DE69926885T2

DE69926885T2 - Messung und kompensation der durchbiegung bei der inspektion von bestückten leiterplatten

Info

Publication number: DE69926885T2
Application number: DE69926885T
Authority: DE
Inventors: Harold Wasserman
Original assignee: LANDREX TECHNOLOGIES CO; LANDREX TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: LANDREX TECHNOLOGIES CO; LANDREX TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2019-06-11
Also published as: EP1086382A1; WO1999064882A1; EP1086382B1; DE69926885D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich generell auf automatisierte Prüfsysteme und im speziellen auf automatisierte optische Prüfsysteme für die Prüfung von Bauteilen von gedruckten Leiterplatten.
Bauteile von gedruckten Leiterplatten werden typischerweise während des Herstellungsprozesses geprüft, um festzustellen, ob die Bauteile Fehler enthalten. Auf diese Weise können fehlerhafte Bauteile identifiziert werden, bevor Sie in elektronische Produkte eingesetzt werden. Dabei wird die Wahrscheinlichkeit verringert, dass die elektronischen Produkte im Vorfeld versagen.
Eine Art des Prüfsystems von gedruckten Leiterplatten, das innerhalb der Industrie eine große Akzeptanz erreicht hat, verwendet eine Technologie, die als Automated Optical Inspection (AOI) bekannt ist. Ein solches AOI-System ist das INTERSCAN^TM-Prüfsystem, das von TERADYNE^®, Inc., Walnut Creek, California, USA verkauft wird. Dieses System verwendet allgemein eine Vielzahl von Kameras, die an einen Prüfkopf befestigt werden, um Bilder von einem Board Under Inspection (BUI) anzufertigen. Der Prüfkopf wird im Allgemeinen in einer definierten Ebene durch eine X-Y-Tabelle unterstützt und bewegt. Das System verwendet auch generell eine Beleuchtungsvorrichtung, die an dem Prüfkopf befestigt wird, um ausgewählte Teile des BUI zu erleuchten. Durch die Bewegung des Prüfkopfes in Bezug auf das BUI, können verschiedene Teile des BUI erleuchtet und Bilder des BUI können für eine Folgeanalyse durch einen Testcomputer, welcher auch zu den System gehört, aufgenommen werden. Alle Fehler, die während der Analyse gefunden wurden, werden dann einen menschlichen Operator mitgeteilt, der dann die geeignete Korrektes vornimmt.
Details über die generelle Struktur und den Betrieb des Prüfkopfes, über die X-Y-Tabelle und über die Kameras, die sich innerhalb des INTERSCAN^TM-Prüfsystems befinden, können unter der Bezugnahme auf das Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5,245,421, welches der Control Automation Incorporated, Princeton, NJ, USA, zugeteilt worden ist, bezogen werden. Zusätzlich ist dieses System in einer Presseveröffentlichung vom 11. November 1997 unter dem Titel „Teradyne Introduces Two New A01 System Models Five: Camera Unit Improves Fault Coverage; Single-Camera Model Provides Economical Inspection" beschrieben worden. Diese ist verfügbar unter www.teradyne.com/atd/news/pressreleases/2000/11111997-01.html. Des Weiteren können Details über die allgemeine Struktur und den Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung, die in dem INTERSCAN^TM-Prüfsystems enthalten ist, durch die Bezugnahme auf das Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5,060,065, das der Cimflex Teknowledge Corporation, Princeton, NJ, USA, zugeteilt wurde, erhalten werden.
Im Besonderen beinhaltet das INTERSCAN^TM-Prüfsystem vier Kameras, welche konisch angeordnet sind und an der zentralen Achse des Prüfkopfes disponiert werden, so dass sie zu dem BUI herausragen. Die Kameras weichen von der zentralen Achse in einem Winkel von 30° ab. Diese Anordnung verstärkt generell die Aufnahme von Licht, das von den Komponenten, die auf dem BUI angebracht sind, reflektiert wird. Dementsprechend können Bilder von jeder.
Komponente von den gewinkelten Kameras aus, aus vier verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen werden und im Folgenden auf bestimmte Charakteristiken wie zum Beispiel das Vorhandensein, die Platzierung und Verbindung der Komponente mit der BUI überprüft werden.
Jedoch müssen Anpassungen gemacht werden, wenn die Bauteile der zu prüfenden Leiterplatte unterschiedliche Neigungsgrade aufweisen. Dies ist deshalb zu beachten, weil die Komponenten, die an geneigten gedruckten Leiterplatten angebracht sind, nicht an ihren vorgesehenen Orten auftauchen können, wenn diese durch die vier gewinkelten Kameras aufgenommen werden. So kann zum Beispiel die Neigung in einer BUI dazu führen, dass einige Komponenten an anderen als den von ihren zu erwartenden Orten erscheinen. Dies kann die Genauigkeit der Prüfung der gedruckten Leiterplatten beeinflussen.
Aus diesem Grund ist in dem INTERSCAN^TM-Prüfsystem traditionell eine Neigungskompensationseinheit enthalten. Diese wird verwendet, um die Neigung während des Prüfens eines BUI zu messen und zu korrigieren. Details der Struktur und des Betriebes einer Neigungskompensationseinheit können dem Patent der Vereinigten Staaten Nr. 4,978,220 entnommen werden, das der Cimflex Teknowledge Corporation, Princeton, NJ, USA zugeteilt worden ist.
Im Besonderen ist die Neigungskompensationseinheit vorzugsweise in dem Prüfkopf in einer axialen und zentralen Position enthalten. Eine Ausführungsform der Neigungskompensationseinheit beinhaltet einen Projektor, der ein Lichtmuster auf einen Teil der Oberfläche eines BUI projiziert. Das Muster kann die Form eines „Quadrats" oder „Kreuzes" annehmen. Jede der vier gewinkelten Kameras nimmt dann ein Bild eines „horizontalen" Abschnittes des Quadrates oder Kreuzes von dessen Perspektive auf. Diese horizontalen Abschnitte werden analysiert, um zu bestimmen, ob diese von ihren erwarteten Orten abweichen. Der Betrag der Abweichung ist proportional zu dem Betrag der Neigung an dem Teil des BUI. Wenn der Betrag der Neigung einmal gemessen ist, werden die erwarteten Orte der Komponenten, die an diesen Teil des BUI angebracht sind automatisch verändert, wobei die Neigung kompensiert wird. Das Prüfsystem analysiert dann das BUI, um zu bestimmen, ob dieses defekt ist.
