TWI232925B - Board deflection metrology using photoelectric amplifiers - Google Patents

Description

1232925 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明實施例有關於板處理設備及更明確地說係有關 於用以處理具有表面黏著積體電路之印刷電路板的板處理 設備。 【先前技術】 當產品被賣給原廠委托製造加工（Ο EM )時，產品通 常伴隨有規格書。規格書典型包含可接受操作條件、連接 推薦、直流（DC )規格、交流（AC )規格等。產品被保 證依據規格書加以動作。 產品製造者執行某些測試，以保證產品符合規格書。 例如，具有焊接有元件之印刷電路板（PCB )的製造者測 試整個板之電氣連接，以確保所有元件均已正確焊接至板 上。部分測試需要板重覆被插入並由連接器移開。用於這 些測試之設備對板施加一相當大之力量。測試設備可能扭 曲並彎曲板。 當施加至板上之力量並未良好分佈或當板並未良好支 撐時，板可能受到撓曲。當板撓曲時，元件至板介面（即 焊接點）可能損壞或者元件可能被損壞》若板通過測試並 於由板處理設備移除時，一元件被損壞或者焊接點開路， 例如，製造者將該板運送至客戶，而不知該板有缺陷。被 運之缺1¾¾板可目&在電腦系統上造成間歇性問題，這是很 難隔離及修復。於部份情形下，該板可能完全不能操作。 -4 - (2) 1232925 當技術革新及元件愈複雜時，損壞元件或空焊的接點之可 能性增力口。 【發明內容及實施方式】 於圖中，類似參考數大致表示相同、動作類似及/或 結構等效的元件。附圖中，第一次出現的元件係爲參考數 中之最左位數表示。 第1圖爲依璩本發明一·實施例之印刷電路板（PCB ) 撓曲量測系統〗00之示意圖。系統1 00包含一印刷電路板 (P C B ) 1 0 2及測試設備1 〇 4，其係連接至P C B 1 0 2。 PCB 102可以爲任意適當印刷電路板，其能受到機械 加載、振動、衝擊等，或者同時受到這些。於本發明之一 實施例中，PCB102包含一使用表面黏著技術（SMT )被 焊接至PCB1 02表面之元件108 (例如晶片組、裝置、插 座）。元件】〇 8可以爲任意已知球栅陣列（b G a )黏著元 件。 測試設備1 0 4可以爲任意適當設備，其可以使 P C Β I 0 2受到機械加載、振動、衝擊等者，以使得p c Β 1 〇 2 受到撓曲。或者’測試設備〗(Μ也可以爲任意適當設備， 其可以模擬，P C Β 1 0 2受到機械加載 '振動、衝擊等等，以 使PCB 102受到撓曲。適當設備包含自動或手動電路內 (in-circim)測試設備或外部功能測試設備。 例示撓曲里測系統1 〇 〇包含—或多數目標]]2，附著 至PCB] 02表面。該等目標112可以爲帶、紙等之任意適 (4) 1232925 葵特所購得之D A Q P」6類比輸入P C M C I A卡））。 例示撓曲量測系統]00包含一軟體介面142，連接至 資料取得系統〗4 0。該例示軟體介面1 4 2可以使用適當程 式語言加以建立。於一實施例中，軟體介面1 4 2可以爲位 ί令美國德州奧斯汀之國家儀器公司所購得之寫於 Lab View之客戶虛擬儀器。於另一實施例中，軟體介面]42 可以寫爲由加州之Palo Alto之惠普公司所購得之用於視 窗的惠普視覺工程環境（HP VEE )。於另一實施例中， 軟體介面1 42可以寫爲由美國華盛頓州之雷蒙的微軟公司 所購得之V i s u a 1 B a s i c。當然，軟體介面1 4 2可以寫爲其 他適當語言，例如由國家儀器公司所購得之 LabWindows\CVI 及 ComponentWorks，及由美國新罕希耳 州之 Amherst 中之 Das y Tec GMBH 所購得之 DasyLab。 第2圖爲依據本發明一實施例之PCB撓曲量測程序 2 0 0之流程圖。例示程序2 0 0可以用以決定是否測試設備 及/或製造設備可能損壞安裝在印刷電路板上之元件。