KR20080103516A - 탈-축 조명 조립체 및 방법 - Google Patents

탈-축 조명 조립체 및 방법

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Abstract

전자 기판 상에 땜납 페이스트를 증착시키기 위한 스텐실 프린터가 제공된다. 스텐실 프린터는 프레임과 프레임에 연결된 스텐실을 포함한다. 스텐실은 그 안에 형성된 다수의 애퍼처들을 가진다. 스텐실 프린터는 프레임에 연결된 분배기를 더 포함한다. 스텐실과 분배기는 전자 기판 상에 땜납 페이스트를 증착하기에 적합하게 된다. 스텐실 프린터는 전자 기재의 이미지를 캡처하기 위해 구성되고 배열된 이미징 시스템을 포함한다. 이미징 시스템은 카메라 조립체, 전자 기판의 표면에 일반적으로 수직인 제 1 축을 실질적으로 따라서 빛을 생성하는데 적합하게 된 축-상 조명 조립체, 제 1 축에 대해 어떤 각으로 연장하는 제 2 축을 실질적으로 따라서 광선들을 생성하는데 적합하게 된 탈-축(off-axis) 조명 조립체를 포함한다. 컨트롤러는 이미지를 캡처하기 위한 이미징 시스템의 움직임을 제어하기 위해 이미징 시스템에 연결된다.

Description

탈-축 조명 조립체 및 방법{OFF-AXIS ILLUMINATION ASSEMBLY AND METHOD}
본 발명은 물질을 분배하기 위한 장치들과 프로세스들, 보다 특정적으로, 인쇄 회로 보드와 같은, 전자 기판 상에 스크린 또는 스텐실 프린터를 통해 땜납 페이스트를 프린팅하기 위한 장치 및 프로세스에 관련한 것이다.
전형적인 표면-장착 회로 보드 제조 작업들에서, 스테실 프린터가 회로 보드 상에 땜납 페이스트를 프린트하기 위해서 사용된다. 보통, 땜납 페이스트가 증착될 패드들의 패턴들 또는 다른 전도성 표면들을 가지는 회로 보드는 자동으로 스텐실 프린터에 공급되며, 기준점(fiducials)이라고 불리는, 회로 보드상의 하나 또는 그 이상의 작은 구멍들 또는 마크들이 회로 보드 상에 땜납 페이스트의 프린팅 이전에 프린터의 스텐실 또는 스크린과 회로 보드를 정렬시키기 위해서 사용된다. 회로 보드가 정렬된 이후, 보드는 스텐실로 올려지고(또는 몇몇 구성들에서, 스텐실이 회로 보드로 낮추어진다), 땜납 페이스트가 스텐실에 분배되고, 와이퍼 블레이드(또는 스퀴지)가 스텐실에 형성된 애퍼처를 통해서 보드 상으로 땜납 페이스트를 밀어넣기 위해서 스텐실을 횡단한다.
몇몇 종래 기술 스텐실 프린터들에서, 분배 헤드는 제 1 및 제 2 와이퍼 블레이드 사이로 땜납 페이스트를 전달하며, 여기서 프린트 스트로크 동안 와이퍼 블레이드들의 하나가 스텐실을 가로질러 땜납 페이스트를 이동시키거나 롤링하기 위해서 사용된다. 제 1 및 제 2 와이퍼 블레이드들은 각각의 연속적인 회로 보드를 인쇄하기 위해 스텐실의 애퍼처들 위로 땜납 페이스트의 롤을 계속적으로 보내기 위해 교대하는 보드들 상에 사용된다. 와이퍼 블레이드들은 보통 땜납 페이스트를 스텐실의 애퍼처를 통해 지내보내도록 땜납 페이스트 상에 아래쪽으로의 압력을 가하기 위해 스텐실에 대해 특정 각에 있게 된다. 다른 종래 기술 스텐실 프린터들에서, 분배 헤드는 애퍼처들을 통해 땜납 페이스트를 보내도록 압력이 가해지며, 와이퍼 블레이드들이 프린트 스트로크 동안 스텐실로부터 잉여 땜납 페이스트를 긁어내는데 사용된다.
땜납 페이스트가 회로 보드 상에 증착된 이후, 이미징 시스템이, 특정 경우들에, 회로 보드의 패드들 상의 땜납 페이스트의 증착의 정확도를 검사하려는 목적으로 회로 보드 및/또는 스텐실의 영역들의 이미지들을 취하기 위해서 사용된다. 이미징 시스템의 또 다른 응용은 스텐실의 개구부들을 회로 보드의 전자 패드들과 레지스터시키기 위해 프린팅 이전에 스텐실과 회로 보드의 위에 언급된 정렬을 포함한다. 이러한 이미징 시스템들은 Freeman의 미국 특허 번호 RE34,615 및 5,060,063에 개시되며, 이들은 본 발명의 양수인이 소유하며 이 명세서에 참조로 병합된다. 향상된 이미징 시스템이 Prince의, IMAGING SYSTEM AND METHOD FOR A STENCIL PRINTER라는 제하의, 2005년 11월 10일에 출원된, 계류중인 출원 번호 11/272,192에 개시되며, 이는 본 발명의 양수인이 소유하며 이 명세서에 참조로 병합된다.
기판, 예를 들어, 회로 보드, 상의 땜납 페이스트의 일관적인 모델링은, 기하학적 구조에서의 변형, 선명도, 또는 이미징되는 증착의 일반적인 질에 관계없이, 비전 시스템의 최적의 2차원 이미징 성능 뿐만 아니라 이들 이미지들에 근거한 뒤이은 검사들을 용이하게 하기위해 요구된다. 잘-정의된 땜납 페이스트 증착들은 거의 수직인 측면들과, 광학적 조망(viewing) 축(즉, 회로 보드의 평면에 일반적으로 수직인 축)에 수직인 상대적으로 평평한 상부 표면들을 가진다. 일반적으로 수직한 배향을 가지는 미세한 텍스처들을 가진 페이스트 표면들은 축-상 조명 만을 사용하여 상대적인 일관성을 가지며 이미징될 수 있다. 축-상 조명으로, 땜납 페이스트 증착의 상부 표면으로부터 산란되는 광의 가장 강한 컴포넌트들은 다시(back) 광학적 조망 경로를 따라서 인도되며, 이미징 시스템에 의해서 모아진다.
대조적으로, 축-상 조명이 입사 각에 일반적으로 수직이 아닌 표면에 가해질 경우, 표면으로부터의 산란 광의 가장 강한 컴포넌트들이 광학적 또는 축-상 조망 경로로부터 멀리 또는 축으로부터 이탈하여(off-axis) 인도되며 이미징 시스템에 의해서 모아지지 않게 된다. 특정적으로, 빈약하게 성형된 땜납 페이스트 증착들의 경사진 측면들 및 불규칙적인 상부 표면들은 덜 효율적으로 조명되며 따라서 단지 축-상 조명만을 사용하여 조망하기 더 어렵다는 것이 보여진다.
도 1은 본 발명의 실시모드의 스텐실 프린터의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시모드의 이미징 시스템의 개략적 도면.
도 3은 도 2에 도시된 이미징 시스템의 카메라와 렌즈 조립체의 개략적 확대도.
도 4는 본 발명의 실시모드의 탈-축 조명 조립체를 병합하는 발명의 실시모드의 이미징 시스템의 개략도.
도 5는 도 4에 도시된 탈-축 조명 조립체와 동일한 탈-축 조명 조립체를 병합하는 본 발명의 또 다른 실시모드의 이미징 시스템의 개략도.
도 6은 도 4에 도시된 탈-축 조명 조립체의 단면도.
도 7a는 탈-축 조명 조립체의 장착 브래킷의 바닥 평면도.
도 7b는 도 7a의 라인 7B-7B를 따라 취해진 장착 브래킷의 단면도.
도 8a는 탈-축 조명 조립체의 pcb 기판의 상면도.
도 8b는 탈-축 조명 조립체의 발광 다이오드를 도시하는, 도 8a의 라인 8B-8B를 따라 취해진 pcb 기판의 단면도.
도 9a는 본 발명의 실시모드의 렌즈의 상면도.
도 9b는 도 9a의 라인 9B-9B를 따라 취해진 렌즈의 단면도.
도 10a는 탈-축 조명 조립체의 바닥 평면도.
도 10b는 도 10a의 라인 10B-10B를 따라 취해진 단면도.
도 11은 도 6에서 도시된 탈-축 조명 조립체의 부분의 확대 단면도.
도 12는 기판 상에 축-상 조명 조립체 그리고 탈-축 조명 조립체에 의래서 생성된 광을 표시하는 도면.
