JP2002508067A - テストパターンの生成のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はティーチイン法で構造を基準パターンとして光学的に記録し、この記録からテストパターンのための基準データを生成して行う、スクリーン印刷法によるプリント回路基板へのはんだペースト塗布の際のテストパターンの生成のための方法及び装置に関する。スクリーン印刷法のための印刷ステンシルを構造として光学的に記録するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 テストパターンの生成のための方法及び装置 本発明はティーチイン（Tcach-in）法で構造を基準パターンとして光学的に記 録し、この記録からテストパターンのための基準データを生成して行う、スクリ ーン印刷法によるプリント回路基板上のはんだペースト塗布の際のテストパター ンの生成方法に関する。 プリント回路基板上のはんだペーストの塗布の十分さを監視することが検査シ ステムの分野で知られている。はんだペーストはスクリーン印刷法でプリント回 路基板上に塗布される。はんだペーストは次の装着工程で電子部品をプリント回 路基板上に形成された導電路接続端子にはんだ付けすることを可能にする。これ は特にSMD法で行われる。検査システムの過程ではんだペースト塗膜を検査する ために、いわゆるテストパターンを用意することが必要である。テストパターン ははんだペースト塗膜の検査をどこでどのように行うかを規定する。テストパタ ーンは塗布されるはんだペースト区域の座標、大きさ及び形状を規定する。テス トパターンを得るために、基本的に２つの方法が知られている。第１の方法はCA D［計算機援用設計］データからテストパーンを得る。これは電子形式で利用さ れるステンシルデータ（ゲルバーファイル［Gerberfiles］）である。このデー タは、印刷ステンシルがスクリーン印刷法ではんだペーストをプリント回路基板 に塗布する開口部をどこにどのように有するかに関する情報を与える。CADデー タの可用性、現実性及び変換可能性に問題があるため、次に述べる第２の方法が かつて実用的な解決策であると強調された。この第２の方法はいわゆるティーチ イン法であって、この場合はプリント回路基板がテストパターンの生成のための 基準パターンとして利用される。そこでプリント回路基板の導電路と接続端子の 構造がカメラで記録され、こうしてテストパターンがティーチイン法で決定され る。導電路の構造が−製造工程に基づき−比較的大きな寸法公差を有するため、 テストパターンの生成に寸法偏差が伴うことが欠点である。特に例えば高度集積 部品のための接触部構造が極めて近接している場合は、寸法の不十分が問題を生 じることがある。 そこで本発明の根底にあるのは、高精度の結果をもたらし、有効に実行し得る 冒頭に述べた種類の方法を提示する課題である。 この課題は本発明に基づきスクリーン印刷法のための印刷ステンシルを構造と して光学的に記録することによって解決される。また本発明に基づきティーチイ ン法で印刷ステンシルがテストパターン生成のための基準パターンとして利用さ れる。こうして確定された検査データは印刷工程で現れる条件に正確に対応する から、印刷品質と寸法精度を他の影響にかかわりなく最適に判定することができ る。測定されたはんだペースト塗膜の印刷品質から印刷工程が直接推論され、妨 害因子−例えば前述の寸法公差の影響−が現れない。テストパターンを生成する ために、特定の区域−万一の欠陥が特に生じやすい−を確定し、この区域で印刷 ステンシルの構造（ステンシル開口部）の光学的記録によってテストパターンを 生成することが好ましい。光学的に記録された像は、テストパターンを表示する データに電子的に変換される。このテストパターンは基準パターンをなす。基準 パターンは−スクリーン印刷工程の後に−同じく光学的に記録される実際のはん だペースト塗膜のデータと比較される。このようにして例えばプリント回路基板 の２つの接続端子が望ましくないはんだペーストブリッジによって電気的に結合 されるという欠陥が識別される。また、特定の区域にはんだペーストが欠如する か否かが識別される。ところがこれには２つの理由がある。即ち一方でははんだ ペーストがプリント回路基板に転移されなかったため、はんだペーストが印刷ス テンシルに固着したこと、また他方では利用可能なはんだペーストが過少である こと、即ち量が不十分なためスクイジーがすべての区域にはんだペーストを広げ ることができなかったことである。従来公知の方法によれば、はんだペースト塗 膜を光学的に記録し、従来の方法で得たテストパターンと比較する。