WO2009046468A2 - Verfahren und vorrichtung zum positionieren und ausrichten eines gegenstands relativ zu bzw. mit einem untergrund sowie verwendung hierfür - Google Patents

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luminescent material
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Christoph Moser
Ljubomir Mareljic
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At & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft
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    • H05K2203/161—Using chemical substances, e.g. colored or fluorescent, for facilitating optical or visual inspection

Definitions

  • the present invention relates to a method for positioning or aligning an object relative to or with a substrate, wherein light is radiated onto the object, in particular in the region of at least one marking of the object to be positioned and of the object to be positioned, in particular the marking and / or the background light reflected in a recording device is recorded and optionally evaluated and based on the recorded and optionally evaluated, reflected radiation, the position of the object is determined and / or the position or orientation of the object is corrected.
  • the invention further relates to a device for positioning or aligning an object relative to or with a substrate, wherein at least one light source for irradiating the article, in particular in the region of at least one mark of the object to be positioned and a receiving device are provided, which of the object to be positioned, in particular the marking, and / or the background light is reflected and optionally evaluated and based on the recorded and optionally evaluated, reflected radiation determines the position of the object and / or corrects the position or orientation of the object, as well as on a use of such a method and apparatus.
  • the present invention generally relates to a method and apparatus for positioning or aligning an object relative to or is used with a substrate or a holding or support device, wherein after irradiation with light optionally different wavelength of the object or the object ab tondem substrate or the support device reflected light is received in a recording device and a correction of a positioning or orientation of the Article is made relative to the ground or together with the substrate relative to a processing machine.
  • Such methods and devices find use in a variety of applications which, for example, workpieces of a high-precision machining, such as drilling operations, cutting operations, etching or the like., Are subject to.
  • precise alignments and positioning are essential, for example, during exposure and placement operations.
  • the object to be positioned in particular a printed circuit board or a plurality of circuit boards exhibiting, plate-shaped element is at least partially provided with reflective surfaces, so that the provision of a correspondingly good contrast of the area surrounding the marking of the object to be positioned relative to a marking or providing a continuous, hole-like marking to a background, which for example has a light or white color to provide sufficient contrast, is difficult or impossible, since not with the appropriate accuracy between can be distinguished reflecting surfaces of the object to be positioned reflected light or scattered light and reflected from the mark or the underlying background light, which is the basis for the determination of the pos tioning or orientation of the object.
  • the present invention therefore aims to avoid the above-mentioned problems in methods and apparatus of the type mentioned above and to develop a method and a device of the type mentioned in such a way that a positioning or orientation of an object relative to a substrate or with a background with increased precision and simplified or facilitated recording and optionally evaluation of the reflected light can be carried out to reduce the proportion of not matching the quality requirements, processed objects or committee especially in a high-precision production or processing of an object.
  • a method of the type mentioned is essentially characterized in that the light used for irradiation is converted in particular by using a luminescent material in the region of the marker in light of a changed wavelength and recorded in the receiving device light of the changed wavelength and optionally an evaluation is subjected.
  • the light reflected directly from the object and in particular the marking or the background is not subjected to evaluation, but according to the invention, in particular by using a luminescent material, a conversion of the wavelength of the light used for the irradiation a light or generally electromagnetic radiation of changed wavelength is made and subsequently only or preferably light of this changed wavelength is recorded in the recording device and optionally evaluated, it is ensured that of the object, for example, in an ambient region of the mark reflected light, which is the wavelength of the light originally used to irradiate the object, in particular the marking, is not recorded in the recording device, so that with increased accuracy
  • the actual position or orientation of the at least one marking of the object to be positioned or aligned relative to the substrate or with a substrate or a holding or supporting device can be determined with and, if appropriate, simpler recording and evaluation method.
  • the conversion or conversion of the light used for irradiating the object, in particular in the area of the marking, into a light of modified wavelength, in particular by using a luminescent, ie fluorescent or phosphorescent material can thus increase the accuracy of alignment and positioning, as a result of which
  • the article to be machined can be machined with correspondingly increased precision after the improved and more accurate positioning and alignment so that erroneous machining caused by inaccurate positioning or misalignment of the actual position or orientation of the article being positioned is greatly reduced or altogether can be prevented, so that the proportion of processed objects which do not correspond to respective quality requirements and thus the consequent outage shot can be reduced.
  • the method according to the invention makes it possible to shorten the time required for alignment or positioning, so that the throughput or the productivity can be increased by using the method according to the invention. It is essential for the method according to the invention that reflected light can not be introduced into the recording and evaluation device, but the light applied by the at least one light source to the object to be positioned or aligned by luminescence or fluorescence or phosphorescence in light or, in general, electromagnetic radiation of a changed wavelength is converted and this radiation of changed wavelength is subjected to the recording and optionally downstream evaluation method.
  • the receiving device is tuned to the wavelength of the light wavelength changed filter, in particular optical filter, wherein a simple and reliable and precise tuning to the converted or changed wavelength is possible by means of such a filter.
  • the use of such a filter makes it possible in a simple manner to prevent light of the original wavelength, which is reflected by the object, for example, as well as any further scattered light present at an entrance to the receiving device.
  • the recording device has a plurality of recording channels for light of different wavelengths and for recording and optionally subsequent evaluation of the a channel is selected according to the light of the changed wavelength, as corresponds to a further preferred embodiment of the method according to the invention.
  • light emitting diodes, laser diodes or incandescent lamps and gas discharge lamps be used in combination with a color filter as the light source for irradiating the object to be positioned or aligned.
