KR102090856B1 - 물질 도포기 - Google Patents

Abstract

물질 도포기의 검사, 정렬 및 작동을 위한 3차원 이미지 데이터를 포착하기 위한 시스템 및 방법이, 전자 기판의 3차원 이미지 데이터를 포착하도록 구성되는 이미징 시스템을 포함한다. 이미징 시스템은, 상기 전자 기판의 표면에 대해 각도를 갖고 실질적으로 제1 축을 따라 광 스펙트럼을 투사하도록 구성되는, 하나 이상의 조명 조립체를 포함한다. 추가로, 이미징 시스템은, 상기 전자 기판 표면으로부터 반사되는 광 스펙트럼을 감지하도록 구성되고, 관찰 평면을 포함하는, 이미지 센서 조립체를 포함한다. 물질 도포기는, 이미징 시스템에 결합된 제어기를 포함한다. 제어기는, 상기 전자 기판의 표면 형세(topology)에 대한 3차원 이미지를 생성하기 위해 상기 이미지 센서 조립체와 통신하도록 그리고 상기 이미징 시스템의 이동을 제어하도록 구성된다.

Description

물질 도포기{material applicator}

본 발명은 개괄적으로 인쇄 회로 기판과 같은 기판 상에 물질을 침착하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그러한 침착물을 검사하기 위한 장치 및 시스템 그리고 방법에 관한 것이다.

다양한 적용을 위해 땜납과 같은 조립 물질을 침착하는데 사용되는 여러 종류의 종래 기술의 물질 도포 시스템이 존재한다.

하나의 그러한 적용은, 회로 기판 상에 땜납 페이스트를 인쇄하기 위해 스텐실 프린터를 사용한다. 전형적인 표면 실장 회로 기판 제조 작업에서, 스텐실 프린터는, 땜납 페이스트가 그 위에 침착될, 패드들 또는 일부 다른 전도성 표면들의 패턴을 갖는 회로 기판 상에 땜납 페이스트 또는 일부 다른 물질을 인쇄하기 위해 사용된다. 회로 기판은 자동으로 스텐실 프린터 내로 이송되며 그리고, 기준 표시로 지칭되는, 회로 기판 상의 하나 이상의 작은 구멍 또는 마크가, 회로 기판 상에 땜납 페이스트를 인쇄하기 이전에 회로 기판을 스텐실 프린터의 스텐실 또는 스크린과 적절히 정렬시키기 위해 사용된다. 일단 회로 기판이 프린터 내의 스텐실과 적절히 정렬되었다면, 회로 기판은 스텐실까지 상승하게 되고, 땜납 페이스트가 스텐실 상으로 분배되며, 그리고 와이퍼 블레이드(또는 스퀴지)가, 스텐실에 형성되는 구멍들을 통해 그리고 기판 상으로 땜납 페이스트를 가압하도록, 스텐실을 횡단한다. 와이퍼 블레이드가 스텐실을 가로질러 이동하게 됨에 따라, 땜납 페이스트는 블레이드 전방에서 구르는 경향이 있으며, 이는 바람직하게, 스크린 또는 스텐실의 구멍들을 충전하는 것을 촉진하기 위한 요구되는 점도를 달성하도록 하기 위해, 땜납 페이스트의 혼합 및 전단을 야기한다. 땜납 페이스트는 통상, 표준 카트리지로부터 스텐실 상으로 분배된다. 다른 실시예에서, 가압 헤드가 땜납 페이스트를 스텐실 내의 구멍들로 분배하기 위해 제공될 수 있다.

회로 보드 기판 상에의 집적 회로 칩들 및 다른 전자 부품들의 조립에서의 다른 그러한 적용은, 회로 기판 상에 점성 물질의, 점들 또는 연속적인 선들과 같은, 매우 작고 정확한 양들을 분배하기 위해 자동화된 분배 시스템을 사용하는 것이다. 점성 물질은 액체 에폭시 또는 땜납 페이스트, 또는 일부 다른 관련 조립 물질을 포함할 수 있다.

전술한 시스템 양자 모두에서, 그러한 물질이 회로 기판 상에 침착된 이후에, 이미징 시스템이, 특정한 경우, 회로 기판 상의 물질의 침착의 정확성을 검사할 목적으로 회로 기판의 영역들의 이미지를 취득하기 위해 채용되는 것이 보통이다. 이미징 시스템의 다른 적용은, 스텐실의 구멍들을 회로 기판의 전자 패드들과 정합시키기 위해, 인쇄에 앞서 스텐실과 회로 기판의 전술한 정렬을 수반한다. 하나의 그러한 이미징 시스템이, 본 발명의 양수인의 자회사가 소유한, Prince에게 허여된 미국 특허 제7,458,318호에 개시된다.

그러한 스텐실 프린터 및 분배 시스템의 설계에서 직면하는 하나의 도전은, 단일 시도(single pass)에서의 땜납 페이스트의 침착 이후에, 넓은 영역의 기판에 대한 신속하고 광범위한 검사를 수행하기 위한 능력이다. 나아가, 기존의 영역 스캔 및 선 스캔 형식을 통해, 예컨대 회로 기판과 같은 기판 상의 땜납 페이스트의 일관된 2차원 모델링을 수행하도록 하는 방법들이 개발된 바 있는 가운데, 이러한 접근법들은 다양한 방식으로 제한된다. 통상적인 실행에서, 영역 스캔 및 선 스캔 형식은 모두, 이미징 시스템의 렌즈들과 기판 간의 비교적 짧은 거리의 결과로서, 제한된 시야를 갖는다. 예를 들면, 영역 스캔 형식에서, 넓은 영역을 이미지화 하는 것은, 이미징 시스템이 넓은 영역의 기판을 포착하기 위해 지점에서 지점으로 이동함에 따라, 상당한 시간을 요구할 수 있다. 마찬가지로, 선 스캔 형식은 넓은 영역을 포착하기 위해 복수의 시도를 요구할 수 있다.

본 개시는, 뒤따르는 도면들, 상세한 설명 및 청구범위의 검토 이후에 더욱 완전히 이해될 것이다.

본 발명의 일 양태는 물질 도포기에 관한 것이다. 물질 도포기는 프레임과 해당 프레임에 결합되는 기판 지지부를 포함하며, 기판 지지부는 전자 기판을 지지하도록 구성된다. 물질 도포기는 프레임에 결합되는 물질 도포 디바이스를 더 포함하며, 물질 도포 디바이스는 전자 기판 상에 조립 물질을 침착시키도록 구성된다. 물질 도포기는, 전자 기판의 3차원 이미지 데이터를 포착하도록 구성되는 이미징 시스템을 더 포함한다. 이미징 시스템은, 전자 기판의 표면에 대해 각도를 갖고 실질적으로 제1 축을 따라 광 스펙트럼을 투사하도록 구성되는 하나 이상의 조명 조립체를 포함한다. 이미징 시스템은, 전자 기판 표면으로부터 반사된 광 스펙트럼을 감지하도록 구성되는 이미지 센서 조립체를 더 포함하며, 이미지 센서 조립체는 관찰 평면을 포함한다. 물질 도포기는, 적어도 이미징 시스템에 결합되는 제어기를 더 포함하며, 제어기는, 전자 기판의 표면 형세(topology)에 대한 3차원 이미지를 생성하기 위해, 이미지 센서 조립체와 통신하도록 그리고 이미징 시스템의 이동을 제어하도록 구성된다.

물질 도포기의 실시예는, 적어도 하나의 광 방출기 및 광 스펙트럼을 집속하도록 구성되는 렌즈를 포함하는, 하나 이상의 조명 조립체의 수단을 포함할 수 있고, 광 방출기는 특정 실시예에서 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 발광 다이오드는 특정 실시예에서 인 물질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 조명 조립체는, 해당 조명 조립체, 전자 기판 및 이미지 센서 조립체 사이에 광 스펙트럼을 투사하도록 맞춰진 광로(optical path)를 더 포함한다. 추가로, 하나 이상의 조명 조립체는, 특정 실시예에서 측정 가능한 광을 강화시키기 위해 대향하는 각도들로 투사되는, 하나 이상의 선형 패턴을 투사하여, 선형 패턴들이 인접한 표면 형세들로 인한 전자 기판 상의 그림자 효과를 감소시키기 위해 관찰 평면을 따라 교차하도록 한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 선형 패턴은, 유사한 색상들이 관찰 평면을 따라 소정 범위의 높이에 걸쳐 중첩되도록, 정렬될 수 있다. 광 방출기는, 광 스펙드럼을 성분 색상들로 분할하는 프리즘을 포함할 수 있고, 특정 실시예에서 광 스펙트럼은 연속적인 색상 스펙트럼이며 그리고 HSV 컬러 공간 또는 유사한 컬러 공간에 따라 배열된다.

