EP2702558A1 - Verfahren und vorrichtung zur inspektion von gedruckten schaltungen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur inspektion von gedruckten schaltungen

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Publication number
EP2702558A1
EP2702558A1 EP12722678.5A EP12722678A EP2702558A1 EP 2702558 A1 EP2702558 A1 EP 2702558A1 EP 12722678 A EP12722678 A EP 12722678A EP 2702558 A1 EP2702558 A1 EP 2702558A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image
printing
detection device
layer
pcb
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12722678.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roman Franz Wieser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WITRINS sro
Original Assignee
WITRINS sro
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WITRINS sro filed Critical WITRINS sro
Publication of EP2702558A1 publication Critical patent/EP2702558A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G06T7/001—Industrial image inspection using an image reference approach
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4611—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards
    • H05K3/4638—Aligning and fixing the circuit boards before lamination; Detecting or measuring the misalignment after lamination; Aligning external circuit patterns or via connections relative to internal circuits
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30141—Printed circuit board [PCB]

Definitions

  • the invention is based on an inspection printing device and an inspection method for error analysis of printed PCBs (Printed
  • Circuit board - printed circuit board which e e a translucent and / or li cht suitsdes substrate and at least one, in particular a plurality of layered layers has.
  • the device comprises at least one optical detection device, an error detection device and a layer printing device.
  • LTCC Low Temperature Cofired Ceramics
  • HTCC High Temperature Cofired Ceramics
  • Printed circuit traces are generally applied to the substrate by means of a screen printing process by means of a printing process, it being possible to apply a plurality of layer planes separately by insulating layers. It can be manufactured electrical resistances, which can be adjusted for example by a laser trimming.
  • capacitors of small capacity can be produced printable.
  • the thus printed substrates are fired (fired), wherein the printed paste mixtures for resistors, insulation or printed conductors are fused to resistant and reliably conductive layers.
  • a thick-film circuit can be equipped with active components, such as capacitors, ICs or inductors, which can be connected to the printed circuit traces by means of reflow soldering or bonding.
  • such thick film circuit boards can withstand higher thermal loads, higher ambient temperatures, and other extreme environmental conditions, such as vacuum. They are usually used where high reliability is required and adverse environmental conditions are expected.
  • multi-layer circuits based on a sintered ceramic carrier can be produced, whereby printed conductors, capacitors, resistors and coils can be produced by printing technology.
  • the elements are applied by screen printing or photochemical processes.
  • the green ceramic substrates may be individually patterned and then stacked and laminated, after which they are fired by means of a defined sintering profile having a peak temperature of about 800 ° C to 900 ° C.
  • a ceramic composition is provided with plasticizers for lamination under temperature and pressure and solvent, the thickness of which may be four to twelve mils (milli-inches).
  • silver, silver adium or gold pastes are used, which are directly on a ceramic substrate or.
  • the outer layers can be separately burned (post-fired) to ensure extreme accuracy of fit for automatic assembly.
  • Through holes can be punched or attached with a laser. Subsequently, the vias can be filled with a conductive paste.
  • the printed conductors can be printed and the individual layers are aligned and stacked in a mold so that a multilayered PCB can be produced.
  • the individual ceramic films can be laminated under heat and pressure, wherein a separation is carried out within half a second for two hours at 300 ° C to 400 ° C in a convection oven, wherein 85% of the ceramic B parts are burned out.
  • HTCC PCBs are usually sintered at 1600 ° C to 1800 ° C, with tungsten or molybdenum having relatively poor electrical conductivity properties being commonly used as conductor materials. Galvanic nickel plating or gilding is necessary after sintering to obtain solderable or bondable layers.
  • each layer has manufacturing and raw material tolerances, which must be individually checked for a 1 00% production control and possibly logged.
  • the layer layers have different reflection parameters than an optical inspection method. In the case of several layers printed on top of each other, it is only possible with great effort to determine the position and tolerance of each individual layer layer on the basis of a reflection-based optical inspection method. For this reason, the previously known optical inspection methods often generate a series of pseudo errors.
  • Partially absorbed light generates "negative" shadow impressions, so that, for example, when a second layer is applied, shadowing is caused by the first layer, and this undesired shadowing can be eliminated by additional image-analyzing calculations and corrections, with additional process time; Since the paste printing process is a serial process, one layer at a time is usually printed, and due to quality requirements, a 100% inspection of the production is required, requiring a high error detection rate.
  • the currently achievable structure resolutions which are decisive for the detection of printing errors, are in the range of 10 ⁇ , whereby a resolution accuracy of 5 ⁇ should be achieved in the near future, but this means an increase in the error detection Complexity by a factor of four compared to the previously used error detection method, the detection effort and the analysis time increase very strong, and the required accuracy can hardly be achieved.
  • JP 100 65 345 A discloses a method for producing multilayered ceramic-based PCBs, in which each individual layer is subjected to an optical inspection method after production. Thereafter, the layers are aligned and laminated against each other. Thus, each individual layer is inspected prior to assembly and alignment of the PCB, but no further inspection is performed after lamination. Therefore, no inspection of the entire multilayer PCBs is carried out in each case after application and printing of a further layer layer, so that, for example, the mutual orientation of the individual layers can not be checked, and alignment errors can not be detected. Since the PCB layers are light transparent, So far, it has been difficult or even impossible to post-assemble the individual layers to form a bearable PCB due to the fact that they are projected. The method proposed in this document can not be provided seamlessly in the flow production of the printing of each layer, as is possible in the present invention.
  • Both US 2006/002510 A1 and US 2006/001853 A1 show both inspection devices for mounting and soldering components on a PCB, instead of producing a multilayer PCB.
  • Differential images of the bare PCBS and of the solder-wetted PCBS and of the populated PCBs before and after soldering are recorded by X-ray irradiation.
  • An inspection of individual layer layers in the production of an optically transparent multilayer PCB is not addressed.
  • These references relate to manufacturing steps in the assembly of an already produced single-layer or multi-layer PCB, but not to a production of a semitransparent multi-layer PCB to Si.
  • the invention proposes an inspection printing device which allows error analysis of printed PCBs comprising a light-transmitting / light-conducting substrate and at least one, in particular more, stacked layers.
  • the device comprises at least one optical detection device, an error detection device and a layer printing device.
  • the optical detection device is set up before and / or after printing a layer of the PCB by means of the printing device to detect a first and / or second optical image B1 or B2 after printing the layer, wherein the error detection device is set up, a differential image ⁇ be determined from the two images B l, B2, so that the di fferenzsent ⁇ essentially the print image of the layer corresponds, and can be analyzed for printing errors.
  • an image acquisition system ie an optical detection device
  • the two images B 1, B 2 can be recorded before and after printing the layer, but it is also conceivable that one of the two images B 1, B 2 is pre-stored, for example, as a reference image or optimal image, and only the other image in each case taken up by the PCB being produced.
  • an error detection device a difference image ⁇ from the two images B l, B2 is determined so that optical S chattings of the previously applied layer can be excluded.
  • the apparatus can provide a difference image representing only an image of the uppermost layer layer and which can be examined for printing errors. Due to the incremental determination of the difference image, influences of underlying layers or structuring properties of the light-transmitting / light-conducting substrate can be eliminated.
  • the difference image results from an optical subtraction of an image before and after printing, so that, for example, the application of unwanted pressure particles or broken lines can be detected, so that a 100% inspection with high accuracy and egg nem high throughput achieved can be.
  • the alignment of the layer to each other when analyzing only one of the two bi ler B and B2 and the difference image .DELTA. ⁇ checked against each other and alignment errors of the layers are found.
  • a transport device can transport the PCB between the optical detection device and the printing device.
  • the transport device can first transport the PCB to a first optical detection device, by means of which an inspection image B 1 can be recorded. Hi after the transport device can transport the PCB to the layer printing device, in which a paste printing takes place, and for example, an insulating layer is applied.
  • the transport device can transport the PCB to a subsequent second detection device, which can create a second inspection image B2, so that the error detection device can create a differential image ⁇ and evaluate it for errors.
  • the transport device can be set up as a linear transport device, which can guide the PCB from a first printing station to a second printing station and optionally further printing stations.
  • the transport device can be designed as a ring transport device which, after a first paste pressure, guides the PCB back to the input of the layer printing device, so that a second and possibly further layer printing can be carried out with the same printing device.
  • a ring conveyor can egg nzige optical
  • Detection device are sufficient to take a picture B l before and B2 after printing.
  • a first optical detection device for detecting the image B l before the printing device and a second optical detection device for detecting the image B2 after the printing device may be arranged, preferably identical pixel resolutions of the two detection devices for the detection of the images B l, B2 are available.
  • a nearly identical structure of the two detection devices with the same Pi xelauflect allows ei ne direct subtraction of the two images B l, B2, so that no graphical conversion steps of the two images are necessary, and the image processing can be performed easily and quickly.
  • An upstream and downstream detection device can be advantageous, in particular in the case of a linear arrangement of the layer printing devices, since high flow rates and fast printing processes are made possible.
  • the second, the printing device downstream detection device can simultaneously as a detection device for
  • the optical detection device may include an image correction unit which has a spatial image offset of at least +/- one pixel in at least one extension of the image B 1 and / or B 2 mechanically and / or electronically and / or an image brightness and / or image contrast offset before at least +/- a resolution level to adapt the images B l and B2 to each other can make.
  • the two recorded images B l before and B2 may be geometrically offset after the printing of a layer, or from the image brightness or. be designed differently to the image contrast. To form the difference image, it is ideally necessary to have identical spatial and optical equality of the two original images B l, B2.
  • This further development proposes a subsequent correction of the spatial image offset by at least one pixel, ie a smallest spatial resolution level and / or a Hel ltechniks- or contrast offset of at least one resolution level, the mostly digitally present images before.
  • the correction can be made mechanically by changing the spatial position of the image capture device as well as electronically by spatial adjustment of the image detail and subsequent processing of image brightness and / or contrast.
  • the quality and location of the images B 1 and B 2 are adjusted to each other to provide a difference image ⁇ that can accurately provide an image of the last deposited layer. This increases the error detection accuracy and eliminates tolerances within the production line.
  • by repeatedly correcting the images B l and / or B2 and respectively generating a differential image printing errors can be accurately recognized and artefacts removed.
