DE19627364A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln von Korrekturwerten für die Bohrposition bei Leiterplatten - Google Patents

Description

Leiterplatten werden aus mehreren einzelnen Lagen aufgebaut. Jede Lage enthält eine Beschichtung mit Leiterbahnen. Nach vollständiger Herstellung der Leiterplatten bzw. Platinen er­ folgt dann eine Bohrung. Diese Bohrung muß durch bestimmte Punkte aller Beschichtungen hindurchgehen. Bei dem Laminieren ergibt sich jedoch, daß die einzelnen Schichten unter Umstän­ den geringfügig gegeneinander verschoben sind oder daß die Lagen unterschiedlich geschrumpft oder gedehnt sind. Dies führt dazu, daß die Bohrpositionen der einzelnen Lagen nicht mehr exakt zueinander ausgerichtet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe Abweichungen der tatsächlichen Position der Leiterbahnen und damit auch der Bohrpunkte von der Sollposition ermittelt werden können. Die Vorrichtung und das Verfahren sollen möglichst einfach und kostengünstig zu verwirklichen sein. Aufgrund der Ermitt­ lung von Korrekturwerten kann dann die tatsächliche Bohrposi­ tion ebenfalls korrigiert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.

Durch die Anbringung einer Kontrollmarkierung an den Lagen kann ermittelt werden, ob eine Verschiebung der Platten vor­ liegt. Ist beispielsweise die Markierung ein kreisförmiger Flecken, der im Durchleuchtungsbild ebenfalls als kreisförmi­ ger Flecken mit dem gleichen Durchmesser auftritt, so kann man aus der Abweichung der Position des Fleckens von dem Be­ zugswert für die Position eine gleich große Verschiebung al­ ler Platten gegenüber dem Bezugswert feststellen. Eine Kor­ rektur ist dann relativ einfach.

Ändert sich dagegen die Form des kreisförmigen Fleckens bei­ spielsweise in einen ovalen Flecken gleicher Breite wie die Kreisform, aber unterschiedlicher Länge, so liegt eine line­ are Verschiebung mindestens einer Platte vor. Es wird dann für die Korrektur ein Mittelwert errechnet.

Der Bezugswert kann beispielsweise rechnerisch ermittelt werden.

Ebenfalls möglich ist es, wenn der Bezugswert mit Hilfe einer Referenzplatte ermittelt wird, die beispielsweise nur aus einer Schicht besteht und an der definierten Stelle die Be­ zugsmarke in der korrekten Größe enthält.

Da mit einer Korrekturmarke an nur einer Stelle im Regelfall nur eine Verschiebung gemessen werden kann, schlägt die Er­ findung in Weiterbildung vor, Kontrollmarken an zwei Positio­ nen der Innenlagen anzubringen. Es kann dann auch eine Schrumpfung, eine Dehnung und auch eine Winkelversetzung von Lagen festgestellt werden.

Insbesondere schlägt die Erfindung vor, die Kontrollmarken an möglichst weit voneinander entfernten Positionen anzubringen, d. h. bei einer rechteckigen Leiterplatte an zwei gegenüber­ liegenden Ecken, bei der Verwendung von vier Positionen eben an allen vier Ecken.

Häufig sind bei Leiterplatten die Außenlagen vollständig mit Kupfer beschichtet. Da dann ein Durchleuchten mit sichtbarem Licht nicht möglich ist, schlägt die Erfindung vor, in diesem Fall die Bereiche, in denen die Durchleuchtung erfolgen soll, die Kupferbeschichtung der äußeren Lagen zu entfernen, bei­ spielsweise durch ein Fräsen oder auch durch ein Abätzen.

Die Durchleuchtung erfolgt bei dem von der Erfindung vorge­ schlagenen Verfahren mit Hilfe von sichtbarem Licht, was mög­ lich ist, da das Plattenmaterial mindestens durchscheinend ist.

Erfindungsgemäß können die Kontrollmarken aus einer oder auch mehreren Einzelmarke(n) bestehen. Die Einzelmarke kann bei­ spielsweise Kreisform aufweisen. Zur Bildung einer Kontroll­ marke können beispielsweise mehrere kreisförmige Einzelmarken winkelförmig angeordnet werden.