다른 양태에 따르면, 본 개시는, 관찰 평면 내의 전자 기판 상에 침착되는 땜납 페이스트의 3차원 이미지 데이터를 포착하도록 구성되는 이미징 시스템을 제공한다. 추가로, 3차원 이미지 데이터는, 관찰 평면을 따라 표면들과 특징부들 상에 입사되는, 특정 색상을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 특정 색상은 높이에 대응한다.

또 다른 양태에 따르면, 본 개시는, 전자 기판의 표면 형세를 판정하기 위해 그리고 전자 기판 상의 땜납 페이스트 침착물의 정확성을 판정하기 위해 3차원 이미지 데이터를 분석하도록 프로그래밍되는, 프로세서를 포함하는 제어기를 제공한다.

다른 양태에 따르면, 본 개시는 프레임에 결합되는 스텐실을 제공하며, 이 스텐실은 그 내부에 형성되는 복수의 구멍을 가지며, 그리고 이미징 시스템은 스텐실과 지지부 사이에서 작동하도록 구성된다.

또 다른 양태에 따르면, 기판 상의 물질을 이미지화하는 방법이 제공되며, 이 방법은, 전자 기판을 물질 도포기로 운반하는 단계; 전자 기판 상에 조립 물질을 침착시키기 위한 분배 작업을 수행하는 단계; 전자 기판 위에 이미징 시스템을 배치하는 단계; 전자 기판의 표면에 각도를 갖고 실질적으로 제1 축을 따라 하나 이상의 광 스펙트럼을 투사하는 단계; 전자 기판 표면으로부터 반사되는 하나 이상의 광 스펙트럼을 감지하는 단계; 및 전자 기판의 표면 형세에 대한 3차원 이미지 데이터를 포착하는 단계를 포함한다.

다른 양태에 따르면, 기판 상의 물질을 이미지화하는 방법은, 전자 기판을 인쇄 위치에 배치하는 단계; 및 전자 기판 상에 스텐실을 배치하는 단계를 더 포함한다. 또 다른 양태에 따르면, 기판 상의 물질을 이미지화하는 방법은, 하나 이상의 광 스펙트럼을 선형 패턴으로 투사하는 단계를 더 포함한다. 하나 이상의 광 스펙트럼을 선형 패턴으로 투사하는 단계는, 측정 가능한 광을 강화시키도록 선형 패턴들을 대향하는 각도들로 투사하는 것을 포함하여, 선형 패턴들이 인접한 표면 형세에 기인하는 전자 기판 상의 그림자 효과를 감소시키기 위해 관찰 평면을 따라 교차하도록 하며, 특정 실시예에서 해당 단계는, 유사한 색상이 관찰 평면을 따라 소정 범위의 높이에 걸쳐 중첩되도록, 선형 패턴들을 정렬하는 것을 포함한다. 또 다른 양태에 따르면, 기판 상의 물질을 이미지화하는 방법은, 제1 영역의 표면 형세에 대한 3차원 이미지 데이터를 포착하는 제1 위치로부터 제2 영역의 표면 형세에 대한 3차원 이미지 데이터를 포착하는 제2 위치로, 이미징 시스템을 이동시키는 단계를 더 포함한다. 다른 실시예에 따르면, 기판 상의 물질을 이미지화하는 방법은, 광 스펙트럼을 성분 색상들로 분할하는 단계를 더 포함하고, 특정 실시예에서 연속적인 색상 스펙트럼을 투사하는 단계를 더 포함한다.

기판 상의 물질을 이미지화하는 방법의 또 다른 양태에 따르면, 방법은, 전자 기판의 패드 상의 땜납 페이스트 침착물의 정확성을 판정하기 위해 전자 기판의 적어도 하나의 영역의 3차원 이미지 데이터에 대한 분석을 수행하는 단계를 더 포함한다. 특정의 다른 실시예에서, 기판 상의 물질을 이미지화하는 방법은, 전자 기판의 표면들과 특징부들 상에 입사되는 특정 색상에 대한 3차원 이미지 데이터를 분석하는 단계를 더 포함하고, 특정 실시예에서, 특정 색상을 높이와 상호 관련시키는 단계를 더 포함한다.

도면에서, 동일한 도면 부호는 상이한 도면들에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 지칭한다. 도면들은 실척일 필요는 없으며, 대신에 아래 논의되는 특정 원리들을 예시할 때 강조된다.
도 1은 본 개시의 실시예에 따른 스텐실 프린터의 전방 사시도이고;
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 스크린 프린터 내의 이미징 시스템의 개략도이며;
도 3은 물질 침착 또는 도포 시스템의 측면 개략도이고;
도 4는 본 개시의 실시예의 지지대 시스템, 2개의 물질 침착 헤드 및 다른 부품들을 채용하는, 예시적인 물질 침착 시스템의 부분 사시도이며;
도 5는 본 개시의 실시예에 따른 분배 시스템 내의 이미징 시스템의 개략도이고;
도 6은 색상, 채도 및 명암도(휘도) 특성들에 의해 정의되는 HSV 색상 분류 체계를 도시한 다이어그램이며;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, HSV 컬러 공간의 독립적으로 측정 가능한 색상들을 도시한, HSV 육각 기둥 다이어그램이고;
도 8은 기판에 대해 각도를 갖고 우측 및 좌측 조명기로부터의 투사되는 그리고 광학 관찰 평면에서 교차하는, 투사된 스펙트럼을 나타내는 다이어그램이며;
도 9는 도 8의 광학 관찰 평면의 단면도이고;
도 10은 도 8 및 도 9의 투사된 스펙트럼의 높이 값에 대응하는 색상-분류 척도(color-coded scale)를 나타낸 다이어그램이며;
도 11은 도 8에 도시된 선형 색상 접촉 이미지 센서로부터의 이미지 데이터 선을 나타낸 다이어그램이고;
도 12는 본 개시의 실시예에 따른 회로 기판의 전자 패드 상에 땜납 페이스트를 분배하는 방법이다.

단지 예시의 목적으로 그리고 보편성을 제한하지 않도록 하기 위해, 본 개시는 지금부터 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 본 개시는, 뒤따르는 설명에 기술되거나 도면에 예시된 부품들의 구성 및 배열에 대한 세부사항에 그의 적용이 국한되지 않는다. 본 개시에 기술되는 원리들은, 다른 실시예를 가능하게 하며 그리고 다양한 방식으로 실행 또는 수행되는 것을 가능하게 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 어법과 전문용어는 설명의 목적을 위한 것이며 그리고 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 명세서에서 "구비하는", "포함하는", "갖는", "수용하는", "수반하는" 및 이들의 변형형의 사용은, 그 후에 열거되는 항목 및 그들의 균등물, 뿐만 아나라 부가적인 항목들을 포괄하는 것을 의미한다.

본 개시의 다양한 실시예들은, 물질 침착 또는 도포 시스템, 그러한 물질 침착 시스템을 포함하는 장치 및 물질 침착 방법에 관한 것이다. 예시의 목적으로, 본 개시의 실시예들은 지금부터, 땜납 페이스트와 같은 조립 물질을 회로 기판 상에 인쇄하기 위해 사용되는 스텐실 인쇄 시스템을 참조하여 설명될 것이다. 추가로, 본 개시의 실시예들은, 인쇄 회로 기판과 같은 전자 기판 상에, 반점성 및 점성 물질과 같은, 물질을 분배하기 위해 사용되는 분배기 시스템을 참조하여 설명될 것이다. 그러한 물질들은, 이에 국한 되는 것은 아니지만, 땜납 페이스트, 에폭시, 언더필(underfill) 물질 및 봉지재를 포함하며, 이들 물질 모두는 인쇄 회로 기판의 제작에 사용된다. 전도성 잉크와 같은 다른 저점성 물질 또한 사용될 수 있을 것이다.

