TWI429902B

TWI429902B - 電路板的標記檢知及偏移量檢知之方法及其置件方法

Info

Publication number: TWI429902B
Application number: TW100129368A
Authority: TW
Inventors: Yao Chi Fei
Original assignee: D Tek Technology Co Ltd
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2014-03-11
Also published as: TW201310024A

Description

電路板的標記檢知及偏移量檢知之方法及其置件方

本發明係有關於一種標記檢知及偏移量檢知之方法及其置件方法，尤指一種電路板的標記檢知及偏移量檢知之方法及其置件方法。

習知的電路板係為一種大面積的主板，例如電腦系統中的主機板，但隨著電子裝置如PDA、手機或數位相機的體積越來越小，電路基板的體積也跟著縮小。而為了生產的效率的考量，業者將多數個小型電路板(又稱為子板)合併成一片大型電路板(又稱為多聯板)以方便後續量產製程的進行。

但由於生產的過程中該等小型電路板可能會由於製程上的變異而造成不符合電性導通(即開路、短路等電路特徵)的規格，故上述列為不良品的小型電路板就會以人工的方式將一不良品標記(bad mark)標註於該些小型電路板上，以使後續的取置製程能依據檢知取得相關資訊後，避開上述不良的電路板，以避免將元件裝設於該些不良子板上。另考量該多聯板上的兩兩子板之間需有一固定間距，以利後續表面黏著元件置件的精度需求，但該兩兩子板之間存在有製造與材料收縮率不同所產生的距離誤差，經多聯板合併之後所累積的誤差將會造成表面黏著元件的置件精度問題，是故後續的生產機台(如取置機、die bonder等等)均需額外針對每片子板的定位標靶(local fiducial mark)進行視覺辨識處理，以校正上述之誤差值。

傳統的取置機會載入該多聯板，並利用一移動式攝影機先進行標靶(fiducial mark)的定位，再利用上述攝影機進行不良品標記的分析檢知作業或是定位標靶(local fiducial mark)的辨識檢測作業。換句話說，傳統取置機是利用同一具攝影機進行標靶與不良子板標記的分析及檢知，且該攝影機必須依靠硬體動作以進行移動來一一擷取該大型電路板中的每一小型電路板上是否有不良記號，進行檢知不良板的資訊，接著才開始根據上述的檢知資訊進行後續的置件步驟，完成全部的置件後，最後再進行載出多聯板的動作。換言之，傳統的取置機必須負擔檢知與置件的作業，故兩者無法同時作業，且上述的攝影機移動的時間將會大量降低生產線的稼動率(約10%-30%不等)。因此，傳統取置機的作業就會成為整條生產線的生產瓶頸，而使得產線的生產產能受到限制。

本發明之目的之一，在於係利用一獨立的檢知裝置在相當短的時間，進行電路板的影像之擷取並進行影像分析，以判別該多聯板上的子板上是否出現不良品標記，並分析定位標靶的位置以計算子板的偏移量，再將該些子板的檢知資訊與偏移量傳送至取置機等下游機台，取置機即可利用該檢知資訊與偏移量進行置件作業，以使得置件產線的生產速度大幅提昇，故可以解決傳統利用取置機進行不良子板的檢知或子板偏移量檢知而導致相當長的閒置時間的問題。

本發明實施例係提供一種電路板的標記檢知及偏移量檢知之方法，包含以下步驟：提供至少一電路板，其由多數個子板所組成，其中該電路板上與該些子板上分別具有定位標靶(local fiducial mark)；提供一檢知裝置，該檢知裝置至少包括一高精度的滑移模組、一滑動地架設於該滑移模組之影像擷取單元以及一運算單元，並利用該影像擷取單元擷取該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶的影像；以及利用該運算單元分析該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶的影像，以根據該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶計算每一該子板與該電路板的相對偏移量。