例 如’因爲測試及量測設備可能扭曲或彎曲印刷電路板，所 以本發明之實施例事先（即在實際測試及製程之前），決 定是否一特定測試及製程可能損壞印刷電路板及/或安& 在印刷電路板上之元件。 於本發明之部份實施例中，其中有若干通道，每〜$ 道均具有一光電放大器I]4、光纖]16及118、透鏡]2〇 及1 2 2、及一頭組件〗3 0，放置在元件1 〇 8的不同角落， 該程序2 0 0可能可以實施用於系統]0 0之每一通道。〜 (5) 1232925 有多數機器可讀取指令於其上之機器可讀取媒體可以用以 使得一處理機執行程序2 0 0。當然，程序2 0 0只是一例示 程序也可以使用其他程序。 於方塊2 02中，PCB 102沒有機械加載.、振動、及/或 衝擊，及光電放大器1 1 4可以經由相關光纖1 1 6及透鏡 1 20以發射光束至相關目標1 1 2。所發射之光可以具有一 預定強度（及波長）。透鏡1 2 0將所發射光指向相關目標 112° 於方塊2 04中，目標112反射/折射光束及透鏡122 將所反射/折射光束經由光纖1 18導引回光電放大器1 14。 所反射/折射光束可以具有當 PCB 102沒有機械加載、振 動、及/或衝擊時，相關於頭組件1 3 0離開目標1 1 2距離 之強度。 於方塊2 06中，光電放大器1 14量測反射/折射光束 的能量（即強度）並將之轉換爲成比例於反射/折射光束 之強度的類比電壓値。 於方塊208中，光電放大器114輸出類比電壓値至資 料取得系統1 4 0。於一實施例中，光電放大器I〗4輸出大 約2伏至資料取得系統]4 〇。 . 於方塊2 1 0中’資料取得系統丨4 〇由光電放大器u 4 接收類比電壓値並將該類比電壓値轉換爲相關於類比電壓 値之數位値。於一實施例中，資料取得系統I 4 0由光電放 大器I 1 4接收約2伏’並將該約2伏轉換爲相關於約2伏 之數位値。 -8- (7) 1232925 於方塊22 0中，光電放大器】14將第二反射/折射光 束轉換爲成比例於第二反射/折射光束之強度的一第二類 比電壓値。 於方塊2 2 2中，光電放大器〗1 4輸出第二類比電壓値 至資料取得系統I 4 0。於一實施例中，光電放大器1 1 4輸 出大約7伏給資料取得系統1 4 0。 於方塊2 2 4中，資料取得系統】40接收來自光電放大 器1 1 4之第二類比電壓値並將第二類比電壓値改變爲一相 關於第二類比電壓値之一第二數位値。於一實施例中，資 料取得系統1 4 0由光電放大器1 1 4接收約7伏並將大約7 伏轉換爲相關於約7伏之數位値。 於方塊2 2 6中，資料取得系統]4 〇儲存第二數位値於 表丨4 i中。於一實施例中，資料取得系統〗4 〇儲存相關於 約7伏之數位値於表1 4 1中。 於方塊2 2 8中’可以移除機械加載、振動、及/或衝 擊。或者，機械加載、振動、及/或衝擊可以被模擬由 PCB102 移除。 於方塊2 3 0中，光電放大器1 1 4可以經由相關光纖 】】6及透鏡1 2 0傳送一第三光束至相關目標〗丨2 透鏡 I 20將所發射之光至相關目標1 1 2。 於方塊2 3 2中，目標112反射/折射一第三光束及透 鏡]22將第三反射/折射光束經由光纖11S導引回到光電 放大器1 1 4。第三反射/折射光束的光強度，可以相關於在 加載由PCB 1 02移開時，頭組件1 3 0到目標1〗2之距離。 -10- (8) 1232925 當加載由PC B 102移開時，第三反射/折射光束之強 度可以不同（例如高）於當PCB 102受到機械加載、振動 及/或衝擊時的第二反射/折射光束的強度。當加載由 P C B 1 〇 2移開時’第三反射/折射光束之強度可以不同（例 如低）於當P C B 1 0 2沒有機械加載、振動及/或衝擊時的第 一反射/折射光束的強度。 當加載由P CB 1 02移除時，於頭組件1 3 0及目標】！ 2 間之距離可能不同（例如低）於當P C B 1 0 2受到機械加 載、振動、及/或衝擊時，頭組件1 3 0與目標1 I 2間之距 離’並且不同（例如高）於當P C B 1 0 2沒有機械加載、振 動、及/或衝擊時，第一反射/折射光束的強度可能不同 (例如高）於頭組件1 3 0與目標1 1 2間之距離。 