  • the detection device may comprise a camera unit and a lighting unit, in particular a line camera unit and / or an LED lighting unit, preferably an LED strip lighting unit, wherein in particular a scanner-type detection of the images B1 and B2 can be carried out is.
  • the detection device can only comprise a camera unit which can produce a two-dimensional image of the PCB.
  • a lighting unit can additionally be included, which can bring about a defined light brightness, contrasting and intensity distribution.
  • the camera unit can deliver black and white, grayscale or especially colored images.
  • the detection device can be designed as a scanner-like line detection device which comprises a line scan camera unit and / or a lighting strip unit.
  • an LED-based unit which can generate defined colors or a white light of defined brightness and spectral mixing can be used as lighting unit.
  • a collimation unit in order to create as similar collimated light as possible in order to reduce parallax errors.
  • a lens unit and / or an apparatus may be connected in front of the camera unit in order to detect only one image detail or collimated light.
  • the line scan camera can be an RGB CCD unit, in which individual brightness values can be recorded and recorded separately.
  • the detection device may be designed to detect a three-dimensional height profile of the PCB layer, and may preferably be embodied as a laser-based or white light-based 3D scanner device.
  • This further development proposes instead of a two-dimensional color and / or grayscale image to detect a 3 D height profile, for example by laser scanning by determination of pulse transit time, phase difference or tri angulation.
  • a chromati cal depth measurement by splitting from whitish in a rainbow spectrum with different angles of radiation through a prism are made in the different component heights throw back different chroma values of reflected light. By evaluating the ink color, the height can be closed and thus a three-dimensional profile can be generated.
  • the application of the paste can be checked at the pressure points of the print and printing errors can be detected.
  • errors in the printing thickness, material deposition or the like can be recognized very simply and quickly by means of a 3D height profile, so that only a purely optical qualitative comparison but also a quantitative comparison of the material Ablation can be performed on the layer.
  • the detection device or the error detection device may comprise a vectoring unit, so that the detected images B1 and / or B2 can be vectorized for the purpose of image comparison.
  • a vectorization unit two- or even three-dimensional structures can be represented by vectors, ie line-like links of reference points.
  • the storage volume of the captured images or the difference image can be highly compressed, and a simplified image can be stored, for example, for archiving and logging purposes.
  • Vectorized image files can be compared very quickly and efficiently with high accuracy of error, so that the image comparison can be significantly simplified.
  • the error detection device may comprise a memory unit for storing at least one pattern difference image ⁇ ⁇ and / or a pattern image B1 M so that a difference image ⁇ can be determined from a captured image B2 and the pattern image B1 M and with a pattern difference image ⁇ is comparable.
  • this development proposes that pre-stored pattern difference images or pattern images can be used, so that subsequent paste printing processes can be compared with previously expired paste printing processes and can be recorded as protocol fragments.
  • a detection of a first image Bl can be dispensed with prior to printing of the layer, and instead a pattern image B1M can be used, so that not only relative printing errors of the print just made are detected, but absolute errors can be recognized in relation to a sample print template.
  • the difference image .DELTA. ⁇ can be compared with a pattern image .DELTA. ⁇ , so that the appearance of the layer image can be compared with a pattern player image to quickly and easily find printing errors.
  • process fluctuations can be revealed or quality comparisons can be analyzed and compared over several process steps or series of PCB production runs.
  • S l optical detection of an image B l of the PCB before printing
  • S3 printing the substrate of the PCB
  • S4 optical detection of an image B2 of the PCB after printing
  • S9 removal of the PCB in case of fault detection
  • S 10 Repeat from step S 1 to S 9 for further layers to be wound up.
  • images can be recorded before or after the printing of a layer, from this a
  • Difference image are generated and this difference image for errors, for example by comparison with a pattern difference image, checked. If an error of the Di fferenz horrs recognized, the PCB can be retired or repaired the error. In the case of multi-layered circuit boards, the process can be carried out until all layers are printed, so that a 100% quality control of all layers can be carried out.
  • a spatial image correction of at least +/- one pixel in at least one extension direction of the PCB can be effected mechanically and / or electronically, and an image brightness and / or an image contrast offset of at least + /. - A resolution level to adapt the images B l and B2 are made to each other.
  • the recording quality of the two images B 1, B 2 can be adapted to each other, so that an optimal difference image ⁇ can be generated, which is the structure of the last printed layers.
  • This increases the identity of the layer imaging structure, so that improved error accuracy can be achieved by forming the difference image ⁇ .
  • the image capture device can be corrected mechanically in the x or y direction in order to achieve the same position of the images, and can for example be photoelectrically reworked in order to achieve the same image brightness or the same image contrast.
  • An adaptation can also be subsequently achieved by electronic means, for example by means of suitable image processing methods.
  • the method can make at least two, in particular several image corrections, and difference images ⁇ 1. N determine, where an error is reliably detected only if in each of the difference images ⁇ ⁇ . ⁇ a fault deviation is recognizable in the same places.
  • N determines, where an error is reliably detected only if in each of the difference images ⁇ ⁇ . ⁇ a fault deviation is recognizable in the same places.
  • an error in the difference image ⁇ with structure size deviations of at least> 10 ⁇ , in particular> 5 ⁇ . be recognizable.
  • the optical detection device as well as the error detection device can be configured such that error deviations of less than 10 ⁇ m, in particular at least 5 ⁇ m, can be detected, so that increased miniaturization of the PCBs can be checked for errors.
  • the inspection method can also be used for future highly miniaturized PCBs, and meets the requirements for highly concentrated assemblies with the highest quality requirements.
  • the entire image B 1 can be used with respect to the image B 2 to form a Duralference image ⁇ .
  • at least one, in particular a plurality, of characteristic subregions of the images B 1, B 2 can be compared for errors.
  • subregions, in particular characteristic subareas can be compared, so that it can be concluded on their agreement that the entire layer or relevant parts thereof can be error-free. This can achieve a significant reduction of the error control effort and thus an increase in the flow rate.
  • the image B 1 can be recorded as a pattern image B 1 M from a storage unit and the image B 2 can be acquired from a detection device after the printing on the PCB Layers for generating a difference image ⁇ are determined, wherein the difference image ⁇ mi t comparison with a stored in the memory unit pattern difference image ⁇ ⁇ , and in case of deviation, an error can be detected.
  • a pattern difference image B 1 M before printing absolute as well as relative errors can be detected in the di ference image ⁇ in order to be able to compare the PCB production with a sample image, so that process-related changes and systematic errors can be detected ,
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an inspection printing device according to the invention
  • Fig. 3 a wei teresimportesbei play a erfind ungssuren
  • FIG. 4 shows an embodiment of an error detection device according to egg nem.sbeispi el an inspection printing device.
  • Fig. 1 shows a first embodiment 10 of an inspection printing device according to the invention.
  • the inspection printing device 10 comprises an error detection device 30 and a first optical detection device 24a, which is arranged in front of a layer printing device 20, and a second optical detection device 24b, which is arranged after the layer printing device 20.
  • a PCB 1 4 is transported by means of a linear transport device 34 from the first detection device 24a to the printing device 20 and further to the second detection device 24b.
  • the two detection devices 24a, 24b are connected to the error detection device 30 by means of a communication link 32.
  • the communication connection 32 can be wired or wirelessly implemented, and can transmit both the optical images B l, B2 and adjustment data, such as contrast, brightness or spatial offset information of the images. It can be unidirectional or bidirectional in order to be able to transmit control commands of the error detection device 30 to the detection device 24.
  • the optical detection device 24 includes a
  • Lighting unit 28 the fen may be, for example, as LED Leuchtstrei FEN, and a Kam eraiser 26, which may be constructed, for example, as a CCD line scan camera to make a scanner-like detection of the surface of the PCB 14.
  • the transport device 34 which may be a conveyor belt, for example, initially a ceramic substrate 1 2, which is permeable to light and / or light, is guided through the first optical detection device 24a. Their surface is scanned. Subsequently, the substrate 1 2 is printed by means of the printing device and a printing stencil 1 8 with a paste in order to conduct conductive components such as the printed conductors and resistances, capacitances or inductances.
  • an insulation can be switched are applied (not shown t), and it is made a detection of the surface structures by means of the downstream second detection means 24b.
  • the structure of the 5 printed layer can be analyzed on the substrate 12 and errors are detected.
  • Fig. 2 shows another particularsbei play an inspection printing device 1 0, which is constructed in series, and in the at least two printing devices 20a, 20b two successive layers on the PCB
  • a linear transport device 34 initially transports a ceramic substrate 12 through a first optical detection device 24a, the structure of which is similar to that of the detection device shown in FIG. Subsequently, the first layer 1 2 is printed with a printing stencil 1 8a in a first printing device
  • a scan of the first printed layer 12 takes place, wherein via communication connections 32a, 32b the two images B 1, B2 are transmitted to the error detection device 30.
  • an insulating layer 16 can be applied, and by means of a further detection device 24c, a further scan can be carried out.
  • the scan of the second detection means 24b may serve as the output image for the subsequent printing by means of the printing means 20b.
  • a further layer 1 2 is printed on the PCB 14, so that by means of the printing stencil 1 8b an additional structure is impressed on the PCB.
  • a scan is carried out with a downstream detection device 24d, after which again an insulation layer is applied and a further scan can be carried out as a starting layer for a further subsequent printing of a third layer 12 by means of the detection device 24e.
  • a scan is subsequently performed on the printing device 20 by means of an optical detection device 24, after which an insulation layer is applied and again a scan is carried out as the output image for the subsequent printing.
  • Age- natively, between two adjacent printing devices 20 only a single scanning or detection device can be arranged, which can provide both the difference image B2 of the previous print and the difference image B l for the subsequent printing.
  • a very high production speed of the multilayered PCBs can be achieved.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an inspection printing device 10 according to the invention.
  • the printing device 20, the detection device 24 and the error detection device 30 are based on the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.
  • the annular transport device 34 is designed to guide the PCB 14 from the output of the printing device 20 back to the input of the printing device 20, so that the printing device 20 can be configured after a first printing operation of the first layer 1 2, more layers on the PCB. 1 4 with the same print templates 1 8.