Das Herstellen der Kontrollmarken bedeutet keinen zusätzli­ chen Aufwand, da es möglich ist, die Kontrollmarken bei der Herstellung der Innenlagen mit herzustellen, beispielsweise als einen Flecken der üblichen Kupferbeschichtung.

Die Vorrichtung kann insbesondere derart aufgebaut sein, daß sie die Korrekturwerte einer Leiterplatte in maschinenles­ barer Form ausgibt, so daß ein Bohrautomat die Korrekturwerte bei der Ermittlung der Bohrlöcher automatisch berücksichtigen kann. Selbstverständlich ist es möglich, zusätzlich oder al­ ternativ die Korrekturwerte auch an einer Anzeigeeinrichtung anzuzeigen.

Um den Korrekturvorgang schnell und genau durchführen zu können, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die Vor­ richtung zwei Kameras aufweist, die jeweils an unterschied­ lichen Positionen angeordnet sind. Die Kameras können insbe­ sondere fest angeordnet sein, so daß keine Einstellung oder Justierung erforderlich ist. Es können auch drei oder vier Kameras verwendet werden.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Vorrichtung eine Führungseinrichtung zum Verschieben der Ka­ mera(s) längs einer zwei Positionen von Kontrollmarken ver­ bindenden Linie aufweist. Dann kann eine Kamera nacheinander zwei Kontrollmarken überprüfen. Bei dem Vorhandensein von insgesamt vier Kontrollmarken an den vier Ecken können also zwei Kameras vorgesehen sein, die längs der Seitenkanten der Leiterplatte verschiebbar angeordnet sind.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen werden, die Kameras in einer Position oberhalb der Aufnahme für die Leiterplatte anzuord­ nen, die soweit entfernt ist, daß das Einlegen und Entnehmen der Leiterplatte nicht behindert wird. Die Kameras können auf den Bereich der Kontrollmarken fokussiert werden.

Erfindungsgemäß kann für jeden Kontrollmarkenbereich je eine Lichtquelle vorhanden sein.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge ergeben sich aus den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum In­ halt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschrei­ bung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf eine Vorrich­ tung zur Ermittlung von Bohrkorrekturwerten nach der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische schematische Ansicht der Anordnung zweier Kameras über einer Leiter­ platte;

Fig. 3 stark vergrößert einen Ausschnitt einer Ecke einer Leiterplatte mit Kontrollmarken;

Fig. 4 schematisch ein von der Vorrichtung der Fig. 1 ermitteltes Bild im Vergleich zu dem Bezugs­ bild.

Fig. 1 zeigt stark vereinfacht die Aufsicht auf eine Vorrich­ tung, mit der das von der Erfindung vorgeschlagene Verfahren durchgeführt werden kann. Die Vorrichtung enthält eine Tisch­ platte 1, an der die verschiedenen Elemente der Vorrichtung angebracht sind. Der Tisch 1 bildet eine Aufnahme für die Leiterplatte 2, die im dargestellten Beispiel drei Ausricht­ öffnungen 3 enthält. Die Leiterplatte 2 wird so auf die Tischplatte 1 aufgelegt, daß in die Ausrichtöffnungen 3 auf der Tischplatte nach oben abragende Registrierstifte 4 ein­ greifen. Dadurch wird die Leiterplatte 2 exakt ausgerichtet.

Auf der Tischplatte sind zwei Schienen 5 angeordnet, die pa­ rallel zu den Seitenkanten der Tischplatte 1 verlaufen. An den Schienen 5 sind mit je einem Ausleger 6 zwei Kameras 7 gehaltert. Die Kameras weisen nach unten, d. h. auf die Lei­ terplatte 2 gerichtete Objektive auf. Sie sind mit einer nicht dargestellten Auswerteinrichtung verbunden.

Unterhalb der Tischplatte 1 sind im Bereich der Ecken der Leiterplatte 2 je eine Lichtquelle angeordnet, die ihr Licht nach oben abgibt. Da die Leiterplatten 2 aus einzelnen Lagen aus durchscheinendem Material aufgebaut sind, kann das Licht durch die Leiterplatte überall dort hindurchscheinen, wo keine Beschichtung vorhanden ist.

