Bild 62 oder ein mit Weißlicht aufgenommenes Bild verwendet werden. Über das Bild 810 überlagert werden ein den Umriss einer Leiterplattenkontaktfläche anzeigendes Diagramm 811, ein den Umriss des Bauelements mit Anschlüssen anzeigendes Diagramm 812, eine die Lage des XZ-Schnitts zeigende X-Linie 813, eine die Lage des YZ-Schnitts zeigende Y-Linie 814 usw. angezeigt. Die Position und Größe der Diagramme 811, 812 können aus der im Prüfprogramm festgelegten Information über Leiterplattenkontaktflächen, Bauelemente usw. generiert werden.
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Die XZ-Schnittinformation 820 zeigt Information über die dreidimensionale Gestalt des XZ-Schnittes bei der X-Linie 813, und die YZ-Schnittinformation 830 zeigt Information über die dreidimensionale Gestalt des YZ-Schnittes bei der Y-Linie 814. Die Position der X-Linie 813 und Y-Linie 814 ist dabei mittels einer Maus oder einem ähnlichen Bedienungsgerät veränderlich, damit beliebige Schnitte überprüft werden können. Im Folgenden sollen am Beispiel der XZ-Schnittinformation 820 die Einzelheiten der angezeigten Information erläutert werden.
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In der XZ-Schnittinformation 820 wird ein Linienprofil 821, das ein die dreidimensionale Gestalt der Schnittfläche, des Bauteils und des Lotes ausdrückendes Bild ist, gemeinsam mit einer die Höhe über der Leiterplattenoberfläche (Z-Koordinate) zeigenden Skala 822 angezeigt. Durch Betrachten eines solchen Linienprofils 821 kann ein Benutzer intuitiv und korrekt die Schräglage des Bauelements, die Gestalt der Lotkehle usw. verstehen. Das Linienprofil 821 ist auf einfache Weise generierbar, indem man aus der oben erwähnten Höhenkarte 66 die Höheninformation im Bereich der X-Linie 813 extrahiert.
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In das Linienprofil 821 sind graphische Benutzerschnittstellen (823-825) eingeblendet, die die Messwerte der „Kehlhöhe“, „Anschlusshöhe“ und „Kehlanbindungshöhe“ zeigen, bei denen es sich um Prüfmerkmale für den Grabsteineffekt handelt. Im vorliegenden Beispiel drückt ein Symbol 823 die Kehlhöhe und ein Symbol 824 die Anschlusshöhe aus, während ein die Symbole 823, 824 verbindender Balken 825 die Kehlanbindungshöhe ausdrückt. Mittels solcher graphischen Benutzerschnittstellen kann der Benutzer intuitiv und auf einfache Weise eine Verifikation der Positionsbeziehung von Bauelement und Lot, der Qualität der Lotgestalt, der Plausibilität des Prüfergebnisses, der Mangelstelle usw. durchführen.
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Vorteile der Ausführungsform
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Die beschriebene Leiterplattenprüfvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht, da die dreidimensionale Gestalt des Lots, das ein spiegelndes Objekt ist, und die dreidimensionale Gestalt des Bauelementanschlusses, der ein streuendes Objekt ist, getrennt mit jeweils geeigneten Verfahren rekonstruiert werden, für sowohl das Lot als auch den Bauelementanschluss präzise 3D-Gestaltdaten zu erhalten. Dadurch, dass solche 3D-Gestaltdaten verwendet werden, können dann auf die dreidimensionale Gestalt des Lotes und diejenige des Bauelementanschlusses bezogene Indikatorwerte, insbesondere verschiedenartige Indikatorwerte an der Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Lot und dem Bauelementanschluss präzise berechnet (gemessen) werden, sodass es möglich wird, das Vorhandensein der Verbindung des Lotes und des Bauelementanschlusses, deren Verbindungsfestigkeit usw. mit hoher Zuverlässigkeit zu prüfen.