本發明實施例係提供一種置件方法，包括以下步驟：提供至少一電路板，其由多數個子板所組成，其中該電路板上與該些子板上分別具有定位標靶(local fiducial mark)；提供一檢知裝置，該檢知裝置至少包括一高精度的滑移模組、一滑動地架設於該滑移模組之影像擷取單元以及一運算單元，並利用該影像擷取單元擷取該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶的影像；以及利用該運算單元分析該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶的影像，以根據該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶計算每一該子板與該電路板的相對偏移量；以及提供一獨立於該檢知裝置之元件著裝機台，該元件著裝機台係設置於該檢知裝置的下游，且該元件著裝機台根據每一該子板的偏移量進行補正及根據補正的結果在每一該子板上進行一置件步驟。

本發明具有以下有益的效果：本發明主要利用檢知裝置之運算單元以軟體高速運算的方式對電路板的影像進行影像分析，藉此可快速得知子板上之不良品標記的檢知結果及根據子板上之定位標靶的位置以計算子板的偏移量，並將檢知結果與偏移量傳遞給下游的取置機，讓取置機不用花費時間進行不良子板的檢測，而可直接進行前述子板偏移量的補正後進行正確的置件，故可縮短取置機的產出時間(cycle time)。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

本發明係在元件著裝機台(如取置機、覆晶置件機：Flip Chip Mounter)的上游提供一獨立於該元件著裝機台的檢知裝置，其係用以快速地、獨立地檢知電路板上的複數個子板上的不良品標記(bad mark)或/及定位標靶(local fiducial mark)，並傳遞給下游的取置機，讓後續的置件步驟能根據該標記的檢知裝置所得到的檢知資料，針對屬於良品的子板進行置件，而使取置機的待機時間(包括進片、出片、標靶檢知時間及不良品標記的檢知時間)大幅縮短，不用在置件機上進行該項檢知作業，進而提升整體生產線的產能。且本發明之檢知裝置可達到相當高精度的補正作業，如偏移量在±10μm以下。

請先參考圖2，其為一種電路板30態樣之示意圖，電路板30係包括複數個子板31，故電路板30又可稱作多聯板，該些子板31在經過一定的判別步驟後便會被區分為良品及不良品，而屬於不良品的子板31就會以不良品標記(bad mark)301的方式標示之，而如圖1所示之檢知裝置即能快速的檢知上述的不良品標記301，使元件著裝機台40可以根據檢知裝置所得到的檢知資料針對屬於良品的子板31進行置件，即元件著裝機台40不會將元件設置於不良的子板31上，進而達成節省材料的功效。而本發明即可有效率的判別何者為不良品的子板31，何者又為良品的子板31，並將資訊傳遞給下游的元件著裝機台40，節省了傳統取置機利用硬體機構進行移動以檢知不良子板所浪費的時間。在檢知過程中，電路板30會先被固定裝置，例如真空吸盤等所固定，以利後續的分析檢知。

請復參考圖1，其為本發明之進行電路板之標記(包括不良品標記301與後文所介紹的定位標靶302、303)的系統示意圖，其中檢知裝置可至少包括一滑動地架設於滑移模組11之影像擷取單元10以及一運算單元20，該影像擷取單元10可用於一次性地擷取電路板30的全影像(即完整的影像)；或者，該影像擷取單元10可用於多次性地擷取電路板30的不同區域之影像以組成該電路板30的全影像，例如利用運算單元20以影像處理技術將多個電路板30之部分影像加以組合，以形成完整的電路板30的全影像，以利後續的影像分析。而在一具體實施例中，影像擷取單元10具有一預定解析度及一預定放大倍率且在一預定工作距離(working distance)下擷取該電路板30之影像。換言之，本具體實施例中，該影像擷取單元10也可為大型的線性掃瞄器(line scanner)，其工作距離可在20至300公厘(mm)的條件下，將電路板30通過該線性掃瞄器以擷取電路板30的影像(全影像或是多個部份影像)。再者，在本具體實施例中，該影像擷取單元10更進一步包括複數個發光單元，以提供較佳的照明情況，該些發光單元可為發光二極體或是日光燈管等。

