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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Abgabe
von Material, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Drucken von Lötpaste durch einen Sieb- oder Schablonendrucker
auf ein elektronisches Substrat, wie zum Beispiel eine gedruckte
Leiterplatte.
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Hintergrund
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Leiterplatten-Herstellungsverfahren
beziehen typischerweise einen Schablonendrucker mit ein, der dazu
verwendet wird, Lötpaste auf eine Leiterplatte zu drucken. Üblicherweise
wird eine Leiterplatte, welche ein Muster von Kontaktflächen
oder anderen leitenden Oberflächen aufweist, auf welche Lötpaste
aufgetragen werden wird, in einen Schablonendrucker eingeführt
und eine oder mehrere kleine Löcher oder Markierungen,
Passermarken (engl. ”fiducials”) genannt, werden
dazu verwendet, die Leiterplatte mit einer Schablone oder einem
Sieb des Druckers vor dem Drucken der Lötpaste auf die
Leiterplatte auszurichten. Nachdem die Leiterplatte ausgerichtet
ist, wird die Leiterplatte zu der Schablone emporgehoben (oder in
einigen Anordnungen wird die Schablone zu der Leiterplatte abgesenkt),
Lötpaste wird auf die Schablone abgegeben, und ein Wischerblatt
(oder Rakel) überquert die Schablone, um die Lötpaste
durch die Öffnungen, welche in der Schablone ausgeformt
sind, und auf die Leiterplatte zu pressen.
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In
einigen Schablonendruckern nach dem Stand der Technik gibt ein Abgabekopf
Lötpaste zwischen erste und zweite Wischerblättern
ab, wobei während eines Drucktaktes eines der Wischerblätter dazu
genutzt wird, die Lötpaste über die Schablone zu
bewegen oder zu rollen. Die ersten und zweiten Wischerblätter
werden dazu genutzt, um auf wechselnden Leiterplatten kontinuierlich
die Rolle aus Lötpaste über die Öffnungen
einer Schablone durchzufahren, um jede aufeinander folgende Leiterplatte
zu bedrucken. Die Wischerblätter stehen üblicherweise in
einem Winkel zu der Schablone, um einen Abwärtsdruck auf
die Lötpaste auszuüben, um die Lötpaste
durch die Öffnungen der Schablone zu pressen. In weiteren
Schablonendruckern nach dem Stand der Technik steht der Abgabekopf
unter Druck, um die Lötpaste durch die Öffnungen
zu pressen, und die Wischerblätter werden dazu verwendet,
die überflüssige Lötpaste während
eines Drucktaktes von der Schablone zu kratzen.
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Nachdem
die Lötpaste auf der Leiterplatte abgeschieden ist, wird
ein abbildendes System verwendet, um Bilder von Bereichen der Leiterplatte und/oder
der Schablone aufzunehmen, um die Genauigkeit der Ablagerung der
Lötpaste auf den Kontaktflächen der Leiterplatte
zu bestimmten Gelegenheiten zu prüfen. Eine weitere Anwendung
des abbildenden Systems bezieht das oben genannte Ausrichten der
Schablone und der Leiterplatte vor dem Drucken mit ein, um die Öffnungen
der Schablone mit den elektronischen Kontaktflächen der
Leiterplatte einzurasten. Solche abbildenden Systeme werden in
US-Patenten Nr. RE34615 und
5060063 offenbart, beide
von Freeman, welche dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung
gehören und hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen werden.
Einige verbesserte abbildende Systeme werden in der anhängigen
Patentanmeldung mit der Nummer 11/272192 offenbart, benannt ”IMAGING
SYSTEM AND METHOD FOR A STENCIL PRINTER” (ABBILDENDES SYSTEM
UND VORRICHTUNG FÜR EINEN SCHABLONENDRUCKER), eingereicht
am 10. November 2005, von Prince, welche dem Rechtsnachfolger der
vorliegenden Erfindung gehört und hiermit durch Bezugnahme
eingeschlossen wird.
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Gleichmäßiges
Formen von Lötpaste auf einem Substrat, z. B. der Leiterplatte,
ist erforderlich, um sowohl die optimale zweidimensionale Abbildungsleistung
des abbildenden Systems zu erleichtern, als auch nachfolgende Untersuchungen
auf Basis dieser Bilder, ungeachtet von Veränderungen in der
Geometrie, der Schärfe, oder der allgemeinen Qualität
der abgebildeten Ablagerungen. Wohldefinierte Lötpastenablagerungen
haben nahezu senkrechte Seiten und relativ flache Deckflächen,
die senkrecht zu der optischen Betrachtungsachse (das heißt
einer Achse generell senkrecht zu einer Ebene der Leiterplatte)
sind. Fein texturierte Pastenoberflächen mit dieser allgemein
senkrechten Orientierung können mit einer relativen Gleichmäßigkeit
abgebildet werden unter Verwendung herkömmlicher Beleuchtungstechniken,
welche Oberflächen mit einem Auf-Achse weißen
Licht beleuchten. Mit Auf-Achse-Beleuchtung (on-axis illumination)
werden die stärksten Anteile des gestreuten Lichtes von
der Deckfläche der Lötpastenablagerung entlang
des optischen Betrachtungsweges zurückgeleitet und von dem
abbildenden System gesammelt.
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Im
Gegensatz dazu wird, wenn Auf-Achse-Beleuchtung auf eine Oberfläche
trifft, welche nicht generell senkrecht zu dem Einfallswinkel ist,
der größte Anteil des gestreuten Lichtes von der
Oberfläche ab- oder von der Achse weggerichtet von dem optischen
oder Auf-Achse-Betrachtungsweg und wird nicht von dem abbildenden
System gesammelt. Insbesondere die geneigten Seiten und unregelmäßigen
Deckflächen von schlecht geformten Lötpastenablagerungenwerden
weniger unter Verwendung nur von Auf-Achse-Beleuchtung weniger effizient
beleuchtet und sind daher schlechter zu sehen.
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Bei
weißem Licht wird ein Wellenlängenbereich sichtbaren
Lichts entweder auf-Achse oder von der Achse weg von der Oberfläche
reflektiert (d. h. abhängig von der Form der Oberfläche).
Solches weißes Licht wird im allgemeinen auf der Achse
von Kontaktstellen ohne Lötpastenablagerungen stark reflektiert,
da solche Kontaktstellen typischerweise sauber und senkrecht zum
Betrachtungsweg sind. Die jüngste Verwendung von opfernden
(sacrificial) und schützenden Beschichtungen, um die Kontaktstellen
eines Substrats sauber zu halten, hat das Niveau der auf-Achse-Reflexion
von Kontaktstellen ohne Lötpastenablagerungen gesenkt.
Diese Abnahme in der Reflexion macht eine Unterscheidung zwischen
Kontaktstellen ohne Lötpastenablagerungen und mit Lötpastenablagerungen
schwieriger.
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Zusammenfassung
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Die
Erfindung wird nach einer Durchsicht der folgenden Abbildungen,
detaillierten Beschreibung und der Ansprüche vollständiger
verstanden werden.
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Ein
Aspekt der Erfindung enthält eine Schablonendruckervorrichtung
zum Aufbringen von Lötpaste auf die Oberfläche
des elektronischen Substrats. Bei einigen Ausführungsformen
weist der Schablonendrucker einen Rahmen auf; eine mit dem Rahmen
verbundene Schablone, wobei die Schablone eine Vielzahl von Öffnungen
aufweist; eine mit dem Rahmen verbundene Abgabevorrichtung, wobei
die Schablone und die Abgabevorrichtung dazu eingerichtet sind,
die Lötpaste auf das elektronische Substrat abzugeben;
ein abbildendes System, welches eingerichtet und angeordnet ist,
ein Bild des elektronischen Substrates zu erfassen, wobei das abbildende
System ein Kameraelement, das eingerichtet ist, das Bild von mindestens
einem Teil der Oberfläche des elektronischen Substrats
zu erfassen, und ein erstes Beleuchtungselement aufweist, das eine
langwellige Lichtquelle aufweist, welche eingerichtet ist, zumindest
den Teil der Oberfläche des elektronischen Substrats durch
Erzeugung von langwelligem Licht zu beleuchten; und eine mit dem
abbildenden System verbundene Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung
eingerichtet ist, die Bewegung des abbildenden Systems zu steuern,
um ein Bild zu erfassen.
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Bei
einigen Ausführungsformen weist das langwellige Licht Infrarot-Licht
auf. Bei anderen Ausführungsformen enthält das
Infrarot-Licht Licht des nahen Infrarots. Bei einigen Ausführungsformen
enthält das langwellige Licht Licht, welches eine Wellenlänge
hat, welche größer ist als ungefähr 670
nm. Bei einigen Ausführungsformen enthält das
langwellige Licht Licht, das eine Wellenlänge hat von weniger
als ungefähr 825 nm. Bei einigen Ausführungsformen enthält
das langwellige Licht Licht, das eine Wellenlänge von ungefähr
735 nm hat.
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Bei
einigen Ausführungsformen weist die langwellige Lichtquelle
mindestens eine langwellige LED auf, welche eingerichtet ist, das
langwellige Licht zu erzeugen. Bei einigen Ausführungen
weist die mindestens eine langwellige LED eine Vielzahl von langwelligen
LEDs auf. Bei einigen Ausführungsformen weist das erste
Beleuchtungselement ferner eine Weißlichtquelle auf, welche
eingereicht ist, mindestens den Teil der Oberfläche des
elektronischen Substrats durch Erzeugung von weißem Licht
zu beleuchten. Bei einigen Ausführungsformen weist die langwellige
Lichtquelle mindestens eine langwellige LED auf, die eingerichtet
ist, das langwellige Licht zu erzeugen, und die weiße Lichtquelle
weist mindestens eine LED auf, die eingerichtet ist, das weiße Licht
zu erzeugen.
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Bei
einigen Ausführungsformen ist das erste Beleuchtungselement
so eingerichtet, dass wenn das langwellige Licht und das weiße
Licht erzeugt wird, mindestens eine erste Schaltungsverzweigung, mit
welcher die mindestens eine langwellige LED gekoppelt ist, und mindestens
eine zweite Schaltungsverzweigung, mit welcher die mindestens eine
weiße LED gekoppelt ist, beide einen im wesentlichen ähnlichen
Strom erfahren. Bei einigen Ausführungen beträgt
der im wesentlichen ähnliche Strom ungefähr 80 mA.
Bei einigen Ausführungen enthält das erste Beleuchtungselement
mindestens einen Widerstand, welcher mit mindestens einer der mindestens
ersten Schaltungsverzweigung und der mindestens einen zweiten Schaltungsverzweigung
gekoppelt ist, so dass wenn das langwellige Licht und das weiße
Licht erzeugt wird, die mindestens eine erste Schaltungsverzweigung
und die mindestens eine zweite Schaltungsverzweigung den im wesentlichen
gleichen Strom erfahren.
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Bei
einigen Ausführungsformen ist das erste Beleuchtungselement
so eingerichtet, dass es mindestens den Teil der Oberfläche
des elektronischen Substrats durch im wesentlichen gleichzeitiges
Erzeugen des weißen Lichts und des langwelligen Lichts
beleuchtet. Bei einigen Ausführungsformen weist das erste
Beleuchtungselement ein Auf-Achse-Beleuchtungselement auf, das eingerichtet
ist, das langwellige Licht im wesentlichen längs einer ersten
Achse zu erzeugen, welche im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche
des elektronischen Substrats ist. Einige Ausführungsformen
weisen ferner ein Außer-Achse-Beleuchtungselement auf,
das eingerichtet ist, Licht im wesentlichen längs einer
zweiten Achse zu erzeugen, welche sich unter einem Winkel mit Bezug
zur ersten Achse erstreckt. Bei einigen Ausführungen weist
das Auf-Achse-Beleuchtungselement ferner eine Weißlichtquelle
auf, die eingerichtet ist, mindestens den Teil der Oberfläche
des elektronischen Substrats zu beleuchten durch Erzeugen von weißem
Licht im wesentlichen längs der ersten Achse.
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Bei
einigen Ausführungsformen weist das erste Beleuchtungselement
ferner mindestens einen Diffusor auf, der so eingerichtet ist, dass
das langwellige Licht im wesentlichen mindestens den Teil des elektronischen
Substrats gleichförmig beleuchtet. Bei einigen Ausführungsformen
enthält das Bild eine Darstellung von Lötpaste
auf einer Kontaktfläche des elektronischen Substrats. Bei
einigen Ausführungsformen weist die Steuervorrichtung einen
Prozessor auf, der eingerichtet ist, ein erstes Kontrasterkennungsverfahren
an dem Bild durchzuführen, um die Genauigkeit eines gewünschten
Lötpastenauftrags auf mindestens einer Kontaktfläche
des elektronischen Substrats festzustellen. Bei einigen Ausführungen
ist das abbildende System ferner eingerichtet, ein Bild der Schablone
zu erfassen, und der Prozessor ist ferner eingerichtet ein zweites
Kontrasterkennungsverfahren an dem Bild der Schablone durchzuführen,
um einen unerwünschten Lötpastenauftrag auf der
Schablone festzustellen.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung enthält eine abbildende Vorrichtung
zum Erfassen eines Bildes von mindestens einem Teil einer Oberfläche
eines elektronischen Substrats. Bei einigen Ausführungsformen
weist die abbildende Vorrichtung ein Kameraelement auf, das eingerichtet
ist, das Bild von mindestens dem Teil der Oberfläche des
elektronischen Substrats zu erfassen, und ein erstes Beleuchtungselement,
das eine langwellige Lichtquelle aufweist, die eingerichtet ist,
mindestens den Teil der Oberfläche des elektronischen Substrats
durch Erzeugen von langwelligem Licht zu beleuchten.