於方塊2 3 4，光電放大器1 1 4將第三反射/折射光束轉 換爲一成比例於第三反射/折射光束的第三類比電壓値。 於方塊236中’光電放大器114輸出該第三類比電壓 値至該資料取得系統1 40。於一實施例中，光電放大器 1 14輸出約四伏至資料取得系統140。 於方塊2 3 8中，資料取得系統140由光電放大器1 14 接收第三類比電壓値並將該第三類比電壓値轉換爲相關於 該第三類比電壓値之第三數位値。於一實施例中，資料取 得系統1 4 0由光電放大器1 1 4接收約四伏並將該約四伏轉 換爲相關於該約4伏的數位値。 於方塊2 4 0中，資料取得系.統Μ 0儲存該第三數位値 於表〗4 1中。於一實施例中，資料取得系統]4 0儲存相關 - 11 - (10) 1232925 慢速動態量測。 第3圖爲一流程圖，例示程序3 00，其中可以執行依 據本發明另一實施例。例示程序3 00可以基於相關於第 一、第二及第三反射/折射光束之第一、第二及第三數位 値，而決定PCB 102的撓曲。一具有機器可讀取指令之機 器可讀取媒體可以用以使得一處理機執行程序3 0 0。 於方塊3 02中，軟體介面M2評估第一數位値；決定 該第一數位値代表頭組件130至目標112沒有位移;並設 定該位移等於相關於沒有位移之値。於一實施例中，軟體 介面142決定約兩伏代表沒有位移；設定頭組件130離開 目標1 1 2的位移爲0 · 0 0 0 0 (例如啓始化）。 於方塊3 04中，軟體介面142將第二數位値減去第一 値，以取得一電壓差。於一實施例中，軟體介面1 42由約 7伏減去2伏，以取得約5伏之差。 於方塊306中，軟體介面142將電壓差轉換爲由頭組 件1 3 0至目標1 1 2間之位移。於一實施例中，軟體介面 142將約5伏差轉換爲約0.001吋的位移。 於方塊3 08中，軟體介面142將頭組件130至目標 1 12之位移轉換爲由元件1〇8之法線至PCB 102的撓曲。 於一實施例中，軟體介面142將0.001的位移轉換爲約 0.0006吋的撓曲。 於方塊310中，軟體介面142將第三數位値減去第二 數位値，以取得一電壓差。於一實施例中，軟體介面142 由約4伏減去約7伏，以取得約負3伏的差。 -13- (11) 1232925 於方塊3 1 2中，軟體介面丨42將電壓差轉換爲頭,¾ 1 3 0離開目標1 1 2之位移。於一實施例中，軟體介面 將該約負3伏差轉換爲約〇 . 〇 〇 〇 3吋的位移。 於方塊3 1 4中，軟體介面】4 2將頭組件1 3 0離開巨 1 1 2的位移轉換爲P C B 1 0 2離開元件1 0 8法線的撓曲。 一實施例中，軟體介面142將離開目標1 12之0.0000 之頭組件130的位移轉換爲PCB1 02離開元件108注 0.0000吋（例如在機械加載、振動、衝擊前）的撓曲。 另一實施例中，軟體介面1 42將頭組件1 3 0離開目標 之 0.0006吋的位移轉換爲PCB102離開元件108法 0.001吋（例如於機械加載、振動、衝擊時）之撓曲。 另一實施例中，軟體介面1 42將頭組件1 3 0離開目標： 之0.0003吋的位移轉換爲PCB102離開元件108法線 0.0003吋的撓曲（例如在機械加載、振動、衝擊後）。 第4圖爲依據本發明一實施例之軟體介面142的圖 使用者介面螢幕照片。如該照片所示，軟體介面142之 形使用者介面包含一類比電壓對每通道時間（即每光電 大器114輸出）的曲線圖 402。曲線圖 402包含曲 406、4 10及414。軟體介面142之圖形使用者介面同時 包含一頭組件I 3 0離開目標I 1 2之位移對每通道時間的 線圖4 0 4。該曲線圖4 0 4包含曲線4 0 8、4 1 2及4 I 6。 曲線406代表頭組件130離開目標1 12之0.0000 的位移（例如在機械加載、振動、衝擊前）。