Fig. 2 zeigt wiederum vereinfacht die Anordnung der beiden Kameras 7 oberhalb der Tischplatte 1. Unterhalb der Tisch­ platte sind die vier Lichtquellen 8 zu sehen, die ihr Licht nach oben durch die Leiterplatte 2 in deren Eckbereich abge­ ben. An der Unterseite der beiden Kameras 7 sind Objektive 9 vorhanden, die auf die Ebene der Leiterplatte 2 eingestellt sind. Der Fig. 2 ist ebenfalls zu entnehmen, daß die Kameras 7 einen gewissen Abstand von der Ebene der Leiterplatte auf­ weisen, so daß sie beim Einlegen und Entnehmen der Leiter­ platte nicht stören. Dies bedeutet auch, daß die Kameras 7 in ihrem Abstand gegenüber dem Tisch 1 nicht eingestellt zu wer­ den brauchen, sondern immer auf dem richtigen Abstand sind.

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Eckbereich einer Innenlage, aus der die Leiterplatte 2 hergestellt ist. In diesem Eckbereich weist die Innenlage eine Korrekturmarke 10 auf. Die Korrekturmarke 10 ist im dargestellten Beispiel aus insgesamt neun Einzelmarken 11 aufgebaut, die parallel zu den Seitenkanten 12 der Innenlage im Eckbereich angeordnet sind. Es entsteht dadurch ein gleichschenkliger Winkel, jeweils ge­ bildet aus fünf äquidistanten Einzelmarken 11 in Form eines Kreises. Diese Einzelmarken werden beim Bedrucken der Leiter­ platte im gleichen Arbeitsgang mit hergestellt, mit dem die Leiterbahnen auf der Innenlage hergestellt werden.

Im günstigsten Fall sollen bei dem Herstellen der Leiter­ platte 2 durch das Zusammenlaminieren der einzelnen Innen­ lagen und der Außenlagen alle Einzelmarken 11 aller Lagen deckungsgleich angeordnet sein. Tritt aber beim Laminieren ein Versatz, eine Dehnung, eine Streckung oder eine Verdre­ hung von Leiterplatten auf, so sind die Einzelmarkierungen 11 dann nicht mehr überall deckungsgleich. Daraus und aus der Sollposition der Einzelmarkierungen kann dann ermittelt wer­ den, in welcher Richtung und um welchen Betrag eine Bohrung gegenüber der Sollposition der Bohrung versetzt angebracht werden soll.

Fig. 4 zeigt ein sehr einfaches mögliches Ergebnis einer Korrekturermittlung. Die Sollposition einer bestimmten Ein­ zelmarke 11 ist als gestrichelter Kreis dargestellt. Der aus­ gezogene Kreis 13 stellt das von einer Kamera 7 ermittelte Bild der tatsächlichen Einzelmarkierungen dar. Wie man sehen kann, stellt das Bild 13 ein Oval dar, das die gleiche Breite wie die Bezugsmarke 11 aufweist und dessen Längsmittellinie durch den Mittelpunkt der Bezugsmarke 11 hindurchgeht. Auf­ grund der Verlängerung der Form kann man erkennen, daß eine lineare Verschiebung in einer bestimmten Richtung vorhanden ist. Um nun die Bohrung möglichst ausgewogen anzubringen, wird als Korrekturwert der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Bezugsmarke 11 und dem "Mittelpunkt" des Einzelmarkenbil­ des 13 verwendet. Diese Differenz stellt eine Strecke dar, enthält also einen reinen Abstand und eine bestimmte Rich­ tung.

Ermittelt man eine solche Abweichung an zwei einander gegen­ überliegenden Ecken einer Leiterplatte, und sind dort die Abweichungen unterschiedlich, so kann man auch auf eine Schrumpfung oder eine Streckung von Lagen schließen. In beiden Fällen kann dies dazu führen, daß der Korrekturwert nicht für alle Bohrpositionen gleich ist, sondern daß für die zwischen den Ecken liegenden Punkte eine Interpolation vorge­ nommen wird, die von der Position der Bohrung innerhalb der Leiterplatte abhängig ist. Normalerweise wird man eine line­ are Interpolation vornehmen.

