DE10311822A1

DE10311822A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle oder Beeinflussung des Druckprozesses beim Lotpastendruck

Info

Publication number: DE10311822A1
Application number: DE2003111822
Authority: DE
Inventors: Roland Heynen
Original assignee: EKRA Eduard Kraft GmbH
Current assignee: EKRA Eduard Kraft GmbH
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07
Also published as: WO2004082352A3; WO2004082352A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle oder Beeinflussung des Druckprozesses beim Bedrucken von Substraten mit Lotpaste, mit folgenden Schritten: Nach dem Bedrucken eines Substrats wird es oder mindestens ein bestimmter Bereich davon zur Generierung von Istdaten über das Druckergebnis optisch erfasst, die Istdaten werden mit ein gewünschtes Druckergebnis kennzeichnenden Solldaten verglichen und aus dem Vergleich werden Korrekturdaten gewonnen, die Korrekturdaten werden zur Kontrolle oder Beeinflussung des Druckprozesses verwendet. DOLLAR A Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle oder Beeinflussung des Druckprozesses beim Bedrucken von Substraten mit Lotpaste.

Bei der Herstellung von mit elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatten können bei den einzelnen Herstellungsschritten, wie Leiterplattenherstellung, Bedrucken der Leiterplatte mit Lotpaste, Bestücken der Leiterplatte mit elektronischen Bauteilen, Verlöten der Bauteile usw., Fehler auftreten, die zu Fehlfunktionen oder zu einem Ausfall der Elektronikeinheit führen. Eine prozentual besonders stark hervortretende Fehlerquelle stellt das Bedrucken eines Substrats mit Lotpaste dar, denn es ist erforderlich, die Lotpaste nicht nur in Bezug auf ihre Position und Grundrissformgebung, sondern auch in Bezug auf ihre Dicke, also auf das Volumen der Lotpaste, genau zu bemessen. Die einzelnen, durch den Druck erzeugten Lotpastendepots sind also nicht nur den Leiterbahnen der ein Substrat bildenden Leiterplatte in Bezug auf Position und Form, sondern auch in Bezug auf das Volumen, also die Dicke des Lotpastenauftrags, exakt zu bemessen. Heutzutage erfolgen stichprobenartige optische Kontrollen von bedruckten Substraten bezüglich der genannten Parameter. Stellt der Kontrolleur dabei Fehlpositionen, Fehlformen oder Fehldicken fest, so wird er nach der Fehlerquelle suchen. Diese kann möglicherweise darin bestehen, dass die Druckmaschine, insbesondere Siebdruckmaschine, nicht richtig eingestellt ist und/oder dass die Druckschablone Verunreinigungen aufweist, die durch einen Waschvorgang beseitigt werden können. Fehler können auch dadurch entstehen, dass die eingesetzte Druckschablone bestimmte Anforderungen nicht erfüllt, beispielsweise nicht die gewünschte Dicke aufweist, mit der Folge, dass die einzelnen Lotpastendepots eine entsprechend niedrigere Höhe und damit nicht das gewünschte Volumen aufweisen. Durch die stichprobenartige Kontrolle können Fehler nur sporadisch und nicht systematisch gefunden und eine Fehlerbe seitigung ebenfalls nicht in der erforderlichen Schnelligkeit durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kontrolle oder Beeinflussung des Druckprozesses beim Bedrucken von Substrat mit Lotpaste zur Erzielung eines exakten Druckergebnisses zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch folgende Verfahrensschritte gelöst: Nach dem Bedrucken des Substrats wird es oder mindestens ein bestimmter Bereich davon zur Generierung von Istdaten über das Druckergebnis optisch erfasst. Die Istdaten werden mit ein gewünschtes Druckergebnis kennzeichnenden Solldaten verglichen und aus dem Vergleichen werden Korrekturdaten gewonnen. Die Korrekturdaten werden zur Kontrolle oder Beeinflussung des Druckprozesses verwendet. Erfindungsgemäß wird somit das Druckergebnis optisch zur Generierung von Istdaten erfasst. Bei diesen Istdaten handelt es sich um elektronische Daten, also nicht um eine Einschätzung des Druckergebnisses durch den Kontrolleur, sondern um maschinell generierte Istdaten. Die optische Erfassung erfolgt mittels einer optischen Erfassungseinrichtung, insbesondere einer oder mehrerer Kameras. Insbesondere kann die Erfassung auch mittels eines Scannvorgangs erfolgen. Mittels einer elektronischen Datenverarbeitung werden die Istdaten mit Solldaten verglichen. Die Solldaten stellen ein gewünschtes, fehlerfreies Druckergebnis dar. Bei dem Vergleich von Istdaten und Solldaten werden Korrekturdaten gewonnen, die derart weiterverarbeitet werden, dass mit ihnen eine Kontrolle oder ein Beeinflussung des Druckprozesses möglich ist. Eine „Kontrolle" des Druckprozesses bedeutet, dass aufgrund der Korrekturdaten erkannt und mittels einer entsprechenden Einrichtung auch angezeigt wird, dass Fehler bei dem Bedrucken mit Lotpaste auftreten, wobei insbesondere auch die Fehlerart angegeben wird, zum Beispiel Lageversatz des Lotpastendepots oder Fehlform des Lotpastendepots oder Volumenfehler des Lotpastendepots, insbesondere auch Höhenfehler des Lotpastendepots. Auf diese Art und Weise ist der Einrichter in der Lage, den Druckprozess zu kontrollieren oder ihn sogar zu beeinflussen, indem er Parameter des Druckprozesses verändert, um den oder die Fehler zu beseitigen. Bevorzugt erfolgt die Beeinflussung des Druckprozesses automatisch, das heißt, die gewonnenen Korrekturdaten werden selbsttätig verwendet, um automatisch einen Einfluss auf den Druckprozess vorzunehmen. Mithin steht eine automatische Korrektureinrichtung zur Verfügung, die verschiedene Parameter des Druckprozesses beeinflussen kann, also Stellfunktionen an der Druckmaschine vornimmt und/oder Regeleingriffe usw., so dass das gewünschte Druckergebnis erzielbar ist.