本発明の主 題でも比較が行われるが、その場合、印刷ステンシルを−テストパターンの生成 のために−同じく光学的に走査することがさらに加わる。また、印刷ステンシル にもプリント回路基板にもオプトエレクトロニック装置が配属される。それはこ れまで実現されない下記の利点をもたらす。印刷ステンシルとプリント回路基板 から得た像を電子的に好ましくは自動的に比較することが可能であり、その際欠 陥又は形成中の欠陥を識別し、場合によってはすでにフロントエンドで是正する ことができる。例えばブリッジはたいてい最初は徐々に形成される。即ち印刷ス テンシル、特にステンシル開口部の縁端では、そこにはんだペーストの粒子が時 のたつにつれて次第に集積し、増成され、やがてブリッジが形成されることが認 められる。この漸進的形成が印刷ステンシルの光電的走査に基づきその発生過程 で識別され、従って是正することができる。これは印刷工程を短時間中断して自 動的に印刷ステンシルを清掃することにより自動的に行うことが好ましい。ステ ンシルの開口部に固着する、従ってプリント回路基板に転写されないはんだペー ストにも同じことが当てはまる。その場合も形成過程で初めは少量がステンシル 開口部に付着するだけであるが、徐々に増成され、やがて最後にはペーストが全 開口部又は開口部の大部分をふさぐからである。このようにして印刷ステンシル の光学的走査は二重に、即ち一方ではテストパターンの生成のために、他方では 欠陥の識別のために利用される。こうして本発明に係る手順によるテストパター ンの簡単な生成のほかに、スクリーン印刷工程時に可能な欠陥に関して最適な検 査を行うことができる。 印刷ステンシルのステンシル開口部がその位置（座標）及び／又は幾何学的形 状（形状、大きさ）に関して光学的に記録されるように構成することが好ましい 。それにより、テストパターンは当該情報、即ち位置（座標）及び幾何学的形状 （形状、大きさ）に関する情報を有する。 また印刷ステンシルのプリント回路基板に面した側を光学的に記録することは 好都合である。「下側」の記録は、−テストパターンデータの記録のほかに−進 行する印刷工程の間に欠陥、例えば前述のブリッジの形成又ははんだペーストの 付着が生じるか否かを、下側で極めてよく認識することができるという利点があ る。 本発明の別の実施形態によれば、プリント回路基板上に生じたはんだペースト 塗膜の光学的記録をスクリーン印刷工程の後に行い、この記録から実際データを 生成するように構成されている。この実際データによってペースト塗膜の判定を 検査システムの経過の中で特に簡単に行うことができる。なぜなら基準パターン と実際データの比較を行うだけでよいからである。こうして基準データを考慮し て実際データの評価が行われる。 また本発明はティーチイン法で構造を基準パターンとして記録するための第１ のオプトエレクトロニック装置と、基準パターンの記録から基準データを生成す るための電子データ処理装置とを有し、第１のオプトエレクトロニック装置が印 刷ステンシルを構造として記録するように構成されている、スクリーン印刷法に よるプリント回路基板へのはんだペースト塗布の際のテストパターンの生成のた めの装置に関する。このオプトエレクトロニック装置は、こうして印刷ステンシ ルの構造（ステンシル開口部）を記録することによって、はんだペースト塗膜の 評価で目標データとして利用されるテストパターンデータを光学的に得ることが できる。目標データははんだペースト塗膜から記録された実際データと比較され る。偏差があれば補正することができる。 第１のオプトエレクトロニック装置を印刷ステンシルとプリント回路基板の間 に進入させることができる移動装置があれば好都合である。これによってステン シルの夫々所望の区域が光学的に記録される。 プリント回路基板上のはんだペースト塗膜の記録のための第２のオプトエレク トロニック装置を設け、第１及び第２のオプトエレクトロニック装置を同じ移動 装置で移動させることが好ましい。これは、２つのオプトエレクトロニック装置 に対してただ１個の移動装置しか必要でないので、設備費とコストを節減するこ とができる利点がある。しかも同一の移動装置によるオプトエレクトロニック装 置の移動は、２つの装置を印刷ステンシル及びプリント回路基板に関して常に同 じ位置に移転することができ、即ち２つのオプトエレクトロニック装置が２つの 部材の対応する区域を常に記録するから、目標−実際比較が特に簡単に可能にな る利点がある。 また第１及び第２のオプトエレクトロニック装置が、記録方向に関して切換可 能な又は２個の記録光路を有するただ１個のオプトエレクトロニック装置からな るように構成することができる。