Dem INTERSCAN^TM-Prüfsystem wurde vor kurzem eine fünfte Kamera eingesetzt, die sich an der axialen zentralen Position im Prüfkopf befindet. Dies geschah, da eine Kamera in dieser Position herausragend senkrecht in Richtung auf eine BUI für sehr nützlich für die Prüfung von Bezügen auf dem BUI und für die Verstärkung der Genauigkeit der Prüfungen befunden wurde, die in der Zusammenarbeit mit den vier gewinkelten Kameras durchgeführt werden.
Da die fünfte Kamera in dem INTERSCAN^TM-Prüfsyster hat die Neigungskompensationseinheit in der axialen und zentralen Position in dem Prüfkopf ersetzt. Es gibt daher einen Bedarf für einen neuen Weg der Messung und Kompensation für die Neigung, wenn die Bauteile von gedruckten Leiterplatten geprüft werden.
JP08193816 beschreibt eine Methode der Kompensation für die Leiterplattenneigung innerhalb eines Apparates für die automatische Fokussierung und für die dreidimensionale Profilbestimmung.
ZUSAMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf das vorher genannte ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Prüfsystem bereitzustellen, dass Defekte auf Bauteilen von gedruckten Leiterplatten aufspüren und anzeigen kann.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist ein Prüfsystem bereitzustellen, dass Defekte auf Bauteilen von geneigten gedruckten Leiterplatten aufspüren kann.
Weiterhin ist ein anderes Ziel der Erfindung ein Prüfsystem bereitzustellen, dass die Präsenz, die Platzierung und die Verbindung von Komponenten ermitteln kann, die an die Bauteile der geneigten gedruckten Leiterplatten angebracht sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es ein Prüfsystem bereitzustellen, das Bezüge auf Bauteilen von gedruckten Leiterplatten prüfen kann.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es ein Prüfsystem bereitzustellen, das die Neigung bei der Prüfung von Bauteilen von gedruckten Leiterplatten messen und kompensieren kann.
In einer Hinsicht stellt die vorliegende Erfindung ein System für die Durchführung von automatischen optischen Prüfungen von Bauteilen von gedruckten Leiterplatten zur Verfügung.
Das System beinhaltet einen Prüfkopf an dem sich eine vertikale Achse mit einer Beleuchtungsvorrichtung befindet, die für sie sukzessive Beleuchtung von einer Vielzahl von Betrachtungsfeldern auf den Bauteilen verwendet wird und eine vertikale Kamera, die substantiell parallel zu der vertikalen Achse angebracht und konfiguriert ist, um Bilder der Betrachtungsfelder aufzunehmen; und
mindestens eine Kamera, die gewinkelt unter Beachtung der vertikalen Achse für die Aufnahme von Bildern der Betrachtungsfelder angebracht ist, so dass das System charakterisiert wird, wobei
der Prüfkopf weiterhin über einen Laser verfügt, der gewinkelt in Abstimmung zu der vertikalen Achse angebracht und konfiguriert ist, um eine Lichtlinie über einen Teil der Betrachtungsfelder zu projizieren; und weiterhin besteht das System aus berechneten Mittelwerten, die konfiguriert werden, um die Orte der Lichtlinie, die von der vertikalen Kamera aufgenommen werden, mit den erwarteten Orten zu vergleichen und um die Unterschiede von den erwarteten Orten zu verwenden, um einen Neigungsmesswert in dem Bauteil der gedruckten Leiterplatte zu bestimmen.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es eine Methode für die Messung und Kompensation der Neigung innerhalb von Bauteilen von gedruckten Leiterplatten bereitzustellen, die in einem automatischen optischen Prüfsystem eine vertikale Achse aufweist, die für die Bestimmung verwendet wird, ob das Bauteil Fehler beinhaltet. Die Methode besteht aus der Aufnahme von Bildern der gedruckten Leiterplatte für die optische Prüfung mit einer vertikalen Kamera, die sich parallel an der vertikalen Achse orientiert. Die Methode wird durch folgendes charakterisiert:

(a) Eine Lichtlinie wird von einer Laserquelle über mindestens ein Betrachtungsfeld auf das Bauteil projiziert, wobei die Lichtlinie in einem Winkel zum Betrachtungsfeld projiziert wird;
(b) Ein Bild wird auf der der Lichtlinie mit der vertikalen Kamera aufgenommen;
(c) Der Ort der Lichtlinie wird mit dem erwarteten Ort für die Bestimmung eines Unterschiedes von dem erwarteten Ort abgestimmt; und
(d) der erwartete Ort der Komponenten innerhalb des Betrachtungsfeldes wird durch einen Betrag, der proportional zu dem Unterschied, der in Schritt (c) ermittelt wurde, verändert.

Nach dem bevorzugten Merkmal ist der Laser ein Infrarotstroboskop und die vertikale Kamera ist eine CCD-Kamera.
In einer anderen Ausfuhrungsform projiziert der Laser eine Laserlinie auf einer Kalibrierungsplatte. Die Laserlinie wird dann segmentiert. Und die Höhe eines jeden Segments wird gemessen, indem die zentrale Kamera verwendet wird. Die gemessenen Höhen werden dann gespeichert. Als nächstes wird der Prüfkopf bei der Prüfung zu den verschiedenen Betrachtungsfeldern auf einer Platte bewegt und eine Laserlinie wird auf eine Oberfläche der Platte projiziert, wobei die Prüfung innerhalb jedes Betrachtungswinkels stattfindet. Die Laserlinien werden dann segmentiert. Dann wird die Höhe eines jeden Segments gemessen und mit den entsprechenden gespeicherten Messdaten abgestimmt. Als nächstes werden die Abweichungen von den gespeicherten Messdaten in eine Reihenfolge gebracht. Eine der in die Reihenfolge gebrachten Abweichungen wird dann ausgewählt und verwendet, um die Neigung auf der Platte zu kompensieren, wobei die Prüfung in einem entsprechenden Betrachtungsfeld durchgeführt wird.