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Bei
einigen Ausführungsformen weist das langwellige Licht Infrarot-Licht
auf. Bei einigen Ausführungsformen enthält das
Infrarot-Licht Licht des nahen Infrarots. Bei einigen Ausführungsformen
enthält das langwellige Licht Licht, welches eine Wellenlänge
hat, welche größer ist als ungefähr 670
nm. Bei einigen Ausführungsformen enthält das
langwellige Licht Licht, das eine Wellenlänge hat von weniger
als ungefähr 825 nm. Bei einigen Ausführungsformen enthält
das langwellige Licht Licht, das eine Wellenlänge von ungefähr
735 nm hat.
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Bei
einigen Ausführungsformen weist die langwellige Lichtquelle
mindestens eine langwellige LED auf, welche eingerichtet ist, das
langwellige Licht zu erzeugen. Bei einigen Ausführungen
weist die mindestens eine langwellige LED eine Vielzahl von langwelligen
LEDs auf. Bei einigen Ausführungsformen weist das erste
Beleuchtungselement ferner eine Weißlichtquelle auf, welche
eingereicht ist, mindestens den Teil der Oberfläche des
elektronischen Substrats durch Erzeugung von weißem Licht
zu beleuchten. Bei einigen Ausführungsformen weist die langwellige
Lichtquelle mindestens eine langwellige LED auf, die eingerichtet
ist, das langwellige Licht zu erzeugen, und die weiße Lichtquelle
weist mindestens eine LED auf, die eingerichtet ist, das weiße Licht
zu erzeugen.
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Bei
einigen Ausführungsformen ist das erste Beleuchtungselement
so eingerichtet, dass wenn das langwellige Licht und das weiße
Licht erzeugt wird, mindestens eine erste Schaltungsverzweigung, mit
welcher die mindestens eine langwellige LED gekoppelt ist, und mindestens
eine zweite Schaltungsverzweigung, mit welcher die mindestens eine
weiße LED gekoppelt ist, beide einen im wesentlichen ähnlichen
Strom erfahren. Bei einigen Ausführungen beträgt
der im wesentlichen ähnliche Strom ungefähr 80 mA.
Bei einigen Ausführungen enthält das erste Beleuchtungselement
mindestens einen Widerstand, welcher mit mindestens einer der mindestens
ersten Schaltungsverzweigung und der mindestens einen zweiten Schaltungsverzweigung
gekoppelt ist, so dass wenn das langwellige Licht und das weiße
Licht erzeugt wird, die mindestens eine erste Schaltungsverzweigung
und die mindestens eine zweite Schaltungsverzweigung den im wesentlichen
gleichen Strom erfahren. Bei einigen Ausführungsformen
ist das erste Beleuchtungselement so eingerichtet, dass es mindestens
den Teil der Oberfläche des elektronischen Substrats durch
im wesentlichen gleichzeitiges Erzeugen des weißen Lichts
und des langwelligen Lichts beleuchtet.
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Bei
einigen Ausführungsformen weist das erste Beleuchtungselement
ein Auf-Achse-Beleuchtungselement auf, das eingerichtet ist, das
langwellige Licht im wesentlichen längs einer ersten Achse
zu erzeugen, welche im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche
des elektronischen Substrats ist. Einige Ausführungsformen
weisen ferner ein Außer-Achse-Beleuchtungselement auf,
das eingerichtet ist, Licht im wesentlichen längs einer
zweiten Achse zu erzeugen, welche sich unter einem Winkel mit Bezug zur
ersten Achse erstreckt. Bei einigen Ausführungen weist
das Auf-Achse-Beleuchtungselement ferner eine Weißlichtquelle
auf, die eingerichtet ist, mindestens den Teil der Oberfläche
des elektronischen Substrats zu beleuchten durch Erzeugen von weißem Licht
im wesentlichen längs der ersten Achse.
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Bei
einigen Ausführungsformen weist das erste Beleuchtungselement
ferner mindestens einen Diffusor auf, der so eingerichtet ist, dass
das langwellige Licht im wesentlichen mindestens den Teil des elektronischen
Substrats gleichförmig beleuchtet. Bei einigen Ausführungsformen
enthält das Bild eine Darstellung von Lötpaste
auf einer Kontaktfläche des elektronischen Substrats. Bei
einigen Ausführungsformen ist das abbildende System ferner
eingerichtet, ein Bild der Schablone zu erfassen, welches eine Darstellung
von unerwünschter Lötpaste auf der Schablone enthält.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung enthält eine abbildende Vorrichtung
zum Erfassen eines Bildes von mindestens einem Teil einer Oberfläche
eines elektronischen Substrats. Bei einigen Ausführungsformen
weist die abbildende Vorrichtung ein Kameraelement auf, das eingerichtet
ist, das Bild von mindestens dem Teil der Oberfläche des
elektronischen Substrats zu erfassen, und ein erstes Beleuchtungselement,
welches Mittel zum Beleuchten von mindestens dem Teil der Oberfläche
des elektronischen Substrats mit langwelligem Licht aufweist.
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Bei
einigen Ausführungsformen weist das langwellige Licht Infrarot-Licht
auf. Bei anderen Ausführungsformen enthält das
Infrarot-Licht Licht des nahen Infrarots. Bei einigen Ausführungsformen
enthält das langwellige Licht Licht, welches eine Wellenlänge
hat, welche größer ist als ungefähr 670
nm. Bei einigen Ausführungsformen enthält das
langwellige Licht Licht, das eine Wellenlänge hat von weniger
als ungefähr 825 nm. Bei einigen Ausführungsformen enthält
das langwellige Licht Licht, das eine Wellenlänge von ungefähr
735 nm hat.
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Bei
einigen Ausführungsformen weist das erste Beleuchtungselement
ferner eine Weißlichtquelle auf, die eingerichtet ist,
mindestens den Teil der Oberfläche des elektronischen Substrats
mit weißem Licht zu beleuchten. Bei einigen Ausführungsformen
weisen die Mittel zum Beleuchten mindestens des Teils der Oberfläche
Auf-Achse-Mittel zum Beleuchten mindestens des Teils der Oberfläche
durch Erzeugen des langwelligen Lichts im wesentlichen längs
einer ersten Achse auf, welche im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche
des elektronischen Substrats ist. Einige Ausführungsformen
weisen ferner ein Außer-Achse-Beleuchtungselement auf,
das eingerichtet ist, Licht im wesentlichen längs einer
zweiten Achse zu erzeugen, welche sich unter einem Winkel mit Bezug
auf die erste Achse zu erstreckt. Bei einigen Ausführungen
weisen die Auf-Achse-Mittel ferner eine Weißlichtquelle
auf, die eingerichtet ist, mindestens den Teil der Oberfläche
des elektronischen Substrats mit weißem Licht zu beleuchten.
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Bei
einigen Ausführungsformen weisen die Mittel zum Beleuchten
von mindestens dem Teil der Oberfläche des elektronischen
Substrats mindestens eine langwellige LED auf. Bei einigen Ausführungsformen
weisen die Mittel zum Beleuchten von mindestens dem Teil der Oberfläche
des elektronischen Substrats ferner einen Diffusor auf, der so eingerichtet
ist, dass das langwellige Licht im wesentlichen gleichförmig
den Teil des elektronischen Substrats beleuchtet.
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Noch
ein weiterer Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Auftragen
einer Lötpaste auf eine Oberfläche eines elektronischen
Substrats auf. Bei einigen Ausführungsformen weist das
Verfahren das Zuführen des elektronischen Substrats zu
einem Schablonendrucker, Ablagern der Lötpaste auf der Oberfläche
des elektronischen Substrats, Beleuchten von mindestens einem Teil
der Oberfläche des elektronischen Substrats mit langwelligem
Licht, das durch eine langwellige Lichtquelle erzeugt wurde, und
Erfassen eines Bildes von mindestens dem Teil der Oberfläche
des elektronischen Substrats auf.
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Bei
einigen Ausführungsformen weist das langwellige Licht Infrarot-Licht
auf. Bei anderen Ausführungsformen enthält das
Infrarot-Licht Licht des nahen Infrarots. Bei einigen Ausführungsformen
enthält das langwellige Licht Licht, welches eine Wellenlänge
hat, welche größer ist als ungefähr 670
nm. Bei einigen Ausführungsformen enthält das
langwellige Licht Licht, das eine Wellenlänge hat von weniger
als ungefähr 825 nm. Bei einigen Ausführungsformen enthält
das langwellige Licht Licht, das eine Wellenlänge von ungefähr
735 nm hat.
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Einige
Ausführungsformen weisen das Bestimmen einer Genauigkeit
eines Lötpastenauftrags auf der Oberfläche des
elektronischen Substrats auf. Bei einigen Ausführungsformen
enthält das Bestimmen der Genauigkeit des Lötpastenauftrags
das Vergleichen von mindestens einem Teil des Bildes mit mindestens
einem Schwellenwert auf. Einige Ausführungsformen weisen
ferner das Beleuchten von mindestens dem Teil der Oberfläche
des elektronischen Substrats mit weißem Licht auf.
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Einige
Ausführungsformen weisen ferner das Leiten des langwelligen
Lichts im wesentlichen längs einer ersten Achse auf, die
im allgemeinen senkrecht zu der Oberfläche des elektronischen
Substrats ist. Einige Ausführungsformen weisen ferner das
Beleuchten von mindestens dem Teil der Oberfläche des elektronischen
Substrats mit Licht auf, welches im wesentlichen längs
einer zweiten Achse geleitet wird, die sich unter einem Winkel mit
Bezug auf die erste Achse erstreckt. Einige Ausführungen weisen
ferner das Beleuchten von mindestens dem Teil der Oberfläche
des elektronischen Substrats mit weißem Licht auf, das
im wesentlichen längs der ersten Achse geleitet wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen verweisen gleiche Bezugszeichen auf die gleichen
oder vergleichbare Teile in den verschiedenen Ansichten. Die Zeichnungen sind
nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird
Wert darauf gelegt, bestimmte Prinzipien hervorzuheben, welche im
Folgenden erläutert werden.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Schablonendruckers gemäß einigen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine schematische Darstellung eines abbildenden Systems gemäß einigen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Kamera und einer Objektivvorrichtung
gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung;
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4 ist
eine schematische Darstellung einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einigen
Ausführungsformen der Erfindung;
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5A und 5B sind
Ansichten einer gedruckten Leiterplatte, welche bei der Beleuchtungsvorrichtung
von 4 gemäß einigen Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden kann;
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6A und 6B sind
Ansichten einer alternativen gedruckten Leiterplatte, welche bei
der Beleuchtungsvorrichtung von 4 gemäß einigen Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden kann;
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7A und 7B sind
elektrische Schaltbilder zweier gedruckter Leiterplatten gemäß Ausführungsformen
der Erfindung;
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8 ist
eine schematische Darstellung eines alternativen abbildenden Systems
gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung;
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9 ist
eine schematische Darstellung einer Außer-Achse-Beleuchtungsanordnung
(off-axis illumination assembly) gemäß einigen
Ausführungsformen der Erfindung;
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10A und 10B sind
schematische Darstellungen der Außer-Achse-Beleuchtungsanordnung
gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung;
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11 ist
eine schematische Darstellung eines anderen alternativen abbildenden
Systems gemäß einigen Ausführungsformen
der Erfindung;
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12 ist
ein Verfahren zur Abgabe von Lötpaste auf ein Substrat
gemäß einigen Ausführungsform der Erfindung;
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13 ist
eine schematische Darstellung eines Schablonendruckers im Betrieb
gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung;
und
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14A und 14B sind
Ansichten einer Leiterplatte gemäß einigen Ausführungsformen
der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
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Ausführungsformen
der Erfindung sind in der Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails
und die Anordnung von Komponenten und Vorgänge beschränkt,
die in der folgenden Beschreibung dargelegt sind oder in den Zeichnungen
dargestellt sind. Die Erfindung kann zu anderen Ausführungsformen in
der Lage sein und kann auf verschiedene Weisen ausgeübt
oder ausgeführt werden. Die hier verwendete Ausdrucksweise
und Terminologie ist zum Zweck der Beschreibung und sollte nicht
als beschränkend betrachtet werden. Die Verwendung von ”einschließlich” ”aufweisend” oder ”mit”, ”enthaltend”, ”einbeziehend” und
Variationen davon sollen die danach aufgeführten Gegenstände
und Äquivalente davon sowie zusätzliche Gegenstände
umfassen.
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Zum
Zweck der Erläuterung werden jetzt Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben mit Bezug auf einen Schablonendrucker, welcher
verwendet wird, um Lötpaste auf eine Leiterplatte zu drucken.
Der Fachmann wird erkennen, dass Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung nicht auf Schablonendrucker beschränkt
sind, welche Lötpaste auf Leiterplatten drucken, sondern
viel mehr in anderen Anwendungen verwendet werden können,
welche die Abgabe anderer viskoser Materialien erfordern, wie zum
Beispiel von Klebstoffen, Versiegelungen, Unterfüllungen
und anderen Materialien, die dazu geeignet sind, elektronische Komponenten
auf einer Leiterplatte zu befestigen. Deshalb zieht jeder Bezug
auf Lötpaste im Folgenden die Verwendung solch anderer
Materialien in Erwägung. Ebenso können die Begriffe „Sieb” und „Schablone” im
Folgenden austauschbar verwendet werden, um eine Vorrichtung in
einem Drucker zu beschreiben, welche ein Muster definiert, das auf
ein Substrat gedruckt werden soll.
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1 zeigt
eine perspektivische Frontansicht eines Schablonendruckers, generell
mit 100 bezeichnet, in Übereinstimmung mit einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Schablonendrucker 100 kann
einen Rahmen 101 aufweisen, der die Komponenten des Schablonendruckers 100 trägt,
einschließlich einer Steuervorrichtung 103, welche
in einem Gehäuse 105 des Schablonendruckers 100 untergebracht
ist, eine Schablone 107 und einen Abgabekopf, generell
mit 109 bezeichnet, zur Abgabe von Lötpaste. Der
Abgabekopf 109 kann entlang orthogonaler Achsen mittels
eines Laufschienensystems (nicht bezeichnet) unter Steuerung der
Steuervorrichtung 103 beweglich sein, um das Drucken von Lötpaste
auf einer Leiterplatte 111 zu ermöglichen.