  • Such light sources can essentially emit light of any visible color or also in the range of ultraviolet light or infrared, preferably with a comparatively narrow spectral range, wherein, taking into account the used or to be used, luminescent material by such light of different color or wavelength, the material is excited accordingly and light of a different color or wavelength is emitted, which is subsequently recorded in the recording device and optionally subjected to an evaluation.
  • the invention proposes that the receiving device and / or the light source is preceded by a dichroic mirror.
  • the object to be positioned or aligned is supported by a substantially plate-shaped element. formed element which has at least one label of luminescent material.
  • the object to be positioned or aligned is provided in a conventional manner with at least two markings.
  • the mark is formed by a recess or recess.
  • a particularly simple embodiment of a marking can be provided, for example, in that the marking is formed by a through hole and the substrate comprises or consists of a layer of luminescent material, as corresponds to a further preferred embodiment of the method according to the invention.
  • a device of the type initially mentioned is essentially characterized by a pick-up device for the selective picking up of light with a wavelength changed in relation to the light irradiated onto the object, which is in the region of the marking of the object to be positioned or aligned
  • the article is reflected by the use of a luminescent material.
  • a simple and reliable recording and evaluation of the position or orientation of the object to be positioned thus succeeds in that the device according to the invention is used for the selective recording of light of changed or converted wavelength the change of the wavelength is carried out in particular by using a luminescent material, moreover, a recording of the reflected light is changed according to changed wavelength is prevented.
  • the recording device is tuned to the light of a different wavelength, in particular optical filter.
  • the receiving device is formed by a receiving device, in particular camera with a plurality of color channels for receiving light of different wavelengths, as corresponds to a further preferred embodiment of the device according to the invention.
  • a device for moving the object to be positioned or aligned relative to or with the ground or coupled is proposed according to a further preferred embodiment that coupled to the receiving device, a device for moving the object to be positioned or aligned relative to or with the ground or coupled.
  • the light source is formed by light-emitting diodes, laser diodes or incandescent lamps and gas discharge lamps in combination with a color filter and the like.
  • the object to be positioned or aligned is formed by a substantially plate-shaped element which has at least one marking made of luminescent material.
  • the object to be positioned or aligned is provided in a conventional manner with at least two markings, with two such locally separated marks either by a single receiving device after appropriate displacement the same can be checked or, in accordance with the positioning of the object to be positioned or aligned and the marks to be provided with a number of recording devices corresponding to the number of markings, the recording and optionally evaluation concerning the position or orientation of the object.
  • the marking of the object to be positioned is formed by a recess or recess.
  • the marking of the object to be positioned is distinguished from a outgoing hole is formed and the substrate has a layer of luminescent material or consists thereof.
  • the method according to the invention and the device according to the invention for positioning and aligning a printed circuit board for performing a drilling process with drills, in particular laser drilling machines, a milling process, a photo printing process, a masking process, a screen printing process, a exposure and Assembly process and the like.
  • drills in particular laser drilling machines, a milling process, a photo printing process, a masking process, a screen printing process, a exposure and Assembly process and the like.
  • FIG. 1 shows a schematic, perspective view of a first embodiment of a device according to the invention for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 is a partial section through the embodiment of FIG. 1 in enlarged
  • FIG. 3 shows, in a representation similar to FIG. 2, a partial section through a modified embodiment of a device according to the invention for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 4 in a turn similar to Fig. 2 representation of a further modified embodiment of a device according to the invention for carrying out the method according to the invention.
  • Fig. 1 is schematically designated 1 to be positioned or ausuzinder object, which is formed for example by a substantially plate-shaped element having a plurality of schematically indicated with 2 circuit board elements, which subdivided after processing or completion in individual circuit board elements become.
  • the object 1 to be positioned or aligned has, in the embodiment according to FIG. ments 3, for example in the form of through holes 3, as will be discussed in more detail in particular with reference to FIG. 2.
  • a light source 4 From a light source 4, light is irradiated onto the marking or the region of the marking 3 of the plate-shaped element 1 in accordance with the schematically indicated beam path 5, whereupon by providing a luminescent material in the region of the marking 3, as described with reference to the following FIGS will be discussed in more detail, according to the beam path 6 light or generally electromagnetic radiation of a relative to the light emitted by the source 4 according to the beam path 5 changed wavelength to a schematically indicated with 7 recording device, such as camera, is sent.
  • a schematically indicated with 7 recording device such as camera
  • This camera 7 is preceded by, for example, an optical filter 8, which only light of the changed wavelength corresponding to the beam path 6 in the recording device or camera 7 occur while, for example, from ambient areas of the mark 3 reflected light with the wavelength emitted by the source 4 is, identical wavelength can not pass through the filter 8, as will be discussed below in particular with reference to the other figures in detail.
  • an optical filter 8 which only light of the changed wavelength corresponding to the beam path 6 in the recording device or camera 7 occur while, for example, from ambient areas of the mark 3 reflected light with the wavelength emitted by the source 4 is, identical wavelength can not pass through the filter 8, as will be discussed below in particular with reference to the other figures in detail.
  • the receiving device 7 is coupled via a schematically indicated connecting line 9 with an evaluation and display unit or unit 10, in which according to the signal received in the receiving device 7 an evaluation, for example, in particular automatic image analysis, in view of the position and / or orientation of the object 1 to be positioned.
  • an evaluation for example, in particular automatic image analysis
  • a device 12 for positioning or moving the plate-shaped object 1 relative to a background or ground is positioned via a control line 11 a support device 13 according to the arrows x and y controlled according to, for example, a Cartesian coordinate system to bring the marker 3 in accordance with a predetermined setpoint with respect to a correct positioning and alignment of the article 1.