Die benötigten Solldaten können beispielsweise einem beim Layout des Substrats gewonnenen Datensatz entstammen. Hierbei handelt es sich üblicherweise um einen CAD-Datensatz, der Informationen über die jeweilige Position, Formgebung, das Volumen und auch die Höhe des entsprechenden Lotpastendepots aufweist. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass die Solldaten durch optisches Abtasten der Druckschablone gewonnen werden. Die Einrichtung, die das Substrat zum Generieren der Istdaten optisch abtastet oder scannt kann vorzugsweise auch dazu verwendet werden, die Druckschablone zu erfassen und die notwendigen Solldaten aus der Erfassung zu generieren. Es kann auch eine spezielle, nur für die Abtastung der Druckschablone zu verwendende optische Einrichtung vorhanden sein. Bei der optischen Abtastung der Druckschablone werden insbesondere auch Informationen über die Dicke der Druckschablone gewonnen. Dies lässt eine Aussage über die Qualität/Maßhaltigkeit der Druckschablone zu und lässt dementsprechend auch eine Aussage zu, ob in einem Lastenheft angeführte Spezifikationen einer bestellten Druckschablone tatsächlich bei der gelieferten Druckschablone eingehalten sind. Überdies kann die optische Ermittlung der Dicke der Druckschablone auch der tatsächlich erzeugten Dicke des Lotpastenauftrags gegenübergestellt werden und eine Aussage in Bezug auf das tatsächliche und das geforderte Lotpastenvolumen beziehungsweise die Lotpastenhöhe getroffen werden.

Zur insbesondere automatischen Beeinflussung des Druckprozesses kann eine insbesondere automatisch vorgenommene Reinigung der Druckschablone vorgesehen sein. Der Druckprozess wird in einem solchen Falle automatisch gestoppt, eine automatische Druckschablonenreinigung durchgeführt und anschließend wird der Druckprozess automatisch wieder gestartet. Derartige Reinigungsarbeiten sind immer dann erforderlich, wenn sich Öffnungen in der Druckschablone zusetzen oder sich Lotpaste an der Unterseite der Druckschablone festsetzt.

Zusätzlich oder alternativ ist es insbesondere auch möglich, dass zur Beeinflussung des Druckprozesses die Druckgeschwindigkeit verändert wird. Dies erfolgt ebenfalls vorzugsweise automatisch. Wird beispielsweise aufgrund der Ermittlung der Korrekturdaten festgestellt, dass das Volumen der Lotpaste zu groß oder zu klein ist, insbesondere dass dies an zu großer oder zu kleiner Höhe der Lotpastendepots liegt, so kann durch eine Verlangsamung des Druckprozesses die Höhe des Lotpastenauftrags vergrößert und durch eine Erhöhung der Druckgeschwindigkeit eine Erniedrigung der Höhe des Lotpastenauftrags erreicht werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Kontrolle oder Beeinflussung des Druckprozesses beim Bedrucken von Substraten mit Lotpaste, die insbesondere zur Durchführung des vorstehend erwähnten Verfahrens eingesetzt werden kann. Es ist eine dass Druckergebnis inspizierende optische Erfassungseinrichtung und eine den Druckprozess automatisch beeinflussende Korrekturvorrichtung vorgesehen, die von der optischen Erfassungseinrichtung gelieferte Istdaten über das Druckergebnis mit ein gewünschtes Druckergebnis kennzeichnenden Solldaten vergleicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.

