DE4227667A1

DE4227667A1 - Mittel zur meßtechnischen Erfassung der Bestückgenauigkeit

Info

Publication number: DE4227667A1
Application number: DE4227667A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr Ing Reuse
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 1994-02-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Mittel zur meßtechnischen Erfassung der Bestückgenauigkeit und/oder zur Tolerierung und Inspektion von Leiterplatten und Bauelementen.

Die Sicherung einer gleichbleibend hohen Qualität in der Bestückung von SMD-Flachbaugruppen erfordert eine regelmäßige Kontrolle der Maschinengenauigkeit (Bestückgenauigkeit/Plaziergenauigkeit). Die Maschinengenauigkeit wird dabei durch mehrere Einflußgrößen bzw. Fehlermöglichkeiten bestimmt.

Bekannte bisherige Lösungen zur Bestimmung der Bestückgenauigkeit basieren auf Meßverfahren nach VDI-Richtlinie 3712 "Bestimmung der Genauigkeit und der Leistung von SMD-Bestückautomaten" und nach Fuji News Letters, September 1990 "Instructions for using glass parts and glass boards".

Die genannten Lösungen gestatten zwar eine meßtechnische Erfas sung der Bestückgenauigkeit, jedoch eine Erfassung und Zuordnung der Fehleranteile auf konkrete Einflußgrößen nicht möglich. Die Bestimmung der Bestückgenauigkeit nach der VDI-Richtlinie hat den Nachteil, daß die Genauigkeit der Meßstrukturen nur der Herstellungsgenauigkeit von Leiterplatten entspricht. Damit ist die Auflösung der Messungen für Fine-Pitch-Bestückung unzurei chend. Die Stabilität der verwendeten Meß-Bauelemente ist gering (Pins werden beim Handling schnell verbogen). Zur Ermittlung der Bestückgenauigkeit (translatorischer und rotatorischer Versatz von der Idealbestückposition) sind viele Meßwerte erforderlich. Die Auswertung ist aufwendig und eventuelle Meßfehler führen zu einer Fehlerfortpflanzung.

Die vorgeschlagene Lösung von Fuji gestattet nur eine Erfassung der Bestückgenauigkeit in digitalen Sprüngen (bedingt durch das angewendete Noniusprinzip). Die Erfassung von Winkelfehlern, die besonders bei Fine-Pitch-Bestückung sehr negative Auswirkungen (Fehlbestückung) hervorruf t, ist nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, alle maschinen- und technologiebe dingten Fehler bei der Montage von elektronischen Bauelementen mit einfachen Mitteln präzise zu messen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den in den Ansprüchen ge nannten Mitteln gelöst. Zum Nachweis der Maschinengenauigkeit und zur Kontrolle im Fertigungsprozeß von SMD-Flachbaugruppen mit Fine-Pitch-Bauelementen dient das entwickelte Mittel.

Mit wenigen Schritten lassen sich folgende Einflußgrößen bzw. Fehlermöglichkeiten meß technisch erfassen:

- Positioniergenauigkeit (position accuracy/repeatibility)
- Orientiergenauigkeit (theta accuracy)
- Bauelemente-Zentrier-Genauigkeit (component correction accu racy/repeatibility)
- Absetzgenauigkeit (Z-axis runout)
- Fiducial-Erkennungs-Fehler (fiducial find accuracy/repeatibili ty)
- Bauelemente-Erkennungsfehler (component find accuracy/repeati bility)
- Leiterplatten-Aufnahmegenauigkeit
- Plaziergenauigkeit (placement accuracy/repeatibility)
- Bauelementegenauigkeit (lead width error/component leadframe distortion error)
- Leiterplattengenauigkeit (pad width error/pad to fiducial error).

Außerdem kann über die Auswahl des Pinrasters auch der Toleranz bereich für die optische Inspektion eingestellt bzw. kalibriert werden. Somit können fehlerhafte Bauelemente sicherer erkannt und automatisch verworfen werden. Durch die gewählte Lösung ist eine konkrete Zuordnung des Fehleranteils auf die maschinenbedingte Fehlerursache möglich, da die Testleiterplatte und die Glasdum mies mit höherer Genauigkeit als reale Leiterplatten und Bauele mente hergestellt werden und während der Bestückung kaum Verände rungen in den Genauigkeitswerten zu erwarten sind.

Durch die Wahl der Materialien ist es möglich, Testleiterplatte und Glasdummi mit den üblichen Down- und Up-Kameras zu positio nieren und anschließend, wenn das Glasdummi auf der Testleiter platte abgelegt und fixiert ist, von oben die Lage bzw. die Ab weichungen der Markierungen (Koordinatenlinien, Pinraster, Qua drat, Kreuz und Fenster) mit einem Mikroskop zu betrachten und auszumessen. Durch die spezielle Wahl der Markierungen sind mit wenigen Schritten alle möglichen Fehler meßbar. Die Messung ist infolge der hohen Exaktheit und Feinheit der Markierungen sehr genau, da die Herstellung der Strukturen analog der Schablonen herstellung des Halbleiterprozesses erfolgt.

Außerdem werden durch die Materialauswahl für die Strukturen die Hell/Dunkel-Kontraste erhöht.