Entsprechend einem anderen Merkmal wird die vierte der kleinsten Abweichungen in jedem Betrachtungsfeld ausgewählt und verwendet, um die Neigung für dieses Betrachtungsfeld zu kompensieren.
Weitere Ziele und Vorteile werden offensichtlich, wenn die folgenden Beschreibungen und Abbildungen beachtet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERWENDETEN ABBILDUNGEN
Die Erfindung kann besser verstanden werden, wenn auf die folgenden Beschreibungen im Detail und die entsprechenden Abbildungen Bezug genommen wird, wobei
1 eine Schnittzeichnung eines Prüfkopfes entsprechend der vorliegenden Erfindung und
2A bis 2C Ablaufdiagramme für eine Prüfmethode für die vorliegende Erfindung darstellen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt entsprechend der vorliegenden Erfindung einen Prüfkopf 100. Der Prüfkopf 100 wird vorzugsweise in automatischen optischen Prüfsystem (AOI-Systemen) wie zum Beispiel der INTERSCAN^TM-Serie für Prüfsystem verwendet, die von der TERADYNE^TM, Inc., Walnut Creek, Californie, USA verkauft wird.
In der Konfiguration, die in 1 zu sehen ist, wird der Prüfkopf 100 für die Prüfung der Oberseite von Bauteilen einer gedruckten Leiterplatte 118 verwendet (die Neigung der Platte 118 wurde für Darstellungszwecke übertrieben dargestellt). So kann zum Beispiel der Prüfkopf 100 in das Prüfsystem Modell 5519 A+/B+ von INERSCAN^TM eingesetzt werden und zwar für die Prüfung der angebrachten Technologie (Surface Mount Technology – SMT) auf der Oberseite von gedruckten Leiterplatten.
Dies sollte so verstanden werden, dass der Prüfkopf 100 auch mit anderen Prüfsystemen verwendet werden kann. Zum Beispiel kann der Prüfkopf 100 in das Prüfsystem Modell 5515B von INTERSCAN^TM eingesetzt werden, welches gedruckte Leiterplatten von deren Unterseite prüft. In diesem Fall würde der Prüfkopf 100 für die Prüfung umgedreht. Die Verbindungen der Komponenten, die durchgängige Öffnungen aufweisen, würden dann von ihrer Unterseite geprüft.
In jeder Konfiguration wird der Prüfkopf 100 im Allgemeinen unterstützt und bewegt und zwar relativ zu einem Board Under Inspection (BUI) und in einer definierten Ebene, indem eine X-Y-Tabelle verwendet wird (nicht gezeigt).
Zusätzlich beinhaltet der Prüfkopf 100 eine zylindrische Abdeckung 102, die mit mehreren Kameras wie den Kameras 106, 108 und 110 besetzt sind. Die Kameras sind vorzugsweise CCD-Kameras. Weiterhin ragen die Kamera 110 durch einen Durchlass (nicht nummeriert) an der Basis einer Beleuchtungsvorrichtung 120 heraus, so dass diese an einer axialen und zentralen Position in den Prüfkopf 100 angesetzt wird.
Im Gegensatz sind die Kameras 106 und 108 an der zentralen Achse des Prüfkopfes 100 in einem Winkel von 30° angeordnet. Weiterhin sind die Kameras 106 und 108 durch Träger 104 an der Abdeckung 102 gesichert.
In der bevorzugten Ausführungsform gibt es vier Kameras (einschließlich der Kameras 106 und 108), die konisch angeordnet sind und sich in einem Winkel von 30° an der zentralen Achse des Prüfkopfes 100 befinden. Eine dritte Kamera (nicht gezeigt) wird daher vorzugsweise hinter der Kamera 110 angebracht und eine vierte Kamera (nicht gezeigt) wird vorzugsweise direkt gegenüber der dritten Kamera angebracht. Dementsprechend gibt es fünf Kameras, die an dem Prüfkopf 100 angeordnet sind – vier (4) gewinkelte Kameras (einschließlich der Kameras 106 und 108) und eine (1) vertikale Kamera (z.B. die Kamera 110).
Die Beleuchtungsvorrichtung 120 wird so montiert, dass deren offenes Ende sich im Erfassungsbereich des BUI 118 befindet. Weiterhin werden Öffnungen (nicht gezeigt) innerhalb der Beleuchtungsvorrichtung 120 bereitgestellt, so dass die gewinkelten Kameras, so zum Beispiel die Kameras 106 und 108, Bilder des BUI 118 aufnehmen können. Die fünf Kameras, einschließlich der Kameras 106, 108 und 110 werden vorzugsweise so positioniert, dass deren entsprechende Achsen sich an der offenen Basis der Abdeckung 102 annähern, wobei ein Betrachtungsfeld des BUI 118 definiert wird. Die Abmessungen des Betrachtungsfelds sind typischerweise ca. 2,5 cm mal 2,5 cm.
Allgemeine Details über die Struktur des Prüfkopfes 100 und dessen Betrieb in einem AOI-Prüfsystem können durch die Bezugnahme auf das Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5,060,065 von Wassermann und auf das Patent der Vereinigten Staaten Nr. 5,245,421 von Robertson et al. erhalten werden.