당업자는, 본 개시의 실시예들이, 회로 기판 상에 땜납 페이스트와 다른 물질을 침착시키는 스텐실 프린터와 분배기에 국한되지 않으며, 오히려 전자 부품을 회로 기판 상에 부착하는데 적합한, 접착제, 봉지재, 언더필 및 다른 조립 물질과 같은, 다른 점성 물질들의 분배를 필요로 하는 다른 적용들에 사용될 수 있다는 것을, 인식할 것이다. 따라서, 본 명세서에서 땜납 페이스트에 대한 임의의 언급은 그러한 다른 물질의 사용을 예상한다. 또한, 용어 "스크린" 및 "스텐실"은, 기판 상에 인쇄될 패턴을 한정하는 프린터 내의 디바이스를 설명하기 위해, 본 명세서에서 교대로 사용될 수 있을 것이다. 특정 실시예에서, 스텐실 프린터는, 미국 메사츄세츠 플랭클린에 소재한 Speedline Technologies, Inc.에 의해 제공되는 Accela® 또는 Momentum® 시리즈의 스텐실 프린터 플랫폼을 포함할 수 있을 것이다.

지금부터 도면들, 더 구체적으로 도 1을 참조하면, 일반적으로 도면 부호 '10'으로 지시되는 본 개시의 실시예의 스텐실 프린터가 존재한다. 도시된 바와 같이, 스텐실 프린터(10)는, 스텐실 프린터의 부품들을 지지하는 프레임(12)을 포함한다. 스텐실 프린터의 부품들은, 부분적으로, 제어기(14), 디스플레이(16), 스텐실(18) 및 일반적으로 도면 부호 '20'으로 지시되는 인쇄 헤드 조립체 또는 인쇄 헤드를 포함할 수 있으며, 스텐실 프린터는 아래에 더욱 상세히 설명하는 방식으로 땜납 페이스트를 도포하도록 구성된다.

도 1에 도시되고 아래에 설명되는 바와 같이, 스텐실 및 인쇄 헤드는 프레임(12)에 적절히 결합되거나 그렇지 않으면 연결된다. 일 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는, 프레임(12) 상에 이동 가능하게 설치될 수 있는, 인쇄 헤드 지지대(22) 상에 장착될 수 있다. 인쇄 헤드 지지대(22)는, 인쇄 헤드(20)가 제어기(14)의 제어 하에서 y-축 방향으로 이동하게 되도록 그리고 인쇄 헤드가 스텐실(18)과 맞물릴 때 인쇄 헤드 상에 압력을 인가하도록 할 수 있다. 일 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는 한 쌍의 스퀴지 블레이드를 포함할 수 있으며, 스퀴지 블레이드들은 스텐실(18) 위에 배치되며 그리고 스텐실과의 접촉 상태로 z-축 방향으로 하강하게 되고, 따라서 스퀴지 블레이드들은 스텐실과 맞물리고 밀봉부를 형성한다. 일단 맞물리면, 인쇄 헤드(20)의 스퀴지 블레이드들은, 땜납 페이스트가 스텐실에 형성되는 구멍들을 통해 회로 기판 상으로 인쇄되는 것을 허용하도록, 지지대(22)에 의해 스텐실(18)을 가로질러 이동하게 된다.

또한, 스텐실 프린터(10)는 인쇄 회로 기판(본 명세서에서 때때로 "인쇄 배선 기판", "기판" 또는 "전자 기판"으로 언급됨)을 스텐실 프린터 내의 인쇄 위치로 운반하기 위한 레일들(24, 26)을 갖는, 컨베이어 시스템을 포함할 수 있다. 레일들(24, 26)은 때때로 본 명세서에서 "견인식 급송 메커니즘(tractor feed mechanism)"으로 언급될 수 있으며, 견인식 급송 메커니즘은, 본 명세서에서 "인쇄 네스트(print nest)"로 언급될 수 있는, 스텐실 프린터의 작업 영역으로 회로 기판을 급송, 로딩, 또는 그렇지 않으면 운반하도록 그리고 인쇄 네스트로부터 회로 기판들을 언로딩하도록 구성된다. 스텐실 프린터(10)는 회로 기판을 지지하기 위한 지지 조립체(28)를 구비하며, 지지 조립체는 회로 기판을 상승시키고 및 고정하여 회로 기판이 인쇄 작업 도중에 안정되도록 한다. 특정 실시예에서, 기판 지지 조립체(28)는, 회로 기판이 인쇄 위치에 있을 때 회로 기판 아래에 배치되는, 예를 들어 견고한 지지체, 복수의 핀 또는 가요성 도구과 같은, 특별한 기판 지지 시스템을 더 포함할 수 있다. 기판 지지 시스템은, 부분적으로, 인쇄 작업 도중의 회로 기판의 휨 또는 뒤틀림을 방지하도록 회로 기판의 내부 구역들을 지지하기 위해 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 인쇄 헤드(20)는, 인쇄 작업 도중에 인쇄 헤드에 땜납 페이스트를 제공하는, 예를 들어 땜납 페이스트 카트리지 등의 분배기와 같은, 공급원으로부터 땜납 페이스트를 받아들이도록 구성될 수 있다. 땜납 페이스트를 공급하는 다른 방법이 카트리지 대신에 채용될 수 있다. 예를 들면, 땜납 페이스트는 블레이드들 사이에 또는 외부 공급원으로부터 수동으로 침착될 수 있다. 부가적으로, 특정 실시예에서, 제어기(14)는 스텐실 프린터(10)의 작동을 제어하기 위한 적용 특정 소프트웨어(application specific software)를 갖는 Microsoft Windows® 운영 체계와 같은, 적절한 운영 체계를 갖는 개인용 컴퓨터를 활용하도록 구성될 수 있다. 제어기(14)는, 회로 기판 제작을 위한 생산 라인을 제어하기 위해 사용되는 마스터 제어기와 네트워크 연결될 수 있다.

하나의 구성에서, 스텐실 프린터(10)는 다음과 같이 작동한다. 회로 기판이, 컨베이어 레일들(24, 26)을 사용하여 스텐실 프린터(10) 내로 로딩된다. 지지 조립체(28)는 회로 기판을 인쇄 네스트 내의 인쇄 위치로 상승시키고 고정한다. 이후, 인쇄 헤드는, 인쇄 헤드의 블레이드들이 스텐실(18)과 요구되는 압력으로 접촉할 때까지, z-축 방향으로 하강하게 된다. 이어서, 인쇄 헤드(20)는, 인쇄 헤드 지지대(22)에 의해 스텐실(18)을 가로질러 y-축 방향으로 이동하게 된다. 인쇄 헤드(20)는, 스텐실(18) 내의 구멍들을 통해 회로 기판 상으로 땜납 페이스트를 침착한다. 일단 인쇄 헤드가 구멍들을 가로질러 완전히 스텐실(18)을 횡단하면, 인쇄 헤드는 스텐실로부터 떨어지게 들어 올려지며 그리고 회로 기판 상에 남게 되는 땜납 페이스트 침착물을 갖는 회로 기판은 다시 컨베이어 레일들 상으로 하강하게 된다. 회로 기판은 스텐실 프린터(10)로부터 방출되고 운반되며, 따라서 제2 회로 기판이 스텐실 프린터(10) 내로 로딩될 수 있도록 한다. 제2 회로 기판 상에 인쇄하기 위해, 인쇄 헤드는 스텐실과의 접촉 상태로 z-축 방향으로 하강하게 되며 그리고 제1 회로 기판을 위해 사용되는 것과 반대의 방향으로 스텐실(18)을 가로질러 이동하게 된다.

여전히 도 1을 참조하면, 일반적으로 도면 부호 '30'으로 지시되는 이미징 시스템이, 인쇄 이전에 스텐실(18)을 회로 기판과 정렬할 목적으로 그리고 인쇄 이후에 회로 기판을 검사하기 위해, 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 이미징 시스템(30)은, 스텐실(18) 및 회로 기판이 그 위에 지지되는 지지 조립체(28) 사이에 배치될 수 있다. 이미징 시스템(30)은, 이 이미징 시스템을 이동시키기 위한 이미징 지지대(32)에 결합된다. 일 실시예에서, 이미징 지지대(32)는 프레임(12)에 이동 가능하게 결합될 수 있으며 그리고, 회로 기판 위에서 y-축 방향으로 이미징 시스템(30)을 전후 이동을 제공하도록 프레임(12)의 측면 레일들 사이에서 연장되는, 빔을 포함한다. 이미징 지지대(32)는, 이미징 시스템(30)을 수용하는 이동 지지 브라켓을 더 포함할 수 있으며 그리고 빔의 길이를 따라 x-축 방향으로 이동되도록 구성된다. 이미징 시스템(30)을 이동시키기 위해 사용되는 이미징 지지대(32)의 구조는, 땜납 페이스트 인쇄 분야에서 널리 공지되어 있다. 구조는, 이미징 시스템(30)이, 스텐실 또는 회로 기판의 미리 한정된 영역들의 이미지를 개별적으로 포착하기 위해, 스텐실(18) 아래와 회로 기판 위의 임의의 위치에 위치하게 되도록 한다. 다른 실시예에서, 이미징 시스템을 인쇄 위치 밖에 배치할 때, 이미징 시스템은 스텐실 및 회로 기판의 상부 또는 하부에 위치하게 될 수 있다.