Der translatorische Versatz kann direkt im Zweikoordinatenmikros kop erfaßt werden. Der rotatorische Versatz wird über den Arcustangens berechnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher dargestellt. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 die Draufsicht auf eine erfindungsgemäß ausgeführte Testleiterplatte,

Fig. 2 die Draufsicht auf einen erfindungsgemäß ausgeführten Glasdummi,

Fig. 3 eine Überdeckung der Testleiterplatte nach Fig. 1 und des Glasdummis 2 nach einem simulierten Montageschritt.

Auf der Testleiterplatte 1 gemäß Fig. 1 sind vier Bestückplätze simuliert. Auf jedem Bestückplatz sind ein Fadenkreuz, Fiducials und sonstige Markierungen gemäß Zeichnung, darunter im Koordina tenursprung ein kleines Quadrat 4 angebracht. Die Linien haben eine Stärke von 1 mil.

Auf dem Glasdummi 2 sind um den Koordinatenursprung drei quadra tische Pinraster 3 mit einem Raster von 15, 20 und 25 mil vorge sehen. Im Koordinatenursprung ist ein Kreuz 5 angebracht. Die Dicke der Kreuzbalken entspricht der Kantenlänge des Quadrates 4. Die Kreuzbalken sind auf der Höhe der Koordinatenlinien unterge bracht. Außerhalb des äußersten Pinrasters 3 sind vier Meßfenster 6 vorgesehen. Die Koordinatenlinien sind im Meßfenster unterbro chen.

Als Glas wurde Borsilikatglas ausgewählt. Es hat annähernd den selben thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie Silizium.

Außerdem können die zur Herstellung der Markierungen notwendigen Prozeduren analog der Schablonenherstellung des Halbleiterprozes ses ausgeführt werden.

Das Glas der Testleiterplatte 1 ist weiß unterlegt. Die Markie rungen auf ihr sind aus einer Chromschicht geätzt. Im Auflicht, also sowohl unter der Down-Kamera als auch unter dem Mikroskop, erscheinen sie schwarz auf hellem Untergrund.

Zur Herstellung der Markierungen auf dem Glasdummi 2 wird zu nächst eine dünne Chrom/Nickel-Schicht und darauf eine ebenfalls dünne Kupferschicht abgeschieden. Die Kupferschicht wird galva nisch bei hoher Abscheidungsrate verstärkt. Die Up-Kamera sieht die Kupfermarkierungen als weiße Linien vor schwarzem Hinter grund. Nach der simulierten Montage werden im Mikroskop die Me tall-Schichten (Chrom/Nickel-Kupfer/Kupfer) der Markierungen des Glasdummis 2 bzw. die Chromschicht der Markierungen der Testlei terplatte 1 als schwarze Linien vor weißem Grund sichtbar.

In Fig. 3 ist die Auswertung des translatorischen und rotatori schen Versatzes gezeigt. Nach der Bestückung des Glasdummy auf der Testleiterplatte erfolgt das Ausmessen unter einem Meßmikro skop. Der translatorische Versatz Δx/Δy kann direkt durch Ver gleich der Fadenkreuze oder Quadrat 4 und Kreuz 5 ermittelt werden. Anschließend wird die Abweichung des Fadenkreuzes im Meßfenster 6 gemessen und der Winkelfehler über den Arcustanges berechnet.

Claims

1. Mittel zur meßtechnischen Erfassung der Bestückgenauigkeit und/oder zur Tolerierung und Inspektion von Leiterplatten und Bauelementen unter Verwendung einer die Leiterplatte und einer das Bauelement simulierenden Glasplatte, im folgenden der Testleiterplatte und dem Glasdummi, mit jeweils einem Koordi natensystem und Fiducials in den Eckpunkten, gekennzeich net dadurch, daß auf dem Glasdummi (2) wenigstens ein symme trisch zum Koordinatenursprung liegendes viereckiges Pinraster (3) vorgesehen ist und um den Koordinatenursprung entweder wenig stens eines Meßplatzes der Testleiterplatte (1) oder des Glasdummies (2) mit dünnen Linien ein Quadrat (4) und im Koordinatenursprung des jeweils anderen Partners (2 oder 1) mit dicken Linien ein Kreuz (5) markiert ist und die Kanten länge des Quadrates (4) gleich der Dicke der Kreuzbalken entspricht.

2. Mittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß um den Koordinatenursprung drei quadratische Pinraster (3) mit ver schiedenem Rastermaß vorgesehen sind.

3. Mittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß dem Glas dummi (2) außerhalb der Pinraster (3) und parallel zu ihnen Meßfenster (6) vorgesehen und die Koordinatenlinien, innerhalb des Meßfensters unterbrochen sind.

4. Mittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Mar kierungen auf Borosilikatglas fotolitographisch aufgebracht sind.

5. Mittel nach den Ansprüchen 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Testleiterplatte (1) weiß unterlegt ist und die Markierungen aus einer aufgedampften Chromschicht geätzt sind.

6. Mittel nach den Ansprüchen 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Markierungen auf dem Glasdummi (2) aus einem Schicht aufbau, bestehend aus einer aufgedampften Chrom/Nickel-, einer aufgedampften Kupfer- und einer galvanisch mit hoher Abschei dungsrate aufgebrachten Kupferschicht, geätzt sind.