DE10253074B4 - Testmittel zur Qualifizierung von optischen Erkennungssystemen sowie Verfahren zur Herstellung und Anwendung desselben - Google Patents

Abstract

Testmittel zur Qualifizierung von bei der Leiterplattenbestückung mit Bauelementen eingesetzten optischen Erkennungssystemen, aufweisend eine Testplatte (11) mit einer Trägerplatte (20), die mit Bauelementen (15) in einer vorgegebenen Anordnung bestückt ist, wobei die Ist-Geometrie der Testplatte (11) im Vergleich zur Messgenauigkeit der zu qualifizierenden optischen Erkennungssysteme genauer vermessen ist,
dadurch gekennzeichnet,
– dass auf einem Datenträger die Messdaten der genaueren Vermessung der Testplatte (11) gespeichert sind und
– mit der vorgegebenen Anordnung der Bauelemente Montagefehler vorgegeben sind und auf dem oder einem anderen Datenträger Referenzdaten einer die vorgegebenen Montagefehler nicht berücksichtigenden Soll-Geometrie der Testplatte (11) gespeichert sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Testmittel zur Qualifizierung von bei der Leiterplattenbestückung mit Bauelementen eingesetzten optischen Erkennungssystem, wobei das Testmittel eine Testplatte mit einer Trägerplatte, die mit Bauelementen in einer vorgegebenen Anordnung bestückt ist, wobei die Ist-Geometrie der Testplatte im Vergleich zur Messgenauigkeit der zu qualifizierenden optischen Erkennungssysteme genauer vermessen ist.
• Solche auch als AOI-Systeme (automatische optische Inspektion) bezeichneten optischen Erkennungssysteme werden bei der Leiterplattenbestückung eingesetzt, um eventuelle bei der Bestückung auftretende Montagefehler im Fertigungsprozess der Leiterplatte frühzeitig zu erkennen und damit eine Korrektur des Fehlers oder Aussonderung der Leiterplatte aus dem Fertigungsprozess zu ermöglichen. Um die Eignung eines solchen Erkennungssystems zur Überwachung der Fertigung einer bestimmten Leiterplatte zu ermitteln, ist es üblich, ein Muster der fraglichen Leiterplatte als Testmittel mehrmals hintereinander einer Prüfung durch das optische Erkennungssystem zu unterziehen und die Prüfungsergebnisse miteinander zu vergleichen. Sollten sich bei der mehrmaligen Prüfung derselben Leiterplatte unterschiedliche Prüfungsergebnisse einstellen, so liefert dies einen Hinweis darauf, dass die Leistungsfähigkeit des optischen Erkennungssystems nicht ausreicht, um im Bezug auf die verwendete Leiterplatte zu einer hinreichend sicheren Bewertung zu kommen.
• Gemäß der DE 198 39 999 C1 ist es bekannt, zum Kalibrieren von AOI-Systemen eine Testplatte zu verwenden, auf der die Modelle von Bauelementen befestigt sind. Zum Kalibrieren sind verschiedene Referenzmarken auf der Testplatte sowie den Modellen der Bauelemente aufgetragen, die mittels des AOI-Systems ausgewertet werden sollen. Durch einen von dem tatsächlichen Abstand der Referenzmarken ermittelten Abstandswert kann auf eine Verzerrung des Abbildes der Testplatte in dem AOI-System geschlossen werden. Diese kann bei zukünftigen Messungen berücksichtigt werden, wodurch die Kalibrierung des AOI-Systems gewährleistet ist. Als Kalibrieren versteht man gemäß U. Kilian, C. Weber: Lexikon der Physik, Heidelberg, Berlin 1999, Band 3, Seite 198, das Feststellen von Messabweichungen bei einem Messgerät, wobei die Messabweichungen der Unterschied zwischen dem Messwert und dem tatsächlichen Wert sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Testmittel zur Qualifizierung von bei der Leiterplattenbestückung mit Bauelementen eingesetzten optischen Erkennungssystem anzugeben, welches eine vergleichsweise zuverlässige Bewertung des optischen Erkennungssystems ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf einem Datenträger die Messdaten der genaueren Vermessung der Testplatte gespeichert sind und mit der vorgegebenen Anordnung der Bauelemente Montagefehler vorgegeben sind und auf dem oder einem anderen Datenträger Referenzdaten einer die vorgegebenen Montagefehler nicht berücksichtigenden Soll-Geometrie der Testplatte gespeichert sind. Mit der Vorgabe von Montagefehlern in der vorgegebenen Anordnung der Bauelemente ist gemeint, dass diese Montagefehler gezielt auf der Testplatte erzeugt werden. Das Ergebnis sind Montagefehler, deren Geometrie aufgrund der hochgenauen Vermessung der Testplatte genau bekannt sind. Die Montagefehler können sich sowohl innerhalb als auch außerhalb der bei der Bestückung von Leiterplatten üblicherweise erlaubten Toleranzen bewegen. Weiterhin werden auf dem Datenträger, auf dem bereits Messdaten der genauen Vermessung gespeichert sind, oder auf einem anderen Datenträger Referenzdaten gespeichert, die eine die vorgegebenen Montagefehler nicht berücksichtigende Soll-Geometrie wiedergeben. Hierdurch lässt sich vorteilhaft bei der Qualifizierung eines optischen Erkennungssystems die Prüfung einer fehlerhaften Leiterplatte simulieren, da dem optischen Erkennungssystem die Referenzdaten zur Verfügung gestellt werden können, so dass dieses die vorgegebenen Montagefehler erkennen muss. Werden bestimmte vorgegebene Montagefehler nicht erkannt, so kann aufgrund der genau bekannten Geometrie dieser Montagefehler auf die Leistungsfähigkeit des optischen Erkennungssystems geschlossen werden.