도 1과 함께 도 2를 참조하면, 이미징 시스템(30)은 스텐실(18) 및, 지지 조립체(28)와 같은 지지 조립체에 결과적으로 지지되는, 회로 기판(90) 사이에 배치된다. 이미징 시스템(30)은, 인쇄 헤드(20)를 이동시키기 위해 사용되거나 스텐실 프린터(10) 내부에 별개로 제공되는 지지대의 일부일 수 있는, 지지대 시스템(32)(도 1)에 결합된다. 이미징 시스템(30)을 이동시키기 위해 사용되는 지지대 시스템(32)의 구조는, 스텐실 인쇄 분야에 널리 알려진 것이다. 구조는, 이미징 시스템(30)이, 회로 기판 또는 스텐실의 미리 정해진 영역들의 표면 형세를 판정하기 위해, 스텐실(18)의 하부와 회로 기판(90)의 상부의 스캔 축(66)을 따르는 임의의 위치에 위치하게 되도록 한다. 다른 실시예에서, 이미징 시스템(30)을 인쇄 네스트 밖에 위치시킬 때, 이미징 시스템(30)은 스텐실(18)과 회로 기판(90)의 상부 또는 하부에 위치하게 될 수 있다.

도 2에 예시된 바와 같이, 일 실시예에서, 이미징 시스템(30)은, 스텐실(18)과 같은 스텐실을 이미지화하기 위해, 일반적으로 도면 부호 '74'로 지시되는 접촉 이미지 센서(contact image sensor: CIS) 조립체를 포함한다. CIS 조립체(74)는, CIS 로드-렌즈 배열체(CIS rod-lens array: 72), 각각 도면 부호 '70'으로 지시되는 우측 및 좌측 CIS LED 조명, 그리고 CIS 화소 배열체(76)를 포함한다. 특정 실시예에서, CIS 화소 배열체(76), CIS 로드-렌즈 배열체(72) 그리고 우측 및 좌측 CIS LED 조명(70)은 통합된 이미징 조립체를 함께 구성하게 될 수 있다. 그러한 조립체, 뿐만 아니라 이미징 시스템(30)은 또한, 일체형 LED 조명을 갖는 CIS 조립체로 언급될 수도 있을 것이다. 우측 및 좌측 CIS LED 조명(70)은 구조가 서로에 대해 동일할 수 있다. 우측 및 좌측 CIS LED 조명(70)은 각각, LED 배열체, 프리즘 및 집속 광학 기구를 포함할 수 있으며 그리고 광 스펙트럼(100)을 스텐실(18) 상으로 상대적인 각도로 투사하도록 구성될 수 있다. 도시된 실시예에서, CIS 화소 배열체(76)는 단색의 변화형이며, 그로 인해 단지 명암도 값만이 스텐실(18)의 그레이 스케일 이미지를 형성하기 위해 이용가능하다. 또 다른 실시예에서, CIS 화소 배열체(76) 그리고 우측 및 좌측 CIS LED 조명(70)은, 개별적으로 CIS 화소 배열체(96) 그리고 우측 및 좌측 CIS LED 조명(84)과 동일하게 구성될 수 있다. 그러한 구성은, CIS 화소 배열체(76)가 스텐실(18)의 표면에 입사되는 소정 범위의 색상을 감지하는 것을 가능하게 하며 그리고 그에 따라 스텐실(18)의 표면 형세적 특징들을 판정할 수 있도록 한다. 특정 실시예에서, 광 스펙트럼(100)은 대향하는 각도들로 투사될 수 있다. 대안적으로, 단일 CIS LED 조명이, 스텐실(18) 상으로 광 스펙트럼(100)을 투사하기 위해 사용될 수 있을 것이다.

여전히 도 2를 참조하면, 일 실시예에서, 이미징 시스템(30)은, 기판을 이미지화하기 위해 일반적으로 도면 부호 '80'으로 지시되는 CIS 조립체를 더 포함한다. CIS 조립체(80)는, CIS 로드-렌즈 배열체(94), CIS 화소 배열체(96) 및 각각 도면 부호 '84'로 지시되는 외부 우측 및 외부 좌측 CIS LED 조명을 포함한다. 특정 실시예에서, 화소 배열체(96)와 로드-렌즈 배열체(94)는 또한, 외부 LED 조명을 갖는 CIS 조립체로도 언급될 수 있다. 우측 및 좌측 CIS LED 조명(84)은 각각, LED 배열체, 프리즘 및 집속 광학 기구를 포함할 수 있으며 그리고, 광 스펙트럼(98)을 회로 기판(90)에 대해 각도를 갖고 투사하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 광 스펙트럼(98)은 대향하는 각도들로 투사될 수 있다. 대안적으로, 단일 CIS LED 조명이 광 스펙트럼(98)을 회로 기판(90)에 투사하기 위해 사용될 수 있다. CIS 화소 배열체(96)와 CIS 로드-렌즈 배열체(94)는, 아래에 보다 더 상세히 설명되는, 광학 관찰 평면(86) 내부의 회로 기판(90)의 표면 상에 입사되는 특정 색상을 감지하는 것에 기초하여, 회로 기판(90)에 제공되는 표면 형세 특징들(88)을 판정하도록 구성될 수 있다.

도 3은, 본 개시의 일 실시예에 따른, 일반적으로 도면 부호 '110'로 지시되는 분배기를 개략적으로 예시한다. 분배기(110)는, 인쇄 회로 기판 또는 반도체 웨이퍼와 같은, 전자 기판(112) 상에 점성 물질(예를 들어, 접착제, 봉지재, 에폭시, 땜납 페이스트, 언더필 물질, 등) 또는 반점성 물질(예, 납땜 유동체, 등)을 분배하기 위해 사용된다. 대안적으로, 분배기(110)는, 자동차용 가스켓 물질을 도포하기 위해 그리고 특정 의료적 적용과 같은, 다른 적용들에 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 명세서에서 사용되는 점성 또는 반점성 물질에 대한 언급은 예시적인 것이며 그리고 비제한적인 것으로 의도된다는 것을 이해해야 한다. 분배기(110)는, 일반적으로 도면 부호 '114'와 '116'으로 개별적으로 지시되는 제1 및 제2 분배 유닛 또는 헤드, 그리고 분배기의 작동을 제어하기 위한 제어기(118)를 포함한다. 비록 2개의 분배 유닛이 도시되지만, 하나 이상의 분배 유닛이 제공될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

분배기(110)는 또한, 기판(112)을 지지하기 위한 베이스 또는 지지부(122)를 갖는 프레임(120), 분배 유닛들(114, 116)을 지지하고 이동시키기 위해 프레임(120)에 이동 가능하게 결합되는 분배 유닛 지지대(124) 및, 예컨대 보정 절차의 일부로서 점성 물질의 분배된 양을 중량 측정하며 그리고 중량 데이터를 제어기(118)에 제공하기 위한, 중량 측정 디바이스 또는 저울(126)을 포함할 수 있다. 컨베이어 시스템(도시 생략) 또는, 보행 빔(walking beam)과 같은, 다른 운반 메커니즘이, 분배기에 대해 기판을 로딩 및 언로딩하는 것을 제어하기 위해, 분배기(110)에서 사용될 수 있다. 지지대(124)는, 기판 위의 미리 정해진 위치들에 분배 유닛들(114, 116)을 위치시키기 위해, 제어기(118)의 제어 하에서 모터를 사용하여 이동하게 될 수 있다. 분배기(110)는, 작업자 다양한 정보를 디스플레이하기 위해 제어기(118)에 연결되는 디스플레이 유닛(128)을 포함할 수 있다. 분배 유닛을 제어하기 위한 선택적인 제2 제어기가 존재할 수 있다.

분배 작업을 수행하기 이전에, 전술한 바와 같이, 기판, 예컨대 인쇄 회로 기판은, 분배 시스템의 분배기와 정렬되거나 또는 다른 방식으로 정합되어야 한다. 분배기는 시각 시스템(vision system)(130)을 더 포함하고, 시각 시스템은, 시각 시스템을 지지하고 이동시키기 위해 프레임(120)에 이동 가능하게 결합되는 시각 시스템 지지대(132)에 결합된다. 비록 분배 유닛 지지대(124)와 별개로 도시되지만, 시각 시스템 지지대(132)는 분배 유닛들(114, 116)과 동일한 지지대 시스템(124)을 활용할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 시각 시스템(130)은, 기판 상의, 기점(fiducial)으로서 공지된 경계표지(landmark) 또는 다른 특징들 및 구성 요소들의 위치를 검증하기 위해 이용된다. 일단 위치하게 되면, 제어기(118)는 전자 기판 상에 물질을 분배하기 위해 분배 유닛들(114, 116) 중 하나 또는 양자 모두의 이동을 조작하도록 프로그래밍될 수 있다.