而檢知裝置之運算單元20則用以接收電路板30之影像並利用影像分析軟體依序檢視該電路板30上之子板31的影像，以根據定位標靶302、303計算每一子板31的偏移量，並檢知每一該子板31上是否有不良品標記。請參考圖3，運算單元20主要具有多種電子運算模組，例如：開關模組、控制模組、參數設定模組等等，舉例來說運算單元20可具有主選單、工作設定等控制手段以讓該運算單元20進行接收並分析該電路板30的影像；又如該參數設定模組包括電路板參數設定之手段、檢知參數之手段等，該電路板參數設定之手段可設定待檢知電路板30的尺寸規格，而該檢知參數之手段可設定不同的檢知條件，如光源大小等，使該運算單元20可以回饋控制該影像擷取單元10進行最佳的影像擷取。而該運算單元20的其他模組在於進行產品的選擇或系統調整等功能，在此不再贅述。另外，運算單元20更具有儲存模組，運算單元20所輸出之檢知資料可儲存於其中，儲存模組可為內建於運算單元20中或為外部資料儲存單元，如遠端資料庫、雲端伺服器或是載入於光碟等光學儲存媒體。

再者，滑移模組11具有滑軌111及耦接於影像擷取單元10之解碼器112，滑軌111具有相當高的真直性，以雷射校驗工具進行檢測，本發明所使用的滑軌111的真直性較佳地在300mm長度下偏移量不超過5μm，較佳不超過1μm，且可經過雷射校驗工具(如雷射干涉儀校準及相關軟體等)之檢測與補正得知滑軌111在某長度下的偏移量。在本實施例中，影像擷取單元10係可滑動地安裝於滑軌111，而兩者之間的垂直度也同樣經過精準的校驗。因此，影像擷取單元10與滑軌111可定義出一個參考座標架構，而前述用於固定電路板30之固定裝置會高精準地對應滑移模組11之參考座標架構，換言之，滑移模組11與固定裝置之間具有精準的軸向對應性，亦即滑移模組11與固定裝置係架構在同一個座標架構下，使影像擷取單元10可在滑移模組11上移動，並擷取電路板30之影像，以精確地檢知/分析電路板30的偏移量。另外，解碼器112可用於分析/計算影像擷取單元10在滑移模組11之滑軌111上所移動之距離，故可用滑軌111在某長度下的偏移量計算影像擷取單元10在移動時所產生的位置偏移。因此，當影像擷取單元10沿著滑軌111移動時即可擷取電路板30的影像，而影像擷取單元10可將電路板30的影像傳送至運算單元20，解碼器112則將影像擷取單元10所移動的距離傳送至運算單元20，故運算單元20可依據上述資料得知電路板30上之定位標靶302、303之位置資訊(此部分內容將於下文進行說明)。

如圖1所示，檢知裝置的下游設有元件著裝機台40，且元件著裝機台40係獨立於檢知裝置，在一實施例中，該元件著裝機台40可為晶片取置機或打線機、點膠機，如die bonder、flip-chip mounter等其他可用以進行晶片取置或線路連接的機台或設備(例如應用在BGA的封裝製程，可生產MICRO-SD、DDR Ⅱ等產品)，而該元件著裝機台40可以經由該運算單元20獲得檢知資料，例如，元件著裝機台40直接連接於運算單元20以抓取檢知資料，或是元件著裝機台40透過前述之外部資料儲存單元，如遠端資料庫、雲端伺服器等取得檢知資料；該檢知資料可記錄有該電路板上之子板的優劣情況，該元件著裝機台40並可依據該檢知資料進行置件的作業。因此，檢知裝置可應用於SMD製程或是一般元件廠的打線製程。

請參考圖3，其為本發明所提出之電路板的標記檢知及偏移量檢知之方法，其中包括以下步驟：

步驟(a)：提供一電路板30，其包括複數個子板31，其中該等子板31中屬於不良品的子板31上設有一不良品標記301，如圖2所示，電路板30具有多個子板31，而某些子板31具有不良品標記301。而在步驟(a)之前更包括一標記步驟，係利用雷射或貼附的方法將該不良品標記301設置於屬於不良品的子板31上，以利後續製程之進行，其中該不良品標記301具有一預定尺寸，例如3×3(mm² )或4×4(mm² )等大小，且該不良品標記301的主要特徵需具有高度的反差，以利影像分析的準確度。