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Bei
einigen Ausführungsformen kann der Schablonendrucker 100 auch
eine Förderanlage aufweisen, weiche Schienen 113, 115 zum
Transport der Leiterplatte 111 in eine Druckposition in
dem Schablonendrucker 100 aufweist. Bei einigen Ausführungen
hat der Schablonendrucker 100 eine Haltevorrichtung 117 (z.
B. Nadeln, Gel-Membranen, etc.), welche unterhalb der Leiterplatte 111 positioniert
ist, wenn die Leiterplatte 111 in der Abgabeposition ist. Die
Haltevorrichtung 117 kann dazu verwendet werden, die Leiterplatte 111 von
den Schienen 113, 115 anzuheben, um die Leiterplatte 111 in
Kontakt mit oder in nächste Nähe von der Schablone 107 zu
bringen, wenn der Druck (d. h. Lötpastenablagerung) stattfinden
soll.
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In
einer Ausführungsform kann der Abgabekopf 109 dazu
eingerichtet sein, mindestens eine Lötpastenkartusche 119 aufzunehmen,
welche Lötpaste während eines Druckvorganges an
den Abgabekopf liefert. In einer Ausführungsform ist die
Lötpastenkartusche 119 nach einer bekannten Art
mit einem Ende eines Druckluftschlauches verbunden. Das andere Ende
des Druckluftschlauches kann an einem Kompressor befestigt sein,
welcher in dem Rahmen 101 des Schablonendruckers 100 enthalten
ist, welcher unter der Steuerung der Steuervorrichtung 103 Druckluft
an die Kartusche 119 liefert, um Lötpaste in den
Abgabekopf 109 und auf die Schablone 107 zu drücken.
Andere Konfigurationen zur Abgabe von Lötpaste auf die
Schablone 107 können ebenso angewendet werden.
Zum Beispiel können in anderen Ausführungsformen
mechanische Vorrichtungen, wie zum Beispiel ein Kolben zusätzlich
oder an Stelle des Luftdrucks verwendet werden, um die Lötpaste
aus der Kartusche 119 in den Abgabekopf 109 zu
pressen. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die
Steuervorrichtung 103 durch die Verwendung eines Personal
Computers mit einem geeigneten Betriebssystem (z. B. Microsoft® DOS oder Windows® NT,
Windows Vista, UNIX, etc.) mit einer anwendungsspezifischen Software
zur Steuerung des Betriebes des Schablonendruckers 100 implementiert werden,
wie hier beschrieben.
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Bei
einigen Ausführungsformen kann der Schablonendrucker 100 wie
folgt arbeiten. Die Leiterplatte 111 kann unter Verwendung
der Förderschienen 113, 115 und durch Ausrichten
der Leiterplatte mit der Schablone in den Schablonendrucker 100 in eine
Druckposition geladen werden. Der Abgabekopf 109 kann dann
in Z-Richtung abgesenkt werden, bis er in Kontakt mit der Schablone 107 ist.
Der Abgabekopf 109 kann die Schablone 107 in einem
ersten Drucktakt vollständig überqueren, um Lötpaste
durch Öffnungen der Schablone 107 und auf die
Leiterplatte 111 zu pressen. Sobald der Abgabekopf 109 die Schablone 107 ganz überquert
hat, kann die Leiterplatte 111 durch die Förderschienen 113, 115 von dem
Schablonendrucker 100 weg transportiert, sodass eine zweite,
nachfolgende Leiterplatte in den Schablonendrucker 100 geladen
werden kann. Um die zweite Leiterplatte zu bedrucken, kann der Abgabekopf 109 in
einem zweiten Drucktakt in einer entgegen gesetzten Richtung zu
der für die erste Leiterplatte 111 verwendete über
die Schablone 107 bewegt werden.
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Mit
Bezug auf 2 in Ergänzung zu 1, wird
ein beispielhaftes abbildendes System einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung generell mit 121 bezeichnet.
Wie in dieser beispielhaften Ausführungsform dargestellt,
ist das abbildende System 121 zwischen der Schablone 107 und
der Leiterplatte 111 angebracht, welche wiederum durch
die Haltevorrichtung 117 (1) getragen
wird. Das abbildende System 121 ist mit einem Laufschienensystem 123 (1)
verbunden, welches Teil des Laufschienensystems sein kann, das verwendet
wird, den Abgabekopf 109 zu bewegen oder kann getrennt
innerhalb des Schablonendruckers 100 vorgesehen sein. Die
Konstruktion des Laufschienensystems 123, welches verwendet
wird, das abbildende System 121 zu bewegen, ist wohl bekannt
in der Prüftechnik in einem Lötpastendrucker (z.
B. 100). Die Anordnung ist derart, dass das abbildende
System 121 in beliebiger Position unterhalb der Schablone 107 und
oberhalb der Leiterplatte 111 angeordnet werden kann, um
jeweils ein Bild von vorbestimmten Bereichen der Leiterplatte 111 bzw.
der Schablone 107 zu erfassen. In anderen Ausführungsformen, wenn
das abbildende System 121 außerhalb des Drucknestes
platziert ist, kann das abbildende System 121 oberhalb
oder unterhalb der Schablone 107 und/oder der Leiterplatte 111 angeordnet
sein.
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Wie
in 2 dargestellt, beinhaltet bei einer beispielhaften
Ausführungsform das abbildende System 121 eine
optische Vorrichtung, welche zwei Kameras 201, 203 aufweist,
zwei Objektivvorrichtungen, generell als 205, 207 bezeichnet,
zwei Beleuchtungsvorrichtungen 209, 211, zwei
Strahlteiler 213, 215 und eine Spiegelvorrichtung 217.
In bestimmten Ausführungsformen können die Kamera
und eine Objektivvorrichtung zusammen als eine Kameravorrichtung
konfiguriert sein. Eine derartige Vorrichtung wie auch das abbildende
System 121 kann auch als ein Kameraprüfkopf bezeichnet
werden. Ein Rahmen 219 trägt die Komponenten des
abbildenden Systems 121. Bei einigen Ausführungsformen
können die Kameras 201, 203 auch von
zueinander identischer Bauart sein, und in einer Ausführungsform kann
jede Kamera eine digitale CCD-Kamera von dem Typ sein, der von Opteon
Corporation in Cambridge, Massachusetts bezogen werden kann. Jede Kamera
kann entweder eine Farbkamera oder eine Schwarz-Weiß-Kamera
sein. Bei einer Ausführung, bei welcher Schwarz-Weiß-Kameras
verwendet werden, kann eine 652 mal 494 Pixel WaferCam Model B1A
von Opteon Corporation verwendet werden. Bei einer Ausführung,
wenn eine höhere Auflösung erwünscht
ist, kann eine 1024 mal 768 Pixel WaferCam Model B1J von Opteon
Corporation verwendet werden. Bei einer Ausführung, bei
welcher Farbkameras verwendet werden, kann eine 1024 mal 768 Pixel WaferCam
Model C1J von Opteon Corporation verwendet werden. Bei anderen Ausführungsformen können
CMOS-Kameras verwendet werden. Bei einer solchen Ausführungsform
wird das uEye Modell 1226-LE-M, erhältlich von IDS Imaging
Development Systems GHMH in Obersulm, Deutschland verwendet.
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In
einer Ausführungsform können die Beleuchtungsvorrichtungen 209, 211 eine
oder mehrere Licht emittierende Dioden (LEDs) sein, welche in der Lage
sind, eine intensive Lichtmenge an ihrem jeweiligen Strahlteiler 213 oder 215 zu
erzeugen und unten detaillierter beschreiben werden. Die Strahlteiler 213, 215 und
die Spiegelvorrichtung 217, welche ein Zweifachspiegel
ohne Strahlteilung sein kann, sind in der Technik allgemein bekannt.
Bei anderen Ausführungsformen können Xenon- und
Halogenlampen verwendet werden, um das erforderliche Licht zu erzeugen.
Bei anderen Ausführungsformen können Faseroptiken
verwendet werden, um Licht von einer entfernten Quelle zum Anwendungsort
zu leiten.
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Die
Strahlteiler 213, 215 können dazu eingerichtet
sein, einen Teil des Lichtes, welcher von ihren jeweiligen Beleuchtungsvorrichtungen 209, 211 erzeugt
wird, entlang einer generell vertikalen Achse A hin zu der Leiterplatte 111 bzw.
der Schablone 107 zu reflektieren, während sie
weiterhin einen Teil des von der Leiterplatte und der Schablone
reflektierten Lichtes zu der Spiegelvorrichtung 217 durchlassen.
So wie hier genutzt, können die Beleuchtungsvorrichtung 209 und
der Strahlteiler 213 (sowie die Beleuchtungsvorrichtung 211 und
der Strahlteiler 215) als eine Auf-Achse-Beleuchtungsvorrichtung
(on-axis illumination assembly) bezeichnet werden, welche dazu eingerichtet
ist, Licht im Wesentlichen entlang oder parallel zu der Achse A
zu leiten, welche generell senkrecht zu einer Ebene der Leiterplatte 111 ist. Bei
einigen Ausführungsformen läuft reflektiertes Licht
von der Leiterplatte 111 zurück durch den Strahlteiler 213 und
auf die Spiegelvorrichtung 217, wo es zu der Objektivvorrichtung 205 umgelenkt
wird, um ein Bild eines vorbestimmten Bereiches der Leiterplatte
zu erfassen.
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Die
Strahlengänge, welche zwischen den Beleuchtungsvorrichtungen 209, 211 und
ihren jeweiligen Kameras 201, 203 mit Hilfe von
Strahlteilern 213, 215 und der Spiegelvorrichtung 217 festgelegt sind,
sind Fachleuten wohl bekannt. Wie gezeigt, breitet sich das von
den Strahlteilern 213, 215 reflektierte Licht
zu seinen jeweiligen Objekten (d. h. die Leiterplatte 111 bzw.
die Schablone 107) im Wesentlichen entlang oder parallel
zu der Achse A aus, welche generell senkrecht auf der Objektebene
steht.
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Mit
Bezug auf 3, sind die beispielhafte Kamera 201 und
die beispielhafte Objektivvorrichtung 205 dargestellt.
Wie oben erörtert, kann die Kamera 203 von gleicher
oder ähnlicher Bauweise wie Kamera 201 sein. Zusätzlich
kann die Bauweise der Objektivvorrichtung 207 der Bauweise
der Objektivvorrichtung 207 gleich oder ähnlich
sein wie die Objektivvorrichtung 205. Dementsprechend trifft
die folgende Erörterung der Kamera 201 und der
Objektivvorrichtung 205 generell jeweils für die
Kamera 203 bzw. die Objektivvorrichtung 207 zu,
und wie oben besprochen, kann solch eine Vorrichtung als Kameravorrichtung
oder Videoprüfkopf bezeichnet werden.
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Wie
schematisch in 3 dargestellt, kann die Objektivvorrichtung 205 ein
Gehäuse 301, ein Paar Linsen 303, 305,
welche in dem Gehäuse angebracht sind, und eine Apertur
(nicht dargestellt) aufweisen, die zwischen den Linsen angebracht
ist. Die Linsen 303, 305 können zusammen
die telezentrischen Fähigkeiten der Objektivvorrichtung 205 bereitstellen.
Die gesamte Objektivvorrichtung 205 kann auch als ein „Objektiv” oder
eine ”telezentrische Objektivvorrichtung” bezeichnet
werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen ist die Anordnung derart, dass
Licht, welches von der Spiegelvorrichtung 217 von 2 reflektiert
wird, zu der Objektivvorrichtung 205 geleitet wird. Sobald
in der Objektivvorrichtung 205 angekommen, passiert das Licht
die erste Linse 303, die Apertur (nicht gezeigt), die zweite
Linse 305 und trifft auf den lichtempfindlichen Bereich
der Kamera 201, wo das Bild ausgebildet wird. In einer
Ausführungsform kann der CCD-Ausleser der Kamera 201 einen
elektronischen Verschluss beinhalten. Die Kamera 201 kann,
teilweise durch die telezentrische Objektivvorrichtung, derart eingerichtet
sein, dass sie einen ganzen vorbestimmten Bereich sieht, ohne nennenswerte
Verzerrungen in irgendeinem Teil des Bildes zu zeigen.
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Wie
in 3 gezeigt, kann die Kamera 201 von einem
Gehäuse 307 getragen werden, welches mit einem
Gewinde an dem Gehäuse 301 der Objektivvorrichtung 205 befestigt
sein kann. Das Gehäuse 301 der Objektivvorrichtung 205 und
das Gehäuse 307 der Kamera 201 können
axial zueinander ausgerichtet sein, sodass das Bild, welches durch
Linien 309 strahlenförmig dargestellt ist, exakt
auf die Kamera ausgerichtet ist. Das Gehäuse 301 der
Objektivvorrichtung 205 kann in geeigneter Weise an dem Rahmen 219 des
abbildenden Systems 121 befestigt sein.
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Bei
einigen Ausführungsformen kann die Anordnung derart sein,
dass, wenn ein Bild der Leiterplatte 111 aufgenommen wird,
die Beleuchtungsvorrichtung 209 eine intensive Lichtmenge
in Richtung ihres jeweiligen Strahlteilers 213 erzeugt.
Dieses Licht wird von dem Strahlteiler 213 zu der Leiterplatte 111 hin
reflektiert, und wird dann zurück zu der Spiegelvorrichtung 217 geworfen.