도 13a 내지 도 13d는 탈-축 조명 조립체의 발광 다이오드의, 각기, 정면, 상부, 바닥, 측면도.
도 14는 본 발명의 실시모드의 전자 기판의 전자 패드들 상에 땜납 페이스트를 분배하는 방법의 흐름도.
도 15는 본 발명의 실시모드의 텍스처 인식 방법을 수행하기 위해 사용된 이미징 시스템의 개략도.
도 16은 기판의 개략적 표시를 도시하는 도면.
도 17은 기판 상에 증착된 땜납 페이스트를 가지는 기판의 개략적 표시를 도시하는 도면.
본 발명은 다음의 도면들, 상세한 설명, 그리고 청구항들의 리뷰후에 보다 완전히 이해될 것이다.
본 발명의 한 양상은 전자 기판의 표면 상에 땜납 페이스트를 증착하기 위한 스텐실 프린터에 관련한 것이다. 스텐실 프린터는 프레임 과 프레임에 연결된 스텐실을 포함한다. 스텐실은 그 안에 형성된 다수의 애퍼처들을 가진다. 스텐실 프린터는 프레임에 연결된 더 분배기를 포함한다. 스텐실과 분배기는 전자 기판 상에 땜납 페이스트를 증착하기 위해서 구성되고 배열된다. 스텐실 프린터는 전자 기판의 이미지를 캡처하기 위해 구성되고 배열된 이미징 시스템을 더 포함한다. 이미징 시스템은 카메라 조립체, 전자 기판의 표면에 일반적으로 수직한 제 1 축을 실질적으로 따라서 광을 생성하는데 적합하게 된 축-상 조명 조립체, 그리고 제 1 축에 대해 어떤 각으로 연장하는 제 2 축을 실질적으로 따라서 광선들을 생성하는데 적합하게된 탈-축(off-axis) 조명 조립체를 포함한다. 컨트롤러는 이미지를 캡처하기 위해 이미징 시스템의 움직임을 제어하기 위한 이미징 시스템에 연결된다.
스텐실 프린터의 실시모드들은 축-상 조명 조립체, 전자 기판, 그리고 카메라 조립체 사이로 광을 인도하기에 적합하게된 광학적 경로를 가지는 이미징 시스템의 축-상 조명 조립체의 제공을 포함할 수 있다. 이미징 시스템은 탈-축 조명 조립체를 지지하는데 적합하게된 장착 브래킷을 포함한다. 탈-축 조명 조립체는 장착 브래킷에 의해서 지지되는 광 생성 모듈을 포함하며, 이는, 특정 실시모드들에서, 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 탈-축 조명 조립체는 광선들을 인도하도록 구성되는 렌즈를 포함하며, 렌즈는 장착 브래킷에 단단히 고정된다. 렌즈는 규정된 경로를 따라서 광 생성 모듈로부터 광을 인도하는데 적합하게된 하나 또는 그 이상의 굴절 표면들을 포함한다. 카메라 조립체는 카메라와, 이미지를 카메라로 인도하는데 적합하게된 렌즈 조립체를 포함한다. 광학적 경로는 빔 스플리터와 미러를 포함한다. 축-상 조명 조립체는 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함한다. 특정 실시모드들에서, 이미징 시스템은 영역 내에서 전자 기판의 패드 상에 땜납 페이스트의 이미지를 캡처하기 위해 구성되고 배열된다. 컨트롤러는 전자 기판의 패드들 상의 땜납 페이스트 증착들의 정확성을 정하기 위해 전자 기판의 텍스처 인식을 수행하기 위해 프로그램된 프로세서를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상은 전자 기판의 표면의 이미지를 캡처하기 위한 이미징 시스템과 관련한 것이다. 이미징 시스템은 하우징과, 하우징에 연결된 카메라 조립체를 포함한다. 카메라 조립체는 전자 기판의 이미지를 캡처하는데 적합하게 된다. 축-상 조명 조립체가 하우징에 연결되며, 축-상 조명 조립체는 전자 기판의 표면에 일반적으로 수직인 제 1 축을 실질적으로 따라서 광을 생성하기에 적합하게된다. 탈-축 조명 조립체가 하우징에 연결되며, 탈-축 조명 조립체는 제 1 축에 대해 어떤 각으로 연장하는 제 2축을 실질적으로 따라서 광선들을 생성시키는데 적합하게 된다.
이미징 시스템의 실시모드들은 축-상 조명 조립체, 전자 기판, 그리고 카메라 조립체 사이에서 광을 인도하기에 적합하게된 광학적 경로를 포함할 수 있다. 이미징 시스템의 하우징은 탈-축 조명 조립체를 지지하기에 적합하게된 장착 브래킷를 포함한다. 탈-축 조명 조립체는 장착 브래킷에 의해서 지지되는 광 생성 모듈을 포함하며, 이는, 특정 실시모드들에서, 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함한다. 탈-축 조명 조립체는 광선들을 인도하도록 구성된 렌즈를 더 포함하며, 렌즈는 장착 브래킷에 의해서 단단히 고정된다. 렌즈는 광선을 생성하기 위해서 광 생성 모듈로부터 광을 인도하기에 적합하게된 굴절 표면을 포함한다. 광학적 경로는 적어도 하나의 빔 스플리터와 미러를 포함할 수 있다. 카메라 조립체는 커메라와 이미지를 카메라로 인도하기에 적합하게된 렌즈 조립체를 포함할 수 있다. 축-상 조명 조립체는 적어도 한 개의 발광 다이오드를 포함한다. 이미징 시스템은 전자 기판의 패드 상의 땜납 페이스트의 이미지를 캡처하기 위해 구성되고 배열된다.
본 발명의 또 다른 양상은 전자 기판의 표면 상에 땜납 페이스트를 분배하기위한 방법에 관련한 것이다. 방법은 스텐실 프린터에 전자 기판을 운반하는 단계, 전자 기판의 표면 상에 땜납 페이스트를 프린트하기 위해 프린트 작업을 수행하는 단계, 전자 기판의 표면에 일반적으로 수직인 제 1 축을 실질적으로 따라서 연장하는 축-상 광으로 전자 기판의 적어도 한 영역을 조명하는 단계, 제 1축에 대해 어떤 각으로 연장하는 제 2 축을 따라 실질적으로 연장하는 탈-축 광으로 전자 기판의 적어도 한 영역을 조명하는 단계, 그리고 전자 기판의 적어도 한 영역의 이미지를 캡처하는 단계를 포함한다.
방법의 실시모드들은 프린터 포지션에 전자 기판을 위치지정하는 단계, 그리고 스텐실을 전자 기판 상에 위치지정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 전자 기판의 적어도 한 영역의 이미지를 캡처하는 것은 이미징 시스템을 이용할 수 있다. 방법은 제 1 영역의 이미지를 캡처하는 제 1 위치로부터 제 2 영역의 이미지를 캡처하는 제 2 위치로 이미징 시스템을 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이에 더해, 방법은 전자 기판의 패드들 상의 땜납 페이스트 증착들의 정확성을 정하기 위해 전자 기판의 적어도 한 영역의 텍스처 인식 시퀀스를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시모드들에서, 방법은 제 1 축에 대해 어떤 각으로 연장하는 제 3 축을 실질적으로 따라서 연장하는 탈-축 광으로 전자 기판의 적어도 한 영역을 조명하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상은 전자 기판의 표면 상에 땜납 페이스트를 증착시키기 위한 스텐실 프린터에 관련한 것이다. 스텐실 프린터는 프레임과 프레임에 연결된 스텐실을 포함한다. 한 실시모드에서, 스텐실은 그 안에 형성된 다수의 애퍼처들을 가진다. 분배기가 프레임에 연결되며, 스텐실과 분배기는 전자 기판 상에 땜납 페이스트를 증착시키도록 구성되고 배열된다 이미징 시스템이 전자 기판의 이미지를 캡처하기 위해 구성되고 배열된다. 이미징 시스템은 카메라 조립체 그리고 전가 기판의 표면에 일반적으로 수직인 제 1축을 실질적으로 따라서 광을 생성하기에 적합하게된 축-상 조명 조립체를 포함한다. 축-상 조명 조립체는 축-상 조명 조립체, 전자 기판, 그리고 카메라 조립체 사이에서 광을 반사시키기에 적합하게된 광학적 경로를 포함한다. 이미징 시스템은 제 1축에 대해 실질적으로 어떤 각으로 연장하는 제 2 축을 따라서 광선들을 생성하기 위한 수단을 더 포함한다. 컨트롤러는 이미지를 캡처하기 위해 이미징 시스템의 움직임을 제어하기 위해 이미징 시스템에 연결된다.