Der Prüfkopf 100 beinhaltet auch einen Laser 114, der durch ein andere Öffnung (nicht nummeriert) in der Beleuchtungsvorrichtung 120 befestigt wird und herausragt. Der Laser 114 ist vorzugsweise ein Infrarotlaser, welcher von LASIRIS^TM, Inc., Quebec, Kanada bezogen werden kann. Weiterhin projiziert der Laser 114 ein Licht auf das BUI 118 und innerhalb des Betrachtungsfeldes.
Der Laser 114 wird vorzugsweise an der zentralen Achse des Prüfkopfes 100 in einem Winkel Θ (1), welcher ca. 10° beträgt, angeordnet. Dies erlaubt den fünf Kameras (einschließlich der Kameras 106, 108 und 110), der Beleuchtungvorrichtung 120 und dem Laser 114 innerhalb der Abdeckung 102 hineinzupassen, welche vorzugsweise die gleiche Abdeckung ist, die in früheren Prüfköpfen verwendet wurde. Der Prüfkopf 100 kann der Erfindung folgend daher einfach den Prüfkopf ersetzen, der in derzeitigen AOI-Prüfsystemen verwendet wird.
Die Position des Lasers 114 in dem Prüfkopf 100 erlaubt es auch, dass der Laser 114 verwendet wird, um die Neigung des BUI 118 zu messen und zu kompensieren. Im Besonderen weißt der Laser 114 vorzugsweise eine beugende Optik auf, welche eine Laserlichtlinie auf der Oberfläche mit minimaler Verkrümmung formt. Der Laser 114 projiziert daher ein Laserlicht innerhalb des Betrachtungsfelds und formt eine niedrige verkrümmte Laserlichtlinie auf der Oberfläche des BUI 118.
Da der Laser 114 vorzugsweise an der zentralen Achse des Prüfkopfes 100 in einem Winkel Θ angebracht ist, befindet sich die Ebene der projizierten Laserlichtlinie auch in einem Winkel Θ zu der zentralen Achse. Konsequenterweise kann der Teil der projizierten Laserlichtlinie innerhalb, wenn das Betrachtungsfeld einen Teil des BUI 118 umfasst, das geneigt ist, von dessen erwarteter Position versetzt erscheinen.
Jede Versetzung in der Position der erwarteten Laserlichtlinie wird vorzugsweise entdeckt, indem die vertikale Kamera 110 verwendet wird. Dies geschieht, da die vertikale Kamera 110 das BUI 118 entlang einer Achse betrachtet, die senkrecht zu dem BUI 118 ist und daher geeigneter ist, ein Bild aufzunehmen, das die Versetzung zeigt.
Wenn das Betrachtungsfeld zum Beispiel einen Teil des BUI 118 umfasst, das geneigt ist, so kann sich die Entfernung zwischen diesen Teil des BUI 118 und der vertikalen Kamera 110 leicht erhöhen oder verringern. Dies bedeutet, dass die Komponenten, die an diesen Teil des BUI 118 angebracht sind ein wenig versetzt von ihrer erwarteten Position erscheinen können, wenn diese von der Perspektive der vier gewinkelten Kameras aus betrachtet werden (z.B. durch die Kameras 106 und 108). Obwohl diese Komponenten tatsächlich ordnungsgemäß an das BUI 118 angebracht sind, kann die Neigung innerhalb des BUI 118 das Prüfsystem dazu veranlassen diese als defekt zu markieren.
Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass die Neigung innerhalb des BUI 118 gemessen werden muss und dass eine Kompensation nur für die Prüfungen erforderlich ist, die die gewinkelten Kameras verwenden (z.B. die Kameras 106 und 108). Prüfungen, die nur die vertikale Kamera 110 verwenden, werden durch die Neigung innerhalb des BUI 118 nicht betroffen. Dies ist so, da die Neigung innerhalb des BUI 118 im Allgemeinen eine Veränderung der Entfernung zwischen der vertikalen Kamera 110 und dem BUI 118 hervorruft. Diese Veränderung der vertikalen Entfernung verursacht jedoch nicht generell eine Versetzung von Komponenten innerhalb des Betrachtungsfeldes, wenn diese durch die vertikale Kamera 110 betrachtet werden.
Aus diesem Grund wird die Neigung innerhalb des BUI 118 vorzugsweise nur dann gemessen und kompensiert, wenn Prüfungen vorgenommen werden, die mindestens eine der vier gewinkelten Kameras verwenden (z.B. die Kameras 106 und 108). Dies wird durchgeführt, indem jede Versetzung der erwarteten Laserlichtlinie innerhalb des Betrachtungsfeldes gemessen wird. Die erwarteten Orte jeder Komponente innerhalb des Betrachtungsfeldes werden dann rechenbetont verändert und zwar zu den Werten, die proportional zu der zur der gemessenen Versetzung der Laserlichtlinie liegen.
In der bevorzugten Ausführungsform, scannt der Prüfkopf 100 während der Prüfung des BUI 118 sukzessive die Betrachtungsfelder. Aus diesem Grund ist der Laser 114 vorzugsweise ein Stroboskop. Der Laser 114 und die vertikale Kamera 110 können deshalb verwendet werden, um synchron abzutasten und um Bilder der Laserlichtlinie des BUI 118 während eines ersten Scanns der Bauteile aufzunehmen. Die aufgenommenen Bilder können dann analysiert werden, um die Neigung innerhalb des BUI 118 zu messen und zu kompensieren. Es wird erwartet, dass das Messen und das Kompensieren für die Neigung auf diese Weise viel schneller erfolgen können als bei konventionellen Methoden.
Da der Laser 114 vorzugsweise ein Stroboskop ist, sind die aufgenommenen Bilder der Lichtlinien in der Richtung des Scannens des BUI 118 nicht unscharf. Solch eine Unschärfe kann nachteilig die Genauigkeit der Neigungsmessung beeinflussen, die durch das Verwenden der vertikalen Kamera 110 entsteht. Dies ist besonders der Fall bei Platten, die stark bestückt sind, wobei eine unscharfe Laserlichtlinie innerhalb des Betrachtungsfeldes über eine Komponente versehentlich auftreffen kann, wobei eine genaue Neigungsmessung sehr schwierig wird.