Die Spiegelvorrichtung 217 kann dann das Licht durch die
Objektivvorrichtung 205 und zu der Kamera 201 leiten,
welche das Bild des vorbestimmten Bereiches der Leiterplatte 111 erfassen
kann. Das Bild kann elektronisch gespeichert werden (z. B. im RAM
oder einem anderen Speicher der Steuervorrichtung 103)
oder in Echtzeit verwendet werden, sodass das Bild von der Steuervorrichtung 103 verarbeitet
und analysiert werden kann, um entweder eine fehlerhafte Lötpastenablagerung
zu erkennen, oder mit einem Bereich der Schablone 107 zu
Ausrichtungszwecken verglichen werden kann, oder ein Substrat zum
Beispiel zu Identifikations- oder Nachverfolgungszwecken zu inspizieren.
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Bei
einigen Ausführungsformen kann auf die gleiche Weise, wenn
ein Bild der Schablone 107 aufgenommen wird, die Beleuchtungsvorrichtung 211 einen
Lichtstrahl erzeugen, welcher auf ihren zugehörigen Strahlteiler 215 gerichtet
ist. Das Licht kann dann auf die Schablone 107 gelenkt
und durch den Strahlteiler 215 auf die Spiegelvorrichtung 217 zurückgeworfen
werden. Das Licht kann dann auf die telezentrische Objektivvorrichtung 207 und
weiter zu der Kamera 203 gelenkt werden, um das Bild des vorbestimmten
Bereiches der Schablone 107 zu erfassen. Sobald es erfasst
ist, kann der Bereich der Schablone 107 von der Steuervorrichtung 103 zu Prüfzwecken,
um eine unerwünschte Lötpastenablagerung zu erkennen
(z. B. Erkennung von verstopften Öffnungen in der Schablone
oder Oberflächenkontamination wie z. B. Lötpaste
oder Harz zum Beispiel) analysiert werden oder mit einem Bereich
der Leiterplatte 111 zu Ausrichtungszwecken verglichen
werden. Die Fähigkeit für Prüfzwecke
des abbildenden Systems 121 wird unten detaillierter beschrieben.
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Wie
oben mit Bezug auf das Erfassen eines Bildes eines Bereiches der
Leiterplatte erläutert, kann die in 2 dargestellte
Beleuchtungsvorrichtung 209 dafür eingerichtet
sein, Licht entlang oder parallel zu der Achse A senkrecht zu der
Ebene der Leiterplatte zu leiten. Deshalb kann die Kamera 203 dazu
geeignet sein, nur Bilder von Licht zu erfassen, welches von Oberflächen
der Leiterplatte 111 zurückgeworfen wird, die
senkrecht zu der Richtung des auf die Leiterplatte gesendeten Lichtes
sind. Unregelmäßige, gerundete oder facettierte
Oberflächen, d. h. Oberflächen von Lötpastenablagerungen,
die in einem Winkel in Bezug auf die Ebene der Leiterplatte ausgerichtet
sind, haben die Neigung, weniger markant zu werden, da Licht weg
von dem Strahlengang weg reflektiert wird.
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Bei
einigen Ausführungsformen können die auf Schwellenwerten
basierenden Abbildungstechniken (z. B. Techniken, die vom Prozessor
verwendet werden können, welcher das abbildende Systems 121 steuert,
um ein erfasstes Bild zu analysieren) aus dieser Änderung
im Hervortreten einen Nutzen ziehen, um festzustellen, ob Lötpaste
auf eine Oberfläche (z. B. eine Kontaktfläche)
abgegeben wurde. Bei einigen Ausführungsformen zum Beispiel
kann eine Kontaktfläche oder ein Teil einer Kontaktfläche
ohne eine Lötpastenablagerung hell im erfassten Bild einer Leiterplatte
erscheinen, da das Licht überwiegend von der Kontaktfläche
längs der Achse A reflektiert wird. Im Gegensatz dazu kann
eine Kontaktfläche oder ein Teil einer Kontaktfläche
mit einer Lötpastenablagerung im erfassten Bild der Leiterplatte
dunkel erscheinen, da Licht, welches durch die abgewinkelten Oberflächen
der Lötpastenablagerungen gestreut wird, nicht in großem
Maße längs der Achse A reflektiert wird. Bei einigen
Ausführungsformen kann ein Helligkeitsniveau an einem Bildort
entsprechend einer Kontaktfläche oder einem Teil einer
Kontaktfläche mit einem Schwellenwert verglichen werden,
um festzustellen, ob eine Lötpastenablagerung vorhanden
ist. Solche Schwellenwerttechniken sind im Stand der Technik bekannt.
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Schwellenwerttechniken
haben im allgemeinen gut funktioniert, um Kontaktflächen
oder Teile von Kontaktfläche mit Lötpastenablagerungen
von Kontaktflächen oder Teilen von Kontaktflächen
ohne Lötpastenablagerungen zu unterscheiden, wenn die Kontaktflächen
einer Leiterplatte dem Schablonendrucker 100 in einem sauberen/reflektierenden
Zustand zugeführt werden. Da reflektierende Kontaktflächen
ohne Lötpastenablagerungen bewirken, dass mehr Licht längs
der Achse A reflektiert wird und dadurch bewirken, dass die Kontaktflächen
in Bildern der Leiterplatte heller erscheinen, können solche
reflektierenden Kontaktflächen relativ leicht unterschieden
werden.
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Viele
Substrate (z. B. Leiterplatte 111) werden jedoch zunehmend
so hergestellt oder vorbearbeitet, dass Kontaktflächen
mit einer nicht-reflektierenden oder wenig reflektierenden (d. h.
weniger reflektierend als unbeschichtete Kontaktflächen)
Beschichtung überzogen werden. Übliche Beschichtungen
können ein organisches Lötschutzmittel (OSP) oder
ein Harz enthalten. Solche Beschichtungen können Licht
absorbieren oder streuen und verringern dadurch die Lichtmenge,
die längs der Achse A und dann zurück zur Kamera
hin reflektiert wird. Diese Verringerung im reflektierten Licht
lässt solche beschichteten Kontaktflächen in Bildern
dunkler erscheinen, selbst wenn keine Lötpastenablagerungen darauf
vorhanden sind. Aufgrund dieses verdunkelten Erscheinungsbildes
können Unterschiede in Helligkeitsniveaus zwischen Kontaktflächen
oder Teilen von Kontaktflächen mit Lötpastenablagerungen
und Kontaktflächen oder Teilen von Kontaktflächen
ohne Lötpastenablagerungen klein oder nicht existent sein.
Herkömmliche Schwellenwerttechniken können deshalb
weniger effektiv oder ineffektiv sein beim Unterscheiden von Kontaktflächen
oder Teilen von Kontaktflächen mit Lötpastenablagerungen
von Kontaktflächen oder Teilen von Kontaktflächen
ohne Lötpastenablagerungen.
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Bei
einem Aspekt der Erfindung wird erkannt, dass langwelliges Licht
dazu verwendet werden kann, herkömmliche Schwellenwerttechniken
zur Anwendung bei mit nicht reflektierenden oder wenig reflektierenden
Beschichtungen überzogenen Kontaktflächen zu verbessern.
Es wird insbesondere erkannt, dass langwelliges Licht dünne
Schichten dieser Beschichtungen durchdringen kann, wie solche welche
typischerweise auf modernen Leiterplatten (z. B. 111) vorhanden
sind. Solches langwelliges Licht kann dann durch die darunter liegende
Kontaktstelle wie üblich reflektiert werden und entlang
der Achse A zurückreflektiert werden. Das langwellige Licht
kann die Beschichtung ein zweites Mal durchdringen, wenn das langwellige
Licht von der Kontaktfläche längs der Achse A
zurückstrahlt. Im Gegensatz dazu durchdringt herkömmlicherweise
verwendetes weißes Licht im allgemeinen solche Beschichtungen nicht
oder durchdringt solche Beschichtungen zu einem geringeren Grad,
was eine größere Absorption und Streuung von weißem
Licht durch die Beschichtungen und weniger Reflexion längs
der Achse A bewirkt.
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Bei
einigen Ausführungsformen kann jedes beliebige langwellige
Licht verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann
das langwellige Licht Infrarot-Licht enthalten. Bei einigen Ausführungsformen
kann das Infrarot-Licht Licht des nahen Infrarots aufweisen. Bei
einigen Ausführungsformen kann das langwellige Licht Licht
enthalten, welches eine Wellenlänge hat, welche größer
ist als ungefähr 670 nm. Bei einigen Ausführungen
kann das langwellige Licht Licht enthalten, das eine Wellenlänge
hat von mehr als ungefähr 700 nm. Bei einigen Ausführungen
kann das langwellige Licht Licht enthalten, das eine Wellenlänge
hat von weniger als ungefähr 3 μm. Bei einigen
Ausführungsformen kann das langwellige Licht Licht enthalten,
das eine Wellenlänge von weniger als ungefähr
825 nm hat. Bei einigen Ausführungsformen enthält
das langwellige Licht Licht, das eine Wellenlänge von ungefähr
735 nm hat.
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4 zeigt
ein Beispiel einer Beleuchtungsvorrichtung 400, welche
verwendet werden kann, um das langwellige Licht zu erzeugen und
verwendet werden kann als eine oder beide der Beleuchtungsvorrichtungen 209 und 211 von 2.
Da die Schabloneninspektion manchmal aus der langwelligen Beleuchtung
keinen Nutzen ziehen kann, kann bei einigen Ausführungen
die Beleuchtungsvorrichtung 209, welche die Leiterplatte
beleuchtet, langwellige Lichtquellen enthalten, wie unten beschrieben,
aber die Beleuchtungsvorrichtung 211, welche die Schablone beleuchtet,
braucht keine solchen langwelligen Lichtquellen enthalten. Bei anderen
Ausführungen können beide Beleuchtungsvorrichtungen 209, 211 langwellige
Lichtquellen enthalten.
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Die
beispielhafte Beleuchtungsvorrichtung 400 enthält
eine Vielzahl von Lichtquellen, welche bei 401A und 401B angegeben
sind. Einige oder alle der Lichtquellen 401A, 401B können
langwelliges Licht zur Beleuchtung der Leiterplatte 111 erzeugen.
Die Lichtquellen 401A, 401B können mit
einem Leiterplattensubstrat 403 gekoppelt sein, das eingerichtet sein
kann, eine Energieversorgung (nicht dargestellt) anzuschließen
und die Lichtquellen 401A, 401B mit Energie versorgen.
Ein Diffusor 405 kann eingerichtet sein, Licht zu streuen,
welches durch die Lichtquellen erzeugt wird, so dass eine Leiterplatte,
welche durch die Lichtquellen beleuchtet wird, im wesentlichen gleichförmig
beleuchtet wird. Die Lichtquellen 401A, 401B können
in einem Gehäuse 407 untergebracht sein. Das Gehäuse 407 kann
eine Diffusorlippe 409 aufweisen, welche den Diffusor 405 an seinem
Platz hält und welche es dem Diffusor ermöglichen
kann, entfernt zu werden, um zu den Lichtquellen 401A, 401B Zugang
zu schaffen. Das Gehäuse 407 kann auch einen Befestigungsbolzen 411 aufweisen,
welcher dazu verwendet werden kann, die Beleuchtungsvorrichtung 400 an
dem abbildenden System 121 (z. B. dem Rahmen 219)
zu befestigen.
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Bei
einigen Ausführungsformen kann jede der Lichtquelle 401A, 401B eine
langwellige Lichtquelle sein. Bei solch einer Ausführungsform
können die Lichtquellen 401A, 401B eine
Vielzahl von langwelligen LEDs enthalten. Die langwelligen LEDs
können so eingerichtet sein, dass sie langwelliges Licht erzeugen,
welches längs der Achse A geleitet werden kann (z. B. durch
einen Strahlteiler, wie oben beschrieben). Bei einigen Ausführungen
kann jede der langwelligen LEDs eine Beleuchtung erzeugen, welche
eine Strahlungsintensität zwischen ungefähr 15 und
ungefähr 120 mW pro Steradiant aufweist, wenn kontinuierlich
betrieben. Bei einer besonderen Ausführung können
die langwelligen LEDs eine oder mehrere L735-AU IR LEDs aufweisen,
welche im Handel von Marubeni Corporation in Tokyo, Japan, erhältlich
sind.
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Bei
anderen Ausführungsformen kann ein erster Satz der Lichtquellen 401A langwellige
Lichtquellen sein und ein zweiter Satz der Lichtquellen 401B können
weiße Lichtquellen sein (oder irgendwelche andere gewünschten
Quellen sichtbaren Lichts, wie z. B. Quellen roten, grünen,
blauen Lichts). Solch eine Kombination von langwelligem Licht und
weißem Licht kann nützlich sein, das langwellige
Licht allein bewirkt, dass die Bilder abgestumpft erscheinen (d.
h. es fehlen feine Details und scharfe Kanten). Eine Kombination
von langwelligem Licht und weißem Licht kann dazu verwendet
werden, ein scharfes Bild zu erfassen, welches dazu verwendet werden
kann, Kontaktflächen zu unterscheiden, welche mit nicht
reflektierenden oder wenig reflektierenden Beschichtungen überzogen
sind und welche Lötpastenablagerungen haben, von solchen Kontaktflächen
ohne Lötpastenablagerungen unter Verwendung einer einzigen
Beleuchtungsvorrichtung. Dies kann nützlich sein, zum Beispiel
zur detaillierten Ausrichtung der Schablone und der Leiterplatte,
zur Brückenerfassung (d. h. Erfassung, wenn Lötpastenablagerungen
eine Lücke überbrücken zwischen zwei
Kontaktflächen), oder um einen Strichcode oder andere Identifikationsmarken
von der Schablone oder Leiterplatte (z. B. zur Identifikation/Nachverfolgung
der Schablone 107 oder der Leiterplatte 111) zu
lesen, von welchen manche textur-basierende und/oder kontrast-basierende
Lötpasten-Erfassungstechniken verwenden können,
wie unten beschrieben. Bei einigen solcher Ausführungsformen
kann der erste Satz von Lichtquellen 401A im wesentlichen ähnlich
sein wie die oben beschriebenen Lichtquellen für Ausführungsformen,
bei welchen alle Lichtquellen langwellige Lichtquellen sind. Der zweite
Satz von Lichtquellen 401B kann eine Vielzahl weißer
LEDs enthalten. Bei einigen Ausführungen können
die weißen LEDs eine Beleuchtung erzeugen, welche eine
Helligkeit von ungefähr 2000 mcd je im kontinuierlichen
Betrieb aufweist. Bei einer besonderen Ausführung kann
die Vielzahl weißer LEDs eine oder mehrere weiße
NSPW310BS LEDs enthalten, welche im Handel erhältlich sind
von NICHIA, einer amerikanischen Gesellschaft in Detroit, Michigan.