  • a ceramic substrate 1 2 is first scanned by means of the detection device 24 and transmitted to the error detection device 30. Thereafter, with the first printing stencil 1 8a within the printing device 20, the substrate 1 2 is printed with the first layer structure 12.
  • an insulating layer 16 is applied through the insulating layer device 22 and the transport device 34 transports the PCB 14 with the first layer layer 12 back to the detection device 24, in which they are scanned, and as shown in the lower part of the image, medium s of the printing device 20 and a second printing stencil 1 8b with a second layer layer 12 is printed. Thereafter, in turn, the application of a further insulating layer 1 6, ei n scanning and a wi ederholter pressure of dri tten and other layer layers 1 2.
  • this embodiment proposes that a single printing device 20 for printing two or more layers 1 2 of the PCB 14th is used, and for this purpose a single detection device 24 can each perform a scan before or after printing the PCBs.
  • the error detection device 30 stores the individual recorded images B l, B2, etc. and calculates therefrom the respective difference images ⁇ , from which printing errors can be analyzed.
  • FIG. 4 schematically shows an embodiment of an error detection device 30, as can be used in one of the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 3.
  • the error detection device 30 is connected to optical detection devices 24 by means of communication links 32 wirelessly or by wire. It comprises an error detection unit 42, which can generate a difference image ⁇ by image comparison of the images B 1 and B 2, and which can check this difference f bi ⁇ for deviations and errors.
  • the error detection unit 42 is connected to a memory unit 38, by beispielswei se a pattern difference image ⁇ ⁇ and / or a pattern image B 1 M are stored for the inspection of a first, a second and further layers.
  • the error detection unit 42 is connected to an image correction unit 36, which has both a spatial
  • Position correction and cropping selection of the image B l, B2 in the x and y direction as well as an adjustment of brightness and contrast of respec gene images can make as identical images B l, B2 to produce egg nes difference image ⁇ ready to provide.
  • the error detection unit 42 is connected to a vectoring unit 40, which can undertake a vectorization from a difference image ⁇ or from one or both images B1, B2 so that the image data is present as pure vector data which can be easily stored and compared. With the aid of such an error detection device 30, a deviation of the last printed layer from the preceding layers of the PCB can be achieved efficiently and with high precision.
  • step S 5 an embodiment of the erfindun gsgem ae method is shown in a flow chart.
  • an optical detection of the PCB 1 2 is carried out by means of the optical detection device 24 in order to acquire a first image B 1.
  • This image B l becomes the Error detection device 30 transmitted.
  • an adaptation of pixel coordinates, brightness or geometry offset or geometric equalization as well as contrast or further image parameters can be carried out in a step S2.
  • the PCB layer 1 2 is transported by means of a transport device 34 to a layer printing device 20, and printed in step S3.
  • step S 6 the determination of a Di fferenzsents ⁇ by subtracting the two fields, preferably using a previous vectorization of the images B l, B2, and this difference image ⁇ is in step S7 against a vorgespeich profiled template
  • step S8 it is determined whether repair errors have to be remedied or the PCB 14 has to be declared scrap such that further printing of the PCB 14 is not possible, or if the layer is error free, and if more layers 12 are to be printed (Step S9), a new insulating layer is applied to the PCB 14 in step S10, and the process is repeated until all the layers 12 of the PCB 14 are printed.
  • the method according to the invention makes it possible to examine each individual layer independently of any interfering influence of the optical structure of previously printed layers of the PCB.
  • the first detection means may provide an image B1 having the same resolution as the second downstream detection means detecting the image B2.
  • the image coordinates of both detection devices can be corrected and determined.
  • the error detection means may determine the printing position of the current layer 3
  • the difference image can be examined for printing errors, and in the case of a 3 D-S can also the material deposition and thus any resistance parameters or the like can be investigated. It can be determined whether printed material arranged in the wrong places or missing in some places printing material. As part of the image capture, a geometric and an optical correction of the individual images can be made.
  • At least one resolution level or one pixel can be varied in a geometric expansion direction as well as in brightness and contrast resolution, and thus a plurality of difference images are generated, wherein an error is only reliably detected if all the difference images contain errors at identical or spatial have adjacent bodies.
  • a geometrical correction in +/- one pixel direction in one or both geometrical directions and in +/- one or two brightness levels can be effected so that four or more difference images can be generated, so that only if all the difference images have similar errors indicate that there is actually an error.
  • Pre-stored folders can also be used to create slides or to analyze the difference picture.
  • the pre-stored images may be vectorized to save storage space and computation time.
  • the resulting data can be used to obtain statistics on production quality and production progress. As a result, production fluctuations can be detected and production scrap can be recognized early.
  • 3 D profiles the material usage can be monitored, for example to study the material thicknesses of the individual layer layers, and to be able to rely on electrical and mechanical properties of the layer.
  • a line sensor with three color values for example, an RGB sensor, can be used for 3-D profile recognition.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Inspektionsvorrichtung (10) und ein Inspektionsverfahren zur Fehleranalyse von gedruckten PCBs (Printed Circuit Board-Leiterplatte) (14), die ein lichtdurchlässiges/lichtleitendes Substrat (12) und zumindest ein, insbesondere mehrere aufeinander geschichtete Layer (16) aufweist. Die Vorrichtung unifasst zumindest eine optische Erfassungseinrichtung (24), einer Fehlererkennungseinrichtung (30) und eine Layer-Druckeinrichtung (20). Die optische Erfassungseinrichtung (24) ist eingerichtet, vor und/oder nach einem Bedrucken eines Layers (12) des PCBs (14) mittels der Druckeinrichtung (20) ein erstes und/oder zweites optisches Abbild B1, B2 des Layers (12) zu erfassen, wobei die Fehlererkennungseinrichtung (30) eingerichtet ist, ein Differenzbild ΔΒ aus den beiden Abbildern B1, B2 zu bestimmen, so dass das Differenzbild im wesentlichen dem Druckbild des Layers (12) entspricht, und auf Druckfehler analysierbar ist. Durch die Inspektionsvorrichtung sind insbesondere lichtdurchlässige mehrschichtige PCBs im Laufe des Bedruckungsvorgangs optisch auf Herstellungsfehler mit großer Genauigkeit und in hoher Geschwindigkeit bei niedrigen Kosten analysierbar.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR INSPEKTION VON GEDRUCKTEN
SCHALTUNGEN
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Inspektions-Druckvorrichtung und einem Inspektionsverfahren zur Fehleranalyse von gedruckten PCBs (Printed
Circuit Board - Leiterplatte), di e ein lichtdurchlässiges und/oder li chtleitendes Substrat und zumindest ein, insbesondere mehrere, aufeinander geschichtete Layer aufweist. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine optische Erfassungseinri chtung, eine Fehlererkennungseinrichtung und eine Layer-Druckeinrichtung.
Gattungsgemäße Druckvorrichtungen sind aus dem Bereich der Dünn- oder Dickschichttechnik bekannt, bei denen in der Regel keramische Substrate, die lichtdurchlässig oder l ichtl eitend sind, al s Basis für eine ein- oder mehrschichtige PCB verwendet werden. Als Trägermaterial dienen , für eine LTCC-Bedruckungstechnik (LTCC = Low Temperature Cofired Cera- m ics) oder HTCC-B edruckungstechnik (HTCC = High Temperature Cofired Ceramics) in vielen Fällen Kerami ksubstrate, z. B . Aluminiumoxid- Keramiksubstrate oder Keramikfolien. Leiterbahnen werden in der Regel drucktechnisch mittels ein es Siebdruckverfahrens auf das Substrat aufge- bracht, wobei durch Isolierschichten getrennt mehrere Layer-Ebenen aufgebracht werden können . Es können elektrische Widerstände hergestellt werden, die beispielsweise durch ein Laser-Trimming eingestellt werden können . Auch Kondensatoren geringer Kapazität können bedruckbar hergestel lt werden. Die derart bedruckten Substrate werden gebrannt (fired), wobei die aufgedruckten Pastenmischungen für Widerstände, Isolation oder Leiterbahnen zu widerstandsfähigen und zuverlässig leitenden Schichten verschmolzen werden . Sch li eßlich kann eine Dickschichtschaltung mit aktiven Bauteilen, wie Kondensatoren, ICs oder Induktivitäten bestückt werden, die mi ttels Reflow-Löten oder Bonden an die gedruckten Leiterbahnen angeschlossen werden können.
Im Gegensatz zur herkömmlichen SMD-Technik können derartige Dickfilmleiterplatten höheren thermischen Belastungen, höheren Betriebs- bzw. Umgebungstemperaturen und sonstigen extremen Umgebungsbedingungen, wie beispiel sweise Vakuum , standhalten. Sie werden in der Regel dort eingesetzt, wo hohe Zuverlässigkeit gefragt und widrige Umgebungsverhältnisse erwartet werden.