曲線408 表由光電放大器]1 4輸出至資料取得系統1 40的2伏之 Η牛 142 I標 於 吋 :線 於 112 線 於 [12 的 形 圖 放 線 也 曲 吋 代 類 -14- (12) 1232925 比電壓（例如在機械加載、振動、衝擊前）。 曲線4 1 0代表頭組件；! 3 〇離開目標丨I 2之〇 . 〇 〇丨吋之 位移（例如於機械加載、振動、衝擊）。4 1 2代表由光電 放大器1 1 4輸出至資料取得系統】4 〇之約7伏的類比電壓 (例如於機械加載、振動、衝擊）。 曲線4 1 4代表頭組件1 3 0離開目標1 1 2之0 . 〇 〇 〇 5吋 之位移（例如於機械加載、振動、衝擊後）。4 1 2代表由 光電放大器1 1 4輸出至資料取得系統〗4 〇之約4伏的類比 電壓（例如於機械加載、振動、衝擊後）。 第5圖爲依據本發明一實施例的圖形代表5 〇 〇，其顯 示基於由光電放大器114輸出之類比電壓變化，·而隨著時 間（例如在P c B 1 〇 2受到機械加載、振動、及/或衝擊之 前、之時、及之後），將頭組件1 3 0離開目標1 1 2之位移 轉換爲PCB 102的撓曲的結果。 曲線502表示相當於約2伏之類比輸出電壓之約 0.0000吋的PCB102撓曲，及在使PCB102受到機械加 載、振動、及/或衝擊前，頭組件1 3 0離開目標1 1 2約 0.0000吋之位移。 曲線5 0 4表示相當於約7伏之類比輸出電壓之約 0.0006吋的PCB102撓曲，及在使PCB102受到機械加 載、振動、及/或衝擊時，頭組件1 30離開目標1 1 2約 0.0 0 1吋之位移。 曲線5 0 6表示相當於約4伏之類比輸出電壓之約 0.0 003吋的PCB102撓曲，及在使PCB102受到機械加 -15- (13) 1232925 載、振動、及/或衝擊後，頭組件1 3 0離開目標 η 2約 0 . Ο Ο Ο ό吋之位移。 本發明之實施例可以使用硬體、軟體、韌體、或硬體 與軟體之組合加以實施。於使用軟體實施時，軟體可以被 儲存在電腦程式產品上（例如光碟、磁碟、軟碟等）或一 程式儲存裝置（例如光碟機、磁碟機、軟碟機等）。 本發明之所示實施例的說明並不是用以限定本發明至 所述之精確形式。本發明之實施例係作例示目的，熟習於 本技藝者可知各種等效修改仍在本發明之範圍內。這些修 改可以藉由上述詳細說明加以完成。 各種操作已經被說明爲多數個別操作，其係用以本發 明實施例之了解。然而，於此所述之順序並不應認定這些 操作必須依序進行。 於本說明書中之“一實施例”表示有關於該實施例之一 特定特性、結構、程序、方塊或特徵。因此，本文中之 “一實施例”並不必然表示相同之實施例。再者，特定特 性、結構或特徵可以以任何適當方式組合於一或多數實施 例中。 【圖式簡單說明】 第1圖爲依據本發明一實施例之撓曲量測系統之示意 圖； 第2A-2C圖爲依據本發明一實施例之PCB撓曲量測 程序之流程圖； -16-

Claims (1)

1232925 ⑴ 拾、申請專利範圍 1 . 一種用以量測印刷電路板（p c B )撓曲量之系 統，包含： 印刷電路板（PCB ); 設備適用以機械加載該PCB;及 光學迴路，耦[接以決定在機械加載該p C B之前、之 時及之後，PCB的撓曲。 2 ·如申請專利範_第1項所述之系統，更包含一元 件安裝在該PCB上。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該元件 爲一處理機。 4·如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該元件 爲一表面黏著技術（SMT)元件。 5 ·如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該元件 爲一球柵陣列（BGA)元件。 6.如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該光學 迴路包含一頭組件，安裝在該元件。 7 ·如申請專利範圍第6項所述之系統，其中該頭組 件包含一對透鏡在該頭組件內。 