Der Einsatzzyklus des Laserstroboskops 114 beträgt vorzugsweise 300 μ/s. Um eine geeignete Laserlichtlinie bereitzustellen, würde diese normalerweise einen stärkeren Laser erfordern, der in der Lage ist ein sehr helles Licht zu erzeugen. Aus diesem Grund ist der Laser 114 vorzugsweise ein Infrarotlaser.
Obwohl der Infrarotlaser 114 kein Licht im sichtbaren Teil des Frequenzspektrums produziert, kann das Licht, das von dem Laser 114 erzeugt wird durch die vertikale Kamera 110 entdeckt werden. Dies ist darin begründet, dass die vertikale Kamera 110 vorzugsweise eine CCD-Kamera ist, welche lichtsensitiv in Bezug auf das Infrarotband ist. Einige CCD-Kameras beinhalten einen Infrarotfilter. Wenn einige dieser Kameras als vertikale Kamera 110 verwendet werden, so muss der Infrarotfilter entfernt werden, bevor ein Bauteil auf einer gedruckten Leiterplatte geprüft wird.
Weiterhin muss der Laser 114 kein ein starker Laser sein, um ein Licht zu erzeugen, das von der vertikalen CCD-Kamera 110 entdeckt werden kann. Bei einem Infrarotlaser, der in etwa 100 mW Leistung erzeugt, wird erwartet, dass dieser ausreichend ist.
Die Neigung bei Bauteilen von gedruckten Leiterplatten wird gemessen und kompensiert, indem entsprechend der Prozedur verfahren wird, die in 2A bis 2C zu sehen ist. Diese Prozedur wird typischerweise unter der Steuerung einer Software ausgeführt, die in einen Testcomputer einprogrammiert ist (nicht gezeigt), der in das Prüfsystem integriert ist.
In Ablaufschritt 200 wird zuerst ein fehlerfreies Bauteil einer gedruckten Leiterplatte in das Prüfsystem getan (2A). Von diesem fehlerfreien Bauteil ist bekannt, das keine fehlerhaften Komponenten vorhanden sind. Weiterhin ist bekannt, dass es neigungsfrei ist.
Als nächstes wird der Prüfkopf in Position in Bezug mit dem fehlerfreien Bauteil gebracht. Bei Ablaufschritt 202 werden die Laserlinien dann sukzessive über die Betrachtungsfelder projiziert. Im Besonderen werden die Laserlinien über die Betrachtungsfelder projiziert, wobei die umfassenden Komponenten durch die gewinkelten Kameras geprüft werden sollen. Die Laserlinien können überall über diese Betrachtungsfelder projiziert werden, so lange bis die Linien nicht auf jede Komponente treffen, die in den Betrachtungsfeldern vorhanden ist.
Wie oben erwähnt werden nur die Prüfungen von der Neigung beeinflusst, bei denen die gewinkelten Kameras verwendet werden. Es ist daher nicht notwendig die Laserlinien über die Betrachtungsfelder zu projizieren, die keine Komponenten umfassen oder solche, die nur mit der vertikalen Kamera geprüft werden.
Bilder der Laserlinien, die über die Betrachtungsfelder projiziert wurden werden dann in Ablaufschritt 204 aufgenommen. Dies geschieht vorzugsweise durch die Verwendung der vertikalen Kamera des Prüfkopfs. Im Besonderen definiert jedes Betrachtungsfeld generell einen Pixelraum der vertikalen Kamera. Weiterhin weisen die Pixel typischerweise eine entsprechende X-Y-Position innerhalb des Pixelraums auf. Die Auflösung eines jeden Pixelraums beträgt typischerweise 640 Pixel in der X-Richtung und 480 Pixel in der Y-Richtung.
Dementsprechend beinhaltet jedes aufgenommene Bild Daten, die zu den Pixeln in einem entsprechenden definierten Pixelraum der vertikalen Kamera gehören. Weiterhin ist der Laser, der die Laserlinien projiziert vorzugsweise relativ zu der Y-Richtung des Pixelraumes gewinkelt. Dies bedeutet, dass jede Neigung innerhalb eines Bauteils einer gedruckten Leiterplatte im Allgemeinen die Aufnahme eines Bildes einer Laserlinie zur Folge hat, wobei diese nur in der Y-Richtung des Pixelraumes bewegt wird.
Als nächstes werden in Ablaufschritt 206 die aufgenommenen Bilder durch den Testcomputer analysiert. Im Besonderen werden die Bilder der Laserlinien in Liniensegmente aufgeteilt. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird jedes Bild der Laserlinie in zweiunddreißig (32) kontinuierliche Segmente aufgeteilt. Da die Laserlinien über die Betrachtungsfelder projiziert werden und die Betrachtungsfelder typischerweise 640 Pixel breit sind, kann jedes Segment 20 Pixel lang sein.
In Ablaufschritt 208 werden dann die Orte der zweiunddreißig (32) Liniensegmente innerhalb jedes Betrachtungsfeldes bestimmt und im Speicher (nicht gezeigt) abgespeichert, der in den Testcomputer integriert ist. So können zum Beispiel de X-Y-Koordinaten zu den Liniensegmenten zugeordnet werden, um deren Orte innerhalb des entsprechenden Betrachtungsfeldes zuzuordnen.
Diese gespeicherten Orte werden als erwartete Orte der Liniensegmente während nachfolgender Prüfungen von potentiell geneigten Bauteilen von gedruckten Leiterplatten verwendet. In anderen Worten bedeutet dies, dass diese gespeicherten Orte wo das Prüfsystem erwarten würde die projizierten Liniensegmente auf den Bauteilen finden, wobei diese nicht geneigt sind.
Als nächstes wird im Ablaufschritt 210 eine typische gedruckte Leiterplatte wie zum Beispiel die BUI 118 in das Prüfsystem eingesetzt (2B).