Im Rahmen einer LTCC-Drucktechnik können Multi-Layerschaltungen auf Basis eines gesinterten Keramikträgers hergestellt werden, wobei Leiter- bahnen, Kondensatoren, Widerstände und Spulen drucktechnisch erzeugt werden können. Die Elemente werden durch Siebdruck oder photochemische Prozesse aufgebracht. Die ungebrannten Keramiksubstrate können einzeln strukturiert und danach gestapelt und laminiert werden , wonach sie mittels eines definierten Sinterprofils mit einer Spitzentemperatur von etwa 800°C bis 900°C gebrannt werden. Eine Keramikmasse ist mit Plastifikato- ren zum Laminieren unter Temperatur und Druck und Lösungsmittel versehen, wobei deren Dicke vier bis zwölf mil (milli-inch) betragen kann. Für Innenlagen, Leiterbahnen und Durchkontaktierungen werden Silber-, Silberpal adium- oder Goldpasten herangezogen, die sich direkt auf einem Keramiksubstrat bzw . auf einer Keramikfolie aufdrucken lassen, und in nahezu gleicher Weise wie die Keramikschicht schrumpfen können, so dass sich bei thermischen Belastungen kaum Spannungsrisse bilden.. Die Außenlagen können separat angebrannt (post-fired) werden, um extreme Passgenauigkeiten für eine automatische Bestückung zu gewährleisten. Durch- gangslöcher (Vias) können gestanzt oder mit einem Laser angebracht werden . Anschließend können die Vias mit einer Leitpaste gefüllt werden. Nach dem Trocknen können die Leiterbahnen bedruckt werden und die einzelnen Lagen so ausgerichtet und in einer Pressform gestapelt werden, dass eine mehrschichtige PCB hergestellt werden kann. Die einzelnen Keramikfolien können unter Wärme und Druck laminiert werden , wobei ein Trennen innerhalb von einer halben bi s zwei Stunden bei 300°C bis 400°C in einem Konvektionsofen vorgenommen wird, wobei 85% der keramischen B auteile ausgebrannt sind . Im Gegensatz hierzu werden HTCC-PCBs gewöhnlich bei 1600°C bis 1 800°C gesintert, wobei als Leiterbahnmateria- lien häufig Wolfram oder Molybdän mit relativ schlechten elektrischen Leiteigenschaften verwendet werden . Ein galvanisches Vernickeln oder Vergolden ist nach dem Sintern notwendig, um löt- oder bondfähige Schichten zu erhalten.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ergibt sich insbesondere bei mehrlagigen PCBs das Problem, eine lückenlose Fehlerkontrolle jedes einzelnen PCB- Layers in nachfolgenden Druckschritten zu garantieren. Jeder einzelne Druckschritt und somit jeder Layer weist Fertigungs- und Ausgangsmaterialtoleranzen auf, die für eine 1 00% Fertigungskontrolle einzeln überprüft und eventuell protokolliert werden müssen. Die Layer- schichten weisen unterschi edliche Reflektionsparameter gegenüber einem optischen Inspektionsverfahren auf. Im Falle mehrerer übereinander bedruckter Layer ist es nur unter großem Aufwand möglich, Position und Toleranz jeder einzelnen Layerschicht aufgrund eines reflexionsbasierten optischen Inspektionsverfahrens zu ermitteln. Aus di esem Grund erzeugen die bisher bekannten optischen Inspektionsverfahren häufig eine Reihe von Pseudofehlern.
Hierzu ist bekannt, au ftretende Pseudofehler im Rahmen einer komplexen Analyse durch ein Bildverarbeitungsverfahren zu erkennen. Dies m acht das Inspektionsverfahren teuer und langsam, so dass insbesondere bei einer Massenproduktion dem Durchsatz an herstellbaren PCBs genügend hoher Qualität enge Grenzen gesetzt sind. Aufgrund der varii erenden und unterschiedlichen optischen Materialeigenschaften wird zur Inspektion verwen- detes Testlicht teilweise reflektiert und teilweise in dem lichtleitenden oder semi-transparenten Material geführt bzw. in unteren Schichten zurückgeworfen. Durch teilweise absorbiertes Licht werden„negative" Schatteneindrücke erzeugt, so dass beispielsweise bei Aufbringen eines zweiten Layers eine Schattenbildung durch den ersten Layer hervorgerufen wird. Diese unerwünschte Schattenbildung kann durch zusätzliche bildanalysierende Berechnungen und Korrekturen herausgerechnet werden, wobei zum einen zusätzliche Prozesszeit, zum anderen die Gefahr des Übersehens von tatsächli chen Druckfehlern entsteht. Da das Pastendruckverfahren ein serielles Verfahren ist, wird in der Regel ein Layer nach dem anderen bedruckt. Aufgrund von Qualitätsvorschriften ist eine 1 00%-ige Inspektion der Produktion notwendig, wobei eine hohe Fehlerdetektionsrate gefordert wird. Die derzeit erreichbaren Strukturauflösungen, die für die Detektion von Druckfehlern maßgeblich sind, liegen im Bereich von 1 0 μηι, wobei eine Auflösungsgenauigkeit von 5 μηι in naher Zukunft erreicht werden soll. Dies bedeutet j edoch eine Erhöhung der Fehlererkennungskomplexität um den Faktor vier gegenüber den bisherig eingesetzten Fehlererkennungsverfahren, wobei der Detektionsaufwand und die Analysezeit sehr stark ansteigen, und die geforderten Genauigkeiten kaum erreicht werden können.
Die JP 100 65 345 A zeigt ein Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger PCBs auf Keramikbasis, bei der jeder einzelne Layer nach der Herstellung einem optischen Inspektionsverfahren unterzogen wird. Hiernach werden die Layer gegeneinander ausgerichtet und laminiert. Somit wird jeder einzelne Layer vor dem Zusammensetzen und Ausrichten des PCBs inspiziert, aber nach der Laminierung wird keine weitere lnspektion vorgenommen. Es wird daher keine Inspektion des gesamten Multilayer-PCBs j eweils nach Aufbringung und Bedruckung einer weiteren Layerschicht durchgeführt, so dass beispielsweise die gegenseitige Ausri chtung der einzelnen Layer nicht mit überprüft werden kann, und Fehler bei der Ausrichtung nicht erkannt werden können. Da die PCB-Schichten lichttransparent sind, ist bisher eine Post-Assembling- Inspection der einzelnen Layer zu einem ehrlagen-PCB aufgrund von S chattenwurf nur schwer bis gar nicht durchführbar. Das in dieser Druckschrift vorgeschlagene Verfahren kann nicht nahtlos in die Fliessfertigung des Bedruckens jedes Layers vorgese- hen werden, wie dies bei der vorliegenden Erfindung mögl i ch ist.
Die US 2006/0025 1 0 A l und die US 2006/001853 1 A I zeigen beide Inspektionseinrichtungen für ei ne Bestückung und Belötung von Komponenten auf einem PCB anstelle für eine Herstellung eines Mehrlagen-PCBs. Es werden Differenzbilder des nackten PCBS und des mit Lötmittel benetzten PCBS sowie des bestückten PCBs vor und nach dem Verlöten mittels Röntgenbestrahlung erfasst. Eine Inspektion einzelner Layerschichten bei der Herstellung eines optisch transparenten mehrlagen-PCBs wird nicht angesprochen. Diese Druckschriften betreffen Ferti gungsschritte bei der Bestückung eines bereits hergestellten Ein- oder Mehrlagen-PCBs, allerdings nicht eine Herstellung eines semitransparenten Mehrlagen-PCBs an si ch.
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Inspektions-Druckvorrichtunglnspektions- Druckvorrichtung und ein Inspektionsverfahren vorzuschlagen, die eine verbesserte Fehlererkennung mit hoher Detektionsgeschwindigkeit ermöglicht, so dass kostengünstig mehrlagige PCBs in verbesserten Qualität bereitgestellt werden können. Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren werden nach der Lehre der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Offenbarung der E rfindung
Zur Überwindung der vorgenannten Probleme aus dem Stand der Technik schlägt die Erfindung eine Inspektions-Druckvorrichtung vor, die eine Fehleranalyse von gedruckten PCBs, die ein lichtdurchlässiges/lichtleitendes S ubstrat und zumindest ein, insbesondere m ehrere, aufeinander geschi chtete Layer umfassen, ermöglicht. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine optische Erfassungseinrichtung, eine Fehlererkennungseinrichtung und eine Layer-Druckeinrichtung. Die optische Erfassungseinrichtung ist eingerichtet, vor und/oder nach einem Bedrucken eines Layers des PCBs mittels der Druckeinrichtung ein erstes und/oder zweites optisches Abbild B l vor bzw. B2 nach Bedrucken des Layers zu erfassen, wobei die Fehlererkennungseinrichtung eingerichtet ist, ein Differenzbild ΔΒ aus den beiden Abbildern B l , B2 zu bestimmen, so dass das Di fferenzbild ΔΒ im Wesentl ichen dem Druckbild des Layers entspricht, und auf Druckfehler analysierbar ist. Som it wird ein Bilderfassungssystem, d. h. eine optische Erfassungseinrichtung vorgeschlagen, die vor und/oder nach einem Pastenaufbringungsvorgang durch die Druckeinrichtung ein optisches Abbild B l , B2 des PCBs anfertigt. Di e beiden Abbilder B l , B2 können vor und nach Bedrucken des Layers aufgenomm en werden, es ist allerdings auch denkbar, dass eines der beiden Abbilder B l , B2 beispielsweise als Referenzbild, bzw. Optimalbild vorgespeichert ist, und jeweils nur das andere Bild vom gerade hergestellten PCB aufgenommen wird. Es müssen somit nicht zwangsl äufig zwei Bilder aufgenomm en, werden, es kann auch auf ein Referenzbild zurückgegriffen und somit nur ein Abbild aufgenommen werden. Durch eine Fehler- erkennungseinrichtung wird ein Differenzbild ΔΒ aus den beiden Abbildern B l , B2 bestimmt, so dass optische S chattierungen der bisher aufgebrachten Layer herausgerechnet werden können. Somit kann die Vorrichtung ein Differenzbild bereitstel len, das ledigli ch ein Abbild der obersten Layer- schicht repräsentiert, und das auf Druckfehler untersucht werden kann. Durch die inkrementelle Bestimmung des Differenzbildes können Einflüsse unterliegender Layer bzw. Strukturierungseigenschaften des lichtdurchlässigen/lichtleitenden