본 개시의 시스템 및 방법은, 기판(112)의 표면 형세적 특징들을 판정하는 것에 관한 것이다. 본 명세서에 제공되는 시스템 및 방법에 대한 설명은, 분배기(110)의 지지부(122) 상에 지지되는, 예시적인 전자 기판(예를 들어, 인쇄 회로 기판)을 참조한다. 일 실시예에서, 분배 작업은, 물질 분배기를 제어하도록 구성되는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있는, 제어기(118)에 의해 제어된다. 다른 실시예에서, 제어기(118)는 작업자에 의해 조작될 수도 있다.

도 4를 참조하면, 일반적으로 도면 부호 '200'으로 지시되는 예시적인 침착 시스템 또는 분배기가, 메사추세츠주 플랭클린 소재의 Speedline Technologies, Inc.에 의해 제공되는 XYFLEXPRO® 또는 FX-D® 분배기 플랫폼으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 물질 침착 시스템(200)은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 물질 증착 시스템의 캐비넷 내에 위치하게 되는 도 3에 도시된 제어기(118)와 같은 제어기를 포함하는 물질 침착 시스템의 구성요소들을 지지하는 프레임(202) 및, 저점성 물질들(예를 들어, 50 센티푸아즈 미만), 반점성 물질들(예를 들어, 50 내지 100 센티푸아즈), 점성 물질들(예를 들어, 100 내지 1000 센티푸아즈), 및/또는 고점성 물질들(예를 들어, 1000 센티푸아즈 초과)을 침착시키기 위한, 일반적으로 도면 부호 '206' 및 '207'로 지시되는, 2개의 침착 또는 분배 헤드를 포함한다. 침착 헤드들(206, 207)은, 전술한 바와 같이 때때로 전자 기판 또는 회로 기판으로서 지칭될 있는, 도 3에 도시된 기판(112)과 같은 회로 기판 상에의 물질의 분배를 허용하기 위해, 제어기(118)의 제어 하에서, 일반적으로 도면 부호 '208'로 지시되는, 지지대 시스템에 의해 직교축들을 따라 이동 가능할 수 있다. 도시되지는 않지만, 커버(도시 생략)가, 침착 헤드들(206, 207) 및 지지대 시스템(208)을 포함하는, 물질 침착 시스템(200)의 내부 구성요소들을 드러내기 위해 제공될 수 있다. 비록 2개의 침착 헤드(206, 207)가 도시되고 설명되지만, 임의의 수의 침착 헤드가 제공될 수 있으며 그리고 본 개시의 범주 내에 있을 것이다.

물질 침착 시스템(200) 내로 공급되는 기판(112)과 같은 회로 기판들은 통상적으로, 물질이 그 위해 침착될 때, 패드들 또는 다른 표면 영역들의 패턴을 가진다. 물질 침착 시스템(200)은 또한, 물질 침착 시스템 내의 침착 위치까지 x-축 방향으로 회로 기판을 운반하기 위한, 물질 침착 시스템의 각각의 측부를 따라 제공되는 개구부(212)를 통해 접근 가능한, 컨베이어 시스템(210)을 포함한다. 물질 침착 시스템(200)의 제어기에 의해 제어될 때, 컨베이어 시스템(210)은, 회로 기판을 침착 헤드들(206, 207) 아래의 분배 위치로 공급한다. 일단 침착 헤드들(206, 207) 아래의 위치에 도달하면, 회로 기판들은, 예컨대 침착 작업과 같은, 제조 작업을 위한 위치에 놓인다.

전술한 바와 같이, 물질 침착 시스템(200)은, 회로 기판을 정렬하도록 그리고 회로 기판 상에 침착된 물질을 검사하도록 구성되는, 도 3에 도시되는 시각 검사 시스템(130)과 같은, 시각 검사 시스템을 더 포함한다. 일 실시예에서, 시각 검사 시스템(130)은, 침착 헤드들(206, 207) 중 하나에 또는 지지대 시스템(208)에 고정된다. 회로 기판 상에 물질을 성공적으로 참착시키기 위해, 회로 기판 및 침착 헤드들(206, 207)은 제어기(118)를 통해 정렬된다. 정렬은, 시각 검사 시스템으로부터의 판독값에 기초하여, 침착 헤드들(206, 207) 및/또는 회로 기판을 이동시킴으로써 달성된다. 침착 헤드들(206, 207)과 회로 기판이 정확하게 정렬될 때, 침착 헤드들은 침착 작업을 수행하도록 조작된다. 침착 작업 이후에, 시각 검사 시스템에 의한 회로 기판의 선택적 검사가, 적절한 양의 물질이 침착되었다는 것 및 물질이 회로 기판 상의 적절한 위치에 침착되었다는 것을 보장하기 위해, 수행될 수 있다. 시각 검사 시스템은, 적절한 정렬을 판정하기 위해, 회로 기판 상의 기점들, 칩들, 기판 구멍들, 칩 에지들 또는 다른 인식 가능한 패턴들을 이용할 수 있다. 회로 기판의 검사 이후에, 제어기는 컨베이어 시스템을 사용하여 다음 위치로의 회로 기판의 이동을 제어하고, 다음 위치에서 기판 조립 프로세스에서의 다음 작업이 수행될 수 있으며, 예를 들어, 전기적 부품들이 회로 기판 상에 배치될 수 있으며 또는 기판 상에 침착된 물질들이 경화될 수 있다.

일부 실시예에서, 물질 침착 시스템(200)은 다음과 같이 작동할 수도 있다. 회로 기판은 컨베이어 시스템(210)을 사용하여 물질 침착 시스템(200) 내의 침착 위치에 로딩될 수 있다. 회로 기판은 시각 검사 시스템을 사용하여 침착 헤드들(206, 207)과 정렬된다. 침착 헤드들(206, 207)은 이어서, 물질이 회로 기판 상의 정확한 위치에 침착되는 침착 작업을 수행하도록, 제어기(118)에 의해 착수될 수 있다. 일단 침착 헤드들(206, 207)이 침착 작업을 수행하고 나면, 회로 기판은 물질 침착 시스템(200)으로부터 컨베이어 시스템에 의해 운반되어, 제2의, 후속 회로 기판이 물질 침착 시스템 내로 로딩될 수 있도록 한다.

도 5를 참조하면, 본 개시의 실시예의 이미징 시스템은 ,예컨대 스텐실을 이미지화하기 위한 CIS 조립체(74)가 없는 것을 제외하고, 도 2에 도시된 이미징 시스템(30)과 실질적으로 동일하며, 일반적으로 도면 부호 '500'으로 지시된다. 그 밖에, 이미징 시스템(500)은 도 2의 이미징 시스템(30)과 동일하게 구성될 수 있다. 그에 따라, CIS 조립체(80)는, 결과적으로 지지대 시스템(132)에 이동 가능하게 결합되는, 이동 지지 브라켓(78)에 결합될 수 있다. 전술한 바와 같이, 외부 조명들을 갖는 CIS 조립체 또는 일체형 조명을 갖는 CIS 조립체가, 도 3의 시각 검사 시스템(130) 내에 포함될 수 있다. 이를 위해, CIS 조립체는, 아래에 더 상세히 설명될, 광학 관찰 평면(86) 내부에서 회로 기판(90)의 표면 상에 입사되는 특정 색상을 감지하는 것에 기초하여, 회로 기판(90) 상에 제공되는 표면 형세 특징들(88)을 판정하도록 구성될 수 있다.