且每一子板31上更設有定位標靶(local fiducial mark)302，電路板30上設有定位標靶303，根據定位標靶302、303的位置，運算單元20可分析出子板31的偏移量，以決定所需要的偏移補正數值。

步驟(b)：提供一獨立的檢知裝置，該電路板之標記的檢知裝置包括一滑動地架設於滑移模組11之影像擷取單元10以及一運算單元20，其中利用該影像擷取單元10擷取該電路板30的全影像，如前文所述，該影像擷取單元10具有一預定解析度及一預定放大倍率且在一預定工作距離(working distance)下擷取該電路板30之完整影像，例如一次性地擷取全影像，或是多次擷取部分影像再加以組合為完整的影像。在檢知過程中，電路板30會先被固定裝置，例如真空吸盤等所固定，由於滑移模組11與固定裝置係架構在同一個座標系統中，且滑移模組11之滑軌111的高真直性，影像擷取單元10與滑軌111之間的高垂直度，當影像擷取單元10在滑移模組11之滑軌111移動以擷取電路板30之影像，可使影像擷取單元10所擷取之影像能完全表達出電路板30上之定位標靶302、303的位置，並可使運算單元20據以計算出其偏移量及所需調整的補償量。

步驟(c)利用該運算單元20依序檢知該電路板30之該等子板31的影像，以判定每一子板31上是否有該不良品標記301及利用定位標靶302、303計算每一子板31的偏移量。在此步驟之前，使用者可利用該運算單元20中的參數設定模組設定子板31的尺寸，亦即進行一設定該子板31尺寸之之步驟，以使該運算單元20得以根據該子板尺寸依序檢知該電路板30之該等子板31的影像。

具體而言，該運算單元20可先定義一檢知區域(field of view，FOV)，並將該檢知區域移動至對應於該待分析之子板31影像上的位置，藉此，該運算單元20可分析定位標靶302、303的位置以計算子板31的位置、角度的偏移量，並分析檢知區域中是否出現不良品標記301，以判定此一子板31上是否屬於不良品；接著將上述資料彙整為一檢知結果。接下來該運算單元20會判定是否繼續進行下一個子板31的分析工作，直到分析完所擷取的電路板30的影像中之最後一個子板31，再統整上述的檢知結果以輸出一檢知資料。由於本步驟中主要使用影像分析軟體等進行分析，故此一分析步驟所花費的時間甚小，如1秒或小於1秒。舉例來說，本發明之檢知裝置僅花費1至2秒即可得到檢知的結果，與傳統上以個別檢知的方式同樣進行檢知一百片子板311所需的時間相比(如MICRO-SD的多聯板之檢知整體時間可估算為30秒)，本發明可大幅提高檢知的效率，進而提高生產效能，例如以100個子板的情況下，檢知的時間可縮短至小於1秒。

因此，本發明除了可利用獨立的檢知裝置快速地檢視子板31上是否具有不良品標記301，以分析出子板31是否為良品，更根據定位標靶302、303的位置以計算子板31的位置、角度的偏移量，以利後續置件作業時進行補正，以避免置件位置的偏差。具體而言，由於滑軌111之真直性及影像擷取單元10與滑軌111之間的垂直度均在一定的誤差範圍內，且可被本發明之檢知裝置所得知，故影像擷取單元10所掃瞄到的定位標靶302、303的位置可視為相當精準的位置，而運算單元20可依據電路板30之兩個對角之定位標靶303的位置計算電路板30的中心點座標(包括X軸座標、Y軸座標及角度)；接著運算單元20可依據每一子板31之兩個對角之定位標靶302的位置計算每一子板31的中心點座標(包括X軸座標、Y軸座標及角度)，即可利用電路板30的中心點座標與每一子板31的中心點座標的比對，即可得知子板31相對於電路板30的位置、角度的偏移量(即X、Y、Θ)。