Dementsprechend wird der Prüfkopf in Bezug mit dem typischen Bauteil positioniert. Dann werden in Ablaufschritt 212 die Laserlinien sukzessive über die Betrachtungsfelder eines typischen Bauteils projiziert. Diese Betrachtungsfelder sind identisch zu den Betrachtungsfeldern, die in Ablaufschritt 202 verwendet wurden. Weiterhin werden wie in Ablaufschritt 202 die Laserlinien über diese Betrachtungsfelder projiziert.
In Ablaufschritt 214 werden dann die Bilder der Laserlinien, die über die Betrachtungsfelder eines typischen Bauteils projiziert wurden, aufgenommen. Nochmals wird dies bevorzugt durchgeführt, indem eine vertikale Kamera in den Prüfkopf verwendet wird.
Als nächstes werden in Ablaufschritt 216 die aufgenommenen Bilder durch den Testcomputer analysiert. Im Besonderen werden dabei die Laserlinien in Liniensegmente wie in Ablaufschritt 206 aufgeteilt. Dementsprechend wird jede Laserlinie in zweiunddreißig (32) kontinuierliche Segmente aufgeteilt.
Die Orte der zweiunddreißig (32) Liniensegmente eines jeden Betrachtungsfeldes einer typischen Montage werden dann in Ablaufschritt 218 bestimmt und mit den entsprechenden erwarteten Orte abgestimmt. Diese erwarteten Orte werden in Ablaufschritt 208 im Speicher abgespeichert.
Wie oben beschrieben können verschiedene Neigungsgrade in Bauteilen von gedruckten Leiterplatten Versetzungen der Laserlinien zur Folge haben, die auf das Bauteil durch den gewinkelten Laser 114 entstanden sind. Weiterhin wurde bemerkt, dass der Ort eines kleinen Segments einer Laserlinie mit größerer Sicherheit bestimmt werden kann als der Ort der ganzen Linie. Dementsprechend werden die Orte der existierenden Liniensegmente bevorzugt in Ablaufschritt 218 durch das Messen jeder Versetzung, die relativ zu den gespeicherten erwarteten Orten ermittelt.
Wie oben erwähnt wird jede Neigung innerhalb eines Bauteils einer gedruckten Leiterplatte im Allgemeinen ein Bild einer Laserlinie verursachen, wobei diese sich in Y-Richtung des Pixelraumes der vertikalen Kamera bewegt. Dies geschieht, da der Laser bevorzugt gewinkelt ist und zwar relativ zu der Y- Achse des Pixelraumes.
Dementsprechend kann jede Versetzung, die relativ zu den erwarteten Orten existieren kann einfach gemessen werden, indem die Anzahl der Pixel entlang der Y-Achse zwischen dem momentanen und den erwarteten Segmentorten gezählt wird. Die Anzahl der Pixel für jedes Liniensegment entspricht dabei der Versetzung des Liniensegments in Abhängigkeit zu der Neigung der gedruckten Leiterplatte.
Die gemessenen Werte der Versetzung der ausgewählten Liniensegmente sind proportional zu den „Neigungshöhen" der entsprechenden Betrachtungsfelder, welche die Änderung in der Höhe der gedruckten Leiterplatte aus Gründen der Neigung darstellen. Diese Änderung in der Höhe kann relativ zu der vertikalen Kamera zu einer der gewinkelten Kameras erfolgen.
So kann zum Beispiel die Anzahl der Pixel, die für jedes Liniensegment ermittelt wurde als die Pixelabweichung dieses Liniensegments angesehen werden. Die Neigungshöhe eines bestimmten Betrachtungsfeldes in Bezug zu der vertikalen Kamera kann deshalb durch die folgende Formel ausgedrückt werden: Neigungshöhe = (Pixelabweichung)/tanΘ (Gl. 1)wobei Θ der Winkel ist, bei dem der Laser an die zentrale Achse des Prüfkopfes angeordnet wird. Wie oben erwähnt beträgt der Winkel Θ vorzugsweise 10°. Die Pixelabweichung wird normalerweise in Millionen Einheiten angegeben.
Als nächstes werden die gemessenen Werte der Versetzung der Liniensegmente in jedem Betrachtungsfeld in eine Reihenfolge gebracht. Eines der Liniensegmente in jedem Betrachtungsfeld wird dann auf Basis dessen Reihenfolge ausgewählt. Und die Position dieses ausgewählten Liniensegments wird in Ablaufschritt 220 in den Speicher gespeichert.
Weiterhin werden die Positionen dieser ausgewählten Liniensegmente verwendet, um die Messung der Neigung in allen folgenden Prüfungen durchzuführen.
Im Besonderen werden in Ablaufschritt 220 die Positionen der ausgewählten Liniensegmente in Bezug zu deren entsprechenden Laserlinien gespeichert. So wird zum Beispiel jede Laserlinie vorzugsweise in zweiunddreißig (32) Liniensegment aufgeteilt. Diese Liniensegmente können von Null (0) bis einunddreißig (31) nummeriert sein. Die Positionen der ausgewählten Liniensegmente in Bezug zu deren entsprechenden Laserlinien kann deshalb angezeigt und gespeichert werden, indem deren zugeordnete Nummern verwendet werden.
In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Liniensegment in jedem Betrachtungsfeld mit dem viertgrößten Versetzungswert für dieses Feld für die Verwendung bei allen folgenden Prüfungen ausgewählt. Dies wird deshalb vorgenommen, da empirisch festgestellt worden ist, dass das Messen der Neigungshöhe für ein Betrachtungsfeld unter Verwendung des Liniensegments mit dem viertgrößten Versetzungswert ausreichend die spiegelnde Interferenz reduziert hat, welche zu ungenauen Neigungsmessungen führen kann. Solche spiegelnden Interferenzen entstehen häufig, wenn eine Laserlichtlinie nicht auf eine Komponente auftrifft, jedoch anstatt dessen von einer Lötstelle oder einem Anschluss auf der Komponente reflektiert wird.