개략적으로 도시된 바와 같이, 도 5를 참조하면, CIS 조립체(80)는 수직입사적으로(telecentrically) 기능하도록 구성되는 로드-렌즈 배열체(94) 및 선형 화소 배열체(96)를 포함한다. 집합적인 CIS 조립체(80)는, "CIS 광학 기구"로 지칭될 수 있다. 다른 실시예에서, CIS 조립체(80)는, 선 스캔 카메라로 대체될 수 있다. CIS 및 선 스캔 카메라는 통상적으로, 2차원 "관찰 영역"를 포착하는 통상적인 영역 스캔 카메라에 대비되는, 단일 "관찰 선"을 갖는다는 것을 인식하는 것이 중요하다. 추가로, 영역 스캔 카메라 시스템은, 렌즈들과 2차원 "관찰 영역" 간의 3차원(입체) 광로를 갖는 가운데, CIS 또는 선 스캔 카메라는 단지, 물체들이 광학 평면을 가로막는, 단일의 "관찰 선"을 생성하는 렌즈들 간의 2차원 "광학 평면"을 갖는다. 이를 위해, "관찰 선"이란 용어는 보다 정확하게, 2차원 영역을 의미할 수 있는 "관찰 영역"이란 용어에서의 경우보다, CIS 또는 선 스캔 카메라에 의해 획득되는 관심 대상의 1차원 구역을 기술한다. 그러므로, 본 명세서에서 사용되는 "광학 평면"이란 용어는, 광선이 "관찰 선"으로부터 렌즈들까지 따르는, 광로를 기술한다.

CIS 광학 기구는 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 소수의 공통 구성이 지금부터 논의될 것이다. 뒤따르는 구성은 예시들이며 그리고 비제한적인 것으로 의도된다. 일 실시예에서, 3-선형 컬러 CIS가 사용될 수 있다. 본 실시예는, 대응하는 적색, 녹색 및 청색 화소를 위한 공통 초점이 관찰 선을 따르는 것을 허용하도록, 로드-렌즈 배열체에 렌즈들 또는 프리즘을 포함할 수 있다. 따라서, 적색, 녹색 및 청색 화소 값에 대한 후속 처리는, 정확한 색상 및 대응하는 높이 값을 생성할 것이다.

전술한 바와 같이, 통상적인 CIS 광학 기구는, 고유적으로 수직입사형이고 콤팩트한, 기울어진 로드 렌즈들의 배열체로 이루어진다. 통상적인 로드-렌즈 배열체를 갖는 3-선형 컬러 CIS의 경우, 화소들의 적색, 녹색 및 청색 열들의 변위는, 각 열이 상이한 관찰 선을 포착하도록 야기하며 그리고, 그로 인해 투사된 컬러 패턴의 대응하는 측방 변위로 인해 다른 색상을 받아들이도록 야기한다. 이러한 오프셋과 무관하게, 적색, 녹색 및 청색 화소 값들에 대한 후속 처리는, 기판의 표면에 대한 특유의 색상 및 대응하는 높이 값을 생성할 수 있을 것이다. 관찰 선을 따르는 해상도는, 보간(interpolation)을 요구하지 않는 공칭 화소 간격에 대응할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 단일 열의 반복적인 적색, 녹색 및 청색 화소 값을 갖도록 구성된 컬러 CIS가, 공통 관찰 선을 가능케 할 수 있다. 따라서, 적색, 녹색 및 청색 화소 값들에 대한 후속 처리는, 기판의 표면에 대한 정확한 색상 및 대응하는 높이 값을 생성할 수 있을 것이다. 그러나, 관찰 선을 따르는 해상도는, 이 예에서 그룹 당 3개인, 컬러 화소들의 점진적인 그룹화로 인해 다소 감소하게 될 수 있으며 그리고 베이어 패턴(Bayer pattern) 변환과 유사한 후속 보간을 필요로 할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 각기 3개의 수직 적층 광 다이오드로 구성되는, 단일 열의 포베온 화소(Foveon pixel)를 갖도록 구성되는 컬러 CIS가, 공통 관찰 선을 가질 수 있으며 그리고 집합적으로 포베온 다이렉트 이미지 센서로서 작동할 수 있다. 상기 구성에서 언급된 포베온 다이렉트 이미지 센서는 통상적인 이미지 센서들과 다르다는 것을 이해해야 한다. 포베온 다이렉트 이미지 센서의 이용 이전에, 전통적인 CCD 및 CMOS 이미지 센서의 화소 위치의 수 및 화소(광검출기)의 수 사이에 1:1 의 관계였다는 것을 이해해야 한다. 이 관계가 주어지면, 포괄적 용어인 "화소"는, 당업계에서 화소(광검출기)와 화소 위치 모두를 지칭하도록 공통적으로 사용되어 왔다. 포베온 다이렉트 이미지 센서는, 이미지 센서 상의 모든 화소 위치에 3개의 화소(광검출기)를 통합하는 새로운 유형의 이미지 센서이다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 화소의 정의는, 전통적인 CCD 이미지 센서, CMOS 이미지 센서 및 포베온 다이렉트 이미지 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 적색, 녹색 및 청색 화소 값에 대한 후속 처리는, 기판의 표면에 대한 정확한 색상 및 대응하는 높이 값을 생성할 수 있다. 관찰 선을 따르는 해상도는, 보간을 요구하지 않는, 공칭 화소 간격에 대응할 수 있다.

일 실시예에서, CIS LED 조명(84)은, 상당한 양의 광을 생성시킬 수 있는, 배열체로 배열되는, 하나 이상의 발광 다이오드(백색광 다이오드), 백색광을 연속 스펙트럼의 성분 색상들로 분할하기 위한 프리즘, 및 높이 측정이 CIS 광학 기구의 전체 폭을 가로질러 가능한 패턴으로 투사된 색상들을 집속하기 위한 집속 광학 기구를 포함할 수 있다. LED들은, 패키징을 용이하게 하거나 또는 투사된 컬러 패턴들의 형상 및 균일성을 조정하기 위해 요구됨에 따라, 지그재그형으로 배열되거나, 포개지거나(nested) 및/또는 "파이프 내에 배열"될 수 있다.

투사된 성분 색상들의 스펙트럼은, 주요 컬러(색상)가 색순도(채도)와 상대 휘도(명암도)와 독립적으로 측정되도록 허용하는, 다수의 컬러 공간 중 하나일 수 있다. 도 6 및 도 7은, HSV[색상(hue), 채도(saturation), 명암도(value)]로 언급될 수 있는, 하나의 그러한 컬러 공간을 묘사한다. 도 6에서, 원뿔(600)의 중심 수직축(608) 둘레의 각도는 색상(602)에 대응한다. 중심 수직축(608)으로부터 특정 색상(602)까지의 거리는 채도(606)에 대응한다. 수직축(608)을 따르는 거리는 "밝기" 또는 명암도(604)에 대응한다.

도 7은 일 실시예에 따른 HSV 컬러 공간의 독립적으로 측정 가능한 (주요) 색상들을 나타낸 HSV 육각 기둥을 예시한다. CIS LED 조명들(84)은 진홍색(magenta)(610), 적색(612), 황색(614), 녹색(616), 청록색(618) 및 청색(620)을 포함하는 색상들 중 하나 이상의 투사할 수 있다. CIS LED 조명은, 0°내지 360°사이의 값 또는, 0 내지 255(8-비트), 0 내지 1024(10-비트) 등과 같은, 임의의 적절한 단위로 변환될 수 있는, HSV 기둥(600)의 측정 가능한 값에 대응하는 비-반복적인 색상들의 패턴을 투사하도록 구성될 수 있다. 열거된 단위 변환은 제한하는 것을 의미하지 않으며, 상기 값들은, 후속되는 취급, 처리, 저장을 위해 또는 요구되는 해상도를 얻기 위해, 가장 실제적이거나 편리한 단위로 변환될 수 있다는 것이 명백하게 되어야 할 것이다. 예를 들면, 8-비트는 256개의 분류를 제공하며 그리고 메모리에의 효율적이고 콤팩트한 저장을 가능케 한다. 나아가, 이것은, 1 mm 거리에 걸쳐 3.9 ㎛ 눈금(1000㎛/256=3.9㎛)을 제공할 수 있으며, 이는 일부 적용을 위한 적절한 범위 및 해상도일 수 있다. 또 다른 적용들은, 더 높은 해상도를 필요로 할 수 있으며 그리고 그에 따라 더 작은(미세) 분류를 가능케 하기 위해 더 많은 조각들을 필요로 할 수 있다.

하나의 예시적인 실시예에서, CIS LED 조명들은 고유의 컬러 패턴을 투사하며 그리고 작업 스펙트럼을 통해 연속적으로 전파한다. 이러한 컬러의 연속 전파는, 물체의 자연 반사가 특정 파장을 보일 때 일어날 수 있는, 명시적 색상(apparent hue)의 시프트를 방지한다. HSV 컬러 공간에서, 색상은, 채도 및 상대 명암도 또는 "휘도"와 독립적이다. 그러한 실시예에서, 단지 하나의 색상만이, 관찰 선을 따르는 임의의 특정 높이로 물체에 입사하게 된다. 색상은, 주어진 위치에서의, 해당 파장에서의, 주어진 물체의 상대 휘도에 또는 반사 효율에 무관하게, 정확하게 감지될 수 있다.