換言之，本發明更可以利用上述的電路板的標記檢知及偏移量檢知之方法達到較佳效率的置件方法，即以獨立的元件著裝機台40根據每一子板31的偏移量進行補正及根據每一子板31上是否有該不良品標記301而在屬於良品的子板31上進行一置件步驟；具體而言，當電路板30送入元件著裝機台40，元件著裝機台40會先擷取電路板30上之定位標靶303，即可透過任何可能的資料傳輸方法由本發明之檢知裝置得知每一子板31相對於電路板30的位置、角度的偏移量，並依據前述的偏移量加以補正後進行置件。而在使用軟板的情況下，軟板上的定位標靶302、303之數量多於不良品標記301的數量，故更可以凸顯出本發明對於置件產線之產能的提高。

本發明可以有效縮短元件著裝機台40的閒置時間，故可以提高產線生產的效能。以下仍然以100片的MICRO-SD的置件生產線進行說明，利用本發明之置件方法的生產線，印刷機的作業時間仍為25秒，迴焊爐的作業時間也為25秒，而本發明的檢知裝置進行擷取影像、檢知不良品標記(包括定位標靶)的時間為10秒(但為串連佈置其將不影響取置機工作時間)，晶片取置機的工作時間則為進片、退片、標靶檢知時間、置件時間的總時間為44秒，故整條生產線的cycle time即為44秒；故可大幅提昇先前技術所述的生產cycle time(從74秒縮短至44秒)，約提升40%的產能，以此提高的產能可計算出一年的產值提高的金額，以一年機台運作12個月、一個月25天、一天20小時，若工作效率為8成、每一元件置放時間為0.1秒、每一片收益0.1元為例，可用下列計算式12(月)××25(天)×20(小時)×3600(秒)×80%÷0.1(顆/秒)×0.1(元)×40%=6912000(元)，亦即一年產值可以提升將近七百萬元。若一條生產線上有兩台取置機，傳統的生產線之印刷機的作業時間仍為25秒，迴焊爐的作業時間也為25秒，取置機的工作時間為4秒(進片、退片、標靶檢知時間)+(30/2)秒(不良品檢知時間)+(40/2)秒(置件時間)=39秒，故整條生產線的cycle time即為39秒；反之，運用本發明之置件方法，印刷機的作業時間仍為25秒，迴焊爐的作業時間也為25秒，多聯板之標記的檢知裝置的擷取影像、檢知不良品標記(包括定位標靶)的時間為10秒，取置機的工作時間為4秒(進片、退片、標靶檢知時間)+(40/2)秒(置件時間)=24秒，故整條生產線的cycle time即為25秒，相較之下生產效能也就提高了37%。

綜上所述，本發明具有下列諸項優點：

1、具有較佳的檢知效率：本發明可擷取電路板的影像，再利用運算單元的高速運算能力及影像分析技術判別每一子板上是否有不良品標記及子板的偏移量，藉此可輸出多聯板的上之不良子板及每一子板相對於母板偏移量的檢知資料，以使元件著裝機台得以進行偏移量的補償並根據該檢知資料進行置件，以解決傳統元件著裝機台必須先進行不良品檢知及每一子板偏移量檢知再進行置件所造成的閒置時間過長的問題，且本發明可針對非常精密之尺寸等級的子板進行偏移量檢知。

2、另一方面，本發明利用較有效率的檢知方法以快速判讀子板的優劣情況，使得後續的元件著裝機台可以直接接收該不良品檢知裝置所得到的檢知資料，藉此可提高生產線的產能，例如每片產出時間就可以大幅的縮短。