스텐실 프린터의 실시모드들은 탈-축 조명 조립체를 포함하는 광선들을 생성하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다. 이미징 시스템은 탈-축 조명 조립체를 지지하기에 적합하게된 장착 브래킷을 더 포함한다. 탈-축 조명 조립체는 장착 브래킷에 의해서 지지되는 광 생성 모듈을 포함하며, 특정 실시예에서 광 생성 모듈은 발광 다이오드를 포함한다. 탈-축 조명 조립체는 광선들을 인도하도록 구성된 렌즈를 포함하며, 렌즈는 장착 브래킷에 단단히 고정되며, 광선들을 생성하기 위해 광 생성 모듈로부터 광을 인도하기에 적합하게된 적어도 한 표면을 가진다. 다른 실시모드들에서, 카메라 조립체는 카메라 그리고 카메라로 이미지를 인도하기에 적합하게된 렌즈 조립체를 포함한다.
도면들에서, 유사한 참조 문자들은 상이한 도면들에 걸쳐서 동일하거나 비슷한 부분들을 지칭한다. 도면들은 축척이 필수적으로 지켜지지는 않았으며, 대신, 아래 논의되는, 특정 원리들을 설명하는 데에 그 강조가 놓이게 된다.
예시의 목적으로, 본 발명의 실시모드들이 이제 회로 보드 상에 땜납 페이스트를 프린트하는데 사용되는 스텐실 프린터를 참조로 하여 기술될 것이다. 당업자는 본 발명의 실시모드들이 회로 보드 상에 땜납 페이스트를 프린트하는 스텐실 프린터에 한정되지 않으며, 접착제, 인캡슐런트, 언더필들(underfills)과, 회로 보드 상에 전자 컴포넌트들을 부착하기에 적합한 다른 조립 물질들과 같은 다른 점성 물질의 분배를 요구하는 다른 응용들에 사용될 수 있다는 것을 주지할 것이다. 따라서, 이 명세서에서 땜납 페이스트의 지칭은 이러한 다른 물질들의 사용을 고려한다. 또한, 용어 '스크린' 및 '스텐실'은 이 명세서에서 기판 상에 프린트될 패턴을 한정하는 프린터내의 디바이스를 기술하는 데에 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시모드에 따른, 일반적으로 (10)에 표시되는, 스텐실 프린터의 정면 사시도이다. 스텐실 프린터(10)는 스텐실 프린터의 캐비넷(16)에 위치된 컨트롤러(14), 스텐실(18), 그리고, 땜납 페이스트를 분배하기 위한, 일반적으로 20에 표시되는, 분배 헤드를 포함하는 스텐실 프린터의 컴포넌트들을 지지하는 프레임(12)을 포함한다. 분배 헤드(20)는 회로 보드 상에 땜납 페이스트의 프린팅을 허용해 주기 위한 컨트롤러(14)의 제어 하에 갠트리 시스템(표시되지 않음)에 의해서 수직 축들을 따라서 이동 가능하다.
스텐실 프린터(10)는 또한 회로 보드(26)를 스텐실 프린터(10)의 프린팅 위치로 운반시키기 위한 레일들(22, 24)을 가지는 컨베이어 시스템을 포함한다. 스텐실 프린터(10)는, 회로 보드가 분배 위치에 있을 때 회로 보드(26)의 아래에 위치되는 지지 조립체(28)(예를 들어, 핀들, 젤 멤브레인 등)을 가진다. 지지 조립체(28)는, 프린팅이 일어날 때 회로보드를 스텐실(18)과 접촉하게 또는, 매우 근접하게, 위치시키도록, 레일들(22,24) 밖으로 회로 보드(26)를 들어올리는데 사용된다.
한 실시모드에서, 분배 헤드(20)는 프린팅 작업 동안 분배 헤드로 땜납 페이스트를 제공하는 적어도 하나의 땜납 페이스트 카트리지(30)를 수용하도록 구성된다. 한 실시모드에서, 땜납 페이스트 카트리지(30)는 잘 알려진 방식으로 압축 공기 호즈의 한 단부에 연결된다. 압축 공기 호즈의 다른 단부는 분배 헤드(20) 안으로 그리고 스텐실(18) 상으로 땜납 페이스트를 밀어넣기 위해 카트리지(30)에 가압된 공기를 컨트롤러(14)의 제어하에 제공하는 스텐실 프린터(10)의 프레임(12) 포함된 컴프레서에 부착된다. 스텐실(18) 상에 땜납 페이스트를 분배하기 위한 다른 구성들이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 또 다른 실시모드에서, 피스톤과 같은, 기계적 디바이스들이 또한 땜납 페이스트를 카트리지(30)로부터 분배 헤드(20) 안으로 밀어넣기 위해 공기 압력에 더해서, 또는 이를 대신해서 사용될 수 있다. 또 다른 실시모드에서, 컨트롤러(14)가 이 명세서에 기술된 스텐실 프린터(10)의 작동을 제어하기 위한 응용 특정 소프트웨어를 구비한 적합한 운영 체제(예를 들어 Microsoft®DOS 또는 Windows®NT)를 가지는 퍼스널 컴퓨터를 사용하여 구현된다.
스텐실 프린터(10)는 다음과 같이 작동한다. 회로 보드(26)가 스텐실 프린터 안으로 로딩되어 프린트 위치로 컨베이어 레일들(22, 24)을 사용하여 위치된다. 분배 헤드(20)가 다음으로 스텐실(18)과 접촉할 때까지 Z-방향으로 낮추어진다. 분배 헤드는 땜납 페이스트를 스텐실의 애퍼처들을 통해 회로 보드(26) 상으로 밀어내기 위해 제 1 프린트 스트로크에서 스텐실(18)을 완전히 횡단한다. 분배 헤드(20)가 스텐실(18)을 완전히 횡단하게 되면, 회로 보드(26)가, 제 2의, 뒤이은 회로 보드가 스텐실 프린터 안으로 로딩될 수 있도록 컨베이어 레일들(22, 24)에 의해서 스텐실 프린터(10)로부터 운반된다. 제 2 회로보드 상에 프린팅하기 위해, 분배 헤드(20)가 제 1 회로 보드에 사용된 것과 반대 방향으로 스텐실(18)을 가로질러 제 2 프린트 스트로크에서 이동될 수 있다.
도 1에 더하여 도 2에 참조하여, 본 발명의 실시모드의 이미징 시스템은 일반적으로 (32)로 표시된다. 도시된 바와 같이, 이미징 시스템(32)은 스텐실(18)과 회로 보드(26) 사이에 위치되며, 회로 보드는 한편 지지 조립체(28)에 의해서 지지된다(도 1). 이미징 시스템(32)은 갠트리 시스템(34)에 연결되며(도 1), 갠트리는 분배 헤드(20)를 이동시키는데 사용된 갠트리의 부분이거나 또는 스텐실 프린터(10) 내부에 별개로 제공될 수 있다. 이미징 시스템(32)을 이동시키는데 사용된 갠트리 시스템(34)의 구성은 땜납 페이스트 프린터 내의 검사 기술에 잘 알려져 있다. 그 배열은, 이미징 시스템(32)이, 각기, 회로보드 또는 스텐실의 미리 정해진 영역들의 이미지를 캡처하도록 스텐실(18) 아래의 그리고 회로 보드(26)위의 어떤 위치에 위치될 수 있는 방식으로 된다. 다른 실시모드들에서, 프린팅 네스트(nest) 외부로 이미징 시스템(32)을 위치시킬 때, 이미징 시스템(32)이 스텐실(18)과 회로 보드(26) 위 또는 아래로 위치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 한 실시모드에서, 이미징 시스템은 두 개의 카메라들(36, 38), 일반적으로 (40, 42)로 표시되는 두 개의 렌즈 조립체들, 두 개의 조명 디바이스들(44, 46), 두 개의 빔 스플리터들(48, 50), 그리고 미러 조립체(52)를 가지는 광학적 조립체를 포함한다. 특정 실시모드들에서, 카메라와 렌즈 조립체가 카메라 조립체로서 함께 구성될 수 있다. 이러한 조립체 뿐만 아니라 이미징 시스템은 또한 비디오 프로브(video probe)로 지칭될 수 있다. 프레임(54)은 이미징 시스템(32)의 컴포넌트들을 지지한다. 카메라들(36, 38)은 서로에 대해 그 구성에서 동일할 수 있으며, 한 실시모드에서, 각 카메라는 모델 No. CHEAMDPCACELA010100의 Messachusetts주 Cambridge소재 Opteon Corporation으로부터 구입할 수 있는 타입의 디지털 CCD 카메라일 수 있다. 카메라들(36, 38)의 추가 기술은 도 3에 참조하여 아래에 제공될 것이다.