도 8을 참조하면, 일 실시예에서, 일반적으로 도면 부호 '800'으로 지시되는 이미징 시스템 조립체가, CIS 또는 선 스캔 카메라의 전체 작업 폭을 따르는 높이 측정의 범위를 나타내는, 하나 이상의 투사 광 패턴으로 이루어진다. 예시된 실시예에서, 이미징 시스템(800)은, 각기 도면 부호 '803'으로 지시되는 하나 이상의 CIS LED 조명으로부터 투사되는, 각각 도면 부호 '802'로 지시되는 우측 및 좌측의 투사 컬러 패턴으로 이루어진다. 납땜 페이스트와 같은 공급된 특징부(810) 또는 구성요소들을 갖는 기판(808)은 기판 지지부(820)에 의해 지지되며 그리고 CIS 조립체(804) 아래에 위치하게 되고, CIS 조립체는 결과적으로, 광 감지 화소의 선형 배열체를 포함하는 이미지 센서(814)를 수용한다. 이미지 센서(814)는 단일 열의 반복적인 적색, 녹색 및 청색(RGB) 감지 화소로 이루어지며, RGB 감지 화소는 로드-렌즈 배열체(94)(도 5)와 함께 광학 평면(806)의 전체 폭에 걸쳐 공통의 관찰 선을 가진다. 이를 위해, 구성요소 표면(818)에 입사되는 투사 컬러의 우측 및 좌측 패턴(802)은, 광학 평면(806)을 통해 로드-렌즈 배열체(94)(도 5)로 이동하며, 그리고 선형 화소 배열체(814)에 도달한다. 이것은, 화소 배열체를 따르는 위치(816)에서 주요 색상의 감지를 가능케 한다. 기판 구성요소 표면(818)의 대응하는 높이 값은, 도 9 및 도 10을 참조하여 아래에 더 논의될 것이다.

일 실시예에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(814)(도 8)로부터의 하나의 컬러 이미지 데이터의 선이 나타난다. 본 실시예에서, 구성요소(818)(도 8)에 입사되는 주요 색상은, 위치(816)(도 11)에서 이미지 센서(814)(도 8)에 의해 감지된다. CIS 광학 기구의 폭 및 해상도는, 이미지 센서(814)(도 8) 내부의 적색, 녹색 및 청색 화소 열들의 배열에 기초하게 된다. CIS 광학 기구의 LED 배열체, 프리즘 및 집속 광학 기구의 설계는, CIS 카메라의 전체 작업 폭을 따르는 특정 범위의 높이 측정을 가능케 하기 위해 스펙트럼 패턴의 작업 거리, 집속도 및 치수를 설정하도록 요구됨에 따라, 수정될 수 있다. 로드-렌즈 배열체(94)(도 5)의 설계 또한, 작업 거리를 설정하기 위해 요구됨에 따라 수정될 수 있으며, 그에 따라 투사 광 패턴들(802)(도 8)을 위한 요구되는 간극을 제공하도록 한다.

도 8로 돌아가면, 이미징 시스템(800)은, 특정 범위의 높이 측정이 기판의 표면 상에 입사되는 색상의 감지에 의해 판정되도록, 광학 평면에 대해 각도를 갖고, 집속된 색상 스펙트럼을 투사하는 적어도 2개의 LED 조명(803)을 포함한다. 그러한 구성의 이점은, 2개 이상의 CIS LED 조명이 대향하는 각도들에서 색상 스펙트럼을 투사하여, 색상 스펙트럼들이 광학 평면을 따라 교차하도록 그리고 인접한 표면 형세로 인한 관찰 선을 따르는 표면들 상의 임의의 그림자 효과를 더 감소시키도록 함으로써, 측정 가능한 신호를 강화시킨다. 대향하는 색상 스펙트럼들은 관찰 평면을 따르는 높이의 범위에 걸쳐 중첩된다. 이를 위해, 컬러의 혼합은 투사된 색상의 순도를 유지하며 그리고 조사된 표면의 반사성 바이어스(자연 색상)로 인한 감지된 색상의 어떠한 시트프도 최소화한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 도 8을 추가적으로 참조하면, 수직 광학 평면을 따르는 양측 조명들(803)로부터의 투사된 컬러(802)(도 8)의 1차원 단면이, 일반적으로 도면 부호 '900'으로 지시된다. 수직 광학 평면(806)의 바닥에 베이스 색상(904)이 투사되며 그리고 최대 색상 값(906)이 존재한다. 일 실시예에서, 투사된 색상들은, HSV 컬러 시스템과 관련하여 배열될 수 있으며 그리고 점진적으로 적절하게 등급이 매겨질 수 있다. 예를 들면, 베이스 색상(904)은 적색 색상의 값에 대응할 수 있고, 최대 색상 값은 청색 색상의 값일 수 있다. 따라서, 투사된 색상들은, 베이스 색상 값(904)과 최대 색상 값(906) 사이의 수직 패턴(902) 내에 존재할 것이며, 그리고 본 예에서 적색으로부터 황색으로, 녹색으로, 청록색 및 최종적으로 청색으로 부드럽게 그리고 연속적으로 변이될 수 있을 것이다.

도 8 및 도 9에 부가하여, 지금부터 도 10을 참조하면, 대응하는 색상 분류 높이의 척도가 일반적으로 도면 부호 '640'으로 지시된다. 도시된 실시예에서, 척도(640)는 HSV 컬러 시스템에 기초하게 되며 그리고 수직으로 패턴화된 점진적인 색상들로 이루어진다. 도시된 실시예에 따르면, 최소 눈금 및 최대 눈금에 대응하는 색상들은 각각 도면 부호 '658' 및 '650'으로 지시된다. 예시된 실시예에서, 기준선 색상(656)은, 기판(808)으로부터 기판 지지부(820)까지의 높이의 오프셋을 설명하기 위해, 반복되는 패턴으로 투사될 수 있다. 이를 위해, 도면 부호 '654', '652' 및 '650'으로 지시되는 기준선 색상(656) 위쪽에 있는 색상들은, 직접적으로 높이 값에 대응할 수 있다. 예를 들면, 지배적으로 적색인 이미지 센서(814)(도 8)에 도달한 색상은, 이후 도 10의 척도 상에서 도면 부호 '656'의 위치에 놓일 수 있다. 따라서, 감지된 색상은 작업 기준선을 나타내며 그리고 오직 빈 기판(808)(도 8)만이 관찰 선을 따르는 대응하는 위치에 존재한다는 것을 표시한다. 마찬가지로, 기준선 색상(656) 위쪽의 주요 색상은, 상승된 특징부들의 존재를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 황색이 도면 부호 '818'(도 8)의 위치에서 주요 색상이며 그 특정 색상이 이미지 센서(816)(도 8)에 의해 감지되는 경우, 이것은 상승된 표면 형세를 나타낼 수 있다. 색상(654)과 기준선 색상(656) 간의 색상의 차이 또는 변화는, 기판(808)의 표면 형세로 인한 것이다. 이러한 변화는, 공학적 단위로의 변환 이후에, 기준선 위쪽의 그러한 표면 형세에 대한 상대적인 고도에 대응한다.

하나의 대안적인 실시예에서, 도 6에 도시된 "휘도" 또는 명암도(604)가 특정 실시예에서 측정될 수 있다. 도 2를 참조하면, 좌측 및 우측 LED 조명(70)은, 스텐실(18)에 대해 각도를 갖고 단색의 색상(100)을 투사하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, "휘도" 값(604)은, 인쇄 또는 분배 작업 이전 또는 이후에 물체를 식별, 정렬 또는 검사할 목적으로, 제어기(예를 들어, 도 1에 도시된 제어기(14))에 의해 독립적으로 이용될 수 있다.