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Wie
oben erwähnt kann bei einigen Ausführungsformen
die Beleuchtungsvorrichtung 400 den Diffusor 405 aufweisen.
Der Diffusor 405 kann dazu verwendet werden, von den Lichtquellen 401A, 401B erzeugtes
Licht zu streuen, so dass das Licht ungefähr gleichmäßig
von der Beleuchtungsvorrichtung 400 ausgegeben wird, wodurch
die Leiterplatte ungefähr gleichmäßig
beleuchtet wird. Bei einigen Ausführungen kann der Diffusor
aus transluzentem Acryl oder Glas hergestellt sein. Bei einer Ausführung
kann der Diffusor aus einem ungefähr 2 mm dicken Stück Acrylite
GP 051-6 Acryl hergestellt sein, welches im Handel erhältlich
ist von CYRO Industries aus Parsippany, NJ. Bei anderen Ausführungen
kann der Diffusor aus einem ungefähr 3 mm dicken Stück
aus Acrylite FF 020-4 Acryl, welches im Handel erhältlich
ist von CYRO, hergestellt sein.
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Bei
einigen Ausführungsformen kann die Beleuchtungsvorrichtung 400 eine
Photodiode 413 aufweisen. Die Photodiode kann dazu verwendet,
den Ausgang der Lichtquellen 401A, 401B zu überwachen.
Bei einigen Ausführungsformen kann der überwachte
Ausgang dazu verwendet werden, den Strom einzustellen, welcher an
die Lichtquellen angelegt wird, so dass die Lichtquellen 401A, 401B eine
beständige helle Ausgangsleistung erzeugen. Bei einer besonderen
Ausführung kann die Photodiode 413 eine Typ OP950
PIN Silikon-Photodiode enthalten, welche im Handel von OPTEK Inc.
in Carrollton, Texas, erhältlich ist.
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Insbesondere
mit Bezug auf die LED-Lichtquellen, können die Lichtquellen 401A, 401B ein
helleres Licht am Beginn ihrer Lebensdauer erzeugen als in ihrer
späteren Lebensdauer. Die Photodiode 413 kann
dazu verwendet werden, die Änderungen in der Helligkeit
während der Lebensdauer der Lichtquellen zu überwachen
und Informationen an die Steuervorrichtung 103 zu übertragen
betreffend die Helligkeit der Lichtquellen 401A, 401B.
Am Beginn der Lebensdauer der Lichtquellen kann die Steuervorrichtung 103 eine
Energiezufuhr betreiben, um ein den Lichtquellen 401A, 401B zugeführtes
Stromniveau zu senken, wodurch die Helligkeit der Lichtquellen 401A, 401B gesenkt
wird. Zum Ende der Lebensdauer der Lichtquellen hin kann der Prozessor
oder die Steuervorrichtung eine Energiezufuhr betreiben, um ein
den Lichtquellen zugeführtes Stromniveau anzuheben, wodurch
die Helligkeit der Lichtquellen 401A, 401 erhöht
wird. Bei einigen Ausführungen kann der Nettoeffekt ein
ungefähr gleichmäßiges Helligkeitsniveau über
die Lebensdauer der Lichtquelle 401A, 401B sein.
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Ferner
kann die Helligkeit von einigen Typen von Lichtquellen 401A, 401B,
wie z. B. LED Lichtquellen, kurzfristig durch Wärme beeinflusst
werden. Wenn zum Beispiel eine LED heißer wird, kann die LED
auch dunkler werden. Bei einigen Ausführungsformen kann
die Photodiode 413 so eingerichtet sein, dass sie kurzfristig
die Helligkeit der Lichtquellen 401A, 401B zusätzlich
oder alternativ zur langfristigen Helligkeit während der
Lebensdauer der Lichtquellen 401A, 401B überwacht,
wie oben beschreiben. Bei einigen Ausführungsformen können
zum Beispiel die Lichtquellen 401A, 401B über
eine bestimmte Zeit gepulst werden, welche lange genug ist, um ein
Bild der Leiterplatte 111 zu erfassen. Im Verlauf der Zeit
können die Lichtquellen 401A, 401B heißer
werden und dadurch auch dunkler. Die Photodiode kann die Helligkeit
der Lichtquellen 401A, 401B während der
Zeitdauer überwachen und ein Signal an die Steuervorrichtung 103 übermitteln,
welches das Helligkeitsniveau anzeigt. Die Steuereinrichtung 103 kann
eine Energiezufuhr steuern, so dass Strom am Beginn eines Pulses
verringert werden kann und während des Pulses erhöht
werden kann, so dass das Helligkeitsniveau der Lichtquellen 401A, 401B ungefähr
konstant bleibt während des Pulses.
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Um
bei der Kontrolle solcher von der Lichtquelle erzeugter Wärme
zu helfen, kann ein wärmeleitendes Band 415 mit
dem Leiterplattensubstrat 403 gekoppelt sein, so dass Wärme
von den Lichtquellen 401A, 401B weggeleitet wird.
Das wärmeleitende Band 415 kann eine wärmeleitendes
Schaumstoffband enthalten, welches dazu verwendet werden kann, den
Wärmekontakt mit einer Wärmesenke 417 zu
schaffen. Bei einigen Ausführungen kann das wärmeleitende
Band 415 ungefähr 2,54 mm (0,1 Inch) dick sein.
Bei einigen Ausführungen kann das wärmeleitende
Band 415 Gap Pad VO Ultra Soft enthalten, im Handel erhältlich
von der Bergquist Company in Chanhassen, MN.
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Die
Wärmesenke 417 kann auch helfen, Wärme
von den Lichtquellen 401A, 401B abzuleiten, um
die Lebensdauer der Lichtquellen 401A, 401B zu maximieren
und die Helligkeitsvariationen der Lichtquellen 401A, 401B während
des Betriebs zu verringern. Bei einigen Ausführungen kann
die Wärmesenke 417 eine Aluminiumhalterung aufweisen.
Bei einigen Ausführungen kann die Wärmesenke 417 als Rückseitenteil
des Gehäuses 407 verwendet werden. Bei einigen
Ausführungen kann der Befestigungsbolzen 411 ein
Teil der Wärmesenke 417 sein.
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Mit
Bezug auf 4, 5A, 5B, 6A und 6B können
die Lichtquellen 401A, 401B mit der Leiterplatte
gekoppelt sein. Jede Lichtquelle kann zwei elektrische Leitungen
(z. B. 419, 421) enthalten, welche in zwei jeweilige
elektrische Steckstellen der Leiterplatte eingefügt werden
können. Bei einigen Ausführungen können
die zwei elektrischen Leitungen ungefähr 2 mm lang sein.
Da einige Lichtquellen von Herstellern mit längeren Leitungslängen
verkauft werden, können die Leitungen vor der Montage auf
eine gewünschte Länge geschnitten werden. 4 zeigt
eine Ansicht dieser beispielhaften Verbindungen. 5a, 5B, 6A und 6B zeigen
vordere und hintere Schichten der Leiterplatten gemäß einigen
Ausführungsformen der Erfindung.
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5A zeigt
eine Vorderansicht der Lichtquellen 401A, 401B,
welche auf dem beispielhaften Leiterplattensubstrat 403 angeordnet
sind. Wie dargestellt kann die Leiterplatte Leiterzüge 501 (z.
B. Kupfer) an der Vorderseite und eine Vielzahl von elektrischen
Steckstellen 503 aufweisen. Die Leiterzüge können
elektrisch mit den elektrischen Leitungen der LEDs durch die elektrischen
Steckstellen 503 und eine Energiezufuhr (nicht dargestellt)
durch einen Energieeingang 505 verbunden sein. Die Lichtquellen 401A, 401B können
so angeordnet sein, dass positive Leitungen eines Satzes von Lichtquellen
mit einem ersten Leiterzug gekoppelt sind und negative Leitungen
dieses Satzes von Lichtquellen mit einem zweiten Leiterzug gekoppelt
sind. Bei einigen Ausführungsformen können wie
detaillierter unten erläutert wird, die Leiterzüge
einen nicht-leitenden Bereich 507 um einige der elektrischen
Steckstellen aufweisen, so dass die elektrischen Leitungen von Lichtquellen,
welche mit solchen Steckstellen gekoppelt sind, nicht direkt mit
dem Rest der Leiterzüge 501 gekoppelt sind.
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5B zeigt
eine Ansicht des beispielhaften Leiterplattensubstrats 403 von
hinten. Wie dargestellt, kann die Leiterplatte Leiterzüge 501 an
der Rückseite aufweisen. Solche Leiterzüge 501 können zusätzlich
oder alternativ zu den Leiterzügen 501 an der
Vorderseite sein. Bei einigen Ausführungen, bei welchen
sowohl die vorderen und hinteren Leiterzüge 501 enthalten
sind, können die elektrischen Steckstellen 503 so
eingerichtet sein, dass Leiterzüge an der Vorderseite der
Leiterplatte elektrisch mit Leiterzügen an der Rückseite
der Leiterplatte gekoppelt sind. Bei einigen Ausführungen,
kann das Aufweisen von Leiterzüge sowohl an der Vorderseite
als auch an der Rückseite, die Wärmeableitung
von den Lichtquellen 401A, 401B weg verbessern.
Da hohe Wärmeniveaus Probleme bei einigen Lichtquellen 401a, 401B verursachen
können, wie oben beschrieben, kann solch eine verbesserte
Wärmeableitung die Nutzungsdauer und Zuverlässigkeit
solcher Lichtquellen verbessern.
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Bei
einigen Ausführungsformen, wie in 5B dargestellt,
können Leiterzüge auf der Rückseite des
Leiterplattensubstrats 403 nicht leitende Bereiche 507 um
einige der elektrischen Steckstellen herum aufweisen, welche den
nicht-leitenden Bereichen an der Vorderseite des oben beschriebenen Leiterplattensubstrats 403 entsprechen.
Die beispielhafte Rückseite der Leiterplatte kann auch
eine Vielzahl von Widerständen 509 aufweisen,
welche die Leiterzüge 501 zu den Stellstellen
koppeln können, welche von den nicht-leitenden Bereichen 507 umgeben
sind. Solche Widerstände 509 können in
Ausführungsformen der Erfindung als Teil elektrischer Verbindungen unter
einigen der Lichtquellen 401A, 401B verwendet
werden. Zum Beispiel bei einigen Ausführungsformen, welche
sowohl Quellen weißen Lichts als auch langwelligen Lichts
enthalten, wobei die eine oder die andere Art von Lichtquelle weniger resistiv
sein kann. Wenn solche Lichtquellen parallel miteinander zu verbinden
sind (oder in einem Gitter von sowohl Reihen- als auch parallelen
Verbindungen, wie in dem beispielhaften Leiterplattensubstrat 403 dargestellt),
würde Strom überwiegend an Schaltungsverzweigungen
mit Lichtquellen des weniger resistiven Typs angelegt werden, was
bewirkt, dass der resistivere Typ von Lichtquelle weniger hell ist
oder überhaupt nicht funktioniert. Die Widerstände 509 können
dazu verwendet werden, den Leitungswiderstand von Schaltungsverzweigungen,
welche Lichtquellen des weniger resistiven Typs aufweisen, zu erhöhen,
so dass ein ungefähr gleicher Strom an Schaltungsverzweigungen
angelegt wird, welche beide Arten von Lichtquellen haben. Bei einigen
anderen Ausführungen können anstelle von Widerständen 509 Potentiometer
verwendet werden. Bei einigen Ausführungen können
eine oder mehrere zusätzliche Kupferschicht dazu verwendet
werden, unterschiedliche Arten von Lichtquellen zu isolieren, was
eine Verringerung in der Anzahl von verwendeten Potentiometern ermöglicht.
Solche Potentiometer können ermöglichen, dass
die Widerstandsfähigkeit gesteuert wird, um sie an einen
großen Bereich von unterschiedlichen Lichtquellen anzupassen.
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Bei
Ausführungsformen mit Quellen von weißem und langwelligem
Licht können die Lichtquellen in jeder beliebigen Weise
auf der Leiterplatte angeordnet werden. Bei einer beispielhaften
Ausführung können die Lichtquellen in einem Schachbrettmuster angeordnet
sein, so dass die Quellen weißen und langwelligen Lichts
im wesentlichen gleichmäßig über eine
Oberfläche des Leiterplattensubstrats 403 verteilt
sind.
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Es
sollte klar sein, dass bei einigen Ausführungsformen unterschiedliche
Lichtquellenarten nicht unterschiedlich resistiv sein können
oder nur eine einzige Art von Lichtquelle (z. B. langwellige) verwendet
werden kann. Bei solchen Ausführungsformen werden die Widerstände 509 und
nicht-leitende Bereiche 507 vielleicht nicht benötigt.
Vielmehr können die Lichtquellen 401A, 401B mit
den Leiterzügen allein verbunden werden. 6A und 6B zeigen eine
vordere und hintere Leiterplatte einer beispielhaften Ausführungsform,
bei welchen langwellige Lichtquellen mit ähnlicher Widerstandsfähigkeit
verwendet werden. Wie dargestellt enthalten die Leiterzüge
keine nicht-leitenden Lücken und es werden keine Widerstände
benötigt.