한 실시모드에서, 조명 디바이스들(44, 46)은 그들 각각의 빔 스플리터(48 또는 50)에서 강한 광량(amount of light)을 생성해낼 수 있는 하나 또는 그 이상의 발광 다이오드들(백광 다이오드들)일 수 있다. 조명 디바이스들(44, 46)은 모델 No. NSPW310BSB1B2/ST의 Michigan주 Detroit소재 Nichia Corporation에 의해서 팔리는 타입의 것일 수 있다. 빔 스플리터들(48, 50) 그리고, 제로 빔 스플릿을 가진 듀얼 미러인, 미러 조립체(52)는 당업에 잘 알려져 있다. 다른 실시모드들에서, 제논(xenon)과 핼로겐(halogen) 램프들이 요구되는 광을 생성하는데 사용될 수 있다. 광학 섬유가 또한 원거리 소스로부터 사용 지점으로 광을 운반하는데 사용될 수 있다.
빔 스플리터들(48, 50)은 회로 보드(26)와 스텐실(18) 쪽으로 일반적으로 수직 축(A)을 따라서 이들 각각의 조명 디바이스들(44, 46)에 의해서 생성된 광의 부분을 반사시키며, 한편 회로 보드와 스텐실에 의해서 반사된 광의 부분이 미러 조립체(52)를 통해 지나도록 더 허용하도록 디자인된다. 이 명세서에 사용된 바와 같이, 조명 디바이스(44), 그리고 빔 스플리터(48)는 축-상 조명 조립체로서 지칭될 수 있으며, 축-상 조명 조립체는, 회로 보드(26)의 평면에 일반적으로 수직인, 축(A)을 실질적으로 따르거나 또는 평행하게 광을 인도하도록 구성된다. 회로 보드(26)로부터 반사된 광은 다시 빔 스플리터(48)를 통해 미러 조립체(52) 상으로 지나며, 여기서 회로 보드의 미리 정의된 영역의 이미지를 캡처하도록 렌즈 조립체(40) 쪽으로 재-인도된다.
빔 스플리터들(48, 50) 및 미러 조립체(52)에 의해 조명 디바이스들(44, 46)과 이들의 각각의 카메라(36, 38) 사이에 정의된 광학적 경로들은 당업자에 잘 알려져 있다. 도시된 바와 같이, 빔 스플리터들(48, 50)에 의해서 이들의 각각의 물체들{즉, 회로 보드(26) 및 스텐실(18), 각각} 쪽으로 반사된 광은 물체의 평면에 일반적으로 수직인 축(A)을 실질적으로 따라서 또는 이에 평행하게 연장한다. 한 실시모드에서, 빔 스플리터들(48, 50) 및 미러 조립체(52)에 의해서 생성된 광학적 경로들의 구성은 실질적으로 미러가 {두개의 카메라들(36, 38)의 제공 때문에} 접착제(full) 미러이며 광의 부분이 이를 통해 지나게 허용하지 않는다는 점을 제외하고는 미 특허 번호 5,060,063에 개시된 경로들과 유사하다.
도 3에 참조하여, 카메라(36) 및 렌즈 조립체(40)가 도시된다. 위에 논의된 바와 같이, 카메라(38)는 구성에 있어 카메라(36)와 동일할 수 있다. 이에 더해, 렌즈 조립체(42)의 구성은 구성에 있어 렌즈 조립체(40)와 동일 할 수 있다. 따라서, 카메라(36)와 렌즈 조립체(40)의 다음의 논의는 일반적으로 카메라(38)와 렌즈 조립체(42)에 적용되고, 각각에 적용되며, 위에 논의된 바와 같이, 이러한 조립체는 카메라 조립체 또는 비디오 프로브로 지칭될 수 있다. 개략적으로 도시된 바와 같이, 렌즈 조립체(40)는 하우징(56), 하우징 내에 위치된 한 쌍의 렌즈들(58, 60) 그리고 렌즈들 사이에 위치된 애퍼처(도시되지 않음)를 포함한다. 렌즈들(58, 60)은 함께 렌즈 조립체(40)의 텔레센트릭(telecentric) 능력을 제공한다. 집합적 렌즈 조립체(40)는 또한 "렌즈"로 지칭될 수 있으며, 이 명세서에서 렌즈는 특정적으로 텔레센트릭 렌즈 조립체를 지칭한다.
배열은 미러 조립체(52)로부터 반사된 광이 렌즈 조립체(40)로 인도되는 식으로 된다. 렌즈 조립체(40)에 있게 되면, 광은 렌즈(58)를 통해, 애퍼처(도시되지 않음)를 통해, 제 2 렌즈(60)를 통해, 그리고 계속하여 카메라(36)의 광-민감 지역으로 지나게 되고, 여기서 이미지가 형성된다. 한 실시모드에서, 카메라의 CCD 리더(reader)가 전자 셔터를 포함할 수 있다. 카메라(36)는, 한편으로 텔레센트릭 렌즈 조립체 때문에, 이미지의 어떤 부분에도 상당한 변형을 보이지 않으면서 전체의 미리 정의된 영역을 조망하도록 디자인된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 카메라(36)는 하우징(62)에 의해서 지지되며, 하우징은 렌즈 조립체(40)의 하우징(56)에 나사산 결합이 가능하도록 부착될 수 있다. 렌즈 조립체(40)의 하우징(56)과 카메라(36)의 하우징(62)은, 라인들(64)에 의해서 광선-형태로 표시된, 이미지가 카메라 쪽으로 정확하게 인도되도록 서로 축상 정렬된다. 렌즈 조립체(40)의 하우징(56)은 이미징 시스템의 프레임(54)에 적합하게 고정된다.
배열은, 회로 보드(26)의 이미지를 취할 때, 조명 디바이스(44)가 그 각각의 빔 스플리터(48) 쪽으로 강한 광량을 생성해 내는 식으로 된다. 광은 빔 스플리터(48)에 의해서 회로 보드(26) 쪽으로 반사되며, 다음으로 다시 미러 조립체(52) 쪽으로 반사된다. 미러 조립체(52)는 광을 렌즈 조립체(40)를 통해 카메라(36)로 인도하며, 카메라는 회로 보드(26)의 미리 정해진 영역의 이미지를 캡처한다. 이미지는 전자적으로 저장되거나 또는, 예를 들어, 결함이 있는 납땜 증착을 감지하거나 또는 회로 보드(26)를 스텐실(18)과 정렬시키기 위해 컨트롤러(14)에 의해서 다루어지고 분석되도록 실-시간으로 사용될 수 있다.
비슷하게, 스텐실(18)의 이미지를 취할 때, 조명 디바이스(46)는 그 각각의 빔 스플리터(50) 쪽으로 인도되는 광의 빔을 생성한다. 광은 다음으로 스텐실(18) 쪽으로 인도되고 다시 빔 스플리터(50)를 통해 미러 조립체(52) 쪽으로 반사한다. 광은 다음으로 텔레센트릭 렌즈 조립체(42) 쪽으로 인도하고 그리고 계속하여 스텐실(18)의 미리 정의된 영역의 이미지를 캡처하기 위해 카메라(38)로 인도된다. 캡처되면, 스텐실(18)의 영역은 검사의 목적을 위해(즉, 예를 들어, 스텐실의 막힌 애퍼처들을 감지하는 것) 컨트롤러(14)에 의해서 분석되거나, 또는 정렬의 목적을 위해 회로 보드(26)의 영역과 비교될 수 있다. 이미징 시스템(32)의 검사 능력은 텍스처 인식 프로그램의 기술에 참조하여 아래에 더 자세하게 기술될 것이다.
위에 논의된 바와 같이, 회로 보드의 영역의 이미지를 캡처하는 것에 관해서, 조명 다바이스(44)가 회로 보드의 평면에 수직인 축(A)을 따르거나 또는 평행하게 광을 인도하도록 구성된다. 따라서, 카메라(38)는 회로 보드 상으로 반사되는 광의 방향에 수직한 회로 보드(26) 상의 표면들로부터 반사되는 광의 이미지들을 캡처하는데만 적합하게 된다. 불규칙한, 둥근, 또는 깍인 표면들은, 즉 회로보드의 평면에 관해 어떤 각에 있는 땜납 페이스트의 증착 표면들은 광이 광학적 경로로부터 멀리 반사되기 때문에 덜 두드러지게(prominent) 되는 경향이 있다.