  • a device 14 for moving the base 13 or the holding or supporting device according to the arrows X and Y can also be controlled or regulated via the evaluation unit 10 in order to ensure correct positioning of the plate-shaped object 1 for subsequent processing steps.
  • a subsequent processing step may be, for example, a laser drilling with a drilling device, not shown.
  • a second receiving device 7 with a corresponding second light source 4 can be provided for the second, for example diametrically opposite marking 3 in order to achieve a correct spatial positioning or orientation of the object 1 to be positioned.
  • the receiving device 7 can be moved correspondingly into the region of the marking 3, wherein in turn a recording of only light or generally electromagnetic radiation is carried out with respect to the wavelength originally used for the irradiation of the article, in particular in the region of the marking 3 changed or converted wavelength ,
  • the mark 3 is formed in the position to be positioned, substantially plate-shaped object 1 by a through hole.
  • Fig. 2 is also indicated schematically that the again designated 13 substrate or the support or support means is provided with a layer or layer 15 of luminescent material at least in the region of the mark 3 of the object to be positioned 1, so in that light emitted by the light source 4 corresponding to the beam path 5 is converted by the luminescent layer 15 into light of changed wavelength corresponding to the beam path 6.
  • This light 6 changed wavelength occurs after appropriate selection of the optical filter 8 therethrough and in the receiving device 7 a.
  • fluorescent or luminescent layer shown in FIGS. 1 and 2
  • fluorescent or fluorescently colored films, polymers or glass instead of the fluorescent or luminescent layer shown in FIGS. 1 and 2, it is also possible, for example, to use fluorescent or fluorescently colored films, polymers or glass.
  • FIG. 3 shows a modified embodiment in which light of an original or output wavelength corresponding to the beam path 5 is again applied from a light source designated 4 to a again substantially plate-shaped object 18 in the region of a marking 19, wherein in FIG Fig. 3 illustrated embodiment of the object to be positioned 18 is formed for example by a multilayer printed circuit board.
  • the marking 19 is formed by a depression or a blind hole in the surface of the object 18 to be positioned, wherein the multilayer article 18 to be positioned in the region of the bottom of the depression or marking 19 forms a layer again contains luminescent material 20, so that corresponding to the beam path 5 incident light in turn into a light or generally electromagnetic radiation of changed wavelength corresponding to the beam path. 6 is converted, which (s) after passing through an in turn denoted by 8, optical filter enters the receiving device 7.
  • the substrate 13 or the holding or supporting device in contrast to the embodiment according to FIG. 2, it is therefore not necessary for the substrate 13 or the holding or supporting device to be provided with a luminescent layer.
  • the substrate 13 is not provided with a luminescent layer.
  • a device 12 for moving the plate-shaped Article and / or a device 14 for moving the substrate 13 may be provided together with the plate-shaped object or be coupled to the recording device 7 downstream evaluation device 10.
  • Fig. 2 to 4 that in addition to the light source 4, to which for clarity each a beam path 5 and 6 indicated or provided, at least one further designated 4 ', additional light source may be provided can, which can be used, for example, to increase the resolution in the recording device 10.
  • a plurality of light sources 4' is arranged essentially annularly around the receiving device or camera 7.
  • An advantage of such an arrangement over the acentric arrangement shown in FIGS. 1 and 2 is, for example, a reduction in the influence of shadows in a particular annular arrangement of a plurality of light sources 4 '.
  • the light source 4 may be constituted by, for example, a light emitting diode, a laser diode, various types of lamps, for example, in combination with a color filter, or the like, so that light in the visible region or in the UV region or in the infrared region is preferable is emitted with a narrow spectral range and thus a well-defined color or wavelength.
  • a light source 4 of a corresponding wavelength or color is selected.
  • a corresponding tuned optical filter 8 is used with a light emitted by the luminescent material on the color or the changed wavelength of the marking 3, 19, 22 In particular, light from the light source 4 or 4 'is shielded.
  • a recording device 7 with a plurality of color cameras can also be used, for example.
  • color discrimination or adjustment to the wavelength changed by the luminescent material 15, 20 or 22 by selecting a corresponding channel or a combination of channels of the recording device 7 is enabled.
  • recording devices 7 different types of cameras, such as black and white CCDs, CMOS and others, instead of a recording device or camera with multiple color channels can be used.
  • a dichroic mirror in the region of the receiving device 7 and / or at least one light source 4.
  • a plate-shaped, to be positioned object 1 for example, with a plurality of printed circuit boards or circuit board elements 2, as indicated in Fig. 1
  • a processing of the circuit boards 2 for example with a drilling device , in particular laser drilling device, for arranging a multiplicity of bores or passages or microvias in the region of the individual printed circuit board elements 2.
  • a drilling device in particular laser drilling device
  • milling methods with at least one milling machine can also be used.