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Bei
solchen Ausführungsformen können die Leiterzüge 501 so
eingerichtet sein, dass sie so groß wie möglich
sind auf dem Leiterplattensubstrat 403. Größere
Leiterzüge können die Wärmeableitung
von den Lichtquellen 4041A, 401B weg verbessern,
wodurch die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Lichtquellen 401A, 401B erhöht
wird. Bei einer besonderen Ausführung kann das Leiterplattensubstrat 403 ungefähr
25 mm lang auf ungefähr 10 mm breit sein. Bei solch einer
Ausführung können die Leiterzüge 501 zwischen
ungefähr 1 und 0,5 mm breit und ungefähr 4 mm
lang sein.
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Bei
einigen Ausführungsformen braucht ein unterer und oberer
Teil des Leiterplattensubstrats 403 keine Leiterzüge 501 enthalten.
Solche obere und untere Teile können dazu verwendet werden,
die Leiterplatte in dem Gehäuse 407 zu positionieren, ohne
zu fürchten, dass es zu einem Kurzschluss führen
kann, wenn das Gehäuse 407 ein leitendes Element
enthält.
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Bei
einigen Ausführungen, wie in 5A, 5B, 6A und 6B dargestellt,
kann das Leiterplattensubstrat 403 Befestigungslöcher 511 aufweisen,
welche dazu verwendet werden können, das Leiterplattensubstrat 403 am
Gehäuse 407 zu befestigen. Bei einigen Ausführungen
kann die Befestigung unter Verwendung von einer oder mehreren Schrauben
(nicht dargestellt) erreicht werden.
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7A und 7B zeigen
ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild der Lichtquellen 401A, 401B, wie
sie in einigen Ausführungsformen angeordnet sein können.
Jeder Ausführungsform kann Strom von einer Energiezufuhr
durch die Leistungseingänge 505 (6A und 6B)
zugeführt werden. 7A zeige
eine beispielhafte Ausführungsform, bei welcher sowohl
langwellige Lichtquellen als auch Weißlichtquellen verwendet
werden. In 7A sind bei 401B angegebene Lichtquellen
langwellige Lichtquellen, welche mit Widerständen gepaart
sind, und Lichtquellen, welche bei 401A angegeben sind,
sind Weißlichtquellen, welche nicht mit Widerständen
gepaart sind. Wie in 7A dargestellt, können
die langwelligen Lichtquellen (401B in 7A)
mit Widerständen 509 gepaart sein, so dass Strom
an jede Schaltungsverzweigung auf einem ungefähr gleichen Niveau
angelegt wird, wie oben beschrieben. Bei verschiedenen Ausführungen
können die Widerstände vor oder nach den Lichtquellen
angeordnet werden, um sich an Raum- und/oder Packungsbeschränkungen
anzupassen. 7B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform,
bei welcher alle Lichtquellen 401a, 401B Lichtquellen
eines einzigen Typs sind (z. B. langwellige Lichtquellen). Wie dargestellt,
sind bei solchen Ausführungsformen zusätzliche
Widerstände nicht erforderlich. Wie in 7A und 7B dargestellt,
können die Lichtquellen miteinander verbunden sein in einer
Kombination von Reihen- und Parallelverbindung, um ein Gitter zu
bilden. Bei anderen Ausführungsformen können die
Lichtquellen miteinander entweder in Reihe oder parallel verbunden sein.
oder in einer anderen Kombination davon.
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Bei
einigen Ausführungsformen kann der Betrieb der Lichtquellen 401A, 401B das
Pulsen von Lichtquellen einschließen. Strom kann in Pulsen
an die Lichtquellen 401A, 401B angelegt werden,
welche mindestens so lang sind, wie es notwendig ist, um ein Bild
zu erfassen. Bei einigen Ausführungen können solche
Pulse weniger als ungefähr 10 ms lang sein. Bei einer besonderen
Ausführung können solche Pulse ungefähr
1 ms lang sein. Nach jedem Puls können einige Ausführungen
davon absehen, Strom an die Lichtquellen anzulegen, wiederum für eine
Zeitdauer, so dass die Lichtquellen 401A, 401B Wärme
ableiten können und ein thermisches Gleichgewicht erreichen.
Eine Ausführung kann einen maximal zehnprozentigen Arbeitszyklus
aufweisen, bei welchem die Lichtquellen 401A, 401B 1
ms gepulst werden und mindestens 9 ms aus bleiben vor einem nächsten
Puls. Durch Begrenzen des Betriebs solcher Pulse, kann die durch
die Lichtquellen 401A, 401B erzeugte Wärme
minimiert werden, wodurch die Lebensdauer und Zuverlässigkeit
der Lichtquellen 401A, 401B erhöht wird.
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Bei
einer beispielhaften Ausführung kann ein Betriebsstrom
der Lichtquellen 401A, 401B und Widerstand der
Widerstände 509 so ausgewählt werden,
dass jede Schaltungsverzweigung ungefähr 80 mA Strom erfährt,
wenn sie in Betrieb ist. In einem Fünf-auf-Fünf-Gitter,
wie in 5A, 5B, 6A, 6B, 7A und 7B dargestellt,
kann solche ein gesamter Betriebsstrom ungefähr 400 mA
betragen. Bei den in 7A dargestellten Ausführungen, bei
welchen weiße NICHIA NSPW310BS LEDs, wie oben beschrieben,
und langwellige Marubeni L735-AU LEDs, wie oben beschrieben, als
Lichtquellen verwendet werden, können die Widerständen
22 Ω Widerstände enthalten.
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Es
sollte klar sein, dass die beispielhafte Beleuchtungsvorrichtung 209,
das abbildende System 121 und der Drucker 100,
welche in der vorliegenden Offenbarung beschrieben und dargestellt
sind, nur als Beispiele gegeben sind und dass die Erfindung in Design
und Konstruktion nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.
Obwohl zum Beispiel die beispielhaften Ausführungsformen
der Beleuchtungsvorrichtung 400 als ein Fünf-auf-Fünf-Gitter
von LEDs enthaltend dargestellt ist, kann jede beliebige Anordnung
(wie z. B. Vier-auf-Vier-Gitter) und/oder Art von langwelligen und/oder
Weißlichtquellen bei Auführungsformen der Erfindung
verwendet werden.
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8 zeigt
eine alternative Ausführungsform des oben erörterten
abbildenden Systems 121. Wie dargestellt weist diese alternative
Ausführungsform eine Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung (off-axis
illumination assembly) 801 auf, welche am oder benachbart
zum untersten Strahlteiler 213 montiert sein kann. Die
US-Patentanmeldung Nr. 11/345 432 von Prince mit dem Titel ”OFF-AXIS
ILLUMINATING ASSEMBLY AND METHOD” (Außer-Achse-Bleuchtungsvorrichtung
und Verfahren), welche am 1. Februar 2006 eingereicht wurde, welche
auf übliche Weise übertragen wurde und hier durch
Bezugnahme eingeschlossen ist, erörtert Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtungen,
welche bei einigen Ausführungsformen der Erfindung verwendbar
sind, detaillierter als die gegenwärtige Offenbarung.
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Die
Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 kann so
ausgelegt sein, dass sie Lichtstrahlen im allgemeinen längs
oder parallel zu einer Achse B leitet, die sich unter einem Winkel
(z. B. zwischen 30 und 60 Grad) in Bezug zu der Achse A erstreckt.
Die Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 kann eingerichtet
sein, die Auf-Achse-Beleuchtung zu ergänzen, zum Beispiel
durch die Beleuchtungsvorrichtung 209, wodurch indirektes
Licht bereitgestellt wird, um die gerundeten und facettierten oder
auf andere Weise unregelmäßigen Oberflächen
der Leiterplatte 111 klarer zu sehen.
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Bei
einigen Ausführungsformen kann die Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 so
ausgelegt sein, dass sie eine extrem niedrige oder schmale Bauform
hat, um in den Raum zwischen dem Strahlteiler 213 und der
Leiterplatte 111 oder jedem anderen Substrat zu passen.
Aufgrund dieses begrenzten Raums kann die Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 dazu
eingerichtet sein, Licht auf die Leiterplatte 111 in einem
extrem geringen Arbeitsabstand zu leiten, während sie eine
beachtliche Kontrolle des lokalen Einfallswinkels und der Verteilung
und Ausgeglichenheit des Lichtes über den Zielbereich beibehält.
Die Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 kann
so ausgelegt sein, dass sie solches Licht vor allem durch Beugung
leitet.
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9 zeigt
eine detailliertere Querschnittsansicht Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801. Wie
dargestellt kann die Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 eine
rechteckig geformte Halterung 901 aufweisen, welche vier
Seitenschienen aufweisen können (nicht dargestellt), die
dazu geeignet sind, die betriebsbereiten Einzelteile der Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung
zu sichern. In einer Ausführungsform kann die Halterung 901 aus
einem geeigneten Leichtwerkstoff, wie zum Beispiel Aluminium gefertigt
sein. Andere geeignete Leichtwerkstoffe können vorgesehen
werden, wie zum Beispiel Plastik oder geeignete Metalllegierungen.
Die Halterung 901 kann an dem Rahmen 219 des abbildenden
Systems 121 direkt unterhalb des Strahlteilers 213 mit
geeigneten Befestigungselementen befestigt sein, wie zum Beispiel
Inbusschrauben (nicht dargestellt). Die Halterung 901 kann
nicht nur die Einzelteile der Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 tragen, sondern
kann weiterhin auch als Wärmesenke dienen, um Wärme
aufzunehmen, welche von der Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung
erzeugt wird. Ein Leiterplattensubstrat 903 kann an der
abwärtsgerichteten Oberfläche der Halterung 901 befestigt sein,
um die Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 mit
Strom zu versorgen.
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Die
Halterung 901 kann weiterhin Schlitze beinhalten, um Licht,
wie es für die 3-D Triangulation verwendet wird, in einem
Winkel im allgemeinen längs oder parallel zur Achse B auf
den Zielbereich der Leiterplatte 111 fallen zu lassen,
der eine Abbildung erfordert. Die Halterung 901 kann ebenso
für Zugentlastung der Versorgungsleitungen sorgen, welche
mit der Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung mittels Kabeldurchführungen
mit geringer Toleranz verbunden sind, welche abgeschrägte
Aussparungen an dem Übergang zu der Leiterplatte aufweisen,
um die Möglichkeit eines Kurzschlusses zu minimieren.
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In
bestimmten Ausführungsformen kann die Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 ein
Licht erzeugendes Modul aufweisen, welches Licht emittierende Dioden
enthält, von welchen einige mit 905 bezeichnet
sind. Die Licht emittierenden Dioden 905 können
an der nach unten gewandten Seite des Leiterplattensubstrates 903 befestigt
(z. B. gelötet) sein und können in gleichen Abständen
entlang der Länge der Schienen der Halterung 901 verteilt
sein. Das Leiterplattensubstrat 903 kann in elektrischer
Verbindung mit einer Stromversorgung (nicht dargestellt) sein, um
die Licht emittierenden Dioden 905 mit Energie zu versorgen.
Die Licht emittierenden Dioden 905 können entlang
einer generell horizontalen Ebene verteilt sein, die senkrecht zu
der Achse A des Strahlenganges ist. Die Licht emittierenden Dioden 905 können
jeweils zueinander entlang der horizontalen Ebene gerichtet sein
und sind nicht auf die Leiterplatte 111 ausgerichtet. Die
Weise, in der Licht von den Licht emittierenden Dioden 905 auf
die Leiterplatte 111 geleitet wird, wird detaillierter
unterhalb erläutert.
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Die
Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 kann weiterhin
eine Linse 907 aufweisen, welche an der Halterung 901 befestigt
ist, um die Licht erzeugenden Dioden 905 abzudecken. Die
Linse 907 kann transparent or teilweise transparent sein
und bei gewissen Ausführungsformen aus Acryl oder Glas
hergestellt sein. Die Linse 907 kann zum Beispiel aus transluzentem
Acryl hergestellt sein, um eine Blendwirkung des Objekts zur reduzieren.
Beugende Eigenschaften und die Fähigkeit der Linse 907,
Licht zu leiten, werden aufrechterhalten, wenn transluzentes Acryl
verwendet wird, Wenn die Linse aus Acrylmaterial hergestellt wird,
kann sie durch Spritzguss hergestellt werden, wobei mindestens 1° Formschräge
erforderlich ist.
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10A zeigte eine beispielhafte Bodenansicht der
LED, welche auf dem Leiterplattensubstrat 903 angeordnet
sind. 10B zeigt eine beispielhafte
Ansicht der Linse, welche vom Rest der Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 getrennt
ist. Wie dargestellt, kann die Linse 907 Vertiefungen 1001 aufweisen,
welche einen Raum für die Licht emittierenden Dioden 905 entlang
der Länge jeder Seite der Linse 907 aufweisen.
Die Anordnung kann derart sein, dass die Halterung 901,
das Leiterplattensubstrat 903, die Licht emittierende Dioden 905 und
die Linse 907 zusammen eine Vorrichtung mit niedrigem Querschnitt
bilden, welche in den relative schmalen Raum passt, der zwischen
dem Strahlteiler 213 und der Leiterplatte 111 bereitgestellt
wird. In bestimmten Ausführungsformen hat die gesamte Vorrichtung
eine Dicke von ungefähr 7 mm und die nominale lichte Höhe
zwischen der Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 und
der Leiterplatte 111 ist ungefähr 5 mm. Zusätzlich
zu einer direkten Beleuchtung eines vorbestimmten Bereiches der
Leiterplatte 111 in einem bestimmten Winkel, ist die Linse 907 auch
dazu eingerichtet, die Licht emittierenden Dioden 905 und
das Leiterplattensubstrat 903 einzuschließen und
zu schützen.