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Ferner ist es mit der vorliegenden Ausführungsform möglich, weil für die Prüfung die „Kehlhöhe“ und „Anschlusshöhe“ an der Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Bauelementanschluss und dem Lot verwendet werden, das Vorhandensein der Verbindung des Lotes und des Bauelementanschlusses sowie den Verbindungszustand mit hoher Präzision zu prüfen. Dies ermöglicht, auch für mangelfreie Produkte, bei denen an einem Bauelementanschluss nur im Bereich der Unterkante Lot angebunden ist (vgl. 13(b)), das richtige Prüfungsergebnis zu finden, sodass die Entstehung eines sogenannten „falsch positiven“ Ergebnisses unterdrückt wird.
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<Zweite Ausführungsform>
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Mittels einer zweiten Ausführungsform soll ein Verfahren erläutert werden, welches die in 9 gezeigten drei Prüfmerkmale „Kehlanbindungsbreite“, „Kehllänge“ und „Anbindungsbenetzungswinkel“ misst. Da der Vorrichtungsaufbau und der Ablauf der Prüfverarbeitung im Wesentlichen mit der ersten Ausführungsform übereinstimmen, werden im Folgenden nur die sich unterscheidenden Teile erklärt.
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Die „Kehlanbindungsbreite“ ist ein Indikator, der die Breite des Lotes 91 an der Verbindungsgrenzfläche (oder die Breite des Verbindungsabschnitts an der Verbindungsgrenzfläche) anzeigt, wobei in der vorliegenden Ausführungsform die Breite (Länge in zur Z-Achse senkrechter Richtung) desjenigen Abschnitts des Lotes 91, dessen Höhe (Z-Koordinate) an der Verbindungsgrenzfläche einen Schwellwert übersteigt, als „Kehlanbindungsbreite“ genommen wird. Anhand dessen, ob dieser Wert in einem angemessenen Bereich (z.B. zwischen 50% und 100% der Breite des Bauelementanschlusses) liegt oder nicht, lässt sich die Qualität des Verbindungszustands abschätzen. Der Schwellwert kann ein fester Wert sein, oder auch entsprechend der Anschlusshöhe des Bauelementanschlusses 90 variiert werden. Berechnet werden kann die Kehlanbindungsbreite aus der ersten Höhenkarte 64 und der zweiten Höhenkarte 65, die bei der ersten Ausführungsform beschrieben sind.
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Die „Kehllänge“ ist ein Indikator, der die Ausdehnung (Verbindungsfläche) des Lotes bezüglich der Leiterplattenkontaktfläche anzeigt, wobei in der vorliegenden Ausführungsform die Länge von der Verbindungsgrenzfläche bis zum äußeren Ende des Lotes 91 (Entfernung in zur Leiterplatte paralleler Richtung) als „Kehllänge“ genommen wird. Anhand dessen, ob dieser Wert in einem angemessenen Bereich (z.B. zwischen 30% und 100% der Länge der Leiterplattenkontaktfläche) liegt oder nicht, lässt sich die Qualität des Verbindungszustands abschätzen. Berechnet werden kann die Kehllänge aus der ersten Höhenkarte 64.
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Der „Anbindungsbenetzungswinkel“ ist ein Indikator, der die Benetzung der Stirnfläche des Bauelementanschlusses 90 durch die Lotkehle anzeigt, wobei in der vorliegenden Ausführungsform der Kontaktwinkel des Lotes 91 zur Verbindungsgrenzfläche in dem Abschnitt, wo die Höhe (Z-Koordinate) an der Verbindungsgrenzfläche am größten ist, als „Anbindungsbenetzungswinkel“ genommen wird. Anhand dessen, ob dieser Wert in einem angemessenen Bereich (z.B. zwischen 0° und 40°) liegt oder nicht, lässt sich die Qualität des Verbindungszustands abschätzen. Der Anbindungsbenetzungswinkel kann, indem man auf Grundlage der ersten Höhenkarte 64 Daten des Profils (Kontur der Lotoberfläche) an der durch den Gipfelpunkt der Lotkehle gehenden Schnittfläche berechnet, dem Winkel entnommen werden, den diese Kontur mit der Z-Achse bildet.