• Jede Testplatte wird also individuell und genau vermessen, so dass sich vorteilhafterweise eventuell auftretende fertigungsbedingte Toleranzen durch Ermittlung der Ist-Geometrie eliminieren lassen. Die Eliminierung wird dadurch sichergestellt, dass die Messdaten der Ist-Geometrie auf einem Datenträger gespeichert werden und so bei Verwendung der Testplat te zur Auswertung der Prüfergebnisse zur Verfügung stehen. Weiterhin vorteilhaft stehen damit bereits nach einmaliger Untersuchung der Testplatte durch das optische Erkennungssystem auswertbare Prüfergebnisse zur Verfügung, da die Ermittlung von Ungenauigkeiten des Prüfergebnisses mittels der auf Datenträger gespeicherten Messdaten der Ist-Geometrie erfolgen kann. Selbstverständlich kann auch ein mehrmaliges Untersuchen zur Gewinnung zusätzlicher Prüfergebnisse und Bewertung der Prüfergebnisse hinsichtlich der Reproduzierbarkeit erfolgen.
• Es ist vorteilhaft, wenn der Montagefehler durch das Fehlen eines Bauelementes gebildet ist. Dieser auch als "Missing Component" bezeichnete Montagefehler ist ein typischer in der Praxis auftretender Fehler.
• Es ist vorteilhaft, wenn der Montagefehler durch ein auf einer falschen Seitenfläche oder einer Kante stehendes Bauelement gebildet ist. Dieser auch als "Tombstone" bezeichnete Montagefehler tritt bevorzugt bei sehr kleinen Bauelementen auf.
• Es ist vorteilhaft, wenn der Montagefehler durch einen bestimmten Versatz eines oder mehrerer untereinander benachbarter Bauelemente auf der Trägerplatte gebildet ist. Der Versatz eines Bauelementes wird bei der Bestückung beispielsweise durch fehlerhaftes Aufsetzen eines Bauelementes erzeugt, während der Versatz mehrerer benachbarter Bauelemente beispielsweise durch eine falsche Lage der Leiterplatte im Bestückautomaten hervorgerufen werden kann.
• Es ist vorteilhaft, wenn der Montagefehler in einer Kontaktierung zwischen einem Bauelement und der Trägerplatte ausgebildet ist. Hierunter fallen einerseits Fehler, die aufgrund fehlender Kontaktflächen oder auch verbogener Kontaktbeine auftreten können. Es kann auch vorkommen, dass bei einer Kontaktierung der Lotwerkstoff fehlt. Auch ist es möglich, dass sich zwischen benachbarten Kontaktierungen Lotbrücken bilden. Fehler in der Kontaktierung zwischen Bauelement und Trägerplatte treten bevorzugt bei größeren Bauelementen mit einer Vielzahl von Kontakten auf, wie z. B. bei so genannten "Quad Flat Packages".