Substrats eliminiert werden. Das Differenzbild resultiert aus einer optischen Subtrakti on eines Abbildes vor und nach dem Bedrucken, so dass zum Bei spiel das Aufbringen von unerwünschten Druckpartikeln oder unterbrochene Leitungsführungen erkannt werden können, so dass eine 100%-ige Inspektion mit hoher Fehlergenauigkeit und ei nem hohen Durchsatz erreicht werden kann. Des weiteren kann durch die optische Inspektion des PCBs bei der Aufbringung jeweils eines weiteren Layers gleichzeitig die Ausrichtung der Layer zueinander bei Analyse nur eines der beiden Bi lder B l und B2 bzw. des Differenzbildes ΔΒ gegeneinander überprüft und Ausrichtungsfehler der Layer aufgefunden werden. Durch die Analyse der Di fferenzbilder kann lückenlos das Zwischenprodukt des PCBs während der Herstellung bei sich wiederholenden Fertigungsschritten von Layeraufbringung und Layerbedruckung auf dem PCB überprüft und die Fertigungsqualität protokolliert werden. Es werden nicht einzelne Layer, sondern das gesamte PCB während der Layeraufbringung mittels eines optischen Verfahrens im Fliessfertigungsprozess inspiziert. Nach einer vorteilhaften Weiterentwicklung kann eine Transporteinrichtung das PCB zwischen optischer Erfassungseinrichtung und Druckeinrichtung transportieren. Die Transporteinrichtung kann das PCB zunächst zu einer ersten optischen Erfassungseinrichtung transportieren, durch die ein In- spektionsabbild B l aufgenommen werden kann. Hi ernach kann die Transporteinrichtung das PCB zur Layer-Druckeinrichtung transporti eren, in der ein Pastendruck erfolgt, und beispielsweise eine Isolierschicht aufgebracht wird. Anschließend kann die Transporteinrichtung das PCB zu einer nachfolgenden zweiten Erfassungseinrichtung transportieren, die ein zweites Inspektionsabbild B2 erstellen kann, so dass die Fehlererkennungseinrichtung ein Di fferenzbild ΔΒ erstellen und auf Fehl er auswerten kann. Die Transporteinrichtung kann als lineare Transporteinrichtung eingerichtet sein, die das PCB von einer ersten Druckstation zu einer zweiten Druckstation und gegebenenfalls weiteren Druckstationen führen kann . Alternativ kann die Transporteinrichtung al s Ringtransporteinrichtung ausgeführt sein, die nach einem ersten Pastendruck das PCB zurück an den Eingang der Layer-Druckeinrichtung führt, so dass ein zweiter und eventuell weitere Layerdrucke mit derselben Druckeinrichtung durchgeführt werden können . Im Fal le einer Ring-Transporteinrichtung kann eine ei nzige optische
Erfassungseinrichtung genügen, ein Bild B l vor und B2 nach dem Bedrucken aufzunehmen. Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels kann eine erste optische Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Abbildes B l vor der Druckeinrichtung und eine zweite optische Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Abbildes B2 nach der Druckeinrichtung angeordnet sein, wobei bevorzugt identische Pixel auflösungen der beiden Erfassungseinrichtungen für die Erfassung der Abbilder B l , B2 bereitstellbar sind. Ein nahezu identischer Aufbau der beiden Erfassungseinrichtungen mit derselben Pi xelauflösung ermöglicht ei ne direkte Subtraktion der beiden Abbilder B l , B2, so dass keine graphischen Umrechnungsschritte der beiden Abbilder notwendig werden, und die Bildverarbeitung einfach und schnell durchgeführt werden kann. Eine vorgeordnete und nachgeordnete Erfassungseinrichtung kann insbesondere bei einer linearen Anordnung der Layer-Druckeinrichtungen vorteilhaft sein, da hohe Durchflussraten und schnelle Bedruckungsvorgän- ge ermöglicht werden. Die zweite, der Druckeinrichtung nachgelagerte Erfassungseinrichtung kann gleichzeitig als Erfassungseinrichtung zur
Erstellung eines Abbildes B l für den nachfolgenden Layerdruck di enen, so dass zwi schen seriell hintereinander angeordneten Layer- Druckeinrichtungen j eweils nur eine optische Druckerfassungseinrichtung angeordnet sein rauss. Somit kann eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit der PCBs erreicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften W eiterentwicklung kann die zum indest eine optische Erfassungseinrichtung über die Fehlererkennungseinrichtung eine Bildkorrektureinheit umfassen, die einen räumlichen Bildversatz von zumindest +/- einem Pixel in zumindest einer Erstreckungsri chtung des Abbildes B l und/oder B2 mechanisch und/oder el ektronisch und/oder einen Bildhelligkeits- und/oder B ildkontrastversatz vor zumindest +/- einer Auflösungsstufe zur Anpassung der Abbilder B l und B2 zueinander vornehmen kann. S o können die beiden aufgenommenen Abbilder B l vor und B2 nach dem Druck eines Layers eventuell geometrisch versetzt sein, oder von der Bildhelligkeit bzw . dem B ildkontrast unterschiedlich ausgestaltet sein. Zur Bildung des Differenzbildes benötigt man ideal erweise eine identische räumliche wi e optische Gleichheit der beiden Ursprungsabbilder B l , B2. Diese Weiterentwicklung schlägt eine nachträgliche Korrektur des räumlichen Bildversatzes um zumindest einen Pixel, d.h. eine kleinste räumliche Auflösungsstufe und/oder einen Hel ligkeits- oder Kontrastversatz von zumindest einer Auflösungsstufe, der zumeist digital vorliegenden Bilder, vor. Die Korrektur kann mechanisch durch Verändern der räumlichen Position der Bilderfassungseinrichtung als auch elektronisch durch räumli che Anpassung des Bildausschnitts und nachträglicher Bearbeitung von Bildhelligkeit und/oder Kontrast vorgenommen werden. Somit wird Qualität und Lage der Abbilder B l und B2 zueinander angepasst, um ein Differenzbi ld ΔΒ zu schaffen, das exakt ein Abbild des zuletzt aufgebrachten Layers bereitstellen kann. Hierdurch wird die Fehlererkennungsgenauigkeit erhöht und Toleranzen innerhalb der Fertigungslinie herausgerechnet. Auch kann durch mehrmalige Korrektur der Abbilder B l und/oder B2 und jeweiliger Erzeugung eines Differenzbildes Druckfehler genau erkannt werden, und Artefakte herausgerechnet werden.
Gemäß einer vortei lhaften Weiterentwicklung der Erfindung kann die Erfassungseinrichtung eine Kameraeinheit und eine B eleuchtungseinheit umfassen, insbesondere eine Zeilenkameraeinheit und/oder eine LED- Beleuchtungseinheit, bevorzugt eine LED-Streifen-Beleuchtungseinheit, wobei insbesondere eine scannerarti ge Erfassung der Abbilder B l und B2 durchführbar ist. Grundsätzlich kann die Erfassungseinrichtung lediglich eine Kameraeinheit umfassen, die ein zweidimensionales Abbild des PCBs erstellen kann . Zur Schaffung definierter Beleuchtungswerte kann zusätzlich eine Beleuchtungseinheit um fasst sein, die eine definierte Lichthellig- keit, Kontrastgebung und Intensitätsverteilung bewirken kann. Die Kameraeinheit kann schwarz/weiß, Graustufen oder insbesondere farbige Abbilder l iefern. Besonders vorteilhaft kann die Erfassungseinrichtung al s scannerartige Zeilenerfassungseinrichtung ausgeführt sein , die ei ne Zeilenkameraeinheit und/oder eine Beleuchtungsstreifeneinheit umfasst. Als Beleuch- tungseinheit kann insbesondere eine LED-basierte Einheit verwendet werden, die defi nierte Farben bzw. ein Weißlicht definierter Helligkeit und Spektralmischung erzeugen kann. Zur Verbesserung der Lichtqualität kann eine Kollimation seinheit vorgeschaltet sein, um ein möglichst gleichartiges kollimiertes Licht zu schaffen, um parallaxe Fehler zu verringern . Vor der Kameraeinheit kann eine Linseneinheit und/oder eine Apparatur geschaltet sein, um l ediglich einen Bildausschnitt bzw. kollimi ertes Licht zu erfassen . Die Zeilenkameraei nheit kann eine RGB-CCD-Einheit sein, i n der einzelne Helligkeitswerte getrennt aufgenommen und erfasst werden können. Durch ein scannerarti ges Verfahren kann beispielswei se bei einem kontinuierlichen Transport der PCBs ein hochauflösendes Abbild erfasst werden. Somit wird die Durchlaufgeschwindigkeit der PCBs und di e Qualität der erfassten Abbilder erhöht, so dass die Fehlererkennung verbessert werden kann.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels kann die Erfassungseinrichtung ausgelegt sein, ein dreidimensionales Höhenprofil des PCB-Layers zu erfassen, und kann bevorzu gt als laserbasierte oder weißlichtbasierte 3D-Scannereinrichtung ausgeführt sein . Diese Weiterentwicklung schl ägt vor, statt einem zweidimensionalen farbigen und/oder Graustufenbild ein 3 D-Höhenprofil zu erfassen, beispielsweise durch ein Laserscanning mittels Ermittlung von Pulslaufzeit, Phasendifferenz oder Tri angulation . Alternativ kann eine chromati sche Tiefenmessung durch Aufspaltung von Weißlich in ein Regenbogenspektrum mit verschiedenen Abstrahlwinkeln durch ein Prisma vorgenommen werden, in dem unterschiedliche Bauteilhöhen unterschiedliche Chroma-Werte des reflekti erten Lichts zurückwerfen. Durch Auswertung der Li chtfarbe kann auf die Höhe geschlossen und somit ein dreidimensionales Profil erzeugt werden. Durch Vergleich der Profilhöhen kann an Pastendruckstellen das Aufbringen der Paste kontroll iert und Druckfehler erkannt werd en . Im Unterschied zu einem gewöhnlichen zweidimensionalen B ilderkennungsverfahren können mittels eines 3D- Höhenprofils sehr einfach und schnell Fehler bei der Bedruckungsdicke, Materialablagerung oder Ähnliches erkannt werden, so dass ni cht nur ein rein optischer qualitativer Vergleich sondern auch ein quanti tati ver Ver- gleich der Material abtragung auf dem Layer durchgeführt werden kann.