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Bildschirmbeispiele für Prüfergebnisse
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10 ist ein Beispiel eines von der Ergebnisausgabeeinheit 25 ausgegebenen Bildschirminhalts. Mit dem Bildschirmbeispiel aus 8 identische Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Im Prüfergebnisanzeigefenster 80 sind zu den Prüfmerkmalen (im vorliegenden Beispiel die drei Merkmale Kehlanbindungsbreite, Kehllänge und Anbindungsbenetzungswinkel) jeweils ein Beurteilungskriterium, Messwert und Beurteilungsergebnis angezeigt. Für die Kehlanbindungsbreite ist, da deren Wert in diesem Beispiel das Beurteilungskriterium nicht erfüllt, die Beurteilung n. i. O. ausgegeben worden.
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Im 3D-Gestaltdatenanzeigefenster 81 werden ein Bild 810 des Bauelements und des Lotes, die den Prüfgegenstand darstellen, eine XZ-Schnittinformation 820 sowie eine YZ-Schnittinformation 830 angezeigt.
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In der XZ-Schnittinformation 820 wird, gemeinsam mit einer die Höhe über der Leiterplattenoberfläche (Z-Koordinate) zeigenden Skala 822, ein die Gestalt der Schnittfläche durch das Bauteil und das Lot (Oberflächenkontur) zeigendes Linienprofil 821 angezeigt. In das Linienprofil 821 sind graphische Benutzerschnittstellen eingeblendet, die das Beurteilungskriterium 826 für die „Kehllänge“ und das Beurteilungskriterium 827 für den „Anbindungsbenetzungswinkel“ zeigen. Desgleichen ist in das Linienprofil 831 eine das Beurteilungskriterium 832 für die „Kehlanbindungsbreite“ zeigende graphische Benutzerschnittstelle eingeblendet. Im vorliegenden Beispiel sind das Beurteilungskriterium 826 für die Kehllänge und das Beurteilungskriterium 832 für die Kehlanbindungsbreite durch einen die Unter- und Obergrenze zeigenden Schiebebalken angezeigt, während das Beurteilungskriterium 827 für den Anbindungsbenetzungswinkel durch ein den Winkelbereich zeigendes fächerförmiges Symbol angezeigt ist. Vorzugsweise können hierbei die Symbole für die einzelnen Beurteilungskriterien auf die Bezugspunkte beim Berechnen des Werts der jeweiligen Prüfmerkmale gelegt angezeigt werden, wie etwa das Beurteilungskriterium 836 für die Kehllänge auf die Position der Leiterplattenkontaktfläche gelegt angeordnet und das Beurteilungskriterium 827 für den Anbindungsbenetzungswinkel mit dem Zentrum der Fächerform auf den Gipfelpunkt der Lotkehle (den Verknüpfungspunkt von Lot und Bauteilanschluss) gelegt angeordnet. Darüber hinaus können eine graphische Benutzerschnittstelle, Lotgestalt o. Ä., die sich auf ein mit n. i. O. beurteiltes Prüfmerkmal beziehen, fehlermäßig (z.B. mit geänderter Farbe oder blinkend) angezeigt werden, um Mangelstellen auf einen Blick erkennbar zu machen. Eine solchen Anzeige ermöglicht, auf einfache Weise einen Vergleich der im Linienprofil 821 gezeigten tatsächlichen Lotgestalt mit einem Beurteilungskriterium, die Verifikation der Plausibilität eines Prüfergebnisses usw. durchzuführen.