8 ·如申請專利範圍第7項所述之系統，更包含一對 光纖耦接至該對透鏡。 9·如申請專利範圍第8項所述之系統，更包含一光 電放大器，耦接至該對光纖。 1 0.如申請專利範圍第9項所述之系統，更包含一資 -18- (2) 1232925 料取得系統，耦接至該光電放大器。 _ Π .如申請專利範圍第I 〇項所述之系統，更包含一 軟體介面，耦接至該資料取得系統。 12·如申請專利範圍第1 1項所述之系統，其中該軟 體介面包含一圖形使用者介面。 1 3 ·如申請專利範圍第〗項所述之系統，其中該光學 迴路更耦接以： 在PCB沒有機械加載時，接收來自pcB上之一目標 · ') 之一第一反射光束； 將該第一反射光束轉換爲一第一比例電壓値； 當PCB受到機械加載時，接收來自目標的一第二反 射光束； 將該第二反射光束轉換爲一第二比例電壓値；及 當機械加載由PCB移開時，接收來自目標的一第三 反射光束。 14. 一種量測印刷電路板（PCB)撓曲量的方法，包 〇 含步驟： 量測一印刷電路板（PCB )之第一撓曲； * 機械加載該PCB; 量測該PCB之一第二撓曲； 移除該機械加載；及 量測該PCB之第三撓曲。 1 5 .如申請專利範圍第]4項所述之方法，更包含步 驟： -19- (3) 1232925 在機械加載前，接收來自印刷電路板（P C B )上之一 目標的一第一反射光束； 接收於機械加載時，來自目標的一第二反射光束；及 接收於機械加載後，來自目標的一第三反射光束。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項所述之方法，更包含將 該第一反射束的一第一強度及第二反射束的第一強度分別 轉換爲一第一類比電壓·値及一第二類比電壓値。 1 7 ·如申請專利範圍第〗6項所述之方法，更包含將 該第一類比電壓値及第二類比電壓値分別轉換爲相關於第 一類比電壓値之一第一數位値及相關於第二類比電壓値之 —第二數位値。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項所述之方法，更包含基 於該第一及第二數位値，決定該目標的位移。 19·如申請專利範圍第14項所述之方法，更包含將 PCB撓曲顯示在一圖形使用者介面上。 20.如申請專利範圍第18項所述之方法，更包含將 目標的位移顯示在一圖形使用者介面上。 2 1 .如申請專利範圍第1 7項所述之方法，更包含顯 示第一及第二類比電壓値在一圖形使用者介面上。 2 2. —種用以量測印刷電路板（PCB )撓曲量的設 備，包含： 一對透鏡； 一對光纖，耦接在該對透鏡上； 一光束發射器及一光束接收器’耦接至該對透鏡上； -20- (4) 1232925 一資料取得系統，耦接至該光束接收器；及 一軟體介面，耦接至該資料取得系統，該軟體介面具 有一圖形使用者介面，以顯示一印刷電路板（P C B )的撓 曲。 23. 如申請專利範圍第22項所述之設備，其中該對 透鏡係被安裝在一頭組件中。 24. 如申請專利範圍第22項所述之設備，其中該光 束發射器及一光束接收器包含一光電放大器。 2 5 ·如申請專利範圍第2 4項所述之設備，其中該光 電放大器更包含一轉換器，用以將一光束強度轉換爲一類 比電壓値。 26· —種量測印刷電路板（PCB )撓曲量的方法，·包 含步驟： 接收一第一類比電壓値、一第二類比電壓値、及一第 三類比電壓値，以分別表示於第一機械加載、一第二機械 加載、及一第三機械加載時，分別由一印刷電路板 (PCB)上之目標反射的一第一光束的第一光強度、一第 二光束的第二光強度、及一第三光束的第三光強度； 決定於第一類比電壓値、第二類比電壓値、及第三類 比電壓値間之差； 基於第一類比電壓値、第二類比電壓値、及第三類比 電壓値，決定一 PCB撓曲。 27.如申請專利範圍第26項所述之方法，更包含將 PCB撓曲顯示在一圖形使用者介面上。 ►21 - (5) 1232925 28.如申請專利範圍第26項所述之方法，更包含顯示 該第一類比電壓値、該第二類比電壓値、及第三類比電壓 値於該圖形使用者介面上。 -22-