이제 도 4을 보면, 본 발명의 실시모드의 탈-축 조명 조립체가 일반적으로 (70)으로 표시되며, 가장 아래쪽 빔 스플리터(48) 상에 장착되거나 인접하게 된다. 아래에 더 자세하게 논의될 바와 같이, 탈-축 조명 조립체(70)는 축-상 조명 조립체에 의해서 생성된 광의 축(A)에 대해 어떤 각으로 (예를 들어 30에서 60 도 사이) 연장하는 축(B)을 일반적으로 따르거나 또는 평행한 광선들을 인도하도록 구성된다. 탈-축-조명 조립체(70)는 축-상 조명 조립체에 의해 제공되는 직접적인 조명을 보충하며, 따라서 회로 보드의 둥글게된 및 깍여진 또는 다른 식으로 불규칙한 표면들을 보다 명확하게 볼 수 있도록 간접적인 광을 제공하게 디자인된다. 도시된 바와 같이, 탈-축 조명 조립체(70)는 두 개의 카메라들(36, 38)을 사용하는 이미징 시스템(32) 상에 제공된다. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, 탈-축 조명 조립체(70)는 오직 하나의 카메라(36)만을 사용하는 이미징 시스템(34) 상에 제공될 수 있으며 여전히 본 발명의 범위에 속하게 된다. 단일 또는 듀얼 카메라 구성을 사용하던 간에, 컨트롤러(14)는 회로 보드(26)의 이미지를 캡처하기 위해 이미징 시스템(34)의 움직임을 제어하는데 적합하게 된다.
탈-축 조명 조립체(70)의 한 양상은 조립체가, 특정 실시모드들에서, 빔 스플리터(48)과 기판, 즉, 회로 보드(26) 사이의 공간 내에서 극히 낮은 또는 좁은 프로파일을 가지게 구성될 수 있다는 점이다. 탈-축 조명 조립체(70)는 타깃 영역을 가로지르는 광의 로컬 입사 각들과 분포 및 밸런스의 상당한 제어를 유지하는 한편 극히 근접한 유효 거리(working distance)에서 회로 보드(26) 상에 광을 인도하게 디자인된다. 탈-축 조명 조립체(70)는 근본적으로 회절에 의해서 광을 인도하도록 디자인된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 그리고 도 7a, 도 7b, 도 8a, 및 도 8b에 추가 참조로, 탈-축 조명 조립체(70)는 탈-축 조명 조립체의 작동 가능한 컴포넌트들을 고정시키기에 적합하게된 4개의 사이드 레일들(72a, 72b, 72c, 72d)을 가지는 직사각형 형태의 장착 브래킷(72)을 포함한다. 한 실시모드에서, 장착 브래킷(72)은, 알루미늄과 같은, 적합한 경량 물질로부터 제조될 수 있다. 플래스틱 또는 적합한 금속 합금과 같은, 다른 대안적 경량 물질도 제공될 수 있다. 장착 브래킷(72)은 부착 구멍들(71)을 통해, 소킷 헤드 나사들(도시되지 않음)과 같은, 적합한 패스너들에 의해서 빔 스플리터(48) 바로 아래에 이미징 시스템(32)의 프레임(54)에 부착된다. 장착 브래킷(72)은 탈-축 조명 조립체(70)의 컴포넌트들을 지지할 뿐만 아니라 탈-축 조명 조립체에 의해서 생성된 열을 흡수하기 위한 히트 싱크로서 더 기능할 수 있다. pcb 기판(74)은 탈-축 조명 조립체(70)에 전력을 제공하기 위해 장착 브래킷(72)의 아래쪽을 향하는 표면에 고정되며, 이의 자세한 구성은 아래에 더 자세하게 논의될 것이다.
장착 브래킷(72)은, 3차원 삼각측량에 사용되는, 광이 이미징을 요구하는 타깃 영역 상으로 어떤 각으로 지나게 허용하기 위해 슬롯들(75)을 더 포함할 수 있다. 장착 브래킷(72)은 또한 단락의 가능성을 최소화하기 위한 pcb 기판 중간면(interface)에 모서리가 깍인(chamfered) 릴리프들을 가지는 타이트한(tight)-공차 와이어 통로들(81)을 통해 탈-축 조명 조립체에 연결되는 피드(feed) 와이어들을 위한 스트레인(strain) 경감을 제공할 수 있다.
특정 실시모드들에서, 탈-축 조명 조립체(70)는 발광 다이오드들을 합병하는 광 생성 모듈을 포함하며, 발광 다이오드 각각은 (76)으로 표시되며, 이들의 구성은 도 13에 참조하여 더 자세하게 기술될 것이다. 발광 다이오드들(76)은 pcb 기판(74)의 바닥-대면 표면에 (예를 들어 납땜으로) 단단히 고정되며, 도 8a, 도 8b, 도 10a, 도 10b, 및 도 11에 가장 잘 도시되는 바와 같이, 장착 브래킷(72)의 레일들의 길이들을 따라 균일하게 이격된다. pcb 기판(74)은 발광 다이오드들(76)에 에너지를 제공하기 위해 파워 서플라이(도시되지 않음)와 전기적으로 연결된다. 발광 다이오드들(76)은 광학적 경로의 수직 축(A)에 수직한 일반적으로 수평인 평면을 따라서 위치된다. 발광 다이오드들(76)은 수평 평면을 따라 서로의 쪽으로 향하며, 회로 보드(26)를 향하지 않는다. 발광 다이오드들(76)에 의해서 생성된 광이 회로 보드(26) 쪽으로 인도되는 방식은 아래 더 자세하게 논의될 것이다.
탈-축 조명 조립체(70)는 발광 다이오드들(76)을 커버하기 위한 장착 브래킷(72)에 단단히 고정된 렌즈(78)를 더 포함한다. 예를 들어, 각각이 (80)에 표시되며, 개구부들은 렌즈를 장착 브래킷(72)에, 예를 들어, 플랫 헤드 나사못(도시되지 않음)에 의해서, 단단히 고정시키기 위해 렌즈(78)의 4개의 코너들에 형성되며, pcb 기판(74)이 장착 브래킷과 렌즈 사이에 위치된다. 위에 논의된 바와 같이, 장착 브래킷(72)은 pcb 기판(74)에 전기적 연결을 공급하기 위해 다수의 피드-와이어 부착 구멍들(81)을 더 포함한다. 렌즈(78)는 투명하거나 또는 부분적으로 투명하며, 특정 실시모드들에서, 아크릴 또는 유리로 제조될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(78)이 물체 섬광(glare)을 감소시키기위해 반투명 아크릴로부터 만들어질 수 있다. 렌즈(78)의 회절 성질 및 광을 인도하는 능력은 반투명 아크릴을 사용하는 경우 유지된다. 아크릴 물질로부터 제조될 경우, 렌즈는 사출 성형될 수 있으며, 여기서 적어도 1°의 드래프트(draft)가 요구된다.
렌즈(78)는 4개의 공동들을 포함하며, 각각은 (82)에 표시되고, 렌즈의 각 면의 길이들을 따라서 발광 다이오드들(76)을 위한 공간을 제공한다. 공동들(82)은 또한 도 10a, 도 10b 및 도 11에 도시된다. 도 10a는 장착 브래킷(72)의 레일들 상의 발광 다이오드들의 위치지정을 보여준다. 배열은, 장착 브래킷(72), pcb 기판(74), 발광 다이오드들(76) 그리고 렌즈(78)가 함께 빔 스플리터(48)와 회로 보드(26) 사이에 제공되는 상대적으로 작은 공간 내에 꼭 맞는 낮은 프로파일의 조립체를 한정하는 식으로 된다. 특정 실시모드들에서, 전체 조립체는 약 7mm의 두께를 가지며, 탈-축 조명 조립체(70)와 회로 보드(26) 사이의 공칭 간격은 약 5mm이다. 회로 보드(26)의 미리 정의된 영역으로 특정한 각으로 광을 인도하는 것에 더해, 렌즈(78)는 또한 발광 다이오드들(76)과 pcb 기판(74)을 감싸고 보호하도록 디자인된다.