Somit kann eine dreidimensionale Fehlerkorrektur der au fgetragenen Layer bereitgestellt werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Vorrichtung kann die Erfassungseinrichtung oder die Fehlererkennungseinrichtung eine Vektori- sierungseinheit umfassen, so dass die erfassten Abbilder Bl und/oder B2 zum Zwecke des Bildvergleichs vektorisierbar sind. Mittels einer Vektori- sierungseinheit können zwei- oder auch dreidimensionale Strukturen durch Vektoren, d.h. linienartige Verknüpfungen von Bezugspunkten, dargestellt werden. Das Speichervolumen der aufgenommenen Abbilder bzw. des Differenzbilds können stark komprimiert werden, und ein vereinfachtes Abbild kann abgespeichert werden, beispielsweise zu Archivierungs- und Protokollierungszwecken. Vektorisierte Bilddateien können sehr schnell und effizient mit hoher Fehlergenauigkeit verglichen werden, so dass der Bildvergleich deutlich vereinfacht werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung kann die Fehlererkennungseinrichtung eine Speichereinheit zur Speicherung zumin- dest eines Musterdifferenzbildes ΔΒΜ und/oder eines Musterabbildes B1M umfassen, so dass ein Differenzbild ΔΒ aus einem erfassten Abbild B2 und dem Musterabbild B1M bestimmbar und mit einem Musterdifferenzbild ΔΒΜ vergleichbar ist. So schlägt diese Weiterentwicklung vor, dass auf vorgespeicherte Musterdifferenzbilder oder Musterabbilder zurückgegriffen werden kann, so dass nachfolgende Pastenbedruckungsvorgänge mit vorab abgelaufenen Pastenbedruckungsyorgängen vergleichbar und zu Proto- kollzwechen aufzeichenbar sind. Somit kann auf eine Erfassung eines ersten Abbildes Bl vor Bedrucken des Layers verzichtet und stattdessen ein Musterabbild B1M verwendet werden, so dass nicht nur relative Druckfehler des gerade vorgenommenen Drucks erfasst, sondern absolute Fehler gegenüber einer Musterdruckvorlage erkannt werden können. Zum anderen kann das Differenzbild ΔΒ mit einem Musterabbild ΔΒΜ verglichen werden, so dass das Aussehen des Layer-Abbildes mit einem Musterlayerabbild verglichen werden kann, um Druckfehler schnell und vereinfacht auffinden zu können. Auch können Prozesschwankungen aufgedeckt oder Qualitätsvergleiche über mehrere Prozessschritte bzw. Serien von PCB- Fertigungsdurchgängen analysiert und verglichen werden. Durch Heranzie- hung von Musterabbildern, die einem Idealdruck bzw. einem ersten Druckvorgang entsprechen, können absolute Qualitätsmaßstäbe definiert und überwacht werden. Somit kann eine Verbesserung der Fehlerdetektion und der PCB-Qualität erreicht werden. In einem nebengeordneten Aspekt schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Fehleranalyse von gedruckten PCBs unter Verwendung einer vorgenannten Vorrichtung vor. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei die Schritte:
S l : Optische Erfassung eines Abbildes B l des PCBs vor dem Druck; S3 : Bedrucken des Substrats des PCBs;
S4: Optische Erfassung eines Abbildes B2 des PCBs nach dem Druck;
S6: Bestimmung eines Differenzbilds ΔΒ;
S7: Analyse des Differenzbilds ΔΒ auf Fehler;
S9 : Ausmusterung des PCBs im Falle einer Fehlererkennung; S 10: Wiederhol ung von Schritt S l bis S9 für weitere aufzubri ngende Layer.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können durch Verwendung von einer oder zweier optischer Erkennungseinrichtungen Bilder vor bzw. nach dem B edrucken eines Layers aufgenommen werden, hieraus ein
Differenzbild erzeugt werden und dieses Differenzbild auf Fehler, bei- spielsweise durch Vergleich mit einem Musterdifferenzbild, überprüft werden . Wird ein Fehler des Di fferenzbilds erkannt, so kann die PCB ausgemustert oder der Fehler repariert werden. Im Falle von mehrschichti gen Platinen kann das Verfahren so oft durchgeführt werden, bis alle Layer bedruckt sind, so dass eine 1 00%-ige Qualitätskontrolle aller Layer durch- führbar ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante des vorgenannten Verfahrens kann durch Vorbestimmung des Differenzbilds ΔΒ eine räumliche Bildkorrektur von zum indest +/- einem Pixel in zumindest einer Erstre- ckungsrichtung des PCBs mechanisch und/oder elektronisch, und eine Bildhelligkeit und/oder ein Bildkontrastversatz von zumindest +/- einer Auflösungsstufe zur Anpassung der Abbilder B l und B2 zueinander vorgenommen werden . Durch Vornahme einer räumlichen bzw. optischen Bildkorrektur, die sowohl mechanisch als auch elektronisch nachträglich durchgeführt werd en kann, kann die Aufnahinequalität der beiden Abbilder B l , B2 zueinander angepasst werden, so dass ein optimales Differenzbild ΔΒ erzeugt werden kann, das die Struktur des zuletzt bedruckten Layers wiedergibt. Dies erhöht die Identität der Layer-Abbi ldun gsstruktur, so dass durch Bildung des Differenzenbildes ΔΒ eine verbesserte Fehlergenauigkeit erreicht werden kann. Die Bilderfassungseinri chtung kann mechanisch in x- bzw. y-Richtung korrigiert werden, um eine gleiche Lage der Abbilder zu erreichen, und kann beispiel sweise photoelektronisch nachbearbeitet werden, um die glei che Bildhelligkeit oder den gleichen Bildkontrast zu erreichen. Eine Anpassung kann auch nachträglich auf elektronischem Wege, beispielsweise durch geeignete Bildverarbeitungsverfahren, erreicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung kann das Verfahren zumindest zwei, insbesondere mehrere Bildkorrekturen vornehm en, und Differenzbilder ΔΒ ι . N bestimm en, wobei ein Fehler nur dann zuverlässig erkannt wird, wenn in jedem der Differenzbilder ΔΒ Ι . Ν eine Fehlerabwei- chung an den gleichen Stellen erkennbar ist. So ist es beispielsweise denkbar, die beiden Abbilder B l , B2 mit einem oder m ehreren Pixeln in x- bzw. y-Richtung geometrisch zu versetzen und in ihrem Helligkeitsund/oder Kontrastlevel um 1 bis 2 Stufen zu verändern, und damit Differenzbi lder Δ Β Ι .,. Ν zu bestimm en. Zeigen alle diese Differenzbilder Abwei- chungen an nahezu identischen Stellen, so kann davon ausgegangen werden, dass tatsächlich ein Fehler vorli egt. Werden bei beispielsweise vier oder sechs Vergleichen nur fünf oder weniger Abweichungen festgestellt, so kann davon ausgegangen werden, dass kein Fehler, sondern lediglich eine Ungenauigkeit (Artefakt) des Differenzbilds ΔΒ , existiert, so dass mit hoher Sicherheit davon ausgegangen werden kann, dass der Layer fehlerfrei ist. Da Bildvergleiche sehr schnell durchgeführt werden können, sind sie nicht zeitkritisch und können beispielsweise auch im Laufe des Druckvorgangs oder asynchron zur Prozesszeit durchgeführt werden, um eine Laufzeitkontrolle des Layers zu gewährleisten. Somit kann eine gleich bleibend hohe Geschwindigkeit der PCB-Fabrikation erreicht werden.
Gem äß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbei spiel des vorgenannten Verfahrens kann ein Fehler im Differenzbild ΔΒ bei Strukturgrößenabweichungen von zumindest > 10 μηι, insbesondere > 5 μηι. erkennbar sein. So kann die optische Erfassungseinrichtung als auch die Fehlererkennungseinrichtung derart ausgestaltet sein, dass Fehlerabweichungen von weniger als 10 μιη, insbesondere zumindest 5 μπι, erkennbar sind, so dass eine erhöhte Miniaturisierung der PCBs auf Fehler überprüfbar ist. Somit kann das Inspektionsverfahren auch für zukünftige höchstminiaturisierte PCBs verwendet werden, und erfüllt die Anforderungen an hochkonzentrierte Baugruppen mit höchsten Qualitätsansprüchen.
Grundsätzlich kann das gesamte Abbild B l gegenüber dem Abbild B2 zur Ausbildung eines D ifferenzbilds ΔΒ herangezogen werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens kann zumindest ein, insbesondere mehrere, charakteristische Teilbereiche der Abbilder B 1 , B2 auf Fehl er verglichen werden. So können Teilbereiche, insbesondere charakteristische Teil bereiche, verglichen werden, so dass bei deren Übereinstimmung darauf geschlossen werden kann, dass der gesamte Layer oder relevante Teile davon fehlerfrei sein können. Hiermit kann eine deutliche Verringerung des Fehlerkontrollaufwands und som i t eine Erhöhung der Durchflussrate erziel t werden.
Schließlich kann in einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel das Abbild B l als Musterabbild B 1 M aus einer Speichereinheit und das Abbild B2 aus einer Erfassungseinrichtung erfasst nach dem Bedrucken des PCB- Layers zur Erzeugung eines Differenzbilds ΔΒ bestimmt werden, wobei das Differenzbild ΔΒ mi t einem in der Speichereinheit gespeicherten Musterdifferenzbild ΔΒΜ verglich en, und bei Abweichung ein Fehler detektiert werden kann. Durch die Verwendung eines Musterdifferenzbilds B 1 M vor einem Bedrucken können absolute sowie rel ative Fehler im Di fferenzbild ΔΒ erkannt werden, um einen Vergleich der PCB-Herstellung gegenüber einem Musterabbi l d durch führen zu können, so dass prozessbedingte Veränderungen und systematische Fehler aufgespürt werden können.