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Positionieren oder Ausrichten eines Gegenstands (1) relativ zu bzw. mit einem Untergrund (13), wobei Licht auf den Gegenstand (1) insbesondere im Bereich wenigstens einer Markierung (3) des zu positionierenden Gegenstands (1) gestrahlt wird und von dem zu positionierenden Gegenstand (1), insbesondere der Markierung (3) und/oder dem Untergrund (13) reflektiertes Licht in einer Aufnahmevorrichtung (7) aufgenommen und gegebenenfalls ausgewertet wird und auf Basis der aufgenommenen und gegebenenfalls ausgewerteten, reflektierten Strahlung die Position des Gegenstands (1) bestimmt wird und/oder die Position oder Ausrichtung des Gegenstands (1) korrigiert wird, ist vorgesehen, daß das zur Bestrahlung eingesetzte Licht insbesondere durch Verwendung eines lumineszierenden Materials (15) im Bereich der Markierung (3) in Licht einer geänderten Wellenlänge umgewandelt wird und in der Aufnahmevorrichtung (7) Licht der geänderten Wellenlänge aufgenommen und gegebenenfalls einer Auswertung unterworfen wird, wodurch sich eine hoch präzise Positionierung und Ausrichtung des zu positionierenden Gegenstands (1) insbesondere unter Verringerung von in weiterer Folge fehlerhaft bearbeiteten Gegenständen (1) erzielen läßt.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM POSITIONIEREN UND
AUSRICHTEN EINES GEGENSTAND RELATIV ZU BZW. MIT
EINEM UNTERGRUND SOWIE VERWENDUNG HIEFÜR
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Positionieren oder Ausrichten eines Gegenstands relativ zu bzw. mit einem Untergrund, wobei Licht auf den Gegenstand insbesondere im Bereich wenigstens einer Markierung des zu positionierenden Gegenstands gestrahlt wird und von dem zu positionierenden Gegenstand, insbesondere der Markierung und/oder dem Untergrund reflektiertes Licht in einer Auf- nahmevorrichtung aufgenommen und gegebenenfalls ausgewertet wird und auf Basis der aufgenommenen und gegebenenfalls ausgewerteten, reflektierten Strahlung die Position des Gegenstands bestimmt wird und/oder die Position oder Ausrichtung des Gegenstands korrigiert wird. Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Vorrichtung zum Positionieren oder Ausrichten eines Gegenstands relativ zu bzw. mit einem Untergrund, wobei wenigstens eine Lichtquelle zum Bestrahlen des Gegenstands insbesondere im Bereich wenigstens einer Markierung des zu positionierenden Gegenstands und eine Aufnahmevorrichtung vorgesehen sind, welche von dem zu positionierenden Gegenstand, insbesondere der Markierung, und/oder dem Untergrund reflektiertes Licht aufnimmt und gegebenenfalls auswertet und auf Basis der aufge- nommenen und gegebenenfalls ausgewerteten, reflektierten Strahlung die Position des Gegenstands bestimmt und/ oder die Position oder Ausrichtung des Gegenstands korrigiert, sowie auf eine Verwendung eines derartigen Verfahrens und einer derartigen Vorrichtung.
Wenn auch die vorliegende Erfindung nachfolgend überwiegend anhand von Beispielen insbesondere im Zusammenhang mit einer Herstellung oder Bearbeitung von Leiterplatten im Detail erörtert werden wird, ist anzumerken, daß die vorliegende Erfindung allgemein auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Positionieren oder Ausrichten eines Gegenstands relativ zu bzw. mit einem Untergrund bzw. einer Halte- bzw. Supportvorrichtung einsetzbar ist, wobei nach Bestrahlung mit Licht gegebenenfalls unterschiedlicher Wellenlänge von von dem Gegenstand oder den Gegenstand abstützendem Untergrund bzw. der Abstützvorrichtung reflektiertes Licht in einer Aufnahmevorrichtung aufgenommen wird und eine Korrektur einer Positionierung oder Ausrichtung des Gegenstands relativ zu dem Untergrund bzw. gemeinsam mit dem Untergrund relativ zu einer Bearbeitungsmaschine vorgenommen wird. Derartige Verfahren und Vorrichtungen finden in einer Vielzahl von Anwendungen Verwendung, bei welchen beispielsweise Werkstücke einer hochpräzisen Bearbeitung, beispielsweise Bohrvorgängen, Schneidvorgängen, Ätzvorgängen oder dgl., zu unterwerfen sind. Darüber hinaus sind genaue Ausrichtungen und Positionierungen auch beispielsweise bei Belichtungs- und Bestückungsvorgängen wesentlich.
Im Zusammenhang mit der Herstellung oder Bearbeitung von Leiterplatten ist es beispielsweise für vorzunehmende Bohrvorgänge, insbesondere Laserbohrvorgänge, bekannt, Markierungen auf einer Leiterplatte oder auf eine Mehrzahl von Leiterplatten aufweisenden, im wesentlichen plattenförmigen Elementen vorzusehen, worauf die Leiterplatte oder allgemein das plattenförmige Element einer Bearbeitungsstation zugeführt wird und in dieser durch Vorsehen von üblicherweise wenigstens zwei Markierungen relativ zu einem Untergrund bzw. mit einer einen Untergrund bildenden Haltebzw. Abstützvorrichtung bewegt und justiert wird, um in weiterer Folge beispielsweise entsprechend einem computergesteuerten Bohrprogramm in der Leiterplatte bzw. all- gemein dem plattenförmigen Element eine Vielzahl von exakt anzuordnenden Bohrungen vorzusehen, welche beispielsweise in weiteren Bearbeitungsschritten zur Verbindung von Einzelelementen der Leiterplatte, zum Bestücken mit Zusatzelementen oder zur Kontaktierung von unterschiedlichen Schichten der Leiterplatte herangezogen werden.
Bisher wurde im Zusammenhang mit derartigen Ausricht- bzw. Positioniervorgängen üblicherweise so vorgegangen, daß Licht, beispielsweise entsprechend gebündeltes Licht im Bereich der Markierung bzw. der Markierungen auf den zu positionierenden Gegenstand, beispielsweise die Leiterplatte, gerichtet bzw. aufgebracht wurde und mit einer Aufnahmevorrichtung von der Leiterplatte bzw. allgemein dem zu positionierenden Gegenstand reflektiertes Licht als auch bei Vorsehen beispielsweise einer den zu positionierenden Gegenstand vollständig durchdringenden, lochartigen Markierung von dem Untergrund reflektiertes Licht in der Aufnahmevorrichtung aufgenommen wird und gegebenenfalls einer automatischen Bildverarbeitung unterworfen wird, um die Position oder Ausrichtung des zu bearbeitenden Gegenstands relativ zu dem Untergrund festzustellen und gegebenenfalls auf einen vorgegebenen Sollwert einzustellen bzw. zu justieren, um nachfolgende Bearbeitungsvorgänge, beispielsweise einen Bohrvorgang mit entsprechend hoher Präzision durchführen zu können.