도 9a 및 도 9b에 특정적으로 참조하여, 렌즈(78)의 각 공동(82)은 굴절 표면(84)을 가지며, 굴절 표면은 발광 다이오드들(76)로부터 굴절 표면들(84, 86)을 통해 그리고 계속하여 회로 보드(26) 쪽으로 광을 인도하는데 적합하게 된다. 특정적으로, 굴절 표면들(84, 86)에 인도된 광은 일반적으로 축(B)을 따르거나 또는 이에 평행하게 기판{회로 보드(26)}의 미리 정해진 영역을 향해 굴절되며, 따라서 조망 축(A)에 대해서 탈-축 조명을 제공하게 된다. 도시된 바와 같이, 각 공동(82)은 공동내에 편안하게 발광 다이오드를 수용하도록 크기가 정해진다. 굴절 표면(84)은 pcb 기판(74)의 하부면과 짝을 이루는 렌즈(78)의 표면(86) 쪽으로 경사진다. 한 실시모드에서, 굴절 표면(84)의 굴절률는 약 1.49이다. 굴절 표면들(84, 86)에 의해서 인도된 광은 일정한 조명 각을 제공하도록 평행한 경로를 따르도록 만들어지거나, 또는 필드 위치에 의존하는 각을 위한 부채-형태의 경로를 따르도록 만들어 질 수 있다. 도시된 바와 같이, 렌즈(78)는 약 3mm의 두께를 가진다.
도 11에 도시된 바와 같이, 한 실시모드에서, 탈-축 조명 조립체(70)에 의해서 생성된 광은 일반적으로 좁은 부채-형태의 기하학적 형태를 따른다. 굴절 표면들(84, 86)의 각은 광 진행(propagation)의 각을 변경하기 위해 수정될 수 있으며, 렌즈 표면들은 다수의 각들, 깍인 면들(facets) 및/또는 곡률들을 포함하도록 더 조정될 수 있다. 예를 들어, 발광 다이오드들(76)과 굴절 표면들(84)은 동심 또는 휘어진 프레넬-형 섹션들로 배열되거나, 또는 선형, 프리즘-형 섹션들로 배열될 수 있다. 일반적으로 위쪽 방향으로 이동하는 각 발광 다이오드들(76)에 의해서 생성된 광의 부분은 발광 다이오드의 전면에서 pcb 기판(74)의 아래면 상에 제공되는 굴절 표면(88)의 밖으로 반사된다. 반사 표면(88)은, 예를 들어, pcb 기판(74)의 자체(bare) 물질일 수 있다. 다른 실시모드들에서, 굴절 표면(88)이 매스크 물질 또는 잉크로부터 제조될 수 있다. 특정한 다른 실시모드들에서, 굴절 물질은 순(bare) 구리 또는 금 플래쉬된(flashed) 구리, 또는 금 플래쉬된 구리를 가진 트레이스 또는 패드일 수 있다. 금 플래쉬된 구리로, 일정한 반사 성능을 위해 산화가 방지될 수 있다. 다른 실시모드들에서, 반사 표면(88)은 별도로 도포된 포일, 비닐, 종이 또는 이들 물질의 컴비네이션일 수 있다. 반사 표면(88)은, 예를 들어, 접착제 또는 압력 민감 물질을 사용하여 부착될 수 있다. 대안적으로, 발광 다이오드들(76)에 의해서 생성된 스트레이(stray) 광은, 요구되는 경우, 검게된(blackened) 표면들에 의해서 흡수될 수 있다.
도시된 실시모드에서, 렌즈(78)의 굴절 표면(84)은 수직 축(A)에 대해 약 55°의 각에 있다. 각 발광 다이오드(76)는 대략 타원 뿔의 형태인 광 기하학 형태를 만들어 낸다. 따라서, 굴절 표면(84) 그리고 굴절 표면(88)에 인도된 광은 프린트된 회로 보드(26)의 타깃 또는 미리 정해진 영역으로 인도되는데 적합하게 된다. 발광 다이오드들(76)에 의해서 생성된 어떠한 스트레이 광도 반사에 의해서 재-인도될 수 있거나, 요구되는 대로, 검게된 표면에 의해서 흡수될 수 있다.
이 개시를 이용하여, 당업자는 발광 다이오드들(76)을 어떤 수의 방법으로든 배열할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 직사각형-형태 구성이 도면들에 걸쳐서 도시되더라도, 다른 형태의 구성들이 확실히 고려될 수 있다. 한 예에서, 링 주위로 위치된 발광 다이오드들을 포함하는 원형 장착 브래킷이 제공되어, 본 발명의 범위에 들어오게 될 수 있다. 또 다른 예에서, 장착 브래킷이 형태에 있어 타원일 수 있다. 그러나, 탈-축 조명 조립체(70)의 직사각형 형태(예를 들어, 정사각형)는 이미징을 요구하는 미리 정해진 영역에 광의 최적의 탈-축 각들을 여전히 제공하는 한편 최소의 물리적 크기를 제공한다. 제 2 탈-축 조명 조립체가 이미징 시스템이 두 개의 카메라들을(도 4 참조) 또는 하나의 카메라를(도 5 참조) 사용하는 가에 따라서 스텐실(18)을 조명하도록 구성될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.
도 11에 참조하여, 발광 다이오드(76)에 의해서 생성된 부채 형태 광(90)이 회로 보드(26)로 인도되는 것이 도시된다. 부채 형태 광(90)은 회로 보드(26) 상에 탈-축 광을 튀기기(splash) 위해 장착 브래킷(72) 주위에 제공되는 각 발광 다이오드(76)에 의해서 생성된다. 굴절 표면들(84, 86)로부터, 그리고 굴절 표면(88)으로부터 인도된 광은 일반적으로 축(B)을 따르거나 또는 실질적으로 이에 평행하게 연장하는 부채 형태 광(90)을 제공하며, 축(B)은 조망 축(A) 및 축-상 조명 조립체(70)에 의해서 생성된 광에 대해 어떤 각으로 위치된다. 탈-축 조명 조립체(70)에 의해서 생성된 부채 형태 광(90)은 땜납 페이스트 또는 회로 보드(26) 상에 증착된 다른 물질들의 비균일 표면들을 보다 잘 조명한다. 탈-축 조명 조립체에 의해서 생성된 부채 형태의 광(90)들과 축-상 조명 조립체에 의해서 생성된 축-상 광은 도 12에 도시된다.
도 13a 내지 도 13d는, 각기, 탈-축 조명 조립체(70)에서 사용되는 단일 발광 다이오드(76)의 전면, 상면, 바닥, 그리고 측면도를 도시한다. 보여진 바와 같이, 각 발광 다이오드(76)는 출력 면(92) 그리고 전기적 접촉부들(94)을 포함한다. 출력 면(92)은 광이 방출되는 표면이다. 전기적 접촉부(94)는 pcb 기판(74)에 형성된 회로 트레이스(도시되지 않음)에 (예를 들어 납땜에 의해서) 단단히 고정되고 이와 전기적으로 연결된다. 한 실시모드에서, 발광 다이오드들(76)은 모델 No. NASW008B로 Michigan주 Detroit 소재 Nichia Corporation에 의해 판매되는 타입의 것으로서, 랭크들(U2 와 V1)의 휘도가 1500mcd의 평균 휘도를 가진다.
이제 도 14를 보면, 회로 보드의 전자 패드들 상에 땜납 페이스트를 분배하기 위한 방법이 (100)에 일반적으로 표시된다. 도시된 바와 같이, (102)에서, 프린트된 회로 보드가, 예를 들어, 컨베이어 시스템을 통해 스텐실 프린터로 운반된다. 도 1에 참조하여, 회로 보드가 컨베이어 레일들을 통해 프린트 네스트(nest)로 운반된다. 일단 운반되면, 회로 보드는 지지대 조립체의 상부 상에서 프린트 네스트 내에 위치되며, 다음으로 이미징 시스템을 사용하여 스텐실과 정렬되고 프린트 위치로 유지되도록 지지대 조립체에 의해서 들려진다. 다음으로, 분배 헤드가 (104)에서 회로 보드 상에 땜납 페이스트를 증착시키기 위해 스텐실과 맞물리기 위해 낮추어 진다. 일단 프린팅이 완료되면, 회로보드 및/또는 스텐실의 검사가 수행되게 된다. 스텐실 검사가 또한 그리고 회로 보드들이 프린트 네스트 영역으로 그리고 이로부터 운반될 때 독립적으로 동시에 수행될 수 있다.
특히, 회로 보드의(또는 스텐실의) 미리 정의된 영역은 (106)에서 축-상 광으로 미지 정의된 영역을 조명함에 의해서 이미징된다. 동시에, 미리 정의된 영역은 (108)에서 탈-축 광으로 조명될 수 있다. 회로 보드가 (또는 스텐실이) 적절하게 조명되면, 카메라가 (110)에서 영역의 이미지를 캡처한다.
다음으로, 회로 보드 또는 스텐실의 뒤따르는 미리 정의된 영역이 이미징된다. 회로 보드의 다수의 미리 정해진 영역들의 이미징은 제 1 미리 정의된 영역으로부터 제 2 미리 정의된 영역으로 이동함에 의해서 수행된다. 컨트롤러의 지시하에, 이미징 시스템은, 예를 들어, 검사의 목적을 위한 이미지들을 캡처하기 위해 다른 미리 정의된 영역들로 순차적으로 이동한다. 다른 실시모드들에서, 방법은 회로 보드의 이미지를 캡처하는 대신에 또는 이에 더해 스텐실 영역의 이미지를 캡처하는 단계를 포함할 수 있다.