Was in der Fig. 4 anhand eines sehr einfachen Beispiels er­ läutert ist, kann selbstverständlich auch kompliziertere Formen annehmen.

Bei den Leiterplatten ist häufig die Außenlage vollständig Kupfer-beschichtet. Daher muß vor der Durchführung der Er­ mittlung des Korrekturwertes diese Kupferbeschichtung im Bereich der Kontrollmarken 10 entfernt werden.

Falls Außenlagen verwendet werden, die ebenfalls einzelne Leiterbahnen enthalten, kann selbstverständlich das Verfahren auch so abgewandelt werden, daß diese Außenlagen mit Korrek­ turmarken versehen werden, die bei der Ermittlung des Korrek­ turwertes berücksichtigt werden.

Ebenfalls möglich ist es, die Kupferbeschichtung der äußeren Leiterbahnen so anzubringen, daß die Stellen, an denen die Kontrollmarken vorhanden sind, von vornherein frei bleiben.

Claims (15)

1. Verfahren zum Ermitteln von Korrekturwerten für die Bohrpositionen einer Leiterplatte, bei dem

• 1.1 die Innenlagen vor ihrem Laminieren an definier­ ten Positionen mit Kontrollmarken (10) eines bestimmten Musters versehen werden,
• 1.2 die Leiterplatte (2) nach ihrem Laminieren aus den Innenlagen vor dem Bohren im Bereich der Kontrollmarken (10) durchleuchtet wird,
• 1.3 die Abweichung der Position und/oder der Form und/oder der Größe des sich dabei ergebenden Bildes (13) von einem Bezugswert ermittelt und
• 1.4 aus der Abweichung ein Korrekturwert berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Bezugswert rechnerisch ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Bezugswert mit Hilfe einer Referenzplatte ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Kontrollmarken (10) an zwei Positionen der Innen­ lagen angebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Positionen der Kontrollmarken (10) einen möglichst großen Abstand voneinander aufweisen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Bereich der Kontrollmarken (10) Kupfer-beschich­ tete Außenlagen vor der Ermittlung des Korrekturwertes in diesem Bereich von der Beschichtung befreit werden, beispielsweise durch Fräsen, Ätzen oder dergleichen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontrollmarken (10) aus einer oder mehreren Einzelmarken (11) bestehen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Einzelmarke (11) Kreisform aufweist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontrollmarken (10) bei der Herstellung der Innenlage im gleichen Arbeitsgang wie die Leiterbahnen auf der Innenlage mit hergestellt werden.

10. Vorrichtung zur Ermittlung von Korrekturwerten für Bohrpositionen einer Leiterplatte (2), mit
10.1 einer Aufnahme für eine Leiterplatte (2),
10.2 einer Einrichtung zum Ausrichten der Leiter­ platte (2) gegenüber der Aufnahme,
10.3 mindestens einer Lichtquelle (8), die
10.3.1 auf einer Seite der Leiterplatte (2) angeordnet ist,
10.4 mindestens einer Kamera (7), die
10.4.1 auf der gegenüberliegenden Seite der Leiter­ platte (2) angeordnet ist, sowie mit
10.5 einer Auswerteinrichtung, die
10.5.1 einen Speicher für die Bezugswerte und
10.5.2 eine Einrichtung zur Ermittlung der Abweichung zwischen den Soll- und Ist-Werten aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, mit einer Ausgabeeinrich­ tung zur Ausgabe der Korrekturwerte einer Leiterplatte (2) in maschinenlesbarer Form.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 mit zwei Kameras (7).

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, mit einer Führungseinrichtung zum Verschieben der Kamera(s) längs einer zwei Positionen von Kontrollmarken (10) der Leiterplatte (2) verbindenden Linie.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei der die Kamera (8) in einem das Einlegen der Platte (2) nicht behindernden Abstand oberhalb der Position der Leiterplatte (2) in der Aufnahme angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der für jede Position von Kontrollmarken (10) je eine Licht­ quelle (8) und/oder je eine Kamera (8) vorhanden ist.