Die Ablaufschritte 200 bis 220 der Prozedur, die in 2 zu sehen sind, werden vor allem dann ausgeführt, wenn eine erste Kalibrierung des Prüfsystems durchgeführt wird. Die Ablaufschritte 200 bis 220 werden deshalb weniger häufig durchgeführt werden. Jedoch werden die Ablaufschritte 222 bis 232 (2C) wiederholt im Herstellungsprozess für die Prüfung von gedruckten Leiterplatten angewendet werden.
Im Besonderen wird in Ablaufschritt 222 ein potentiell defektes Bauteil einer gedruckten Leiterplatte in das Prüfsystem eingelegt (2C).
Im Besonderen wird der Prüfkopf in Abstimmung mit den potentiell geneigten Bauteilen positioniert werden. In Ablaufschritt 224 werden dann die Laserlinien sukzessive über die Betrachtungsfelder auf dem potentiell defekten Bauteil projiziert. Und wieder sind diese Betrachtungsfelder identisch mit denen, die in Ablaufschritt 202 verwendet wurden. Weiterhin werden die Laserlinien wie in Ablaufschritt 202 über diese Betrachtungsfelder projiziert.
In Ablaufschritt 226 werden dann Bilder der Laserlinien aufgenommen. Und wieder wird dies bevorzugt durchgeführt, indem die vertikale Kamera des Prüfkopfes verwendet wird.
Als nächstes werden im Ablaufschritt 228 die aufgenommenen Bilder durch den Testcomputer analysiert. Im Besonderen werden die Orte der Liniensegmente an den Positionen, die in Ablaufschritt 220 gespeichert wurden mit den erwarteten Orten, die in Ablaufschritt 208 gespeichert wurden abgestimmt. Dabei wird die Neigungshöhe eines jeden Betrachtungsfeldes gemessen.
In Ablaufschritt 230 werden die erwarteten Orte der Komponenten in jedem Betrachtungsfeld dann rechenbetont durch die Werte verändert, die proportional zu der Neigungshöhe sind, die in Ablaufschritt 228 gemessen wurden, wobei die Neigung in jedem Betrachtungsfeld kompensiert wird. Die erwarteten Orte der Komponenten werden typischerweise während der ersten Kalibrierung des Prüfsystems in den Speicher gespeichert. Die berechneten Veränderungen dieser erwarteten Orte werden dann in den Speicher gespeichert.
Wie oben erwähnt ist jedes Betrachtungsfeld im Allgemeinen als ein Pixelraum einer Kamera definiert. Die erwarteten Orte der Komponenten in jedem Betrachtungsraumes können deshalb rechenbetont verändert werden, indem der Pixelraum der Kamera verändert wird.
Wenn zum Beispiel einmal die Neigungshöhe eines bestimmten Betrachtungsfeldes bekannt ist, so kann der Anpassungswert für den Pixelraum der Kamera berechnet werden, indem die folgende Formel verwendet wird: Pixelraumanpassung = (Neigungshöhe)/cosΨ (Gl. 1)wobeiΨ der Winkel ist, bei dem die Kamera an der zentralen Achse des Prüfkopfes angeordnet wird. Wie oben erwähnt beträgt der Winkel Ψ für die gewinkelten Kameras vorzugsweise 30°. Weiterhin wird die Neigungshöhe normalerweise in Millionen Einheiten angegeben.
Letztendlich werden in Ablaufschritt 232 die Komponenten in jedem Betrachtungsfeld geprüft, wobei die gespeicherten Veränderungen aus Ablaufschritt 230 verwendet werden.
Das Messen und das Kompensieren der Neigung von Bauteilen bei gedruckten Leiterplatten, wobei die oben beschriebene Prozedur verwendet wird, hat einige Vorteile. So kann zum Beispiel diese Prozedur mit Prüfsystemen verwendet werden, die über einen Prüfkopf mit einer axialen, zentralen Kamera verfügen, wie zum Beispiel die vertikale Kamera 110.
Weiterhin wird erwartet, dass die Prozedur schneller ist als konventionelle Techniken für das Messen und das Kompensieren der Neigung von Bauteilen in gedruckten Leiterplatten. Diese ist deshalb so, da diese Prozedur mit einem ersten Suchscan verbunden werden kann, wobei die vertikale Kamera verwendet wird.
Im Besonderen wird eine erster Suchscan oft auf gedruckten Leiterplatten durchgeführt bevor eine präzise Prüfung von Komponenten durchgeführt wird, die an dieses Bauteil angebracht sind. So kann zum Beispiel ein erster Suchscan durchgeführt werden, indem die vertikale Kamera verwendet wird, um Bezüge zu prüfen und für die Bestimmung der eigentlichen Präsenz der Komponenten. Jede Prüfung oder Bestimmung, die während des ersten Suchscans durchgeführt wird, wird nicht durch die Neigung beeinflusst, da diese nur mit der vertikalen Kamera durchgeführt wird. Weiterhin kann die Prozedur, die in 2A bis 2C gezeigt wird schnell und bequem ein Mal durchgeführt werden und zwar während des ersten Scans, bevor die präzise Prüfung durchgeführt wird, bei der die gewinkelten Kameras Anwendung finden, die im Allgemeinen durch die Neigung beeinflusst werden.
Die Beschreibung einer Ausprägung schließt eine Vielzahl von alternative Ausprägungen oder Variationen nicht aus. So wurde zum Beispiel beschrieben, dass eine fehlerfreie gedruckte Leiterplatte während der Kalibrierung des Prüfsystems verwendet wird. Jedoch war dies nur eine bloße Illustration. Eine Kalibrierungsplatte kann anstatt der fehlerfreien Platte verwendet werden.
Im Besonderen kann eine Laserlinie auf die Kalibrierungsplatte projiziert werden und die Höhe einer Vielzahl von Liniensegmenten kann bestimmt werden, indem Standarddreiecksaufnahmetechniken verwendet werden. Entsprechende Höhen können dann auf einer typischen gedruckten Leiterplatte bestimmt und mit den Höhen der Kalibrierungsplatte abgestimmt werden. Als nächstes können jede Abweichungen zwischen den zwei Sets der Höhenwerte wie oben beschrieben in eine Reihenfolge gebracht werden und verwendet werden, um die ausgewählten Liniensegmente für das Messen der Neigungshöhe zu verwenden.