한 실시모드에서, 이미징 시스템(32)은, Prince의, METHOD AND APPRATUS FOR DETECTING SOLDER PASTE DEPOSITS ON SUBSTRATES라는 제목의 미국 특허 번호 6,738,505에 개시된 방법과 같은 텍스처 인식 방법을 수행하도록 사용될 수 있으며, 상기 특허는 본 발명의 양수인에게 소유되며 이 명세서에 참조로 병합된다. 본 발명의 양수인에 의해 소유되며 이 명세서에 참조로 병합되는, Prince의, SYSTEMS AND METHODS FOR DETECTING DEFECTS IN PRINTED SOLDER PASTE라는 제목의, 미국 특허 번호 6,891,967는 U.S. Patent No. 6,738,505의 가르침들을 더 진행시킨다. 특정적으로, 이들 특허들은 프린트된 회로 보드 상에 위치된, 미리 정해진 지역들, 예를 들어, 구리 접촉 패드들 상에 땜납 페이스트가 적절하게 정착되었는가를 결정하기 위한 텍스처 인식 방법들을 가르친다.
도 15에 참조하여, 한 실시모드에서, 스크린 프린터(10)가 기판 상에 증착된 물질(202)을 가지는 기판(200)을 검사하는 것이 도시된다. 기판(200)은 프린트된 회로 보드{예를 들어 회로 보드(26)}, 웨이퍼, 또는 유사한 플랫 표면을 병합할 수 있으며 물질(202)은 땜납 페이스트, 또는, 접착제, 인캡슐런트들, 언더필들 및 전기 컴포넌트들을 프린트된 회로 보드들 또는 웨이퍼들 상에 부착하기에 적합한 다른 조립 물질들과 같은 다른 점성 물질들을 병합할 수 있다. 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 기판(200)은 관심 지역(204)과 접촉 지역(206)을 가진다. 기판(200)은 트레이스들(208)과 비어들(210)을 더 포함하며, 이들은, 예를 들어, 기판 상에 장착된 컴포넌트들을 상호 연결시키는데 사용된다. 도 16은 어떤 접촉 지역들(206) 상에도 증착된 물질들이 없는 기판(200)을 도시한다. 도 17은 접촉 지역들(206) 상에 분포된, 예를 들어, 땜납 페이스트 증착들인, 물질들(202)을 가지는 기판(200)을 도시한다. 기판(200)에서, 접촉 지역들(206)은 표시된 관심 지역(204)에 걸쳐서 분포된다.
도 17은 땜납 페이스트 증착(202)들이 접촉 지역들(206)에 잘못 정렬된 것을 도시한다. 도시된 바와 같이, 땜납 페이스트 증착들(202)의 각각이 접촉 지역들(206)의 하나와 부분적으로 접촉한다. 우수한 전기적 접촉을 보장하고 인접한 접촉 지역들, 예를 들어, 구리 접촉 패드들 사이의 브리지를 방지하기 위해, 땜납 페이스트 증착들은 측정 공차들 내에서 각기 접촉 지역들과 정렬되어야만 한다. 미국 특허 번호 6,738,505와 6,891,967에 개시된 타입들의 텍스처 인식 방법들은 접촉 지역들 상의 오정렬된 땜납 페이스트 증착들을 검출하고, 결과로서, 일반적으로 기판들의 제조 양품률을 향상시킨다.
다시 도 15에 참조하여, 한 실시모드에서, 땜납 페이스트 텍스처 인식을 위한 방법은 기판 상에 증착된 물질(202)을 가지는 기판(200)의 이미지를 캡처하기 위해 이미징 시스템(32)을 사용하는 단계를 포함한다. 이미징 시스템(32)은 실-시간 시그널(212)을 적합한 디지털 통신 포트 또는 전용 프레임 그래버(grabber)(214)로 전송하도록 구성될 수 있다. 디지털 포트는 USB, 이더넷, 또는 파이어와이어(IEEE 1394)로서 일반적으로 알려진 타입들을 포함할 수 있다. 실-시간 시그널(212)은 그 위에 증착된 물질을 가지는 기판(200)의 이미지에 상응한다. 일단 수신되면, 포트 또는 프레임 그래버(214)는 모니터(218) 상에 디스플레이될 수 있는 이미지 데이터(216)를 생성한다. 한 실시모드에서, 이미지 데이터(216)는 미리 정해진 수의 픽셀들로 나뉘어지며, 각각은 0에서 255의 그레이 레벨의 휘도 값을 가진다. 한 실시모드에서, 시그널(212)은 기판(200)과 그 위에 증착된 물질(202)의 실-시간 이미지 시그널을 표시한다. 그러나, 다른 실시모드들에서, 이미지가 로컬 메모리에 저장되며, 요구되는 바와 같이, 요구시 컨트롤러(14)로 전송된다.
포트 또는 프레임 그래버(214)는 컨트롤러에 전기적으로 연결되며, 컨트롤러는 프로세서(220)를 포함한다. 프로세서(220)는 물질(202)의 이미지(216)에서 텍스처의 통계적 편차들(variations)을 계산한다. 물질(202)의 이미지(216)에서의 텍스처 편차들은 기판(200) 상의 비-물질 백그라운드 형상부들의 상대적 휘도에 독립적으로 계산되며, 따라서 프로세서(220)가 기판 상의 물질의 위치를 결정하고 원하는 위치와 물질의 위치를 비교하는 것을 가능하게 해준다. 한 실시모드에서, 만일 물질(202)의 원하는 위치와 실제 위치 사이의 비교가 미리 정의된 임계치를 초과하는 오정렬을 보일 경우, 프로세서(220)는 에러를 감소시키거나 제거시키기 위한 적합한 방법들로 반응하며, 기판을 거부하거나 컨트롤러를 통해 알람을 발동시킬 수 있다. 컨트롤러(14)는 스텐실(18)과 기판의 정렬 및 프린팅 프로세스에 관련한 다른 운동들을 용이하게 만들기 위해 스텐실 프린터(10)의 구동 모터들(222)에 전기적으로 연결된다.
컨트롤러(14)는 스텐실 프린터(10)의 구동 모터들(222), 이미징 시스템(32), 프레임 그래버(214) 그리고 프로세서(220)를 포함하는 컨트롤 루프(224)의 부분이다. 컨트롤러(14)는 물질(202)이 접촉 지역(206)과 오정렬될 경우 스텐실(18)의 정렬을 조정하기 위한 시그널을 보낸다.
따라서, 본 발명의 이미징 시스템(32)이 효율적인 실-시간 폐-루프 제어를 제공하는 한편 텍스처 인식 방법들을 수행하는데 요구되는 다양한 조건들 하에 균일하게 조명된 이미지들을 캡처하는데 특히 적합하다는 것이 관찰되어야 한다. 또한, 탈-축 조명 시스템에 의해서 제공되는 추가적 광이 보다 짧은 노출 시간들을 가능하게 해주기 때문에, 이미징 시스템이 데이터가 보다 신속하게 분석되도록 관심 지역들(미리 정의된 영역들)을 보다 신속하게 이미징할 수 있다.
작동 동안, 기판 상에 물질을 증착할 때, 물질 증착의 이미지가 캡처된다. 한 실시모드에서, 물질은 땜납 페이스트이며, 기판은 프린트된 회로 보드이다. 물질을 가진 기판의 이미지는 실-시간으로 캡처되거나 컨트롤러(14)의 메모리로부터 읽혀진다(retrieved). 이미지는 이미지에서의 텍스처 변위들이 검출되는 컨트롤러(14)의 프로세서(220)로 보내진다. 이들 텍스처 변위들은 기판 상의 물질의 위치를 정하는데 사용된다. 프로세서(220)는 물질의 특정 위치를 기판의 미리 정해진 위치들과 비교하도록 프로그램된다. 만일 변위가 미리 정해진 리미트내에 있게되면, 프로세서(220)는 프로세스를 개선하기(refine)위해 적합한 방법들로 대응할 수 있다. 만일 변위들이 미리 정해진 리미트들 밖에 놓일 경우, 적절한 회복 방법들이 사용되며, 여기서 기판이 거부되거나, 프로세스가 종료하거나 알람이 발동된다. 컨트롤러(14)는 결함이 검출될 경우 이들 기능들의 하나 또는 그 이상을 수행하도록 프로그램된다.