Figurenbesch reibung Weitere Vorteil e ergeben sich aus der folgenden Zei chnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zei chnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkm ale und Kombinationen. Der Fachmann wird di e Merkmal e zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zur sinnvollen weiteren Kombi - nation zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 : ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen ln- spektions-Druckvorrichtung;
Fig. 2: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Inspektions-Druckvorrichtung;
Fig. 3 : ein wei teres Ausführungsbei spiel einer erfind ungsgemäßen
Inspektions-Druckvorrichtung;
Fig. 4: eine Ausführungsform einer Fehlererkennungseinrichtung gemäß ei nem Ausführungsbeispi el einer Inspektions- Druckvorrichtung;
Fig. 5: ein Flow-Chart eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens; Ausführungsformen der Erfindung
In den Fi guren sind gleiche oder gl eichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel 10 einer erfindungsgemäßen Inspektions-Druckvorrichtung. Die Inspektions-Druckvorrichtung 10 umfasst eine Fehlererkennungseinrichtung 30 sowie eine erste optische Erfassungseinrichtung 24a, di e vor einer Layer-Druckeinrichtung 20 angeordnet ist, und eine zweite optische Erfassungsei nrichtung 24b, die nach der Layer-Druckeinrichtung 20 angeordnet ist. Ein PCB 1 4 wi rd mittel s einer linearen Transporteinrichtung 34 von der ersten Erfassungseinri chtung 24a zur Druckeinrichtung 20 und weiter zur zweiten Erfassungseinrichtung 24b transporti ert. Die beiden Erfassungseinrichtungen 24a, 24b sind mittels einer Kommunikationsverbindung 32 mit der Fehlererkennungseinrichtung 30 verbunden. Die Kommunikationsverbindung 32 kann kabelgebunden aber auch drahtlos realisiert sein, und kann sowohl die optischen Abbilder B l , B2 als auch Einstellungsdaten, wie Kontrast-, Helligkeits- oder räumliche Versatzinformationen der Abbilder, übermitteln. Sie kann uni- oder bidirektional eingericht sein, um Steuerbefehle der Fehlererkennungseinrichtung 30 an die Erfassungseinrichtung 24 übermit- teln zu können. Di e optische Erfassungseinrichtung 24 um fasst eine
Beleuchtungseinheit 28, die beispielsweise als LED-Leuchtstrei fen ausgebi ldet sein kann, und eine Kam eraeinheit 26, die beispielsweise als CCD- Zeilenkamera aufgebaut sein kann, um eine scannerartige Erfassung der Oberfläche des PCBs 14 vornehmen zu können. Mittels der Transportein- richtung 34, die bei spielsweise ein Förderband sein kann, wird anfänglich ein keramisches Substrat 1 2, das l ichtdurchlässig und/oder lichtleitend ist, durch die erste optische Erfassungseinrichtung 24a geführt. Dabei wird ihre Oberfläche gescannt . N achfolgend wird das Substrat 1 2 mittels der Druckeinrichtung und einer Druckschablone 1 8 mit einer Paste bedruckt, um leitfähige Antei le die Leiterbahnen sowie Widerstände, Kapazitäten oder Induktivi täten au fzubringen. Anschl ießend kann eine Isolation sschi cht aufgetragen werden (nicht dargestell t), und es wird eine Erfassung der Oberflächenstrukturen mit Hilfe der nachgeordneten zweiten Erfassungseinrichtung 24b vorgenommen. Durch Vergleich der beiden Abbilder B l , B2 innerhalb der Fehlererkennungseinrichtung 30 kann die Struktur des 5 aufgedruckten Layers auf dem Substrat 12 analysiert und Fehler erkannt werden.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbei spiel einer Inspektions- Druckvorrichtung 1 0, die seriell aufgebaut ist, und in der zumindest zwei Druckeinrichtungen 20a, 20b zwei aufeinanderfolgende Layer auf das PCB
1 0 14 aufbringen. Eine lineare Transporteinrichtung 34 transportiert zu Beginn ein keramisches Substrat 12 durch eine erste optische Erfassungseinrichtung 24a, deren Struktur an d ie der in Fig. 1 dargestellten Erfassungseinrichtung angelehnt ist. Nachfolgend erfolgt ein Bedrucken des ersten Layers 1 2 mit einer Druckschablone 1 8a in einer ersten Druckeinrichtung
15 20a. Anschließend erfolgt ein Scan des ersten bedruckten Layers 12, wobei über Kommun ikationsverbindungen 32a, 32b di e beiden Abbilder B l , B2 an die Fehlererkennungseinrichtung 30 übermittelt werden. Nachfolgend kann beispielsweise eine Isolationsschicht 16 aufgebracht werden und mittels einer weiter Erfassungseinrichtung 24c kann ein weiterer Scan durchgeführt 0 werden. Alternativ kann der Scan der zweiten Erfassungseinrichtung 24b als Ausgangsbild für den nachfolgenden Druck mittels der Druckeinrichtung 20b dienen. Durch die Druckeinrichtung 20b wird ein weiterer Layer 1 2 auf das PCB 14 gedruckt, so dass mittels der Druckschablone 1 8b eine zusätzliche Struktur auf dem PCB aufgeprägt wird. Anschließend erfolgt 5 ein Scan mit einer nachgelagerten Erfassungseinrichtung 24d, nach der wiederum eine Isolationsschicht aufgetragen und ein weiterer Scan als Ausgangsbi ld für einen weiteren nachfolgenden Druck einer dritten Layer- schicht 12 mittels der Erfassungseinrichtung 24e vorgenommen werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel 1 0 wird anschließend an die Druck-0 einrichtung 20 ein Scan mittels einer optischen Erfassungseinrichtung 24 durchgeführt, hiernach eine Isolationsschicht aufgebracht und wiederum ein Scan al s Ausgangsbild für den nachfolgenden Druck vorgenommen. Alter- nativ kann zwischen zwei benachbarten Druckeinrichtungen 20 lediglich eine einzige Scan- oder Erfassungseinrichtung angeordnet sein, die sowohl das Differenzbild B2 des vorhergehenden Drucks als auch das Differenzbild B l für den nachfolgenden Druck zur Verfügung stell en kann . Durch die seriel le Anordnung der einzelnen Druckeinrichtungen 20 kann eine sehr hohe Produktionsgeschwindigkeit der mehrlagi gen PCBs errei cht werden.
In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Inspektions-Druckvorrichtung 1 0 dargestellt. Die Druckeinrichtung 20, die Erfassungseinri chtung 24 und die Fehlererkennungseinrichtung 30 sind angelehnt an di e in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei spiele ausgestaltet. Die ringförmige Transporteinrichtung 34 ist dazu ausgelegt, das PCB 14 vom Ausgang der Druckeinrichtung 20 zurück an den Eingang der Druckeinrichtung 20 zu führen, so dass die Druckeinrichtung 20 nach einem ersten Druckvorgang des ersten Layers 1 2 ausgestaltet sein kann, weitere Layer auf den PCB 1 4 mit j eweiligen Druckschablonen 1 8 zu drucken. Im oberen Teilbild wird zunächst ein keramisches Substrat 1 2 mittels der Erfassungseinrichtung 24 gescannt und an die Feh lererkennungseinrichtung 30 übermittelt. Danach erfolgt m ittels der ersten Druckschablone 1 8a innerhalb der Druckeinrichtung 20 das B edrucken des Substrats 1 2 mit der ersten Layerstruktur 12. Hiernach wird eine Isolationsschicht 16 durch die Isolierschichteinrichtung 22 aufgebracht und die Transporteinrichtung 34 transportiert den PCB 14 mit der ersten Layer- schicht 12 zurück zur Erfassungseinrichtung 24, in der sie gescannt, und wie im unteren Teilbild dargestellt, mittel s der Druckeinrichtung 20 und einer zweiten Druckschablone 1 8b mit einer zweiten Layerschicht 12 bedruckt wird. Hiernach erfolgt wiederum das Aufbringen einer weiteren Isolationsschicht 1 6, ei n Scannen und ein wi ederholter Druck einer dri tten und weiterer Layerschichten 1 2. Somit schlägt dieses Ausführungsbeispiel vor, dass eine einzige Druckeinrichtung 20 zum Bedrucken zweier oder weiterer Layer 1 2 des PCBs 14 verwendet wird, und hierzu eine einzige Erfassungseinrichtung 24 jeweils einen Scan vor bzw. nach Bedrucken des PCBs vornehmen kann. Die Fehlererkennungseinrichtung 30 speichert die einzelnen aufgenommenen Bilder B l , B2 etc. und berechnet hieraus die jeweiligen Differenzbilder ΔΒ , aus denen Druckfehler analysierbar sind.
In der Fig. 4 ist schematisch eine Ausführungsform einer Fehlererkennungseinrichtung 30 dargestellt, wie sie bei einem der Ausführungsbeispie- l e, die in den Figuren 1 bis 3 dargestellt sind, eingesetzt werden kann. Die Fehlererkennungseinrichtung 30 ist m it optischen Erfassungseinrichtungen 24 mittel s Kommunikationsverbindungen 32 drahtlos oder drahtgebunden verbunden. Sie umfasst eine Fehlerdetektionseinheit 42, die durch Bildvergleich der Bilder B l und B2 ein Differenzbild ΔΒ erzeugen kann, und dieses Di fferenzbi ld Δ Β auf Abweichungen und Fehler überprüfen kann. Hierzu ist die Fehlerdetektionseinheit 42 mit einer Speichereinheit 38 verbunden, indem beispielswei se ein Musterdifferenzbild ΔΒ Μ und/oder ein Musterabbild B 1 M für die Inspektion eines ersten, eines zweiten und weiterer Layer abgelegt sind . Des Weiteren ist die Fehlerdetektionseinhei t 42 mit einer Bildkorrektureinheit 36 verbunden, die sowohl eine räumliche
Positionskorrektur und Ausschnittsauswahl des Abbilds B l , B2 in x- und y- Richtung als auch eine Anpassung von Helligkeit und Kontrast der jeweili gen Abbilder vornehmen kann, um möglichst identische Abbilder B l , B2 zur Erzeugung ei nes Differenzbild ΔΒ bereit zu stellen. Schließlich ist die Fehlerdetektionseinheit 42 mit einer Vektorisierungseinheit 40 verbunden, die aus einem Differenzbild ΔΒ oder aus einem oder beiden Abbildern B l , B2 eine Vektorisierung vornehmen kann, so dass die Bilddaten als reine Vektordaten vorliegen, die leicht gespeichert und verglichen werden können. Mit H ilfe einer derartigen Fehlererkennungseinrichtung 30 kann effizient und hoch genau eine Abweichung des zuletzt bedruckten Layers gegenüber den vorangegangenen Layern des PCBs erreicht werden.