Zusätzlich wurde beschrieben, dass die Positionen der Liniensegmente mit dem viertgrößten Versetzungswert für die folgenden Prüfungen gespeichert werden (siehe Ablaufschritt 220 in 2B). Diese Liniensegmente werden automatisch von dem Testcomputer ausgewählt. Jedoch ist dies auch nur eine bloße Illustration. Ein Operator dieses Prüfsystems könnte alternativ ein Liniensegment in jedem Betrachtungsfeld manuell auswählen.
Im Besonderen kann der Prüfkopf abgestuft zu einem Betrachtungsfeld sein und eine Laserlinie kann dann über das Betrachtungsfeld projiziert werden. Als nächstes kann der Operator ein Live-Bild des Bauteils ansehen. Der Operator kann dann dazu aufgefordert werden ein Liniensegment auszuwählen, das nicht über irgendwelche Komponenten innerhalb des Betrachtungsfeldes aufgetroffen ist. Obwohl dieser Ansatz viel einfacher ist, würde er wahrscheinlich langsamer sein als der automatische Ansatz, der oben beschrieben wurde.

Claims

Ein System für die Durchführung einer automatischen optischen Prüfung einer gedruckten Leiterplatte (118) beinhaltet einen Prüfkopf (100), der über eine vertikale Achse (101) mit einer Beleuchtungsvorrichtung (120) für die sukzessive Beleuchtung von mehreren Betrachtungsfeldern eines Bauteils und eine vertikale Kamera (110) verfügt, die substantiell parallel zu der vertikalen Achse angebracht und konfiguriert ist, um Bilder von den Betrachtungsfeldern aufzunehmen; und mindestens eine Kamera (106, 108), die gewinkelt zu der vertikalen Achse für die Aufnahme von Bildern der Betrachtungsfelder angebracht ist, so dass ein System charakterisiert ist, dass der Prüfkopf weiterhin über einen Laser (114) verfügt, der gewinkelt zu der vertikalen Achse angebracht und konfiguriert ist, um eine Lichtlinie über mindestens einen Teil der Betrachtungsfelder zu projizieren, und wobei die vertikale Kamera (110) auch konfiguriert ist, um ein Bild von der Lichtlinie aufzunehmen; und weiterhin besteht das System aus berechneten Mittelwerten, die konfiguriert werden, um die Orte der Lichtlinie, die von der vertikalen Kamera aufgenommen werden mit den erwarteten Orten zu vergleichen und um die Unterschiede von der erwarteten Orten zu verwenden, um einen Neigungsmesswert in dem Bauteil der gedruckten Leiterplatte zu bestimmen.
Bei dem System gemäß Anspruch 1, ist die vertikale Achse (101) des Prüfkopfes (100) substantiell senkrecht zu der gedruckten Leiterplatte (118).
Bei dem System gemäß Anspruch 1, hat der Laser (114) eine beugende Optik und projiziert infrarotes Licht, und wird konstruiert und arrangiert, um abgetastet zu werden.
Bei dem System gemäß Anspruch 1 oder 3, ist die vertikale Kamera (110) konstruiert, um ein infrarotes Licht zu entdecken.
Bei dem System gemäß Anspruch 1 werden weiterhin die berechneten Mittelwerten konfiguriert, um die Messung der Neigung auszugestalten, so dass die Neigung in der gedruckten Leiterplatte (118) kompensiert werden kann, wobei eine optische Prüfung der gedruckten Leiterplatte substantiell ungehindert der Effekte des Neigung bereitgestellt werden kann.
Eine Methode der Messung und der Kompensation für die Neigung innerhalb einer gedruckten Leiterplatte (118), verwendet ein automatisches Prüfsystem, wobei dieses über eine vertikale Achse für die Bestimmung der Montage auf Fehler verfügt, besteht darin, dass Bilder von der gedruckten Leiterplatte für die optische Prüfung mit einer vertikalen Kamera aufgenommen werden, die parallel zu der vertikalen Achse angebracht ist, wobei diese Methode durch das Folgende charakterisiert ist: Projizieren (212) einer Lichtlinie von einer Laserquelle über zumindest ein Betrachtungsfeld des Bauteils, wobei die Lichtlinie in einem Winkel auf das Betrachtungsfeld projiziert wird; Aufnehmen (214) eines Bildes der Lichtlinie mit der vertikalen Kamera; Abstimmen (218) des Ortes der Lichtlinie mit dem erwarteten Ort für die Bestimmung eines Unterschieds von dem erwarteten Ort; und Änderung (230) der erwarteten Orte der Komponenten innerhalb des Betrachtungsfeldes durch einen Wert, der proportional zu dem Unterschied ist, der in der Abstimmung ermittelt worden ist.
Die Methode gemäß Anspruch 6, besteht weiterhin aus den folgenden Schritten: Projizieren (202) einer Lichtlinie über eine Kalibrierungsplatte, Aufnahme (204) eines Bildes der projizierten Lichtlinie und Bestimmung eines Ortes der Lichtlinie auf der Kalibrierungsplatte, wobei der bestimmte Ort als der erwartete Ort während der Prüfung des Bauteils verwendet wird.
Die Methode gemäß Anspruch 6 oder 7, besteht weiterhin aus dem Aufteilen (216) jedes Bildes in mehrere Segmente und aus dem Abstimmen (218) der Segmente mit den Segmenten, die durch das Scannen einer Kalibrierungsplatte erhalten worden sind, um zu bestimmen, ob ein Unterschied zu dem erwarteten Ort vorliegt.
Die Methode gemäß Anspruch 6 umfasst weiterhin den Ablaufschritt (232) der Prüfung von Komponenten, die die veränderten Orte verwenden.