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Die Erfindung betrifft einen optisch lesbaren Code sowie ein Verfahren zur Kennzeichnung von Leiterplatten mittels eines optisch lesbaren Codes.
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Optisch lesbare Codes, mit denen Informationen in komprimierter Form in symmetrischen Mustern oder Abbildungen verschlüsselt werden, sind bekannt. Diese Art von Codes lässt sich schnell und unkompliziert mithilfe von einfachen Scannertechnologien auslesen und dekodieren.
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Früher wurden fast ausschließlich eindimensionale Codes, insbesondere sogenannte Strichcodes, verwendet, in denen die Information binär in unterschiedlich breiten parallelen Strichen kodiert wird.
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Seit jüngerer Zeit finden vermehrt zweidimensionale Codes Anwendung, die beispielsweise in Form einer Matrix oder eines Gitters aufgebaut sind und die auf die Fläche gesehen eine höhere Informationsdichte besitzen als eindimensionale Codes. Bekannte Beispiele für zweidimensionale Codes sind QR Codes oder DataMatrix Codes.
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Der Nachteil aller dieser Codes ist, dass die Auflösung der Scanner begrenzt ist und somit die Codes eine bestimmte Mindestgröße nicht unterschreiten dürfen. Dies führt dazu, dass die Codes nur auf ausreichend großen Flächen angebracht werden können bzw. dass die größte zur Markierung zur Verfügung stehende Fläche die Informationsmenge begrenzt, die maximal in einem Code untergebracht werden kann.
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Diese Limitierung ist vor allem in der Halbleiterindustrie ein Problem, da eine eindeutige Identifizierung beispielsweise einer Leiterplatte allein aufgrund äußerer Merkmale später unmöglich sein kann und daher eine Kennzeichnung zwingend erforderlich macht. Durch die Miniaturisierung, d.h. dem Bestreben, alles auf immer kleinerem Raum unterzubringen, ist der hierfür zur Verfügung stehende Platz besonders bei Leiterplatten eingeschränkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kodierung bereitzustellen, deren maximaler Informationsgehalt nicht von der größten für eine Markierung zur Verfügung stehenden Fläche eingeschränkt wird und insbesondere für die Kennzeichnung von Leiterplatten geeignet ist.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein optisch lesbarer Code zur Kennzeichnung von Leiterplatten mit Produktinformationen vorgesehen, wobei die Information in Codestellen kodiert ist, die an verschiedenen Positionen über die Leiterplatte, vorzugweise auf einer Seite der Leiterplatte, verteilt sind. Vorzugsweise liegen hierbei alle Positionen auf einem Höhenniveau. Es ist aber auch möglich, die Positionen auf unterschiedliche Höhenniveaus zu verteilen, solange alle zur Dekodierung notwendigen Codestellen in einem zweidimensionalen Bild erfasst werden können. Hierbei kann es ab einer bestimmten Höhendifferenz notwendig sein, die Größe der Codestellen anzupassen, damit diese von dem Erfassungssystem eindeutig identifiziert werden können. Alternativ kann das Erfassungssystem Höhenunterschiede erkennen und elektronisch eine Korrektur vornehmen. Der Vorteil dieser Anordnung der Codestellen ist, dass die Informationsmenge, die in einem Code untergebracht werden kann, nicht durch die größte zur Kennzeichnung zur Verfügung stehende freie Einzelfläche begrenzt ist, sondern durch die Summe aller geeigneter Einzelflächen, die in einem zweidimensionalen Bild abgebildet werden können. Somit können auch unzusammenhängende frei Einzelflächen, wie sie beispielsweise produktionsbedingt auf Leiterplatten vorkommen, genutzt werden, um die Leiterplatten mit einem optisch lesbaren Code zu kennzeichnen, der vorzugsweise alle gewünschten Produktinformationen enthält.
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Die Positionen befinden sich beispielsweise auf zur Kennzeichnung zur Verfügung stehenden freien Flächen, wobei die Codestellen insbesondere kein übergeordnetes symmetrisches Muster bilden. Hierbei sind die Codestellen nicht länger an eine vorgegebene allgemeine Struktur oder Muster gebunden und können auf verschiedene geeignete Positionen über die Leiterplatte verteilt werden. Auf diese Weise lässt sich die zur Kennzeichnung zur Verfügung stehende Fläche und damit die kodierte Informationsmenge maximieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform unterscheiden sich die Codestellen durch einen Kontrastunterschied von ihrer Umgebung. Ein ausreichend großer Kontrastunterschied lässt sich einfach detektieren und stellt zudem nur geringe Anforderungen an das Erfassungssystem.