• Die vorgenannten Montagefehler können insbesondere auch in Kombinationen auf der Testplatte vorgesehen werden. Dies ist besonders vorteilhaft, weil dann mit einem Testplattentyp eine Vielzahl von praxisrelevanten Montagefehlern gleichzeitig durch das optische Erkennungssystem untersucht werden kann, so dass sich das Qualifizierungsergebnis auf eine Vielzahl in der Praxis zu untersuchender Leiterplatten übertragen lässt. Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Ist-Geometrie der Testplatte im Vergleich zur Messgenauigkeit der zu qualifizierenden optischen Erkennungssysteme um mindestens eine Größenordnung genauer vermessen. Dies bedeutet, dass zur genauen Vermessung der Testplatte optische Messgeräte verwendet werden müssen, deren Messgenauigkeit um mindestens einer Zehnerpotenz höher liegt als die der zu qualifizierenden optischen Erkennungssysteme. Durch die sehr viel genauere Messung der Testplatte im Bezug auf die Messgenauigkeit der zu qualifizierenden optischen Erkennungssysteme lässt es sich vorteilhaft vermeiden, dass Messungenauigkeiten bei der Vermessung der Testplatte sich bei der Bewertung des durch das optische Erkennungssystem erzeugten Prüfungsergebnisses auswirken.
• Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass Bauelemente mit jeweils gleichen Abmessungen und mit konstantem Abstand untereinander auf der Trägerplatte in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind. Unter dem Array im Sinne der Erfindung wird eine aus Zeilen und Spalten bestehende Matrix verstanden, wobei die Zeilen und die Spalten jeweils konstanten Abstand zueinander aufweisen. In dem Array können bevorzugt 0201-Bauelemente mit einer Grundfläche von 0,6 × 0,3 mm oder 0402-Bauelemente mit einer Grundfläche von 1,0 × 0,5 mm angeordnet werden. Diese Bauelemente können beispielsweise als Widerstand, Kondensator, Diode oder Transistor ausgeführt sein. Es handelt sich dabei um Standardbauteile, die bei der Bestückung von Leiterplatten häufig verwendet werden, so dass deren Anordnung auf der Trägerplatte in einem Array vorteilhaft zu praxisnahen Bewertungsergebnissen führt. Durch die Anordnung in einem Array kann insbesondere der Einfluss der bei der optischen Untersuchung durch die Bauelemente hervorgerufenen Schattenbildung untersucht werden.
• Es ist vorteilhaft, wenn jeweils im Array benachbarte Bauelemente jeweils um 90° versetzt angeordnet sind. Hierdurch entsteht vorteilhaft eine besonders praxisnahe Schattenbildung durch die Bauelemente, wodurch das Qualifizierungsergebnis besser auf die in der Realität zu bewertenden Leiterplatten übertragbar ist.
• Es ist weiterhin vorteilhaft, dass in dem Array Bauelemente mit unterschiedlichem optischen Erscheinungsbild angeordnet sind. Dies kann z. B. durch eine Verteilung von Widerständen, Kondensatoren, Dioden und Transistoren im Array erfolgen, wobei es für eine zuverlässige Bewertung des Qualifizierungsergebnisses vorteilhaft ist, wenn genau bekannt ist, an welchem Platz des Arrays sich welche Art von Bauelementen befindet. Durch Verwendung von Bauelementen mit unterschiedlichem Erscheinungsbild lässt sich vorteilhafterweise ein noch praxisnäheres Qualifizierungsergebnis erzielen.
• Eine weiterführende Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Arrays in zwei sich kreuzenden Reihen auf der Trägerplatte angeordnet sind. Der Kreuzungspunkt der Reihen kann sich beispielsweise im Mittelpunkt eines Arrays befinden, wobei sich die Reihen jeweils an den Eckpunkten dieses Arrays fortsetzen. Die Anordnung der Arrays in Reihen hat den Vorteil, dass durch das optische Erkennungssystem hervorgerufene optische Verzerrungen, welche sich mit zunehmendem Abstand von der optischen Mittelachse der Erkennungsoptik ergeben können, qualifizierbar sind.
• Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Arrays vorgesehen sind, bei denen in jedem dieser Arrays ein anderer konstanter Abstand der Bauelemente untereinander gewählt ist. Hierdurch lässt sich vorteilhaft eine kritische Packungsdichte von Bauelementen ermitteln, bei der die Zuverlässigkeit des optischen Erkennungssystems – beispielsweise wegen der Schattenbildung der einzelnen Bauelemente – nicht mehr zuverlässig erfolgen kann.
• Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Trägerplatte durch eine Leiterplatte gebildet ist. Damit weist die Oberfläche der Testplatte vorteilhaft die optischen Eigenschaften von Leiterplatten auf, so dass das Qualifizierungsergebnis hierdurch vorteilhaft noch praxisnäher erzeugt wird.