한 실시모드에서, 스텐실(18) 및/또는 회로 보드(26)가 스텐실과 보드의 이미지를 각각 취하기 위해서 이미징 시스템(32)에 상대적으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 스텐실(18)이 프린트 네스트로부터 멀리 평행 이동되어, 정지 상태에 있을 수 있는, 이미징 시스템(32)의 위 또는 아래로 이동될 수 있다. 비슷하게, 회로 보드(26)가 프린트 네스트로부터 멀리 이동되어(shuttle) 이미징 시스템(32)의 위 또는 아래로 이동될 수 있다. 다음으로 이미징 시스템(32)의 카메라는{예를 들어 카메라(36)} 위에 기술된 방식으로 스텐실(18) 및/또는 회로 보드(26)의 이미지를 취할 수 있다.
또 다른 실시모드에서, 이미징 시스템(32)이, 땜납 페이스트, 접착제, 인캡슐런트들, 언더필들 및, 프린트된 회로 보드같은, 기판 상의 다른 조립 물질과 같은 점성 또는 반-점성 물질을 분배하기 위해 디자인된 분배기 내에 사용될 수 있다. 이러한 분배기들은 브랜드 명 CAMALOT®아래 Speedline Technologies에 의해서 판매되는 타입의 것이다.
보다 강한 탈-축 조명을 더함에 의해서 반사율, 따라서 불량한 형태의 땜납 페이스트 증착들의 불규칙 또는 비-수직 표면들의 상대적 휘도가 증가한다는 것이 관찰되어야 한다. 탈-축 조명을 더함에 의해서, 이들 표면들로부터 산란된 광의 가장 강한 컴포넌트들이, 광이 이미지를 생성하기 위해 이미징 시스템(32)에 의해서 모아지고 사용될 수 있는 광학적 조망 경로 쪽으로 인도될 수 있는 확률이 커지게 된다. 탈-축 조명 조립체에 의해서 제공되는 조명의 부가된 효율성은 이미지들을 획득하는데 요구되는 시간을 감소시켜준다.
탈-축 조명 발명의 실시모드들의 탈-축 조명 조립체(70)는 탈-축 조명이 축-상 조명만을 이용함으로써 같은 만큼 효과적으로 조명되거나 충분히 (조명이)채워 질 수 없을 불규칙, 각진, 깍인 면의, 또는 다른 식으로 덜 이상적인 땜납 페이스트 표면들을 강조 조명하게 해준다는 점에 있어서 축-상 조명의 결함들을 보충해주도록 디자인된다. 본 발명의 실시모드들의 조립체(70)는 현존하는 비전 프로브 하드웨어와 회로 보드 또는 조명을 요구하는 다른 표면 사이에 이용 가능한 한정된 공간 내에 맞아 들어가기에 적당하게 작도록 낮은 프로파일을 가진다. 비-평면 기하구조를 가진 회로 보드 위에서의 검사 시스템 또는 그 위에 장착된 컴포넌트들의 일관적인 충돌-없는 운동을 보장하기 위해 충분한 추가 간극이 제공되어야만 한다는 점이 주의되어야 한다. 탈-축 조명 조립체는 로컬 입사각과 타깃 영역에 걸친 광의 분포 및 밸런스의 상당한 제어를 유지하는 한편 극히 인접한 유효 거리에서 회로 보드 또는 다른 표면 상으로 광을 인도할 수 있다.
결과로서, 본 발명의 실시모드들의 탈-축 조명 조립체(70)의 제공은, 특히 이상적이지 못한 땜납 페이스트 증착 기하구조가 있는 경우, 2차원 땜납 페이스트 검사의 강력함을 향상시킨다. 일부 응용들에서, 이 조건은 후속적인 프로세스들에 해가되는 영향을 끼칠 상당한 단점들을 만들어 냄 없이 지속되며 다소간 안정될 수도 있다. 그러나, 불량하게 정의된 땜납 페이스트 증착들은 보통, 만일 체크되지 않고 방치될 경우, 결국 재앙적인 회로 보드 결함으로 이어질 수 있는 중요한 단점들 및 트렌드들의 존재를 표시한다. 탈-축 조명 조립체는 특히 이러한 결함들을 볼 수 있는 능력을 향상시키도록 디자인된다.
다른 실시모드들에서, 탈-축 조명 조립체(70)가 탈-축 조명을 스텐실(18) 쪽으로 인도하는데 사용될 수 있다는 것이 관찰되어야 한다. 특히, 조립체(70)와 동일한, 탈-축 조명 조립체는, 조립체(70)가 빔 스플리터(48) 상에 장착되는 동일한 방식으로, 빔 스플리터(50) 상에 구성되거나 조립될 수 있다.
본 발명이 그 특정 실시모드들에 참조하여 도시되고 기술되어 왔지만, 당업자는 형태와 그 세부사항에 있어서 다야한 변화들이 다음의 청구항들에만 한정되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으며 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
물질을 분배하기 위한 장치들과 프로세스들, 보다 특정적으로, 인쇄된 회로 보드와 같은, 전자 기판 상에 스크린 또는 스텐실 프린터를 통해 땜납 페이스트를 프린팅하기 위한 장치 및 프로세스에 관련한 것으로써 산업상 이용 가능하다.

Claims (12)

  1. 전자 기판의 표면 상에 땜납 페이스트(solder paste)를 증착시키기 위한 스텐실 프린터에 있어서,
    프레임과;
    프레임에 연결된 스텐실로서, 그 안에 형성된 다수의 애퍼처들(apertures)을 가지는, 스텐실과;
    프레임에 연결된 분배기로서, 스텐실과 분배기는 전자 기판 상에 땜납 페이스트를 증착시키도록 구성되고 배열되는, 분배기와;
    전자 기판의 이미지를 캡처하기 위해 구성되고 배열된 이미징 시스템에 으로서,
    카메라 조립체와;
    전자 기판의 표면에 일반적으로 수직인 제 1 축을 실질적으로 따라서 광을 생성하는데 적합하게된 축-상 조명 조립체와;
    제 1축에 대해서 어떤 각으로 연장하는 제 2축을 실질적으로 따라서 광선들을 생성하는데 적합하게된 탈-축 조명 조립체를 포함하는, 이미징 시스템과;
    이미징 시스템에 연결된 컨트롤러로서, 컨트롤러는 이미지를 캡처하기 위해 이미징 시스템의 움직임을 제어하도록 구성되고 배열되는, 컨트롤러를 포함하는, 스텐실 프린터.
  2. 제 1항에 있어서, 이미징 시스템의 축-상(on-axis) 조명 조립체가 축-상 조명 조립체, 전자 기판, 그리고 카메라 조립체 사이의 광을 인도하도록 적합하게된 광학적 경로를 더 포함하는, 스텐실 프린터.
  3. 제 2항에 있어서, 이미징 시스템이 탈-축(off-axis) 조명 조립체를 지지하는데 적합하게된 장착 브래킷을 포함하는, 스텐실 프린터.
  4. 제 3항에 있어서, 탈-축 조명 조립체가 장착 브래킷에 의해서 지지되는 광 생성 모듈을 포함하는, 스텐실 프린터.
  5. 제 4항에 있어서, 광 생성 모듈이 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는, 스텐실 프린터.
  6. 제 4항에 있어서, 탈-축 조명 조립체가 광선들을 인도하도록 구성된 렌즈를 포함하며, 렌즈는 장착 브래킷에 단단히 고정되는, 스텐실 프린터.
  7. 제 6항에 있어서, 렌즈가 지정된 경로를 따라서 광 생성 모듈로부터 광을 인도하는데 적합하게된 하나 또는 그 이상의 굴절 표면들을 포함하는, 스텐실 프린터.
  8. 제 2항에 있어서, 카메라 조립체가 카메라와, 이미지를 카메라에로 인도하기에 적합하게된 렌즈 조립체를 포함하는, 스텐실 프린터.
  9. 제 2항에 있어서, 광학적 경로가 빔 스플리터와 미러를 포함하는, 스텐실 프린터.
  10. 제 1항에 있어서, 축-상 조명 조립체가 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함하는, 스텐실 프린터.
  11. 제 1항에 있어서, 이미징 시스템이 영역내에서 전자 기판의 패드 상의 땜납 페이스트의 이미지를 캡처하도록 구성되고 배열되는, 스텐실 프린터.
  12. 제 1항에 있어서, 컨트롤러가 전자 기판의 패드들 상의 땜납 페이스트 증착들의 정확도를 결정하기 위해 전자 기판의 텍스처 인식을 수행하도록 프로그램된 프로세서를 포함하는, 스텐실 프린터.
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