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Der Kontrastunterschied kann insbesondere durch Lackabtrag und/oder Oxidierung der Leiterplattenoberfläche gebildet werden. Hierdurch können die Codestellen effizient und kostengünstig aufgebracht werden. Insbesondere kann die Leiterplatte direkt in einem Prozessschritt gekennzeichnet werden, der diese Art der Oberflächenbearbeitung ohnehin umfasst, womit der zusätzliche Zeitaufwand für die Kennzeichnung minimiert wird.
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Vorzugsweise ist der Code binär, und es gibt einen Kontrastschwellenwert, der zur Unterscheidung der Bits genutzt wird. Indem nur ein Kontrastschwellenwert verwendet wird, lässt sich der Code einfacher von dem Erfassungssystem erkennen und analysieren. Somit kann die Zeit, die für die Dekodierung benötigt wird, verringert werden, und es können auch einfach aufgebaute und damit günstigere Erfassungssysteme zur Dekodierung verwendet werden.
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Der Code kann auch höherwertig sein und mehrere Kontrastschwellenwerte umfassen, die zur Unterscheidung der Werte der Codestellen genutzt werden. Auf diese Weise kann jede Codestelle nicht nur einen von zwei, sondern einen von vielen Werten, nämlich die Anzahl der Kontrastschwellenwerte +1, annehmen. Hierdurch kann die Informationsdichte stark erhöht werden, was es ermöglicht, mehr Information auf einer vorgegebenen Fläche bzw. eine vorgegebene Information auf weniger Fläche unterzubringen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung können sich die Codestellen durch ihr elektromagnetisches Spektrum von ihrer Umgebung unterscheiden, und die Kodierung kann über unterschiedliche Wellenlängenbereiche oder Spektren erfolgen. Somit lassen sich die Codestellen über ihre Farbe bzw. ihr Spektrum identifizieren, und die Anzahl der möglichen Werte, die eine Codestelle annehmen kann, wird im Vergleich zu Kontrastschwellenwerten stark erhöht.
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Vorzugsweise weist die Leiterplatte eine Referenz auf, insbesondere eine Kontraststufenreferenz, die eine Kalibrierung eines Erfassungssystems ermöglicht. Hierdurch werden Dekodierungsfehler vermieden, und die Dekodierungszeit kann reduziert werden.
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Es ist von Vorteil, wenn der Code wenigstens ein Lokalisierungssymbol aufweist und/oder durch die Anordnung der Positionen der Codestellen eine eindeutig Zuordnung der Codestellen möglich ist. Lokalisierungssymbole erleichtern dem Erfassungssystem, den Code zu erkennen und die Codestellen zuzuordnen. Ebenso kann dies durch die eindeutig Zuordnung der Codestellen aufgrund der Anordnung der Positionen der Codestellen, beispielsweise in einem Muster, erfolgen. Alternativ kann auch die Lage der Leiterplatte und/oder weiterer, fest mit der Leiterplatte verbundener Bauteile für eine Zuordnung der Codestellen genutzt werden, wenn diese durch ihre Form und/oder Anordnung eine eindeutige Zuordnung ermöglichen. Jedes dieser Merkmale ermöglicht es, den Code schneller zu identifizieren und fehlerfrei zu dekodieren.
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Der Code kann Prüfcodierungen und/oder Redundanzen umfassen. Diese erlauben eine automatische Fehlerkorrektur und beschleunigen dadurch die fehlerfreie Dekodierung des Codes.
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Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Verfahren zur Kennzeichnung von Leiterplatten mit Produktinformationen mittels eines optisch lesbaren Codes vorgesehen, mit den Schritten:
- a) Erstellen des Codes, vorzugsweise mittels eines E-CAD Systems, wobei vorzugsweise die Positionen der Codestellen als ein frei definiertes, vorzugsweise unsichtbares Bauteil im E-CAD System angelegt werden, und
- b) Aufbringen des Codes auf die Leiterplatte.