以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效技術變化，均包含於本發明之範圍內。

10‧‧‧影像擷取單元

11‧‧‧滑移模組

111‧‧‧滑軌

112‧‧‧解碼器

20‧‧‧運算單元

30‧‧‧電路板

31‧‧‧子板

301‧‧‧不良品標記

302、303‧‧‧定位標靶

40‧‧‧元件著裝機台

圖1係顯示本發明之檢知與置件系統的示意圖。

圖2係顯示本發明之電路板的示意圖。

圖3係顯示進行本發明之電路板的標記檢知及偏移量檢知之方法之流程圖。

10．．．影像擷取單元

11．．．滑移模組

111．．．滑軌

112．．．解碼器

20．．．運算單元

30．．．電路板

31．．．子板

40．．．元件著裝機台

Claims

一種電路板的標記檢知及偏移量檢知之方法，包含以下步驟：提供至少一電路板，其由多數個子板所組成，其中該電路板上與該些子板上分別具有定位標靶(local fiducial mark)；提供一檢知裝置，該檢知裝置至少包括一高精度的滑移模組、一滑動地架設於該滑移模組之影像擷取單元以及一運算單元，並利用該影像擷取單元擷取該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶的影像，其中該滑移模組具有一滑軌及一耦接於該影像擷取單元之解碼器，該解碼器係計算該影像擷取單元在該滑軌上所移動之距離；利用該運算單元分析該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶的影像，以根據該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶計算每一該子板與該電路板在X軸、Y軸及角度的相對偏移量(X,Y,θ)；以及利用運算單元分析該些定位標靶的影像及該影像擷取單元在該滑軌上所移動之距離，得知該些定位標靶的位置資訊。
如申請專利範圍第1項所述之電路板的標記檢知及偏移量檢知之方法，其中在提供一檢知裝置的步驟中，該影像擷取單元係為線性掃瞄器。
如申請專利範圍第1項所述之電路板的標記檢知及偏移量檢知之方法，其中，該滑軌的真直性係經雷射干涉儀校準及軟體補正，其精度為在300mm長度下偏移量不超過1μm。
如申請專利範圍第1項所述之電路板的標記檢知及偏移量檢知之方法，其中在利用該運算單元分析該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶的影像之步驟中，係利用該電路板之定位標靶的位置計算該電路板的中心點座標，且利用每一該子板之定位標靶的位置計算每一該子板的中心點座標，以計算出每一該子板與該電路板的相對偏移量。
如申請專利範圍第1項所述之電路板的標記檢知及偏移量檢知之方法，其中在利用該運算單元分析該電路板的影像的步驟之前更包括一設定每一該子板的尺寸之步驟。
如申請專利範圍第5項所述之電路板的標記檢知及偏移量檢知之方法，其中在利用該運算單元分析該電路板的影像的步驟中，該運算單元係定義一檢知區域(field of view，FOV)對應於該電路板的影像。
一種置件方法，包括以下步驟：提供至少一電路板，其由多數個子板所組成，其中該電路板上與該些子板上分別具有定位標靶(local fiducial mark)；提供一檢知裝置，該檢知裝置至少包括一高精度的滑移模組、一滑動地架設於該滑移模組之影像擷取單元以及一運算單元，並利用該影像擷取單元擷取該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶的影像，其中該滑移模組具有一滑軌及一耦接於該影像擷取單元之解碼器，該解碼器係計算該影像擷取單元在該滑軌上所移動之距離；利用該運算單元分析該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶的影像，以根據該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶計算每一該子板與該電路板的相對偏移量；利用運算單元分析該些定位標靶的影像及該影像擷取單元在該滑軌上所移動之距離，得知該些定位標靶的位置資訊；以及提供一獨立於該檢知裝置之元件著裝機台，該元件著裝機台係設置於該檢知裝置的下游，且該元件著裝機台根據每一該子板的偏移量進行補正及根據補正的結果在每一該子板上進行一置件步驟。
如申請專利範圍第7項所述之置件方法，其中在提供一獨立於該檢知裝置之元件著裝機台的步驟中，該元件著裝機台係先分析該電路板上之定位標靶，以得知每一該子板與該電路板的相對偏移量，接著根據該每一該子板的偏移量將該電路板的每一該子板的偏移加以補正，再進行該置件步驟。
如申請專利範圍第7項所述之置件方法，其中在提供一檢知裝置的步驟中，該影像擷取單元係為線性掃瞄器。
如申請專利範圍第7項所述之置件方法，其中，該滑軌的真直性係為在300mm長度下偏移量不超過1μm。
如申請專利範圍第7項所述之置件方法，其中在利用該運算單元分析該電路板上之定位標靶與該些子板上之定位標靶的影像之步驟中，係利用該電路板之定位標靶的位置計算該電路板的中心點座標，且利用每一該子板之定位標靶的位置計算每一該子板的中心點座標，以計算出計算每一該子板與該電路板的相對偏移量。