• Es ist vorteilhaft, die Leiterplatte mit der von den Bauelementen abgewandten Seite auf eine im Vergleich zur Leiterplatte steife Grundplatte insbesondere aus Aluminium aufzubringen. Hierdurch kann vorteilhaft eine geometrische Veränderung der Leiterplatte wie z. B. ein Verzug vermieden werden, so dass diese auch bei unterschiedlichen Prüfbedingungen beispielsweise hinsichtlich der Luftfeuchtigkeit eine mit dem auf Datenträger gespeicherten Messergebnis möglichst weitgehend übereinstimmende Geometrie aufweist. Hierdurch lässt sich vorteilhaft die Genauigkeit des Qualifizierungsergebnisses weiter verbessern.
• Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Trägerplatte mit einer Lackschicht versehen. Bei der Lackschicht kann es sich beispielsweise um eine Lackschicht handeln, die den bei Leiterplatten eingesetzten Lackschichten aus Lötstoplack entspricht. Diese Lackschichten können bei der optischen Untersuchung von Leiterplatten zu Reflexionserscheinungen führen, weswegen das Vorhandensein einer Lackschicht auf der Testplatte vorteilhaft zu einer noch praxisnäheren Bewertungsmöglichkeit für die optischen Erkennungssysteme führt.
• Außerdem kann vorteilhaft das zur Kontaktierung der Bauelemente notwendige Lotmaterial aufgebracht werden. Auch das Lotmaterial kann zu Reflexionseffekten bei der optischen Untersuchung führen, weswegen dessen Vorhandensein auf der Trä gerplatte zu praxisnäheren Bedingungen auf der Testplatte führt. Das Lotmaterial auf der Testplatte kann weiterhin einem Reflowlötvorgang unterzogen werden, so dass sich auf der Testplatte ein Zustand einstellt, wie er sich bei durch Reflowlöten fertiggestellten Leiterplatten ergibt.
• Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Testmittels für ein optisches Erkennungssystem.
• Wie eingangs bereits erläutert, wird normalerweise eine Leiterplatte aus der Serienfertigung als Muster für eine Prüfung von bei der Leiterplattenbestückung mit Bauelementen eingesetzten optischen Erkennungssystem verwendet.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung eines Testmittels zur Qualifizierung von bei der Leiterplattenbestückung mit Bauelementen eingesetzten optischen Erkennungssystemen anzugeben, mit dem sich ein Testmittel erzeugen lässt, welches vergleichsweise zuverlässige Aussagen über das zu qualifizierende optische Erkennungssystem ermöglicht.
• Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in einem Verfahren zur Erzeugung eines Testmittels in einer Testplatte und einem Datenträger zur Qualifizierung von bei der Leiterplattenbestückung mit Bauelementen eingesetzten optischen Erkennungssystemen zu sehen, bei dem die Testplatte durch Bestückung der Trägerplatte mit Bauelementen in einer vorgegebenen Anordnung erzeugt wird, wobei mit der vorgegebenen Anordnung der Bauelemente gezielt Montagefehler vorgegeben werden, die Ist-Geometrie der Testplatte im Vergleich zur Messgenauigkeit der zu qualifizierenden optischen Erkennungssysteme genauer (insbesondere mehr als eine Größenordnung genauer) vermessen wird, die Ist-Geometrie mit der durch die Konstruktion vorgegebenen Geometrie der Testplatte verglichen wird und Abweichungen zwischen diesen Geometrien ermittelt werden, anschließend aufgrund der ermittelten Abweichungen die Verwendbarkeit der Testplatte bewertet wird und auf den Datenträger Referenzdaten einer die vorgegebenen Montagefehler nicht berücksichtigenden Soll-Geometrie der Testplatte gespeichert werden. Die nach diesem Verfahren hergestellte Testplatte weist damit Montagefehler auf, welche durch die konstruktiv vorgegebene Geometrie bestimmt sind. Ein Vergleich mit der durch die Konstruktion der Testplatte vorgegebenen Geometrie stellt sicher, dass durch die Fertigung der Testplatte bedingte, unbeabsichtigte Fehler klein gegenüber den vorgegebenen Montagefehlern sind. Dies bedeutet, dass die Testplatte mit den bei der Leiteplattenbestückung üblicherweise auftretenden zulässigen Toleranzen hergestellt werden kann, während größere Fehler, die beispielsweise den vorgegebenen Montagefehlern entsprechen, durch die genaue Vermessung der Testplatte ermittelt werden und bei der anschließenden Bewertung zu dem Ergebnis führen, dass die Testplatte nicht verwendbar ist. Eine solche Testplatte wird verworfen, da zu große Fertigungstoleranzen der Testplatte eine Bewertungsunsicherheit bei der Qualifizierung der optischen Erkennungssysteme bewirken würde. Sobald nämlich die ungewollten bei der Fertigung auf der Testplatte erzeugten Fehler in ihrer Größenordnung in dem Bereich der vorgegebenen Fehler liegen, kann eine Abweichung der durch das optische Erkennungssystem ermittelten Prüfdaten von den Referenzdaten der Testplatte nicht mehr eindeutig einem Mangel des optischen Erkennungssystems zugeordnet werden, sondern kann gleichermaßen auch an einem Mangel der Testplatte liegen. Die Vorteile des gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Verfahrenserzeugnisses sind im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Testmittel bereits genau erläutert worden.
• Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Qualifizierung von bei der Leiterplattenbestückung mit Bauelementen eingesetzten optischen Erkennungssystemen. Ein solches Verfahren ist bereits eingangs erläutert worden.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Qualifizierung von bei der Leiterplattenbestückung mit Bauelementen eingesetzten optischen Erkennungssystemen anzugeben, bei dem sich eine qualitative Bewertung des optischen Erkennungssystems vergleichsweise genau durchführen lässt.
• Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in einem Verfahren zur Qualifizierung von bei der Leiterplat tenbestückung mit Bauelementen eingesetzten optischen Erkennungssystemen zu sehen, bei dem eine nur mit vorgegebenen Montagefehlern behaftete Testplatte durch das optische Erkennungssystem unter Gewinnung von die Ist-Geometrie der Testplatte wiedergebenden Prüfdaten untersucht wird, die Prüfdaten mit Referenzdaten einer die vorgegebenen Montagefehler nicht berücksichtigenden Soll-Geometrie der Testplatte von den optischen Erkennungssystem unter Erkennung von Montagefehler verglichen werden, die durch das optische Erkennungssystem erkannten Montagefehler mit den vorgegebenen Montagfehlern verglichen werden und anhand von Abweichungen der erkannten Montagefehler von den vorgegebenen Montagefehlern das optische Erkennungssystem qualifiziert wird. Bei diesem Verfahren werden Routinen getestet, welche das optische Erkennungssystem zur Erkennung typischer Montagefehler zur Verfügung stellt. Aufgrund dieser Routinen muss das optische Erkennungssystem die vorgegebenen Montagefehler erkennen und anzeigen, so dass ein Vergleich der erkannten Montagefehler mit den vorgegebenen Montagefehlern keine Abweichungen ergeben darf, da die Ist-Geometrie der Testplatte ja genau bekannt ist. Die Qualifizierung des optischen Erkennungssystems kann beispielsweise durch das Verhältnis der Zahl an erkannten Montagefehlern zu der Zahl an vorgegebenen Montagefehler erfolgen. Weiterhin ist eine Einteilung der vorgegebenen Montagefehler in unterschiedliche Schwierigkeitsgrade hinsichtlich der Erkennungschancen möglich.
• Gemäß einer Ausbildung der beiden letztgenannten Verfahren werden nacheinander unterschiedliche Testplatten untersucht, und es erfolgt eine statistische Auswertung der zu den einzelnen Testplatten ermittelten Qualifizierungsergebnisse. Dabei kann man sich vorteilhaft die Toleranzabweichung der unterschiedlichen Testplatten zunutze machen, um durch die sta tistische Auswertung eventuell bei den optischen Erkennungssystemen auftretende Fehler höherer Ordnung zu ermitteln.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Hierbei zeigen
• 1 ein Ausführungsbeispiel einer Testplatte, bei der die mit Bauelementen zu besetzenden Ariale angedeutet sind, als Aufsicht,
• 2 ein Ausführungsbeispiel eines Arrays von Bauelementen mit vier Spalten und drei Zeilen als Aufsicht,
• 3 Ausführungsbeispiele für einen möglichen Versatz von Bauelementen als Aufsicht,
• 4 ein auf einer Kante stehendes Bauelement als Seitenansicht, die
• 5 und 6 mögliche Anordnungen von Arrays von Bauelementen in zwei sich kreuzenden Reihen und
• 7 ein Ausführungsbeispiel eines mehrpoligen Bauelementes mit unterschiedlichen Montagefehlern in den Kontaktierungen.