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Die Information eines beliebigen vorhandenen Codes, vorzugsweise eines „ECC200 DataMatrix“ Codes, können auf Codestellen an verschiedenen Positionen auf der Leiterplatte verteilt werden, wobei eine Zuordnungstabelle für eine eindeutige Dekodierung verwendet wird. Dies erlaubt es, quasi die Fläche des vorhandenen Codes zu zerteilen und auf verschiedene Positionen auf einer Leiterplatte zu verteilen, indem die Information des vorhandenen Codes durch Codestellen auf der Leiterplatte abgebildet wird. Hierbei können beispielsweise die Anzahl der Codestellen auf der Leiterplatte sowie deren relative Anordnung der Anzahl der Codestellen auf dem Muster des vorhandenen Codes sowie deren relative Anordnung entsprechen. Insbesondere können aber sowohl die Anzahl der Codestellen als auch deren relative Anordnung auf der Leiterplatte völlig unabhängig von der Anordnung der Codestellen des vorhandenen Codes sein. Um eine eindeutige und schnelle Dekodierung sicherzustellen, wird in diesem Fall eine Zuordnungstabelle verwendet.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 in einer Draufsicht eine Leiterplatte ohne Code,
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2 in einer Draufsicht die Leiterplatte aus 1 mit einem erfindungsgemäßen, optisch lesbaren Code, und
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3 den isolierten erfindungsgemäßen optisch lesbaren Code der 2.
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In 1 ist eine Leiterplatte 10 in einer Draufsicht gezeigt. Auf der Leiterplatte 10, ist eine Vielzahl an unterschiedlichen elektronischen Bauteilen 12 angeordnet. Zwischen diesen befinden sich ein paar wenige freien Flächen 14, die zur Kennzeichnung der Leiterplatte 10 zur Verfügung stehen.
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2 zeigt die Leiterplatte 10 aus 1, die mit einem optisch lesbaren Code 20 gekennzeichnet wurde. Siehe hierzu auch 3, die den isolierten Code 20 zeigt. Der optisch lesbaren Code 20 wird aus einzelnen Codestellen 22, die an unterschiedlichen Positionen auf den freien Flächen 14 der Leiterplatte 10 aufgebracht wurden, gebildet.
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Die Positionen der Codestellen 22 beschränken sich hierbei auf zur Kennzeichnung zur Verfügung stehende freie Flächen 14 und sind nicht an ein übergeordnetes symmetrisches Muster gebunden.
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Jedoch kann ein übergeordnetes Muster bzw. ein System zur Anordnung der einzelnen Codestellen 22 genutzt werden, um die Kodierung und Dekodierung des optisch lesbaren Codes 20 effizienter zu gestalten.
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Die Codestellen 22 weisen eine einheitliche Form, Größe sowie Ausrichtung auf und befinden sich alle auf einem Höhenniveau der Leiterplatte 10. Die einheitliche Form, Größe sowie Ausrichtung der Codestellen 22 ist nicht zwingend erforderlich, erleichtert aber das Identifizieren und Dekodieren des Codes 20.
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Alternativ kann zumindest ein Teil der Codestellen 22 auch auf unterschiedlichen Höhenniveaus, insbesondere auch auf geeigneten Flächen auf den elektronischen Bauteilen 12 oder auch auf fest mit der Leiterplatte 10 verbundenen weiteren Bauteilen aufgebracht werden, beispielsweise auf Gehäuseelementen. In diesem Fall wäre es sogar günstig, die Größe der Codestellen 22 bei besonders großen Unterschieden der Höhenniveaus anzupassen, um einen durch die Perspektive bedingten Größenunterschied der Codestellen 22 auszugleichen.
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Bei einem zweidimensionalen Erfassungssystem ist es zudem erforderlich, dass alle zur Dekodierung notwendigen Codestellen 22 so angeordnet sind, dass sie in einem zweidimensionalen Bild erfasst werden können.
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Die Codestellen 22 unterscheiden sich durch einen Kontrastunterschied von ihrer direkten Umgebung und können so leicht von einem Erfassungssystem identifiziert werden.
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Der Kontrastunterschied wird durch Lackabtrag und/oder Oxidierung der Oberfläche der Leiterplatte 10 erzielt und ermöglicht so eine kostengünstige und dauerhafte Kennzeichnung. Alternativ kann der Code auch aufgedruckt werden.
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Der Code 20 ist hier binär und es wird ein fester Kontrastschwellenwert genutzt, um die Werte der Codestellen 22 festzulegen.