Im Zusammenhang mit derartigen bekannten Verfahren und Vorrichtungen, bei welchen reflektiertes Licht aufgenommen wird und derart die Position und Ausrichtung des zu positionierenden Gegenstands festgestellt wird, ist nachteilig, daß der zu positionierende Gegenstand, insbesondere eine Leiterplatte oder ein eine Vielzahl von Leiterplatten aufweisendes, plattenförmiges Element, wenigstens teilweise mit reflektierenden Oberflächen versehen ist, so daß die Bereitstellung eines entsprechend guten Kontrasts des die Markierung umgebenden Bereichs des zu positionierenden Gegenstands relativ zu einer Markierung bzw. bei Vorsehen einer durchgehenden, lochartigen Markierung zu einem Untergrund, welcher beispielsweise eine helle bzw. weiße Farbe zur Bereitstellung eines ausreichenden Kontrasts aufweist, erschwert bzw. unmöglich wird, da nicht mit der entsprechenden Genauigkeit zwischen von reflektieren- den Oberflächen des zu positionierenden Gegenstands reflektiertem Licht bzw. Streulicht und einem von der Markierung bzw. dem darunter liegenden Untergrund reflektierten Licht unterschieden werden kann, welches die Basis für die Feststellung der Positionierung bzw. Orientierung des Gegenstands bietet.
Insbesondere im Zusammenhang mit der beispielsweise für die Herstellung oder Bearbeitung von Leiterplatten erforderlichen, hohen Präzision unter Berücksichtigung der teilweise sehr geringe Abmessungen aufweisenden Elemente, welche in weiterer Folge beispielsweise zu verbinden bzw. zu kontaktieren sind und die dadurch vorzusehenden, geringen Abmessungen der aufzubringenden Elemente bzw. beispielsweise her- zustellenden Bohrungen ist somit davon auszugehen, daß bei Verwendung der bekannten Verfahren und Vorrichtungen ein entsprechend hoher Anteil an nicht entsprechend präzise bearbeiteten, da insbesondere nicht ausreichend genau justierten Gegenständen und somit an Ausschuß zu erwarten ist. Darüber hinaus kommt es bei großer Fehlausrichtung bzw. Mißregistration zu Unterbrechungen in der Produktion, da Steuer- bzw. Regelanlagen in derartigen Fällen üblicherweise einen Stillstand der Produktion veranlassen.
Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, die obengenannten Probleme bei Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art zu vermeiden und ein Ver- fahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine Positionierung oder Ausrichtung eines Gegenstands relativ zu einem Untergrund bzw. mit einem Untergrund mit erhöhter Präzision und vereinfachter bzw. erleichterter Aufnahme und gegebenenfalls Auswertung des reflektierten Lichts durchgeführt werden kann, um insbesondere bei einer hochpräzisen Herstellung oder Bear- beitung eines Gegenstands den Anteil an nicht den Qualitätsanforderungen entsprechenden, bearbeiteten Gegenständen bzw. an Ausschuß zu verringern. - A -
Zur Lösung dieser Aufgaben ist ein Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das zur Bestrahlung eingesetzte Licht insbesondere durch Verwendung eines lumineszierenden Materials im Bereich der Markierung in Licht einer geänderten Wellenlänge umgewandelt wird und in der Aufnahmevorrichtung Licht der geänderten Wellenlänge aufgenommen und gegebenenfalls einer Auswertung unterworfen wird. Dadurch, daß erfindungsgemäß anstelle der bekannten Verfahren nicht das unmittelbar vom Gegenstand und insbesondere der Markierung oder dem Untergrund reflektierte Licht aufgenommen und gegebenenfalls einer Aus- Wertung unterworfen wird, sondern erfindungsgemäß insbesondere durch Verwendung eines lumineszierenden Materials eine Umwandlung der Wellenlänge des zur Bestrahlung verwendeten Lichts in ein Licht bzw. allgemein elektromagnetische Strahlung geänderter Wellenlänge vorgenommen wird und in weiterer Folge lediglich oder bevorzugt Licht dieser geänderten Wellenlänge in der Aufnahmevorrichtung aufgenommen und gegebenenfalls ausgewertet wird, wird sichergestellt, daß von dem Gegenstand beispielsweise in einem Umgebungsbereich der Markierung reflektiertes Licht, welches die Wellenlänge des ursprünglich zur Bestrahlung des Gegenstands, insbesondere der Markierung, eingesetzten Lichts aufweist, nicht in der Aufnahmevorrichtung aufgenommen wird, so daß mit erhöhter Genauigkeit und gegebenenfalls einfacheren Auf- nähme- und Auswerteverfahren die tatsächliche Position oder Ausrichtung der wenigstens einen Markierung des zu positionierenden bzw. auszurichtenden Gegenstands relativ zu dem Untergrund bzw. mit einem Untergrund bzw. einer Halte- bzw. Abstütz- vorrichtung ermittelt werden kann. Durch die erfϊndungsgemäß vorgesehene Umwandlung bzw. Konvertierung des zur Bestrahlung des Gegenstands insbesondere im Bereich der Markierung eingesetzten Lichts in ein Licht veränderter Wellenlänge insbesondere durch Verwendung eines lumineszierenden, d.h. fluoreszierenden oder phosphoreszierenden Materials läßt sich somit die Genauigkeit einer Ausrichtung und Positionierung erhöhen, wodurch in weiterer Folge der zu bearbeitende Gegenstand nach der verbesserten und genaueren Positionierung und Ausrichtung mit entsprechend erhöhter Präzision bearbeitet werden kann, so daß eine aufgrund einer ungenauen Positionierung bzw. Ausrichtung bzw. fehlerhaften Feststellung der tatsächlichen Position oder Ausrichtung des zu