• Eine Testplatte 11 gemäß 1 weist das Europa-Format für Leiterplatten (100 mm × 160 mm) auf. Auf der Testplatte 11 sind Bereiche 12a bis 12d vorgesehen, in denen verschiedene Bauelemente auf der Testplatte montiert werden können. In den Bereichen 12a werden zwei Quad Flat Packages, beispielsweise der weit verbreitete QFP 208 montiert, und zwar einmal mit paralleler Ausrichtung der Seitenkanten des QFP und einmal mit einer Ausrichtung der Seitenkanten des QFP im Winkel von 45° zum Rand der Testplatte. Hierbei handelt es sich um die typischen Ausrichtungen beim Einbau von QFP's. In dem Bereich 12b werden Arrays von 0201-Bauelementen und im Bereich 12c Arrays von 0402-Bauelementen in einer Anordnung von jeweils zwei sich kreuzenden Reihen montiert. Zuletzt wird in den Bereichen 12d jeweils ein Array von 0201-Bauelementen montiert, wobei sich diese Arrays lediglich darin unterscheiden, dass zwischen den jeweils benachbarten Bauelementen eines Arrays ein anderer konstanter Abstand verwirklicht ist.
• Zur Erläuterung der Anordnung der jeweiligen Bauelemente in dem jeweiligen Bereich 12a bis 12d können an den Bereichen jeweils schematisch angedeutete Schriftfelder 13 vorgesehen sein. Weiterhin weist die Testplatte Justiermarken 14 auf.
• In 2 ist ein Array bestehend aus Widerständen R und Kondensatoren C, die Bauelemente 15 bilden, dargestellt. Das Array weist drei Zeilen und vier Spalten auf, wobei die Bauelemente 15 auf Kontaktpads 16a angeordnet sind. Jeweils benachbarte Bauelemente 15 sind bezüglich ihrer rechteckigen Abmessungen im rechten Winkel zueinander angeordnet. Weiterhin ist in 2 ein Montagefehler in der vorgegebenen Anordnung der Bauelemente 15 dargestellt. Auf den Kontaktpads 16b fehlt nämlich das Bauelement (Missing Component).
• Die Darstellungen gemäß der 3a und 3b können als Ausschnitt der 2 verstanden werden. In 3 ist exemplarisch ein Versatz x der beiden Bauelemente auf der Testplatte dargestellt, wobei sich durch den Versatz die Bauelemente 15 nicht an den vorgesehenen Positionen auf den Kontaktpads 16a befinden. In 3b ist ein Versatz y dargestellt, der ebenfalls zu dem bereits zu 3a beschriebenen Effekt führt. Bei dem Versatz handelt es sich auch um einen vorgegebenen Montagefehler. Dieser könnte beispielsweise ein einzelnes Bauelement 15 betreffen oder in dem gesamten Array gemäß 2 vorgesehen sein.
• In 4 ist ein Bauelement 15 dargestellt, welches mit einer der durch Kontaktflächen 17 des Bauelementes eingeschlossenen Kante 18 auf einem Kontaktfeld 16c der Testplatte 11 steht. Dieses Bauelement ist mit Lotmaterial 19 fixiert. Bei dem hochkant stehenden Bauelement handelt es sich beispielsweise um einen Widerstand R gemäß 2, welcher aufgrund seiner falschen Einbaulage einen Montagefehler bildet. Der 4 ist weiterhin zu entnehmen, dass die Testplatte 11 eine Trägerplatte 20 aufweist, die aus einer Leiterplatte 21 und einer mit dieser fest verbundenen Grundplatte 22 aus Aluminium besteht. Hierdurch ergibt sich eine besonders steife Ausführung der Testplatte als Sandwich mit hoher Maßhaltigkeit. Außerdem ist auf die Leiterplatte eine Lackschicht 23 aus Lötstoplack aufgebracht. Die Lackschicht 23 und das Lotmaterial 19 erzeugen besonders praxisnahe, optische Eigenschaften der Testplatte 11. Alternativ (nicht dargestellt) kann auf diese zusätzlichen Effekte jedoch auch verzichtet werden. Beispielweise ist eine Testplatte denkbar, auf die die Bauelemente lediglich geklebt werden. Diese weniger praxisnahen Gestaltungen der Testplatte ermöglichen Aussagen hinsichtlich der Ursachenforschung bei auftretenden Mängeln der optischen Erkennungssysteme, da bei einer solchen Platte ausgeschlossen werden kann, dass ein möglicher Fehler, den das optische Erkennungssystem gemacht hat, auf die Lackschicht oder eine Lötstelle zurückzuführen ist. Im einfachsten Fall können die Bauelemente unter Bildung einer Referenztestplatte direkt auf eine Aluminiumplatte aufgeklebt werden.