さらに２つのオプトエレクトロニック装置は、 移動装置の移動キャリッジ上にある単一のオプトエレクトロニック装置に統合さ れる。記録方向が切換可能であるならば、即ち同一のオプトエレクトロニック装 置により印刷ステンシル及び−切換えの後に−プリント回路基板が記録されるな らば費用が節減される。目標−実際比較を行うために、初めに記録された画像構 造を記録し、次にその後記録された画像構造と比較することが必要である。２個 のオプトエレクトロニック記録装置（カメラ）を使用し、その一方が第１の記録 光路により印刷ステンシルを、他方が第２の記録光路によりプリント回路基板を 、それとともにそこで行われたはんだペーストの塗布を検査する実施態様は、製 作技術的にやや費用かかかるが、プロセス技術的に有利である。 またオプトエレクトロニック装置が両側に金属被覆を備えた第１のミラーを有 し、その一方の側が印刷ステンシルに至る光路に、他方の側がプリント回路基板 に至る光路にあるように構成することができる。両面に金属被覆を有するこの第 １のミラーは特にプリズムとして作られている。このことは２つの光路に対して 反射面がほぼ同じであるという利点がある。 本発明の別の実施形態は、第１のミラーの各側に半透過性の第２又は第３のミ ラーが配属されるものとする。第２及び第３のミラーに特に第１又は第２の光学 系が夫々配属される。第２及び第３のミラーに第１又は第２の画像記録センサを 夫々配属することが好ましい。その場合第１の光学系が第２のミラーと第１の画 像記録センサの間に、第２の光学系が第３のミラーと第２の画像記録センサの間 にあるように配列することが好ましい。上述の構造に基づき、第１のミラーの一 方の側及び半透過性の第２のミラー並びに第１の光学系を介し、かつ第１の画像 記録センサによりプリント回路基板を、また第１のミラーの他方の側、第３のミ ラー、第２の光学系及び第２の画像記録センサにより印刷ステンシルを記録する ことが可能である。 第２のミラーと第１の照明光源が、また第３のミラーと第２の照明光源が共同 で働き、それによって第１の照明光源により第２のミラー及び第１のミラーを経 てプリント回路基板を、また第２の照明光源により第３のミラー及び第１のミラ ーを経て印刷ステンシルを照明することが可能である。プリント回路基板に環状 又はほぼ環状又は部分環状の第３の照明光源の光が作用することによって特に好 結果が得られる。第３の照明光源は移動装置により移動可能なオプトエレクトロ ニック装置にあることが好ましい。特に第３の照明光源は環状構造に基づき第１ のミラーとプリント回路基板の間の光路を取り囲むように、即ちプリント回路基 板の最適な照明が行われるように構成されているから、その上のはんだペースト 塗膜を極めてよく光学的に記録することができる。最後に、第３の照明光源は複 数の光を放出するダイオード（LED［発光ダイオード］）からなるように構成さ れている。 図面は実施例に基づき本発明を示す。 図１はオプトエレクトロニック装置の平面図、 図２は図１の矢印IIの方向のオプトエレクトロニック装置の正面図、 図３は図２の矢印IIIの方向のオプトエレクトロニック装置の下面図を示す。 図１ないし３はスクリーン印刷法によりプリント回路基板にはんだペーストを 塗布するときにテストパターンを生成することができるオプトエレクトロニック 装置１を−概略図で−示す。またこのオプトエレクトロニック装置１はスクリー ン印刷工程で使用される印刷ステンシル３の下面２及びスクリーン印刷工程では んだペーストが塗布されるプリント回路基板５の面４の検査に適する（図２）。 図１によれば、オプトエレクトロニック装置１は第１のオプトエレクトロニッ ク・ユニット６と第２のオプトエレクトロニック・ユニット７を有する。２つの オプトエレクトロニック・ユニット６及び７には両面に金属被覆を備えた第１の ミラー８が共通し、このミラーにオプトエレクトロニック・ユニット７の半透過 性の第２のミラー９及びオプトエレクトロニック・ユニット６の半透過性の第３ のミラー１０が配属される。またオプトエレクトロニック・ユニット７は第１の 画像記録センサ１１を、オプトエレクトロニック・ユニット６は第２の画像記録 センサ１２を有する。第２のミラー９と第１の画像記録センサ１１の間に第１の 光学系１３がある。第３のミラー１０と第２の画像記録センサ１２の間に第２の 光学系１４が配設されている。さらに第１の光学系１３は第２のオプトエレクト ロニック・ユニット７の構成部分であり、第２の光学系１４は第１のオプトエレ クトロニック・ユニット６の構成部分である。