positionierenden Gegenstands hervorgerufene, fehlerhafte Bearbeitung stark reduziert bzw. insgesamt verhindert werden kann, so daß der Anteil an nicht jeweiligen Qualitätsanforderungen entsprechenden, bearbeiteten Gegenstän- den und somit der dadurch bedingte Ausschuß verringert werden kann. Weiter kann die Problematik einer Produktionsunterbrechung aufgrund stark fehlerhafter Ausrich- tungen oder Mißregistrationen vermieden bzw. ausgeschaltet werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt darüber hinaus eine Verkürzung der zur Ausrichtung oder Positionierung erforderlichen Zeit, so daß durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Durchsatz oder die Produktivität erhöht werden kann. We- sentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß reflektiertes Licht nicht in die Aufnahme- und Auswertevorrichtung eingebracht werden kann, sondern das von der wenigstens einen Lichtquelle auf den zu positionierenden bzw. auszurichtenden Gegenstand aufgebrachte Licht durch Lumineszenz bzw. Fluoreszenz bzw. Phosphoreszenz in Licht bzw. allgemein elektromagnetische Strahlung einer geänderten Wellen- länge umgewandelt wird und diese Strahlung geänderter Wellenlänge den Aufnahme- und gegebenenfalls nachgeschalteten Auswerteverfahren unterworfen wird.
Zur Vereinfachung der Aufnahme und der gegebenenfalls anschließenden, beispielsweise bzw. insbesondere automatischen Bildauswertung wird gemäß einer bevorzug- ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, daß zur Bestrahlung des Gegenstands Licht mit einem engen Spektralbereich verwendet wird, welches durch das lumineszierende Material in Licht einer von der Wellenlänge des zur Bestrahlung eingesetzten Lichts verschiedenen Wellenlänge umgewandelt wird.
Um im wesentlichen gegenüber bekanntem Stand der Technik unveränderte Aufnahmevorrichtungen auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzen zu können, wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß der Aufnahmevorrichtung ein auf die Wellenlänge des Licht geänderter Wellenlänge abgestimmtes Filter, insbesondere optisches Filter, vorgeschaltet wird, wobei durch ein derartiges Filter eine einfache und zuverlässige sowie genaue Abstimmung auf die umgewandelte bzw. geänderte Wellenlänge möglich wird. Durch Einsatz eines derartigen Filters wird es darüber hinaus in einfacher Weise möglich, Licht der ursprünglichen Wellenlänge, welches beispielsweise von dem Gegenstand reflektiert wird, sowie gegebenenfalls vorhandenes, weiteres Streulicht an einem Eintritt in die Aufnah- mevorrichtung zu hindern.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Vermeidung einer Aufnahme von Streulicht bzw. reflektiertem Licht des ursprünglich zur Bestrahlung des Gegenstands insbesondere im Bereich der Markierung verwendeten Lichts vorgesehen sein, daß die Aufnahmevor- richtung eine Mehrzahl von Aufnahmekanälen für Licht unterschiedlicher Wellenlänge aufweist und für die Aufnahme und gegebenenfalls nachfolgende Auswertung des re- flektierten Lichts ein Kanal entsprechend dem Licht der geänderten Wellenlänge ausgewählt wird, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht.
Für eine besonders einfache und zuverlässige Ausführungsform unter Einsatz entsprechend leicht verfügbarer Lichtquellen wird gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß als Lichtquelle zur Bestrahlung des zu positionierenden bzw. auszurichtenden Gegenstands Licht emittierende Dioden, Laserdioden oder Glühlampen und Gasentladungslampen in Kombination mit einem Farbfilter verwendet werden. Derartige Lichtquellen können im wesentlichen Licht jeglicher sichtbaren Farbe oder auch im Bereich ultravioletten Lichts oder Infrarot, vorzugsweise mit einem vergleichsweise engen Spektralbereich, aussenden, wobei unter Berücksichtigung des eingesetzten bzw. einzusetzenden, lumineszierenden Materials durch derartiges Licht unterschiedlicher Farbe oder Wellenlänge das Material entsprechend erregt wird und Licht einer unterschiedlichen Farbe bzw. Wellenlänge emittiert wird, welches in weiterer Folge in der Aufnahmevorrichtung aufgenommen und gegebenenfalls einer Auswertung unterworfen wird.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Aufnahmevorrichtung und/oder der Lichtquelle ein dichroitischer Spiegel vorgeschaltet wird.
Insbesondere im Zusammenhang mit dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens im Bereich einer Bearbeitung oder Herstellung von Leiterplattenelementen, welche eine Mehrzahl von Leiterplatten aufweisen, wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, daß der zu positionierende bzw. auszurichtende Gegenstand von einem im wesentlichen plattenför- migen Element gebildet wird, welches wenigstens eine Markierung aus lumineszieren- dem Material aufweist.
Für eine zuverlässige und korrekte Positionierung wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß der zu positionierende bzw. auszurichtende Gegenstand in an sich bekannter Weise mit wenigstens zwei Markierungen versehen wird. Zur Erleichterung der Aufnahme und gegebenenfalls Auswertung der Position oder Ausrichtung des zu positionierenden Gegenstands wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß die Markierung von einer Vertiefung bzw. Ausnehmung gebildet wird.