Das Flussdiagram (Fig.) veranschaulicht die Erfindung.
Die Figur verdeutlicht anhand eines Flussdiagrams verschiedene Vorgehensweisen. Mit dem Bezugszeichen 1 ist insgesamt ein intelligenter Volumenscanner für den Druckprozess beim Bedrucken von Substraten mit Lotpaste bezeichnet. Der Kasten 2 bezieht sich auf eine Inspektionsprogrammerstellung, der Kasten 3 auf eine Druckprogrammerstellung, der Kasten 4 auf eine Prozessregelung, der Kasten 5 auf eine Vergleichssoftware und der Kasten 6 auf einen Scanner. Der Kasten 7 stellt eine Druckschablone oder ein Drucksieb dar. Der Kasten 8 bezeichnet ein Substrat, der Kasten 9 kennzeichnet CAD-Daten (Solldaten). Das Druckergebnis ist mit Kasten 10 bezeichnet. Erfahrungen und Prozesswissen sind durch den Kasten 11 dargestellt. Ein Drucker (Druckmaschine) ist mit dem Kasten 12 gekennzeichnet. Der Kasten 13 bezeichnet das Druckprogramm, der Kasten 14 die Qualität der Prozesswerkzeuge und der Kasten 15 das Inspektionsergebnis.
Mit gestrichelter Linie ist in der Figur ein Regelkreis Drucker/Scanner gekennzeichnet. Mit durchgezogener Linie wird die Erfassung der Ausgangsdaten verdeutlicht und eine strichpunktierte Linie kennzeichnet einen Datentransfer.
Zunächst soll auf die gestrichelten Verbindungspfeile eingegangen werden. Es ist erkennbar, dass mittels des Druckprogramms 13 der Drucker 12 gesteuert oder geregelt wird, so dass es zu einem bestimmten Druckergebnis 10 führt. Dies Druckergebnis 10 stellt mit Lotpaste bedruckte Substrate, insbesondere Leiterplatten, dar. Das Druckergebnis wird mittels des Scanners 6 gescannt, wobei hier neueste Technologien zum Einsatz kommen können, beispielsweise das Auflegen eines Lichtgitternetzes auf die bedruckte Seite des Substrats, um auf diese Art und Weise nicht nur die Position und Formgebung des jeweiligen Druckdepots zu ermitteln, sondern auch die Höhe. Der Scanner 6 liefert das Inspektionsergebnis 15 in Form von Istdaten. Die Istdaten werden der Prozessregelung 4 zugeführt. Von dort gehen die Istdaten -unverändert oder gegebenenfalls durch die Prozessregelung modifiziert- zur Druckprogrammerstellung 3. Die Druckprogrammerstellung 3 steht mit dem Druckprogramm 13 in Verbindung, das wiederum einen Einfluss auf die Betriebsführung des Druckers 10, also auf die den Lotpastendruck vornehmenden Druckmaschine, vornimmt. Solldaten können als CAD-Daten 9 und/oder Daten des Substrats 8 und/oder Daten der Druckschablone 7 oder des Drucksiebs 7 vorliegen. Sie werden -gemäß der durchgezogenen Pfeile in der Figur- der Inspektionsprogrammerstellung 2, der Druckprogrammerstellung 3 und der Vergleichssoftware 5 zugeleitet. Im Falle der Generierung der Solldaten mittels des Substrats 8 wird derart vorgegangen, dass ein Substrat optisch vermessen, also insbesondere die Leiterbahnpads optisch vermessen werden, auf denen Lotpaste angeordnet werden soll. Aufgrund der Kenntnis der Höhe dieser zu erzeugenden Depots lassen sich dann die geeigneten Solldaten erstellen.
Aus der Figur ist ferner zu ersehen, dass bei einer manuellen Beeinflussung des Druckprozesses auch Erfahrungen und Prozesswissen 11 in das Druckprogramm 13 mit einfließen können.
Die strickpunktierten Pfeile in der Figur verdeutlichen, dass die Qualität der Prozesswerkzeuge 14 bei der Vergleichssoftware 5 berücksichtigt werden. Ferner geht die Qualität der Prozesswerkzeuge 14 in die Inspektionsprogrammerstellung 2 mit ein. Bei der Inspektionsprogrammerstellung 2 handelt es sich um die Software/Daten die verwendet werden, um mittels des Scanners 6 das Druckergebnis zu Scannen, um die Istdaten zu generieren.
Der Scanner 6 ist in der Lage, Oberflächenstrukturen und dergleichen sehr exakt und schnell vollflächig zu vermessen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass nach jedem Druckzyklus wieder eine Vermessung stattfindet. Es kann auch derart vorgegangen werden, dass nach einer bestimmten Anzahl von Druckzyklen eine Vermessung durchgeführt wird. Der Scanner 6 erzeugt ein Oberflächenabbild aus dem die folgenden Daten für den Druckprozess generiert werden können:

– Dicke der Druckschablone/des Drucksiebs über die Fläche des Substrats gesehen
– Position der Öffnungen in der Druckschablone/dem Drucksieb
– Abmessungen der Öffnungen (Breite, Länge und Höhe)
– Position der gedruckten Lotpastendepots auf dem jeweiligen Substrat
– Abmessungen der Lotpastendepots (Breite, Länge und Höhe).

Aus den vorstehend genannten Daten können mit Hilfe der Auswertungssoftware weitere Informationen berechnet werden. Dies sind:

– Durch die vollflächige Erfassung der Oberflächenstruktur von Druckschablone/Drucksieb und Substrat können die Ausgangswerte für die Programmierung des Druckers gewonnen werden. Substratabmessungen (Länge, Breite, Höhe usw., Markenpositionen, Markenform und Offset) sind in den Daten enthalten.
– Weiter ergeben die ermittelten Daten vor Beginn des Druckprozesses Auskunft über die Qualität der jeweiligen Prozess werkzeuge (Druckschablone, Drucksieb und Substrat). Durch einen Vergleich der Messwerte mit den zugehörigen CAD-Daten (nach denen die Schablone gefertigt wurde) können Fehler (Fertigungsfehler, Verzüge, Dickenabweichungen usw.) vorab erkannt werden.
– Aus den gemessenen Daten der Druckschablone beziehungsweise des Drucksiebes werden die Einstellungen für die Auswertung der gedruckten Lotpastendepots erstellt (Position des jeweiligen Depots, Höhe, Breite und Länge). Die Grenzwerte der Inspektion ergeben sich wahlweise aus den gemessenen oder den CAD-Daten.
– Durch Verknüpfung der Inspektionsdaten des Scanners mit den Einstellungen am Drucker beziehungsweise an der Druckmaschine kann über eine Regelungssoftware automatisch auf Abweichungen während des Druckprozesses reagiert werden. Auf diese Art und Weise ist es möglich, ein optimales Druckergebnis beim Bedrucken von Substraten mit Lotpaste zu erzielen.

Claims

Verfahren zur Kontrolle oder Beeinflussung des Druckprozesses beim Bedrucken von Substraten mit Lotpaste, mit folgenden Schritten: a) nach dem Bedrucken eines Substrats wird es oder mindestens ein bestimmter Bereich davon zur Generierung von Istdaten über das Druckergebnis optisch erfasst, b) die Istdaten werden mit ein gewünschtes Druckergebnis kennzeichnenden Solldaten verglichen und aus dem Vergleich werden Korrekturdaten gewonnen, c) die Korrekturdaten werden zur Kontrolle oder Beeinflussung des Druckprozesses verwendet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Erfassung des Druckergebnisses durch Scannen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung des Druckprozesses automatisch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckprozess ein Siebdruckprozess ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Istdaten Informationen über die Position, Form und Dicke beziehungsweise das Volumen des jeweiligen Lotpastendepots enthalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldaten einem beim Layout des Substrats gewonnenen Datensatz entstammen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldaten durch optisches Abtasten der Druckschablone gewonnen werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschablone bezüglich ihrer Grundrissgestaltung optisch abgetastet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschablone bezüglich ihrer Dicke optisch abgetastet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung des Druckprozesses die Druckschablone insbesondere automatisch gereinigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung des Druckprozesses die Druckgeschwindigkeit verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zu dicker oder zu dünner Druckschablone beziehungsweise mindestens einem zu dicken und zu dünnen Bereich der Druckschablone der Druckprozess zur entsprechenden Beeinflussung der Höhe der gedruckten Lotpastendepots beeinflusst wird.
Vorrichtung zur Kontrolle oder Beeinflussung des Druckprozesses beim Bedrucken von Substraten mit Lotpaste, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einer das Druckergebnis inspizierenden optischen Erfassungseinrichtung und mit einer den Druckpro zess automatisch beeinflussenden Korrektureinrichtung, die von der optischen Erfassungseinrichtung gelieferte Istdaten über das Druckergebnis mit ein gewünschtes Druckergebnis kennzeichnenden Solldaten vergleicht.