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Bei
einigen Ausführungsformen hat jede Vertiefung 1001 der
Linse 907 eine lichtbrechende Oberfläche 1003,
welche dazu geeignet ist, Licht von den Licht emittierenden Dioden 905 durch
lichtbrechenden Oberflächen 1003 und 1005 und
zu der Leiterplatte 111 hin zu lenken. Im speziellen kann
Licht, welches auf die lichtbrechenden Oberflächen 1003 und 1005 gerichtet
ist, hin zu dem vorbestimmten Bereich des Substrates (Leiterplatte 111)
gebrochen werden, generell entlang oder parallel zur Achse B, wobei
auf diese Weise eine Außer-Achse-Beleuchtung in Bezug auf
Betrachtungsachse A bereitgestellt wird. Wie gezeigt, kann jede
Vertiefung 1001 so dimensioniert sein, dass sie die LEDs 905 bequem
in der Vertiefung 1001 aufnimmt. Die lichtbrechende Oberfläche 1003 kann
schräg zu einer Oberfläche 1005 der Linse 907 abfallen,
welche mit der Unterseite des Leiterplattensubstrates 903 zusammenpasst. In
einer Ausführungsform, kann der Brechungsindex der lichtbrechenden
Oberfläche 1003 ungefähr 1,49 sein. Licht,
welches von den lichtbrechenden Oberflächen 1003 und 1005 geleitet
wird, kann dazu gebracht werden, einem parallelen Weg zu folgen,
um für einen konstanten Beleuchtungswinkel zu sorgen, oder
kann dazu gebracht werden, einem fächerförmigen
Weg für einen positionsabhängigen Winkel im Feld
zu folgen. Bei einigen Ausführungen kann die Linse 907 eine
Dicke von ungefähr 3 mm haben.
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Das
von der Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 erzeugte
Licht kann einer generell engen, fächerförmigen
Geometrie folgen. Der Winkel der lichtbrechenden Oberflächen 1003 und 1005 kann
geändert werden, um den Winkel der Lichtausbreitung zu ändern,
oder manipuliert werden, um mehrfache Winkel, Facetten und/oder
Krümmungen einzuschließen. Zum Beispiel können
die Licht emittierenden Dioden 905 und die lichtbrechenden
Oberflächen 1003 in konzentrischen oder gekrümmten Fresnell-ähnlichen
Abschnitten angeordnet sein, oder können in linearen, Prisma-ähnlichen
Abschnitten angeordnet sein. Teile des von jeder LED 905 erzeugten
Lichtes, die sich in einer generell nach oben gerichteten Richtung
ausbreiten, werden von einer reflektierenden Oberfläche 909 wegreflektiert,
welche auf der Unterseite des Leiterplattensubstrates 903 vor
den LEDs 905 bereitgestellt ist. Die reflektierende Oberfläche 909 kann
zum Beispiel das blanke Material des Leiterplattensubstrates 903 sein.
In anderen Ausführungsformen kann die reflektierende Oberfläche 909 aus
einem Maskenmaterial oder aus einer Farbe hergestellt sein. In bestimmten
anderen Ausführungsformen kann das reflektierende Material blankes
Kupfer oder vergoldetes Kupfer, oder eine Leiterbahn oder Kontaktfläche
mit vergoldetem Kupfer sein. Mit vergoldetem Kupfer wird die Oxidation zugunsten
einer beständigen Reflexionsgüte verhindert. In
anderen Ausführungsformen kann die reflektierende Oberfläche 909 eine
separat aufgebrachte nicht-leitende Folie, Vinyl, Papier oder eine
Kombination dieser Materialien sein. Die reflektierende Oberfläche 909 kann
zum Beispiel unter Verwendung eines Klebstoffes oder eines druckempfindlichen
Materials befestigt werden. Alternativ kann von den Licht emittierenden
Dioden 905 erzeugtes Streulicht, wenn erforderlich, von
geschwärzten Oberflächen absorbiert werden.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform der Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 kann
die lichtbrechende Oberfläche 1003 der Linse 907 ungefähr
in einem 55 Grad-Winkel in Bezug zu der vertikalen Achse A stehen.
Jede Licht emittierende Diode 905 kann eine Geometrie des
Lichtes grob in Form eines elliptischen Kegels erzeugen. Deshalb
kann Licht, das auf die lichtbrechende Oberfläche 1003 und
die lichtbrechende Oberfläche 909 gerichtet ist, dazu
geeignet sein, auf das Ziel oder vorbestimmte Bereiche der Leiterplatte 111 geleitet
zu werden. Jegliches Streulicht, das von den Licht emittierenden
Dioden 905 erzeugt wird, kann wie gefordert durch Reflektion
zurückgelenkt oder von geschwärzten Flächen
absorbiert werden.
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Es
sollte klar sein, dass ein Fachmann angesichts der Vorteile dieser
Offenbarung die Licht emittierenden Dioden 905 in jeder
Anzahl von Arten anordnen kann. Zum Beispiel werden, obwohl eine rechteckförmige
Anordnung in den Bildern dargestellt ist, anders geformte Anordnungen
sicherlich in Betracht gezogen. In einem Beispiel kann eine kreisförmige
Halterung, die LEDs 905 enthält, welche um einen
Ring angeordnet sind, vorgesehen sein und fallen in den Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung. In einem anderen Beispiel kann die Halterung 901 von
elliptischer Form sein. Allerdings bietet die rechteckige Form (z.
B. quadratisch) der Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 eine
minimale physische Größe, während sie
für optimale Außer-Achse-Winkel des Lichtes auf
die vorbestimmten Bereiche sorgt, für die eine Abbildung
erforderlich ist.
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Zurück
mit Bezug auf 9, wird ein auf die Leiterplatte 111 gerichteter
Lichtfächer 911 gezeigt, welcher von einer Licht
emittierenden Diode 905 erzeugt wird. Der Lichtfächer 911 kann
von jeder Licht emittierenden Diode 905 erzeugt werden,
welche um die Halterung 901 bereitgestellt ist, um Außer-Achse-Licht
auf die Leiterplatte 111 zu ergießen. Licht, welches
von den lichtbrechenden Oberflächen 1003 und 1005 und
von der reflektierenden Oberfläche 909 geleitet
wird, stellt den Lichtfächer 911 bereit, der sich generell
entlang oder im Wesentlichen parallel zur Achse B ausbreitet, die
in einem Winkel in Bezug auf die Betrachtungsachse A und zu von
der Auf-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 209 erzeugtem Licht
angeordnet ist. Der von der Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 erzeugte
Lichtfächer 911 beleuchtet unregelmäßige
Oberflächen der Lötpaste oder anderer auf der
Leiterplatte 111 abgelagerter Substanzen besser.
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In
einer Ausführungsform sind die Licht emittierenden Dioden 905 von
dem Typ, den die Nichia Corporation von Detroit, Mich. unter der
Model Nr. NASW008B vertreibt, mit Helligkeitsstufen U2 und V1, die
eine mittlere Helligkeit von ungefähr 2000 mcd während
eines kontinuierlichen Betriebs aufweisen.
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Wie
dargestellt, ist die Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 an
dem abbildenden System 121 vorgesehen, welches zwei Kameras 201, 203 verwendet.
Wie jedoch in 11 dargestellt ist, kann die
Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung 801 an einem
abbildenden System 123 vorgesehen sein, welches nur eine
Kamera 201 verwendet und noch in den Schutzumfang der Erfindung
fällt. Ob eine Ein- oder Zwei-Kamera-Anordnung verwendet
wird, die Steuervorrichtung 103 ist angepasst, die Bewegung und/oder
den Betrieb des abbildenden Systems 121 zu steuern, um
ein Bild der Leiterplatte 111 einzufangen. Es sollte auch
klar sein, dass eine zweite Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung
oder eine alternative Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung
konfiguriert werden kann, um die Schablone 107 zu beleuchten,
falls gewünscht. Insbesondere eine Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung
identisch zur Vorrichtung 801 kann am Strahlteiler 215 konfiguriert oder
montiert werden, in der gleichen Weise wie die Vorrichtung 801 am
Strahlteiler 213 montiert ist.
-
Nun
mit Bezug auf 12, wird ein Verfahren zur Abgabe
von Lötpaste auf elektronische Kontaktflächen
einer Leiterplatte generell mit 1200 bezeichnet. Das Verfahren
beginnt am Block 1201. Wie am Block 1203 dargestellt,
kann das Verfahren 1200 das Liefern eines Substrats (z.
B. einer Leiterplatte 111) zu einem Schablonendrucker zum
Beispiel durch ein Fördersystem aufweisen. Mit Bezug auf 1 wird
die Leiterplatte 111 zu dem Drucker über Förderschienen 113, 115 geliefert.
Sobald angeliefert, wird die Leiterplatte 111 innerhalb
eines Drucknestes oben auf der Haltevorrichtung 117 positioniert,
wird dann mit Hilfe des abbildenden Systems 121 genau mit
der Schablone 107 ausgerichtet und von der Haltevorrichtung 117 emporgehoben,
sodass sie in einer Druckposition gehalten wird. Bei einigen Ausführungen
kann ein Strichcode oder ein anderes Identifikationselement vom
Substrat unter Verwendung des abbildenden Systems 121 zu
Nachverfolgungs-/Identifikationszwecken abgelesen werden.
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Wie
am Block 1205 angegeben, kann das Verfahren 1200 das
Durchführen eines Druckvorganges einschließen.
Mit Bezug auf 1 kann das Durchführen
des Druckvorganges das Absenken des Abgabekopfes 109 einschließen,
um mit der Schablone 107 in Eingriff zu gelangen, um Lötpaste
auf der Leiterplatte in 111 abzulagern. Sobald das Drucken abgeschlossen
ist, kann eine Prüfung der Leiterplatte 111 und/oder
der Schablone 107 stattfinden. Die Überprüfung
der Schablone kann auch unabhängig und gleichzeitig stattfinden,
während die Leiterplatten von und zu dem Drucknestbereich
transportiert werden.
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Speziell,
wie beim Block 1207 angegeben, kann ein vorbestimmter Bereich
der Leiterplatte 111 (und/oder Schablone 107)
abgebildet werden, indem der vorbestimmte Bereich mit langwelligem
Auf-Achse-Licht beleuchtet wird. Das langwellige Auf-Achse-Licht
kann zum Beispiel durch eine langwellige Auf-Achse-Lichtquelle erzeugt
werden, wie oben beschrieben. Gleichzeitig oder zu einer anderen
Zeit kann, wie am Block 1209 angegeben, bei einigen Ausführungsformen
der vorbestimmte Bereich mit weißem Auf-Achse-Licht befeuchtet
werden. Das Auf-Achse-Licht kann zum Beispiel durch eine weiße Auf-Achse-Lichtquelle
erzeugt werden, wie oben beschrieben. Gleichzeitig oder zu einer
anderen Zeit kann, wie am Block 1211 angegeben, der vorbestimmte
Bereich auch mit Außer-Achse-Licht beleuchtet werden. Das
Außer-Achse-Licht kann durch eine Außer-Achse-Lichtquelle
erzeugt werden, wie oben beschrieben.
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Wie
am Block 1213 angegeben, kann sobald die Leiterplatte 111 (und/oder
die Schablone 107) angemessen beleuchtet ist, die Kamera
(z. B. 201, 203) ein Bild des vorbestimmten Bereiches
erfasst werden. Das Verfahren 1200 kann dann am Block 1215 enden.
Es sollte klar sein, dass nicht alle Ausführungsformen
des Verfahrens 1200 oder ähnliche Verfahren Beleuchtung
mit weißem Licht und/oder Außer-Achse-Licht einschließen
können.
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Bei
einigen Ausführungsformen kann ein vordefinierter Bereich
der Leiterplatte 111 oder der Schablone 107 abgebildet
werden. Die Abbildung mehrerer vorbestimmter Bereiche der Leiterplatte 111 kann
durch Bewegung des abbildenden Systems 121 vom ersten vorbestimmten
Bereich zu dem zweiten vorbestimmten Bereich ausgeführt
werden. Unter der Leitung der Steuervorrichtung 103 bewegt
kann sich das abbildende System 121 nacheinander zu anderen
vorbestimmten Bereichen bewegen, um Bilder zu erfassen, zum Beispiel
für Prüfzwecke. In anderen Ausführungsformen
kann das Verfahren die Erfassung eines Bildes eines Bereiches der
Schablone 107 anstelle oder zusätzlich zur Erfassung
eines Bildes der Leiterplatte 111 beinhalten.
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In
einer Ausführungsform kann das abbildende System 121 und/oder
die Steuervorrichtung 103 genutzt werden, um ein auf einem
Schwellenwert basierendes Kontrasterkennungsverfahren durchzuführen.
Bei solch einem Verfahren kann ein Helligkeitsniveau an einer Stelle
innerhalb eines erfassten Bildes mit einem Schwellenwert verglichen
werden. Wenn das Helligkeitsniveau über dem Schwellenwertniveau
liegt, können das abbildende System 121 und/oder
die Steuereinrichtung 103 feststellen, dass die Stelle
keine Lötpastenablagerung enthält. Wenn das Helligkeitsniveau
unter dem Schwellenwertniveau liegt, kann das abbildende System 121 und/oder
die Steuervorrichtung 103 feststellen, dass die Stelle
eine Lötpastenablagerung enthält. Solche Verfahren
sind im Stand der Technik allgemein bekannt.