Eine besonders einfache Ausführungsform einer Markierung läßt sich beispielsweise dadurch zur Verfügung stellen, daß die Markierung von einem durchgehenden Loch gebildet wird und der Untergrund eine Schicht aus lumineszierendem Material aufweist bzw. daraus besteht, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens entspricht.
Zur Lösung der oben genannten Aufgaben ist darüber hinaus eine Vorrichtung der eingangs genannten Art im wesentlichen gekennzeichnet durch eine Aufnahmevorrichtung zur selektiven Aufnahme von Licht mit gegenüber dem auf den Gegenstand be- strahlten Licht geänderter Wellenlänge, welches im Bereich der Markierung des zu positionierenden bzw. auszurichtenden Gegenstands insbesondere durch Verwendung eines lumineszierenden Materials reflektiert ist. Wie oben insbesondere im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits erörtert, gelingt somit eine einfache und zuverlässige Aufnahme und Auswertung der Position bzw. Ausrichtung des zu positionierenden Gegenstands dadurch, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zur selektiven Aufnahme von Licht geänderter bzw. konvertierter Wellenlänge herangezogen wird, wobei die Änderung der Wellenlänge insbesondere durch Verwendung eines lumineszierenden Materials durchgeführt wird, wobei darüber hinaus eine Aufnahme des reflektierten Lichts entsprechend geänderter Wellenlänge verhindert wird.
Zur Vermeidung eines Eintritts von Streulicht und zur Bereitstellung einer einfachen Möglichkeit einer Aufnahme von lediglich Licht der geänderten Wellenlänge in der Aufnahmevorrichtung wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß der Aufnahmevorrichtung ein auf das Licht geänderter Wellenlänge abgestimmtes, insbesondere optisches Filter vorgeschaltet ist.
Alternativ oder zusätzlich kann darüber hinaus vorgesehen sein, daß die Aufnahmevorrichtung von einer Aufnahmevorrichtung, insbesondere Kamera mit einer Mehrzahl von Farbkanälen zur Aufnahme von Licht unterschiedlicher Wellenlänge ausgebildet ist, wie dies einer weiters bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht. Für eine gegebenenfalls erforderliche Korrektur der Position bzw. Ausrichtung des zu positionierenden Gegenstands wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß mit der Aufnahmevorrichtung eine Vorrichtung zum Bewegen des zu positionierenden bzw. auszurichtenden Gegenstands relativ zu bzw. mit dem Untergrund gekoppelt bzw. koppelbar ist.
Zur Bereitstellung zuverlässiger und einfacher Lichtquellen mit einem gegebenenfalls engen Spektralbereich wird gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorge- schlagen, daß die Lichtquelle von Licht emittierenden Dioden, Laserdioden oder Glühlampen und Gasentladungslampen in Kombination mit einem Farbfilter und dgl. gebildet ist.
Gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, daß der zu positionierende bzw. auszurichtende Gegenstand von einem im wesentlichen platten- förmigen Element gebildet ist, welches wenigstens eine Markierung aus lumineszie- rendem Material aufweist.
Zur korrekten und ordnungsgemäßen Positionierung ist darüber hinaus gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der zu positionierende bzw. auszurichtende Gegenstand in an sich bekannter Weise mit wenigstens zwei Markierungen versehen ist, wobei zwei derartige örtlich voneinander getrennte Markierungen entweder durch eine einzige Aufnahmevorrichtung nach entsprechender Verschiebung derselben überprüft werden können oder entsprechend der Positionierung des zu posi- tionierenden bzw. auszurichtenden Gegenstands sowie der vorzusehenden Markierungen mit einer der Anzahl der Markierungen entsprechenden Anzahl von Aufnahmevorrichtungen die Aufnahme und gegebenenfalls Auswertung betreffend die Position oder Ausrichtung des Gegenstands vorgenommen wird.
Für eine Erzielung eines entsprechenden Kontrasts ist darüber hinaus vorgesehen, daß die Markierung des zu positionierenden Gegenstands von einer Vertiefung bzw. Ausnehmung gebildet ist.
Gemäß einer weiters bevorzugten Ausführungsform wird erfindungsgemäß vorge- schlagen, daß die Markierung des zu positionierenden Gegenstands von einem durch- gehenden Loch gebildet ist und der Untergrund eine Schicht aus lumineszierendem Material aufweist bzw. daraus besteht.
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das erfindungsgemäße Verfah- ren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Positionierung des plattenförmigen Elements, insbesondere einer Leiterplatte, bei der Herstellung bzw. Bearbeitung einer Leiterplatte zu verwenden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ergänzend vorgeschlagen, das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung beim Positionieren und Ausrichten einer Leiterplatte zur Durchführung eines Bohrverfahrens mit Bohrmaschinen, insbesondere Laserbohrmaschinen, eines Fräsverfahrens, eines Fotodruckverfahrens, eines Maskierungsverfahrens, eines Siebdruckverfahrens, eines Be- lichtungs- und Bestückungsvorgangs und dgl. zu verwenden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der beiliegenden Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen: Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah- rens;
Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Ausführungsform gemäß Fig. 1 in vergrößertem
Maßstab im Bereich einer Markierung eines zu positionierenden bzw. auszurichtenden
Gegenstands;
Fig. 3 in einer zu Fig. 2 ähnlichen Darstellung einen Teilschnitt durch eine abgewan- delte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 4 in einer wiederum zu Fig. 2 ähnlichen Darstellung eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist schematisch mit 1 ein zu positionierender bzw. auszurichtender Gegenstand bezeichnet, welcher beispielsweise von einem im wesentlichen plattenförmigen Element gebildet wird, welches eine Mehrzahl von schematisch mit 2 angedeuteten Leiterplattenelementen aufweist, welche nach einer Bearbeitung bzw. Fertigstellung in einzelne Leiterplattenelemente unterteilt werden. Der zu positionierende bzw. auszurichtende Gegenstand 1 weist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 zwei Markie- rungen 3 beispielsweise in Form von durchgehenden Löchern 3 auf, wie dies insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher im Detail erörtert werden wird.