• Bei den Bauelementen gemäß der 2 bis 4 handelt es sich bevorzugt um 0201-Bauelemente oder 0402-Bauelemente. Wie diese in einer kreuzförmigen Anordnung von Arrays 24 auf der Trägerplatte fixiert werden können, zeigen die 5 bis 6. Bei den Arrays 24 gemäß 5 handelt es sich um Arrays von 0402-Bauelementen, die in dem Bereich 12c der Testplatte angeordnet werden können. Wegen der vergleichsweise großen Abmessungen dieser Bauelemente genügt eine Anordnung von insgesamt fünf Arrays 24 mit einem Array im Zentrum, um den Bereich 12c weitgehend auszufüllen. Die äußeren Arrays 24 dienen dabei der Bewertung einer konstanten Leistungsfähigkeit des optischen Erkennungssystems über das gesamte Messfeld hinweg, da im Randbereich der Messoptik häufig Verzerrungen auftreten, so dass in diesem Bereichen die Wahrscheinlichkeit von Erkennungsfehlern steigt. In den 5a und 5b sind unterschiedliche Möglichkeiten einer Anordnung der Arrays 24 auf sich kreuzenden Reihen dargestellt, wobei im Falle der 5a die Reihen sich aus den Diagonalen der Arrays 24 ergeben, während sich im Falle der 5b die Reihen durch Aneinanderreihung der Arrays 24 im rechten Winkel zu deren Kanten ergeben.
• In 6 ist eine Anordnung aus zwei sich kreuzenden Reihen von Arrays 24, gebildet aus 0201-Bauelementen dargestellt. Diese Anordnung liegt im Bereich 12b der Testplatte 11. Wegen der sehr geringen Abmessungen der 0201-Bauelemente müssen jeweils dreizehn Arrays 24 in einer Reihe angeordnet werden, um die Diagonale des Bereiches 12b und damit das vorgesehene Messfeld des optischen Erkennungssystems auszufüllen. Die Anordnung der Arrays 24 gemäß 6 entspricht ansonsten der Anordnung gemäß der 5a.
• In den Bereichen 12d der Testplatte gemäß 1 sind Arrays entsprechend dem Aufbau gemäß 2 angeordnet. Die Arrays in den unterschiedlichen Bereichen 12d unterscheiden sich lediglich darin, dass die jeweiligen Abstände zwischen benachbarten Bauelementen 15, die jeweils in einem Array konstant gehalten sind, in den unterschiedlichen Arrays verschieden groß ausfallen.
• Die in den Bereichen 12a der Testplatte gemäß 1 angeordneten Bauelemente 15 sind als Quad Flat Packages 25 ausgeführt. Ein solches Quad Flat Package 25 ist ausschnitthaft in 7 dargestellt. Bei dem Ausschnitt handelt es sich um eine Ecke dieses Bauelementes, welches mit Kontaktbeinen 26a bis 26d ausgestattet ist. Diese sind auf Kontaktpads 16d mit dem Lotmaterial 19 befestigt. Das Kontaktbein 26a ist ordnungsgemäß mit dem zugehörigen Kontaktpad 16d verlötet. Montagefehler können gebildet sein durch fehlendes Lotmaterial im Falle des Kontaktbeins 26b, eine Lotbrücke 27 im Falle der Kontaktbeine 26c, oder ein verbogenes Kontaktbein 26d. Diese Montagefehler können bei der Herstellung der Testplatte 11 gemäß 1 vorgegeben werden, so dass die Fähigkeit des optischen Erkennungssystems zur Erkennung der Fehler bewertet werden kann.

Claims (18)

1. Testmittel zur Qualifizierung von bei der Leiterplattenbestückung mit Bauelementen eingesetzten optischen Erkennungssystemen, aufweisend eine Testplatte (11) mit einer Trägerplatte (20), die mit Bauelementen (15) in einer vorgegebenen Anordnung bestückt ist, wobei die Ist-Geometrie der Testplatte (11) im Vergleich zur Messgenauigkeit der zu qualifizierenden optischen Erkennungssysteme genauer vermessen ist, dadurch gekennzeichnet, – dass auf einem Datenträger die Messdaten der genaueren Vermessung der Testplatte (11) gespeichert sind und – mit der vorgegebenen Anordnung der Bauelemente Montagefehler vorgegeben sind und auf dem oder einem anderen Datenträger Referenzdaten einer die vorgegebenen Montagefehler nicht berücksichtigenden Soll-Geometrie der Testplatte (11) gespeichert sind.
2. Testmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Montagefehler durch das Fehlen eines Bauelementes (15) gebildet ist.
3. Testmittel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Montagefehler durch ein auf einer falschen Seitenfläche oder einer Kante stehendes Bauelement (15) gebildet ist.
4. Testmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Montagefehler durch einen bestimmten Versatz eines oder mehrerer untereinander benachbarter Bauelemente (15) auf der Trägerplatte (20) gebildet ist.
5. Testmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Montagefehler in einer Kontaktierung zwischen einem Bauelement (15) und der Trägerplatte (20) ausgebildet ist.
6. Testmittel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Geometrie der Testplatte (11) im Vergleich zur Messgenauigkeit der zu qualifizierenden optischen Erkennungssysteme um mindestens eine Größenordnung genauer vermessen ist.
7. Testmittel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bauelemente (15) mit jeweils gleichen Abmessungen und mit konstantem Abstand untereinander auf der Trägerplatte (20) in einem zweidimensionalen Array (24) angeordnet sind.
8. Testmittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils im Array benachbarte Bauelemente (15) jeweils um 90° versetzt angeordnet sind.
9. Testmittel nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Array (24) Bauelemente (15) mit unterschiedlichem optischen Erscheinungsbild angeordnet sind.
10. Testmittel nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Arrays (24) in zwei sich kreuzenden Reihen auf der Trägerplatte angeordnet sind.
11. Testmittel nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Arrays (24) vorgesehen sind, bei denen in jedem dieser Arrays ein anderer konstanter Abstand der Bauelemente untereinander gewählt ist.
12. Testmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (20) durch eine Leiterplatte gebildet ist.
13. Testmittel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte mit der von den Bauelementen abgewandten Seite auf eine im Vergleich zur Leiterplatte steife Grundplatte (22) insbesondere aus Aluminium aufgebracht ist.
14. Testmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte mit einer Lackschicht (23) versehen ist.
15. Testmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Trägerplatte (20) das zur Kontaktierung der Bauelemente (15) notwendige Lotmaterial (19) aufgebracht ist.
16. Verfahren zur Erzeugung eines Testmittels mit einer Testplatte (11) und einem Datenträger zur Qualifizierung von bei der Leiterplattenbestückung mit Bauelementen eingesetzten optischen Erkennungssystemen, bei dem – die Testplatte (11) durch Bestückung der Trägerplatte (20) mit Bauelementen (15) in einer vorgegebenen Anordnung erzeugt wird, wobei mit der vorgegebenen Anordnung der Bauelemente gezielt Montagefehler vorgegeben werden, – die Ist-Geometrie der Testplatte (11) im Vergleich zur Messgenauigkeit der zu qualifizierenden optischen Erkennungssysteme genauer vermessen wird, – die Ist-Geometrie mit der durch die Konstruktion vorgegebenen Geometrie der Testplatte (11) verglichen wird und Abweichungen zwischen diesen Geometrien ermittelt werden, – anschließend aufgrund der ermittelten Abweichungen die Verwendbarkeit der Testplatte (11) bewertet wird und – auf dem Datenträger Referenzdaten einer die vorgegebenen Montagefehler nicht berücksichtigenden Soll-Geometrie der Testplatte (11) gespeichert werden.
17. Verfahren zur Qualifizierung von bei der Leiterplattenbestückung mit Bauelementen eingesetzten optischen Erkennungssystemen, bei dem – eine nur mit vorgegebenen Montagefehlern behaftete Testplatte (11) durch das optische Erkennungssystem unter Gewinnung von die Ist-Geometrie der Testplatte wiedergebenden Prüfdaten untersucht wird, – die Prüfdaten mit Referenzdaten einer die vorgegebenen Montagefehler nicht berücksichtigenden Soll-Geometrie der Testplatte (11) von dem optischen Erkennungssystem unter Erkennung von Montagefehlern verglichen werden, – die durch das optische Erkennungssystem erkannten Montagefehler mit den vorgegebenen Montagefehlern verglichen werden und – anhand von Abweichungen der erkannten Montagefehler von den vorgegebenen Montagefehlern das optische Erkennungssystem qualifiziert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander unterschiedliche Testplatten (11) untersucht werden und eine statistische Auswertung der zu den einzelnen Testplatten ermittelten Qualifizierungsergebnisse erfolgt.