In der Fig. 5 ist in einem Flow-Chart ein Ausführungsbeispiel des erfindun gsgem äßen Verfahrens dargestellt. Nach Beginn des Druckvorgangs wird vor Bedrucken des ersten Layers 1 4 in Schritt S l eine optische Erfas- sung des PCBs 1 2 mittels der optischen Erfassungseinrichtung 24 vorgenommen, um ein erstes Abbild B l zu erfassen. Dieses Abbild B l wird der Fehlererkennungseinrichtung 30 übermittelt. In der Fehlererkennungseinrichtung 30 kann in einem Schritt S2 eine Anpassung von Pixelkoordinaten, Helligkeit oder Geometrieversatz bzw. Geom etri everzerrung sowie Kontrast oder weiterer Bildparameter vorgenommen werden. Anschließend wird der PCB-Layer 1 2 mittels einer Transporteinrichtung 34 zu einer Layer- Druckeinrichtung 20 transportiert, und in Schritt S3 bedruckt. Nach einem weiteren Transport zur nachfolgenden Erfassungseinrichtung 24 erfolgt eine optische Erfassung des PCBs 14 nach dem Druck, um ein Abbild B2 in Schritt S4 aufzunehmen. Auch dieses Bild B2 wird zur Fehlererkennungs- einrichtung 30 übermittelt, um Pixelkoordinaten, Helligkeit, Geometrieverzerrung und Kontrast oder weitere Bildparameter in Schritt S 5 anzupassen. Anschließend erfolgt in Schritt S 6 die Bestimmung eines Di fferenzbilds ΔΒ durch Subtraktion der beiden Teilbilder, bevorzugt unter Anwendung einer vorherigen Vektorisierung der Abbilder B l , B2, und dieses Differenzbild ΔΒ wird in Schritt S7 gegenüber einer vorgespeich erten Mustervorlage
ΔΒ Μ oder anderen Fehlerkriterien getestet, ob im gegenwärtigen Druck ein Fehler erkannt werden kann. In Schritt S8 wird bestimmt, ob Fehler durch Reparatur behoben oder das PCB 14 als Ausschuss deklariert werden muss, so dass eine weitere B edruckung des PCBs 14 nicht möglich ist, oder ob der Layer fehlerfrei ist, und, falls weitere Layer 12 bedruckt werden sollen (Schritt S9), wird eine neue Isolationsschicht auf den PCB 14 in S chritt S 10 aufgetragen, und das Verfahren solange wiederholt, bis alle Layer 12 des PCBs 14 bedruckt sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Untersuchung j edes einzelnen Layers unabhängig von einem störenden Einfluss der optischen Struktur vorher gedruckter Layern des PCBs.
So kann die erste Erfassungseinrichtung ein Bild B l mit der gleichen Auflösung wi e die zweite nachgel agerte Erfassungseinrichtung, die das Bild B2 erfasst, bereitstellen. Die Bildkoordinaten beider Erfassungsein- richtungen können korrigiert und bestimmt werden. Die Fehlererkennungseinrichtung kann di e Druckposition des gegenwärtigen Layers bestimm en 3
21 und einen Vergleich durchführen, ob der Layer positionsrichti g zu den vorangegangen Layern gedruckt worden ist. Das Differenzbild kann nach Druckfehlern untersucht werden, wobei im Falle eines 3 D-S cans auch die Materi alablagerung und damit etwaige Widerstandsparameter oder Ähnli- ches untersucht werden können . Dabei kann festgestellt werden, ob Druckmaterial an falschen Stellen angeordnet oder an einigen Stellen Druckmaterial fehlt. Im Rahmen der Bilderfassung kann eine geometrische als auch eine optische Korrektur der einzelnen Abbilder vorgenommen werden .
Dabei kann zumindest eine Auflösungsstufe oder ein Pixel in einer geomet- rischen Ausdehnungsrichtung als auch in einer Helligkeits- und Kontrastauflösung variiert werden, und so mehrere Differenzbilder erzeugt werden, wobei ein Fehler nur dann sicher detektiert wird, wenn alle Differenzbilder Fehler an identischen bzw. räumlich beieinander liegenden Stellen aufweisen. So kann beispielsweise eine geometri sche Korrektur in +/- eine Pixel- richtung in einer oder beiden geometri schen Richtungen und in +/- ein oder zwei Helligkeitsstufen erfolgen, so dass vier oder mehrere Differenzbilder erzeugbar sind, so dass - l ediglich wenn alle Differenzbilder gleichartige Fehler aufweisen darauf geschlossen werden kann, dass tatsächlich ein Fehler vorhanden ist. Auch können vorgespeicherte Bi lder zur Erstellung von Di fferenzbi lder oder zur Analyse des Differenzbildes herangezogen werden. Auch können di e vorgespeicherten Bilder vektorisiert sein, um Speicherplatz und Rechenzeit zu sparen. Mit Hilfe der anfallenden Daten kann eine Statistik über Produktionsqualität und Produktionsfortschritt erreicht werden. Hierdurch können Produktionsschwankungen detektiert und frühzeitig Produktionsausschuss erkannt werden. Durch Verwendung von 3 D-Profilen kann die Materialverwendung überwacht werden, um beispielsweise die Materialdicken der einzelnen Layerschichten zu untersuchen, und dabei auf elektrische und mechanische Eigensch aften des Layers zurücksch ließen zu können. Vorteilhafterweise kann für ein 3 D- Profilerkennung ein Zeilensensor m it drei Farbwerten, beispielsweise i n RGB-Sensor, verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Inspektions-Druckvorrichtung (10) zur Fehleranalyse von gedruckten PCBs (Prin- ted Circuit Board - Leiterplatte) (14), die ein lichtdurchlässiges/lichtleitendes Substrat (12) und zumindest ein, insbesondere mehrere, aufeinander geschichtete Layer (16) aufweist, umfassend zumindest eine optische Erfassungseinrichtung (24), eine Fehlererkennungseinrichtung (30) und eine Layer-Druckeinrichtung (20), gekennzeichnet dadurch,
dass die optische Erfassungseinrichtung (24) eingerichtet ist, vor und/oder nach einem Bedrucken eines Layers (12) des PCBs (14) mittels der Druckeinrichtung (20) ein erstes und/oder zweites optisches Abbild Bl vor, bzw. B2 nach Bedrucken des Layers (16) zu erfassen, wobei die Fehlererkennungseinrichtung (30) eingerichtet ist, ein Differenzbild ΔΒ aus den beiden Abbildern Bl, B2 zu bestimmen, so dass das Differenzbild ΔΒ im Wesentlichen dem Druckbild des Layers (16) entspricht, und auf Druckfehler analysierbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Transporteinrichrung (34) das PCB (14) zwischen optischer Erfassungseinrichtung (24) und Druckeinrichtung (20) transportieren kann.
3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine erste optische Erfassungseinrichtung (24) zur Erfassung des Abbildes B 1 vor der Druckeinrichtung (20) und eine zweite optische Erfassungseinrichtung (24) zur Erfassung des Abbildes B2 nach der Druckeinrichtung (20) angeordnet ist, wobei bevorzugt identische Pixelauflösungen der beiden Erfassungseinrichtungen (24) für die Erfassung der Abbilder Bl , B2 bereitstellbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine optische Erfassungseinrichtung (24) oder die Fehlererkennungseinrichtung (30) eine Bildkorrektureinheit (36) umfasst, die einen räumlichen Bildversatz von zumindest +/- einem Pixel in zumindest einer Erstreckungsrichtung des Abbildes Bl und/oder B2 mechanisch undoder elektronisch, und/oder einen Bildhelligkeits- und/oder Bildkontrastversatz von zumindest +/- einer Auflösungs- stufe zur Anpassung der Abbilder B 1 und B2 zueinander vornehmen kann.
5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erfassungseinrichtung (24) eine Kameraeinheit (26) und eine Beleuchtungseinheit (28) umfasst, insbesondere eine Zeilenkameraeinheit und/oder eine LED-Beleuchtungseinheit, bevorzugt eine LED-Streifen-Beleuchtungseinheit, wobei insbesondere eine scannerartige Erfassung der Abbilder B und B2 durchführbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erfassungseinrichtung (24) ausgelegt ist, ein dreidimensionales Höhenprofil des PCB-Layers (16) zu erfassen, und bevorzugt als laserbasierte oder weiß- lichtbasierte 3D-Scannereinrichrung ausgeführt ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erfassungseinrichtung (24) oder die Fehlererkennungseinrichtung (30) eine
Vektorisierungseinheit (40) umfasst, so dass die erfassten Abbilder Bl undoder B2 zum Zweck des Bildvergleichs vektorisierbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fehlererkennungseinrichtung (30) eine Speichereinheit (38) zur Speicherung zumindest eines Musterdifferenzbildes ΔΒΜ und/oder eines Musterabbildes B1M umfasst, so dass ein Differenzbild ΔΒ aus einem erfassten Abbild B2 und dem Musterabbild B1M bestimmbar und mit einem Musterdifferenzbild ΔΒΜ vergleichbar ist.
9. Verfahren zur Fehleranalyse von gedruckten PCBs (Printed Circuit Board - Leiterplatte) (14) unter Verwendung einer Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend die Schritte:
Sl : Optische Erfassung eines Abbilds Bl des PCBs (14) vor Druck;
S3: Bedrucken des Substrats (12) des PCBs (14);
S4: Optische Erfassung eines Abbilds B2 des PCBs (14) nach Druck;
S6: Bestimmung eines Differenzbildes ΔΒ;
S7: Analyse des Differenzbildes ΔΒ auf Fehler;
S9: Aussonderung des PCBs (14) bei Fehlererkennung;
Sl 0: Wiederholung Schritte S 1 bis S9 für weitere aufzubringende Layer (12).
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor Bestimmung des Differenzbildes ΔΒ eine räumliche Bildkorrektur von zumindest +/- einem Pixel in zumindest einer Erstreckungsrichtung des PCBs (14) mechanisch und/oder elektronisch und einen Bildhelligkeits- und/oder Bildkontrasrversatz von zumindest +/- einer Auflösungsstufe zur Anpassung der Bilder Bl (S2) und B2 (S5) zueinander vornehmen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest zwei, insbesondere mehrere, Bildkorrekturen vorgenommen und Differenzbilder ΔΒΙ.,.Ν bestimmt werden, wobei ein Fehler nur dann erkannt wird, wenn in jedem Differenzbild ΔΒΙ.,.Ν eine Fehlerabweichung erkennbar ist.
12. Verfahren nach Anspruch 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Fehler im Differenzbild ΔΒ bei Strukturgrößenabweichungen von zumindest 10μηι, insbesondere >5μτη, erkennbar ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein, insbesondere mehrere, charakteristische Teilbereiche der Abbilder B 1 , B2 auf Fehler verglichen werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Abbild Bl als Musterabbild BIM aus einer Speichereinheit (38) und das Abbild B2 aus einer Erfassungseinrichtung (24), erfasst nach dem Druck des PCB- Layers (16), zur Bildung eines Differenzbildes ΔΒ bestimmt werden, wobei das Differenzbild ΔΒ mit einem in der Speichereinheit (38) gespeicherten Musterdifferenzbild ΔΒ verglichen und bei Abweichung ein Fehler detektiert wird.
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