またオプトエレクトロニック・ユ ニット７は第１の照明光源１５を有し、オプトエレクトロニック・ユニット６に 第２の照明光源１６が配属されている。２つの照明光源１５及び１６は発光ダイ オードとして構成され、プリント回路基板１７の上にあることが好ましい。 図２によればオプトエレクトロニック装置１の下側１８に第３の照明光源１９ が配設されている。照明光源１９は環状に配列されて光を放出する複数個のダイ オード（発光ダイオード）からなる。第３の照明光源１９は第１のミラー８とプ リント回路基板５の間の光路２０を取り囲むように配列されている。このことは 特に図３で明らかである。互いに直交する２つの座標に沿って移動可能な、キャ リッジのように動作する移動装置（図示せず）によって、オプトエレクトロニッ ク装置１は図１の二重矢印２１及び図２の二重矢印２２に沿って移動することが できる。即ちオプトエレクトロニック装置１を印刷ステンシル３に対して任意の あらゆる位置に、またプリント回路基板５に対して対応する位置に移動すること ができる。印刷ステンシル３によりはんだペーストがプリント回路基板５の面４ に塗布されると、直ちにこの移動が行われる。このスクリーン印刷工程の後に印 刷ステンシル３とプリント回路基板２が引き離されるから、その間隙にオプトエ レクトロニック装置１が進入することができる。このようにしてはんだペースト 塗布の十分さに関する検査が可能である。その場合第１のオプトエレクトロニッ ク・ユニット６で印刷ステンシル３の下面２が、第２のオプトエレクトロニック ・ユニット７でプリント回路基板５の面４が検査される。図示しない電子処理装 置により、こうしてはんだペースト塗膜の万一の欠陥の検査が可能である。詳細 には次の通りである。照明光源１６により半透過性ミラー１０に光が投射され（ 破線２３）、この光は90°偏向されて第１のミラー８へ送られ、このミラー８の 片側から上へ導かれるから、印刷ステンシル３の下面２に入射する。印刷ステン シル３から反射された光はミラー８に戻り、その同じ側からミラー１０へ送られ 、その際ミラー１０を直線状に通過し、反射光は二点鎖線２４に従って光学系１ ４を経て画像記録センサ１２に到達する。画像記録センサ１２は図示しない電子 データ処理装置と共同で、印刷ステンシル３の構造、特にステンシル開口部の座 標、形状及び大きさの当該の像の画素構造を生成することができる。こうして記 録されたデータをはんだペースト塗膜との前述の比較のために利用することがで きる。特に記録されたデータが基準パターンとして評価されること、即ちこの基 準パターンがテストパターン、即ち印刷ステンシルの開口部がどのような位置、 どのような幾何学的形状を有するかに関する情報を表すことが可能である。記録 はいわゆるティーチイン法で行われる。 第２のオプトエレクトロニック・ユニット７によりプリント回路基板５の面４ の上のはんだペースト塗膜が検査される。このために照明光源１５からミラー９ へ光が送られ（点線２５）、そこで偏向され、第１のミラー８の他方の側へ送ら れる。ミラー８は光をプリント回路基板５に向かって下へ投射する。プリント回 路基板５、特にはんだペースト塗膜から反射された光はミラー８へ戻り、そこか ら半透過性ミラー９へ送られ、ミラー９を直線状に貫通するから、光は鎖線２６ に沿って光学系１３を経て画像記録センサ１１に到達する。画像記録センサ１１ はプリント回路基板５へのはんだペースト塗布の成績に関する情報を−画素形式 で−提供する。そこで電子データ処理装置により２つの画像記録センサ１１及び １２の情報を評価することが可能である。即ち印刷ステンシル３の基準パターン が実際パターン、即ちプリント回路基板５の上のはんだペースト塗膜と比較され 、それによって万一の欠陥を識別することができる。さらに第１のオプトエレク トロニック・ユニット６によってステンシル３に集積するはんだペーストによる 印刷ステンシル３の万一の汚れを検査することが可能であるから、このようなは んだペーストの付着の結果生じる欠陥を早期に識別することができる。 欠陥が確認されると、自動装置の運転を停止し、欠陥を画面に光学的に表示す ることができる。係員は欠陥を無視するか又は対策を講じることが可能である。 またその場合欠陥があるプリント回路基板を取り出すことも可能である。いずれ にしても欠陥は、プリント回路基板へのはんだペースト塗布により被覆しようと する部品の名称及び行われた係員の反応とともに記録される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ティーチイン法で構造を基準パターンとして光学的に記録し、この記録から テストパターンのための基準データを生成して行う、スクリーン印刷法によるプ リント回路基板へのはんだペースト塗布の際のテストパターンの生成のための方 法において、スクリーン印刷法のための印刷ステンシルが前記構造として光学的 に記録されることを特徴とする方法。 ２．前記印刷ステンシルのステンシル開口部がその位置（座標）及び／又は幾何 学的形状（形状、大きさ）に関して記録されることを特徴とする請求項１に記載 の方法。 ３．前記印刷ステンシルの前記プリント回路基板に面した側が光学的に記録され ることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。 ４．前記スクリーン印刷工程の後に、前記プリント回路基板上に実施された前記 はんだペースト塗膜の光学的記録が行われ、この記録から実際データが生成され ることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１つに記載の方法。 ５．前記基準データを考慮して前記実際データを評価することを特徴とする請求 項１ないし４いずれか１つに記載の方法。 ６．ティーチイン法で行われる基準パターンとしての構造を記録するための第１ のオプトエレクトロニック・ユニットと、前記基準パターンの記録から基準デー タを生成するための電子データ処理装置とを有する、スクリーン印刷法によるプ リント回路基板へのはんだペースト塗布の際のテストパターンの生成のための装 置において、前記第１のオプトエレクトロニック・ユニット（６）が印刷ステン シル（３）を構造として記録するように構成されていることを特徴とする装置。 ７．前記第１のオプトエレクトロニック・ユニット（６）を前記印刷ステンシル （３）と前記プリント回路基板（５）の間に進入させ、かつそこで移動させるこ とができる移動装置を備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。 ８．前記プリント回路基板（５）上のはんだペースト塗膜の記録のための第２の オプトエレクトロニック・ユニット（７）を備えることを特徴とする請求項６又 は７に記載の装置。 ９．前記第１及び第２のオプトエレクトロニック・ユニット（６、７）が同一の 移動装置により移動可能であることを特徴とする請求項６ないし８いずれか１つ に記載の装置。 １０．前記第１及び第２のオプトエレクトロニック・ユニット（６、７）が記録 方向に関して切換え可能な又は２つの記録光路を有するただ１つのオプトエレク トロニック装置（１）からなることを特徴とする請求項６ないし９いずれか１つ に記載の装置。 １１．前記オプトエレクトロニック装置（１）が両側に金属被覆を備えた第１の ミラー（８）を有し、前記ミラーの一方の側が前記印刷ステンシル（３）に至る 光路に、他方の側が前記プリント回路基板（５）に至る光路にあることを特徴と する請求項６ないし１０いずれか１つに記載の装置。 １２．前記第１のミラー（８）の各々の側に半透過性の第２又は第３のミラー（ ９、１０）が配属されていることを特徴とする請求項６ないし１１いずれか１つ に記載の装置。 １３．前記第２及び第３のミラー（９、１０）に夫々第１又は第２の光学系（１ ３、１４）が配属されていることを特徴とする請求項６ないし１２いずれか１つ に記載の装置。 １４．前記第２及び第３のミラー（９、１０）に夫々第１又は第２の画像記録セ ンサ（１１、１２）が配属されていることを特徴とする請求項６ないし１３いず れか１つに記載の装置。 １５．前記第１の光学系（１３）が前記第２のミラー（９）と前記第１の画像記 録センサ（１１）の間に、また前記第２の光学系（１４）が前記第３のミラー（ １０）と前記第２の画像記録センサ（１２）の間にあることを特徴とする請求項 ６ないし１４いずれか１つに記載の装置。 １６．前記第１の照明光源（１５）が前記第２のミラー（９）と相互作用するこ とを特徴とする請求項６ないし１５いずれか１つに記載の装置。 １７．前記第２の照明光源（１６）が前記第３のミラー（１０）と相互作用する ことを特徴とする請求項６ないし１６いずれか１つに記載の装置。 １８．前記オプトエレクトロニック装置（１）の前記環状又はほぼ環状又は部分 環状の第３の照明光源（１９）の光が前記プリント回路基板（５）に差し向けら れていることを特徴とする請求項１ないし１７いずれか１つに記載の装置。 １９．前記第３の照明光源（１９）が前記第１のミラー（８）と前記プリント回 路基板（５）の間の前記光路を取り囲むことを特徴とする請求項６ないし１８い ずれか１つに記載の装置。 ２０．前記第３の照明光源（１９）が光を放出する複数個のダイオード（発光ダ イオード）からなることを特徴とする請求項６ないし１９いずれか１つに記載の 装置。