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Der Code 22 kann auch höherwertig gestaltet sein, indem mehrere Kontrastschwellenwerte genutzt werden, die es erlauben, dass den Codestellen 22 mehr als 2 unterschiedliche Werte zugeordnet werden können. Hierdurch kann die Informationsdichte des Codes 22 stark erhöht werden.
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Anstelle oder zusätzlich zu den Kontrastwerten können die Codestellen 22 sich auch durch ihr elektromagnetisches Spektrum von ihrer Umgebung unterscheiden. Dies ermöglicht es, dass die Kodierung über unterschiedliche Wellenlängenbereiche oder Spektren erfolgt und entweder binär oder auch höherwertig gestaltet ist.
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Insbesondere können Lampen und/oder fluoreszierende Stoffe, die Licht in einem stark begrenzten Wellenlängebereich abgeben, genutzt werden, um den Code 20 hervorzuheben und das Detektieren für ein Erfassungssystem zu erleichtern.
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Die Leiterplatte 10 weist eine Referenz 24 auf, die eine Kalibrierung eines Erfassungssystems ermöglicht. Insbesondere bei höherwertigen Codes 22 mit mehreren Kontraststufen verbessert eine Kontraststufenreferenz die Genauigkeit und Geschwindigkeit einer Dekodierung.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die Kodierung der Codestellen 22 auch über deren Form und/oder deren Ausrichtung erfolgen.
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Der Code 20 umfasst ein Lokalisierungssymbol 26, das hier durch sechs einzelne Codestellen 22 gebildet wird, die in einem Dreieck angeordnet sind. Die Position und Ausrichtung des Dreiecks kann als Orientierung für ein Erfassungssystem dienen, während die Größe des Dreiecks für die Skalierung genutzt werden kann. Generell ist das Lokalisierungssymbol 26 jedoch nicht auf Dreiecke begrenzt und kann jede geeignete Form und Größe annehmen.
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Anstelle von oder zusätzlich zu Lokalisierungssymbolen kann die Anordnung der Positionen der Codestellen 22 eine eindeutig Zuordnung der Codestellen 22 ermöglichen.
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Der Code 20 kann Prüfcodierungen und/oder Redundanzen umfassen, die eine Fehlerkorrektur ermöglichen. Hierfür können beispielsweise zusätzliche Codestellen 22 verwendet werden oder die hierzu notwendige Information wird in der Anordnung und/oder der Lage der Codestellen 22 kodiert.
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Zur Kennzeichnung von Leiterplatten 10 mit Produktinformationen mittels eines optisch lesbaren Codes 20 muss dieser vor dem Aufbringen auf die Leiterplatte 10 zuerst erstellt werden.
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Das Erstellen des Codes 20 erfolgt vorzugsweise mittels eines E-CAD Systems, wobei dabei die Positionen der Codestellen 22 als ein frei definiertes, unsichtbares Bauteil im E-CAD System angelegt werden.
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Die Auswahl der Positionen der Codestellen 22 kann manuell oder mithilfe einer Funktion des E-CAD Systems, beispielsweise der „auto-placement“ Funktion, erfolgen.
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Vorhandene Codes, beispielsweise „ECC200 DataMatrix“ Codes, können mittels dieser Kodierung auch auf Leiterplatten 10 übertragen werden, auf denen sie normalerweise keinen Platz finden würden. Hierzu werden die Codestellen des vorhandenen Codes auf Codestellen 22 an verschiedenen Positionen auf der Leiterplatte 10 verteilt, wobei eine Zuordnungstabelle für eine eindeutige Dekodierung genutzt wird.
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Für die Dekodierung des Codes 20 werden bekannte Verfahren und geeignete Erfassungssysteme verwendet. Die Verfahren können hierbei insbesondere die folgenden Schritte umfassen:
- a) Identifizieren der Lokalisierungssymbole 26, Codestellen 22 sowie Referenzen 24 auf einem Bild,
- b) Kalibrierung des Erfassungssystems,
- c) Feststellen, ob das Bild alle Codestellen 22 umfasst, die zur Dekodierung notwendig sind,
- d) Auswerten der Codestellen 22,
- e) Dekodieren der Information, und
- f) Verifizieren der Information mit Hilfe von Prüfcodierungen und Redundanzen.