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Weiter ist es dem Benutzer möglich, im Prüfergebnisanzeigefenster 80 und/oder 3D-Gestaltdatenanzeigefenster 81 die Beurteilungskriterien für die einzelnen Prüfmerkmale zu verändern. Im Falle der Änderung über das Prüfergebnisanzeigefenster 80 werden mit einer Tastatur oder einem ähnlichen Bedienungsgerät die gewünschten Werte in die Textfelder der Beurteilungskriterien eingegeben. Im anderen Falle der Änderung über das 3D-Gestaltdatenanzeigefenster 81 werden mit einer Maus oder einem ähnlichen Bedienungsgerät die graphischen Benutzerschnittstellen für die Beurteilungskriterien transformiert (Verlängern/Verkürzen eines Schiebebalkens, Winkelveränderung eines fächerförmigen Symbols usw.) oder bewegt. Im Übrigen sind die Anzeige im Prüfergebnisanzeigefenster 80 und die Anzeige im 3D-Gestaltdatenanzeigefenster 81 gekoppelt, sodass wenn in einem davon ein Beurteilungskriterium geändert wird, die Anzeige im anderen automatisch aktualisiert wird.
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Mit dem oben beschriebenen Aufbau der vorliegenden Ausführungsform kann, da als Prüfmerkmale die Kehlanbindungsbreite, die Kehllänge, der Anbindungsbenetzungswinkel usw. gemessen werden, das Vorhandensein und die Festigkeit einer Verbindung noch präziser geprüft werden. Ferner ermöglicht die Benutzung der in 10 gezeigten graphischen Benutzerschnittstellen, zugleich Einsichtigkeit gegenüber dem Prüfergebnis zu gewinnen und auf einfache Weise angepasst an die wirkliche Lotgestalt eine Revision oder Feineinstellung eines Beurteilungskriteriums vorzunehmen.
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<Weitere Ausführungsformen>
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Die obigen Beschreibungen von Ausführungsformen sollen die vorliegende Erfindung lediglich beispielhaft erläutern, ohne die Erfindung auf die vorgenannten konkreten Formen zu beschränken. Innerhalb des Bereichs ihrer technischen Idee kann die Erfindung vielfältig verwandelt werden.
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11 und 12 zeigen weitere Anzeigebeispiele für 3D-Gestaltdaten. Im Anzeigebeispiel von 11 sind, überlagert mit den tatsächlich gemessenen Linienprofilen 821, 831 von Lot und einem Bauelement, Linienprofile 828, 838 für Lot und ein Bauelement von idealer Gestalt gezeigt. Durch Betrachten einer solchen Anzeige kann der Benutzer intuitiv unter anderem begreifen, wie weit die zu prüfende Lotgestalt von der Idealgestalt abweicht oder was die Ursache für den Mangel des zu prüfenden Lotes ist. Im Anzeigebeispiel von 12 dagegen ist keine zweidimensionales Bild mit Linienprofilen, sondern ein dreidimensionales Bild gezeigt, das durch Oberflächenzuweisung eines Bildes der Leiterplatte an die Höhenkarte generiert wurde. Ferner sind mit Bezug auf dieses dreidimensionale Bild Messwerte der Prüfmerkmale (in 12 ist dies die Kehlanbindungsbreite) angezeigt. Auch mit einer solchen Anzeige ist es wie bei den Anzeigebeispielen aller oben erwähnten Ausführungsformen möglich, die Lotgestalt des Prüfgegenstands und die Plausibilität des Prüfergebnisses intuitiv zu begreifen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leiterplattenprüfvorrichtung
- 10
- Bühne,
- 11
- Messeinheit,
- 12
- Steuereinrichtung,
- 13
- Informationsverarbei- tungseinrichtung,
- 14
- Anzeigeeinrichtung
- 20
- Bilderfassungseinheit,
- 21
- Lotgestaltmesseinheit,
- 22
- Bauelementgestaltmes- seinheit,
- 23
- Prüfeinheit,
- 24
- Prüfprogrammspeichereinheit,
- 25
- Ergebnisausga- beeinheit
- 110
- Kamera,
- 111
- Beleuchtungseinrichtung,
- 111R
- Rotlichtquelle,
- 111G
- Grün- lichtquelle,
- 111B
- Blaulichtquelle,
- 112
- Projektionseinrichtung
- RL
- Rotlicht,
- BL
- Blaulicht,
- GL
- Grünlicht,
- PL
- gemustertes Licht