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Bei
einer Ausführungsform kann das abbildende System
121 und/oder
die Steuevorrichtung
103 dazu verwendet werden, ein Texturerkennungsverfahren
durchzuführen, wie zum Beispiel das im
US-Patent Nr. 6738505 von Prince offenbarte
Verfahren mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING
SOLDER PASTE DEPOSITS ON SUBSTRATES” („VERFAHREN
UND VORRICHTUNG ZUR ERFASSUNG VON LÖTPASTENABLAGERUNGEN
AUF SUBSTRATEN”), welches dem Rechtsnachfolger vorliegender
Erfindung gehört und hierin durch Bezugnahme eingeschlossen
wird. Das
US-Patent. Nr. 6891967 von
Prince, mit dem Titel ”SYSTEMS AND METHODS FOR DETECTING
DEFECTS IN PRINTED SOLDER PASTE” (”SYSTEME UND
VERFAHREN ZUR ERKENNUNG VON FEHLERN IN GEDRUCKTER LÖTPASTE”),
welches ebenso dem Rechtsnachfolger vorliegender Erfindung gehört
und hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird, bildet die Lehren
des
US-Patent Nr. 6738505 weiter.
Im Besonderen lehren diese Patente Texturerkennungsverfahren zur
Bestimmung, ob Lötpaste richtig auf vorbestimmten Regionen,
z. B. Kupferkontakflächen, abgelagert ist, die auf einer
Leiterplatte angeordnet sind.
-
Mit
Bezug auf 13 wird in einer Ausführungsform
der Siebdrucker 100 gezeigt, welcher ein Substrat 1301 prüft,
auf dem eine Substanz 1303 abgelagert ist. Das Substrat 1301 kann
einen gedruckten Schaltkreis (z. B die Leiterplatte 111),
einen Wafer oder vergleichbare ebene Oberflächen verkörpern und
die Substanz 1303 kann Lötpaste oder andere viskose
Materialien, wie zum Beispiel Klebstoffe, Versiegelungen, Unterfüllungen
und anderen Materialien verkörpern, die dazu geeignet sind,
elektronische Komponenten auf Leiterplatten oder Wafern zu befestigen.
Wie in 14A und 14B,
kann das Substrat 1301 einen zu betrachtenden Bereich von 1401 und
Kontaktflächen 1403 aufweisen. Das Substrat 1301 kann
weiterhin Bahnen 1405 und Bohrungen 1407 enthalten,
welche zum Beispiel dazu verwendet werden, auf dem Substrat 1301 befestigte Komponenten
zu verbinden. 14A stellt das Substrat 1301 ohne
Ablagerungen auf einer der der Kontaktflächen 1403 dar. 14B stellt das Substrat 1301 dar, welches
Substanzen 1303, z. B. Lötpastenablagerungen,
auf den Kontaktflächen 1403 verteilt aufweist.
Auf dem Substrat 1301 sind die Kontaktflächen 1403 über
einen bestimmten zu betrachtenden Bereich 1401 verteilt
-
14B zeigt insbesondere eine fehlerhafte Ausrichtung
einer Ablagerungen der Substanz 1303 an den Kontaktflächen 1403.
Wie gezeigt, berührt jede Ablagerung der Substanz 1303 (z.
B. Lötpastenablagerungen) teilweise eine der Kontaktregionen 1403.
Um einen guten elektrischen Kontakt sicherzustellen und Brückenbildung
zwischen benachbarten Kontaktflächen, z. B. Kupferkontaktflächen,
zu verhindern, sollten die Ablagerungen der Substanz 1303 mit
jeweiligen Kontaktflächen 1403 innerhalb bestimmter
Toleranzen ausgerichtet sein. Kontrast- und/oder Texturerkennungsverfahren
wie die oben beschriebenen können fehlerhaft ausgerichtete
Ablagerungen von Substanz 1303 auf Kontaktflächen 1403 erfassen
und erhöhen als Ergebnis allgemein die Fertigungsausbeute
der Substrate 1301. In Situationen, in welchen die Kontaktflächen 1403 mit
einer nicht-reflektierenden oder wenig reflektierenden Beschichtung
versehen sind, können solche Kontrasterkennungsverfahren
effektiver sein, wenn eine langwellige Beleuchtung verwendet wird.
-
Zurück
zu 13 enthält bei einer Ausführungform
ein Verfahren zur Lötpasteninspektion die Verwendung des
abbildenden Systems 121 zur Erfassung eines Bildes eines
Substrates 1301, welches eine Substanz 1303 auf
dem Substrat abgelagert aufweist. Das abbildende System 121 kann
dazu eingerichtet sein, ein Echtzeitsignal 1305 an einen
geeigneten digitalen Datenanschluss oder einen dedizierten Framegrabber
(Bilderfangschaltung) 1307 zu senden. Der digitale Datenanschluss
kann die üblicherweise als USB, Ethernet oder Firewire (IEEE1394)
bekannten Typen umfassen. Das Echtzeitsignal 1305 entspricht
einem Bild des Substrates 1301, welches die darauf abgelagerte
Substanz 1303 aufweist. Sobald empfangen, kann der Anschluss oder
Framegrabber 1307 Bildinformationen 1309 erzeugen,
welche auf einem Monitor 1311 dargestellt werden können.
In einer Ausführungsform werden die Bildinformationen 1309 in
eine vorbestimmte Anzahl von Bildpunkten aufgeteilt, wobei jeder
einen Helligkeitswert von 0 bis 255 Grauwerten aufweist. Solche
Helligkeitswerte können mit einem oder mehreren Schwellenwerten
verglichen werden, um festzustellen, ob eine Lötpastenablagerung
vorhanden ist. In einer Ausführungsform stellt das Signal 1305 ein
Echtzeit-Bildsignal des Substrates 1301 und der darauf
abgelagerten Substanz 1303 dar. In anderen Ausführungsformen
kann jedoch das Bild in einem lokalen Speicher (z. B. RAM) gespeichert
sein und auf Anfrage an die Steuervorrichtung 103 gesendet, wenn
erforderlich.
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Der
Anschluss oder Framegrabber 1307 kann elektrisch mit der
Steuervorrichtung 103 verbunden sein, welche einen Prozessor 1313 beinhaltet.
Der Prozessor 1313 kann statistische Abweichungen in der
Textur und/oder dem Kontrast in den Bildinformationen 1309 der
Substanz 1303 berechnen. Solche statistischen Abweichungen
im Texturkontrast in den Bildinformationen 1309 der Substanz 1303 können
unabhängig von der relativen Helligkeit der nicht-substanzabhängigen
Hintergrundmerkmale auf dem Substrat 1301 berechnet werden,
wodurch der Prozessor 1313 in die Lage versetzt wird, den
Ort der Substanz 1303 auf dem Substrat 1301 zu
erkennen, und den Ort der der Substanz 1303 mit einem gewünschten
Ort zu vergleichen. In einer Ausführungsform kann der Prozessor 1313 mit
adaptiven Maßnahmen antworten, wenn der Vergleich zwischen
dem gewünschten Ort und dem tatsächlichen Ort
der Substanz 1303 eine einen vorbestimmten Grenzwert überschreitende
Fehlausrichtung aufdeckt, um den Fehler zu reduzieren oder zu eliminieren,
kann das Substrat zurückweisen, kann ein Verfahren beenden
und/oder einen Alarm über die Steuervorrichtung auslösen.
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Die
Steuervorrichtung 103 kann elektrisch mit Antriebsmotoren 1315 des
Schablonendruckers 100 verbunden sein, um sowohl die Ausrichtung
der Schablone 107 und des Substrates 1301 als
auch andere mit dem Druckvorgang verbundene Bewegungen zu erleichtern.
Die Steuervorrichtung 103 kann Teil einer Regelschleife 1317 sein,
welche die Antriebsmotoren 1315 des Schablonendruckers 100, das
abbildende System 121, den Framegrabber 1307 und
den Prozessor 1313 umfasst. Als Teil einer adaptiven Maßnahme
als Antwort auf eine fehlausgerichtete Ablagerungen der Substanz 1303 kann
die Steuervorrichtung 103 ein Signal senden, um die Ausrichtung
der Schablone 107 einzustellen.
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In
noch einer anderen Ausführungsform kann sich die Schablone 107 und/oder
die Leiterplatte 111 relativ zu dem abbildenden System 121 bewegen,
um Bilder der Schablone bzw. der Leiterplatte aufzunehmen. Zum Beispiel
kann die Schablone 107 von dem Drucknest weg versetzt werden
und über oder unter das abbildende System 121 bewegt
werden, welches stationär sein kann. Auf gleiche Weise kann
die Leiterplatte 111 von dem Drucknest weg gefahren werden
und über oder unter das abbildende System 121 bewegt
werden. Die Kamera (z. B. Kamera 201) des abbildenden Systems 121 kann
dann ein Bild der Schablone 107 und/oder der Leiterplatte 111 aufnehmen.
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In
noch einer anderen Ausführungsform kann das abbildende
System 121 innerhalb eine Abgabevorrichtung eingesetzt
werden, welche dazu eingerichtet ist, viskose oder semi-viskose
Materialien wie zum Beispiel Klebstoffe, Versiegelungen, Unterfüllungen
und andere Befestigungsmaterialien auf einem Substrat, wie zum Beispiel
einem gedruckten Schaltkreis, abzugeben. Derartige Abgabevorrichtungen sind
von dem Typ, welcher von Speedline Technologies, Inc., unter dem
Markennamen CAMALOT® vertrieben
werden.
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Bei
verschiedenen Ausführungsformen sollte beachtet werden,
dass durch die Verwendung langwelliger Beleuchtung auf Schwellenwerten
basierende Kontrasterkennungstechniken dazu verwendet werden können,
die Inspektion von Lötpastenablagerungen auf einer Leiterplatte
zu verbessern. Langwellige Beleuchtung kann insbesondere nützlich
sein zur Inspektion von Lötpastenablagerungen auf einer Leiterplatte,
bei welcher Kontaktflächen mit nichtreflektierenden oder
wenig reflektierenden Beschichtungen überzogen sind. Durch
die Verwendung von langwelliger Beleuchtung unter solchen Umständen, kann
das langwellige Licht in die ansonsten nicht-reflektierende oder
wenig reflektierende Beschichtung eindringen und zu einer Kamera
reflektiert werden, also ob die Beschichtung nicht vorhanden wäre,
wodurch auf Schwellenwerten basierenden Abbildungstechniken das
richtige Funktionieren ermöglicht wird.
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Aus
der obigen Beschreibung sollte beachtet werden, dass das abbildende
System 121 der Erfindung insbesondere geeignet ist zum
Erfassen gleichförmig beleuchteter Bilder unter einer Vielzahl
von Bedingungen, wie sie erforderlich sind, um Kontrast- und/oder
Texturerkennungsverfahren durchzuführen, während
es eine effiziente Echtzeit-Regelschleife liefert. Da das langwellige
Licht das Durchdringen von nicht-reflektierenden und wenig reflektierenden
Beschichtungen ermöglicht, welche auf solchen Substraten
verwendet werden können, kann ein solches Beleuchtungssystem 121 auch
insbesondere nützlich sein, die Ablagerung von Substanzen
auf Substraten mit solchen Beschichtungen zu analysieren.
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Es
sollte erkannt werden, dass das Hinzufügen von weißer
Beleuchtung zu der langwelligen Beleuchtung die Schärfe
von erfassten Bildern verbessern kann, im Vergleich zu solchen,
die unter Verwendung von langwelliger Beleuchtung allein erfasst werden.
Solch eine verbesserte Schärfe kann es einem abbildenden
System ermöglichen, Operationen durchzuführen,
welche feine Details erfordern, wie z. B. die Ausrichtung von Leiterplatte
und Schablone, texturbasierender Pastenerfassung und/oder das Lesen
von Strichcodes.
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Es
sollte auch erkannt werden, dass das Hinzufügen von Außer-Achse-Beleuchtung
zur langwelligen Beleuchtung, die Robustheit von zweidimensionaler
texturbasierender Lötpasteninspektion verbessert, insbesondere
unter Umständen, unter welchen es eine weniger als ideale
Lötpastenablagerungsgeometrie gibt. Die Außer-Achse-Beleuchtungsvorrichtung
kann insbesondere ausgelegt sein zur Verbesserung der Fähigkeit,
solche Fehler zu sehen. Schlecht definierte Lötpastenablagerungen
zeigen normalerweise das Vorhandensein von beträchtlichen
Fehlern und Neigungen, dass, wenn es ungeprüft gelassen
wird, eventuell zu katastrophalen Leiterplattenfehlern führen
könnte.
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Während
diese Erfindung mit Bezug auf bestimmte Ausführensformen
davon dargestellt und beschrieben wurde, ist es dem Fachmann klar,
dass verschiedene Veränderungen in Form und Einzelheiten
daran gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der
Erfindung zu verlassen, der nur durch die folgenden Ansprüche
begrenzt ist.
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Zusammenfassung
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Eine
Schablonendruckervorrichtung zum Abscheiden von Lötpaste
auf die Oberfläche eines elektronischen Substrates, aufweisend
einen Rahmen, eine mit dem Rahmen verbundene Schablone, wobei die
Schablone eine Vielzahl von Öffnungen hat, eine mit dem
Rahmen verbundene Abgabevorrichtung, wobei die Schablone und die
Abgabevorrichtung dazu geeignet sind, die Lötpaste auf
das elektronische Substrat abzugeben, ein abbildendes System, welches
ausgebildet und angeordnet ist, um ein Bild des elektronischen Substrates
zu erfassen, und eine mit dem abbildenden System verbundene Steuervorrichtung,
welche eingereichtet ist, um die Bewegung des abbildenden Systems
zu steuern und das Bild zu erfassen. Das abbildende System weist
ein Kameraelement auf, das eingerichtet ist, das Bild von mindestens
einem Teil der Oberfläche des elektronischen Substrats
zu erfassen, und ein erstes Beleuchtungselement, das eine langwellige
Lichtquelle aufweist, die eingerichtet ist, zumindest den Teil der Oberfläche
des elektronischen Substrats zu beleuchten durch Erzeugen von langwelligem
Licht. Andere Ausführungsformen und Verfahren sind offenbart.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5060063 [0004, 0004]
- - US 6738505 [0111, 0111]
- - US 6891967 [0111]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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