지금부터 도 12를 참조하면, 회로 기판의 전자 패드들 상에 땜납 페이스트를 분배하는 방법이, 일반적으로 도면 부호 '150'으로 지시된다. 예시된 바와 같이, 도면 부호 '154'에서, 물질 도포 작업이 실행된다. 일 실시예에서, 인쇄 회로 기판이, 예컨대 인쇄 작업을 수행하기 위해, 컨베이어 시스템을 통해 스텐실 프린터로 운반된다. 도 1을 참조하면, 회로 기판이 컨베이어 레일을 통해 인쇄 네스트로 운반된다. 일단 운반되면, 회로 기판은, 인쇄 네스트 내부의 지지 조립체의 상부 상에 위치하게 되며, 이어서 이미징 시스템을 사용하여 스텐실과 정확하게 정렬되고, 그리고 회로 기판이 인쇄 위치에 유지되도록 지지 조립체에 의해 상승하게 된다. 이후, 분배 헤드는, 땜납 페이스트를 회로 기판 상에 침착시키기 위해, 스텐실과 맞물리도록 하강하게 된다. 일단 인쇄가 완료되면, 회로 기판 및/또는 스텐실의 검사가 행해질 수 있다. 스텐실 검사는 또한, 회로 기판들이 인쇄 네스트 영역에 대해 안팎으로 운반될 때, 독립적으로 그리고 동시에 수행될 수 있을 것이다.

다음에, 회로 기판의 영역이, CIS 광학 기구의 관찰 선 내에 놓이게 된다. 회로 기판(또는 스텐실)은, 도면 부호 '156'에서, 색상 스펙트럼으로 관찰 선을 조명함으로써 이미지화된다. 색상 스펙트럼은 대향하는 각도들로 투사될 수 있다. 일단 회로 기판(또는 스텐실)이 적절히 조명되면, CIS 광학 기구는, 도면 부호 '158'에서, 수직 입사 렌즈의 전체 폭에 걸쳐 회로 기판(또는 스텐실)의 표면에 입사되는 하나 이상의 색상을 감지할 수 있다. 감지된 특유의 색상들은, 회로 기판(또는 스텐실)의 높이들에 대응한다. 색상들은 이후, 제어기에 의해, 높이를 나타내는 스칼라 값으로 변환되고 저장된다.

다음에, 회로 기판 또는 스텐실의 후속 영역이 이미지화된다. 회로 기판의 전체 길이에 대한 이미지화가, 도면 부호 '162'에서, 하나의 화소에 대해 또는 요구되는 해상도에 의존하는 임의의 수의 화소에 대해, 회로 기판을 이동시키는 것에 의해 실행된다. 제어기의 명령 하에서, 이미징 시스템은 후속적으로, 예컨대 검사 목적으로 회로 기판의 표면에 입사되는 색상들을 감지하기 위해, 회로 기판을 x-축을 따라 순차적으로 이동시킨다. 다른 실시예에서, 방법(150)은, 회로 기판의 표면에 입사되는 색상들을 포착하는 대신에 또는 그러한 포착에 부가하여, 스텐실의 표면에 입사되는 색상들을 포착하는 것을 포함할 수 있다.

도면 부호 '160'에서, 일단 회로 기판이 처리되며 그리고 회로 기판의 표면에 입사되는 일련의 색상 값들이 저장되면, 도면 부호 '164'에서, 회로 기판의 3차원 표현이 사용자에게 디스플레이될 수 있다. 다른 실시예에서, 3차원 표현은, 제어기에 의해 추가로 처리되며 그리고 회로 기판의 분석을 실행하기 위해 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 시각 시스템(30)(도 1)은, 본 개시의 양수인의 자회사에 의해 소유되고 본 명세서에 참조로 통합되는, '기판 상의 땜납 페이스트 침착물을 감지하기 위한 방법 및 장치'로 명칭이 부여된, Prince에게 허여된 미국 특허 제6,738,505호에 개시된 방법과 같은, 질감 인식 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 역시 본 발명의 양수인의 자회사에 의해 소유되고 본 명세서에 참조로 통합되는, '인쇄된 땜납 페이스트에서 결함을 감지하기 위한 시스템 및 방법'으로 명칭이 부여된, Prince에게 허여된 미국 특허 제6,891,967호가, 미국 특허 제6,738,505호의 교시를 보충한다. 구체적으로, 이러한 특허들은, 땜납 페이스트가, 예를 들어 인쇄 회로 기판 상에 위치하게 되는 구리 접촉 패드와 같은, 미리 정해진 구역들 상에 적절히 침착되는지 여부를 판정하기 위한, 질감 인식 방법을 교시한다.

본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 여러 가지 장점들이 실현될 수 있다. 예를 들면, 개시된 장치 및 방법은, 기판의 표면의 신속한 100%의 검사를 실행할 수 있다. 이러한 검사는, 1차원 기술을 이용하여 기판의 3차원 표현을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 다른 장점은 CIS 조립체 및 LED 조명들의 콤팩트한 특성이며, 이는 제한된 공간을 갖는 시스템 내부에의 검사 하드웨어에 대한 배치를 가능케 한다. 그러나, 본 개시의 다양한 실시예의 양태들은 또한 독립적 검사 시스템 내에 포함될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 추가의 장점들이 실현될 수 있다.

본 발명은 그의 특정 실시예들을 참조하여 예시 및 설명되었지만, 당업자는, 그의 형태 및 세부사항에 대한 다양한 변경들이, 단지 뒤따르는 특허청구범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (28)

1. 물질 도포기로서:
   프레임;
   상기 프레임에 결합되고, 전자 기판을 지지하도록 구성되는, 기판 지지부;
   상기 프레임에 결합되고, 상기 전자 기판 상에 조립 물질을 침착시키도록 구성되는, 물질 도포 디바이스;
   상기 전자 기판의 3차원 이미지 데이터를 포착하도록 구성되는 이미징 시스템으로서,
   상기 전자 기판의 표면에 대해 각도를 갖고 실질적으로 제1 축을 따라 광 스펙트럼을 투사하도록 구성되는 하나 이상의 조명 조립체, 및
   상기 전자 기판 표면으로부터 반사되는 광 스펙트럼을 감지하도록 구성되고, 관찰 평면을 포함하는, 이미지 센서 조립체
   를 포함하는 것인, 이미징 시스템; 및
   적어도 상기 이미징 시스템에 결합되고, 상기 전자 기판의 표면 형세에 대한 3차원 이미지를 생성하기 위해 상기 이미지 센서 조립체와 통신하도록 구성되며 그리고 상기 이미징 시스템의 이동을 제어하도록 구성되는, 제어기
   를 포함하는 것이고,
   상기 이미징 시스템은, 상기 관찰 평면 내부에서 상기 전자 기판 상에 침착된 땜납 페이스트의 3차원 이미지 데이터를 포착하도록 구성되고,
   상기 3차원 이미지 데이터는 상기 관찰 평면을 따르는 표면들과 특징부들에 입사되는 특정 색상을 포함하며,
   상기 특정 색상은 높이에 대응하고,
   상기 하나 이상의 조명 조립체는 하나 이상의 선형 패턴을 투사하며,
   상기 하나 이상의 선형 패턴은 측정 가능한 광을 강화시키기 위해 대향하는 각도들로 투사되어, 상기 선형 패턴들이 인접한 표면 형세들로 인한 상기 전자 기판 상의 그림자 효과를 감소시키기 위해 상기 관찰 평면을 따라 교차하도록 하는 것이고,
   상기 하나 이상의 선형 패턴은, 유사한 색상들이 상기 관찰 평면을 따르는 높이의 범위에 걸쳐 중첩되도록 정렬되는 것인, 물질 도포기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 조명 조립체 중 하나는, 적어도 하나의 광 방출기, 광 스펙트럼을 집속하도록 구성되는 렌즈 그리고, 상기 조명 조립체, 상기 전자 기판 및 상기 이미지 센서 조립체 사이에 광 스펙트럼을 투사하도록 맞춰지는 광로를 포함하는 것인, 물질 도포기.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 광 방출기는 상기 광 스펙트럼을 성분 색상들로 분할하는 프리즘을 포함하는 것인, 물질 도포기.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 광 스펙트럼은 HSV 컬러 공간 또는 유사한 컬러 공간에 따라 배열되는 것인, 물질 도포기.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 광 방출기는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는 것인, 물질 도포기.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 발광 다이오드는 인 물질을 포함하는 것인, 물질 도포기.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 광 스펙트럼은 연속적인 색상 스펙트럼인 것인, 물질 도포기.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 제어기는, 상기 전자 기판의 표면 형세를 판정하고 상기 전자 기판 상의 땜납 페이스트 침착물의 정확성을 판정하기 위해, 상기 3차원 이미지 데이터를 분석하도록 프로그래밍되는 프로세서를 포함하는 것인, 물질 도포기.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 프레임에 결합되는 스텐실을 더 포함하며, 상기 스텐실은 그 내부에 형성되는 복수의 구멍을 가지며, 그리고 상기 이미징 시스템은 상기 스텐실과 상기 지지부 사이에서 작동하도록 구성되는 것인, 물질 도포기.
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