Von einer Lichtquelle 4 wird Licht entsprechend dem schematisch angedeuteten Strahlengang 5 auf die Markierung bzw. den Bereich der Markierung 3 des plattenför- migen Elements 1 bestrahlt, worauf durch Vorsehen eines lumineszierenden Materials im Bereich der Markierung 3, wie dies unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren noch näher im Detail erörtert werden wird, entsprechend dem Strahlengang 6 Licht bzw. allgemein elektromagnetische Strahlung einer gegenüber dem durch die Quelle 4 entsprechend dem Strahlengang 5 ausgesandten Licht geänderten Wellenlänge zu einer schematisch mit 7 angedeuteten Aufnahmevorrichtung, beispielsweise Kamera, gesandt wird. Dieser Kamera 7 ist beispielsweise ein optisches Filter 8 vorgeschaltet, welches lediglich Licht der geänderten Wellenlänge entsprechend dem Strahlengang 6 in die Aufnahmevorrichtung bzw. Kamera 7 eintreten läßt, während beispielsweise von Umgebungsbereichen der Markierung 3 reflektiertes Licht mit zur Wellenlänge, welche von der Quelle 4 ausgesandt wird, identer Wellenlänge nicht durch das Filter 8 durchtreten kann, wie dies nachfolgend insbesondere unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren im Detail erörtert werden wird.
Die Aufnahmevorrichtung 7 ist über eine schematisch angedeutete Verbindungsleitung 9 mit einer Auswerte- und Anzeigeeinrichtung bzw. -einheit 10 gekoppelt, in welcher entsprechend dem in der Aufnahmevorrichtung 7 empfangenen Signal eine Auswertung, beispielsweise insbesondere automatische Bildauswertung, im Hinblick auf die Position und/ oder Ausrichtung des zu positionierenden Gegenstands 1 erfolgt.
Sollte in der Auswerteeinheit 10 eine Fehljustierung bzw. Fehlpositionierung des plat- tenförmigen Gegenstands 1 gegenüber einem vorgegebenen Wert festgestellt werden, so wird für eine Positionierung über eine Steuerleitung 11 beispielsweise eine Einrichtung 12 zum Positionieren bzw. Bewegen des plattenförmigen Gegenstands 1 relativ zu einem Untergrund bzw. einer Halte- bzw. Abstützvorrichtung 13 entsprechend den Pfeilen x und y entsprechend beispielsweise einem kartesischen Koordinatensystem gesteuert bzw. geregelt, um die Markierung 3 in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Sollwert im Hinblick auf eine korrekte Positionierung und Ausrichtung des Gegenstands 1 zu bringen. Alternativ oder zusätzlich kann bei einer Fehljustierung des Gegenstands 1 auch über die Auswerteeinheit 10 eine Einrichtung 14 zum Bewegen des Untergrunds 13 bzw. der Halte- oder Abstützvorrichtung entsprechend den Pfeilen X und Y gesteuert bzw. geregelt werden, um eine korrekte Positionierung des plattenförmigen Gegenstands 1 für nachfolgende Bearbeitungsschritte zu ermöglichen. Ein derartiger nachfolgender Bearbeitungsschritt kann beispielsweise ein Laserbohren mit einer nicht näher dargestellten Bohrvorrichtung sein.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 kann für die zweite, beispielsweise diametral gegenüberliegende Markierung 3 eine zweite Aufnahmevorrichtung 7 mit einer entsprechenden zweiten Lichtquelle 4 vorgesehen sein, um eine korrekte räumliche Positionierung oder Ausrichtung des zu positionierenden Gegenstands 1 zu erzielen. Alternativ kann die Aufnahmevorrichtung 7 entsprechend in den Bereich der Markierung 3 bewegt werden, wobei wiederum eine Aufnahme von lediglich Licht bzw. allgemein elektromagnetischer Strahlung mit gegenüber der ursprünglich zur Bestrahlung des Gegenstands insbesondere im Bereich der Markierung 3 verwendeten Wellenlänge geänderter bzw. konvertierter Wellenlänge vorgenommen wird.
Bei der detaillierten Darstellung gemäß Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Markierung 3 in dem zu positionierenden, im wesentlichen plattenförmigen Gegenstand 1 von einem durchgehenden Loch gebildet wird. In Fig. 2 ist darüber hinaus schematisch angedeutet, daß der wiederum mit 13 bezeichnete Untergrund bzw. die Halte- bzw. Abstützeinrichtung mit einer Schicht bzw. Lage 15 aus lumineszierendem Material zumindest im Bereich der Markierung 3 des zu positionierenden Gegenstands 1 versehen ist, so daß von der Lichtquelle 4 entsprechend dem Strahlengang 5 ausgesandtes Licht durch die Lumineszenzschicht 15 in Licht geänderter Wellenlänge entsprechend dem Strahlengang 6 umgewandelt wird. Dieses Licht 6 geänderter Wellenlänge tritt nach entsprechender Auswahl des optischen Filters 8 durch dieses hindurch und in die Aufnahmevorrichtung 7 ein. Demgegenüber wird von der Oberfläche des Gegenstands 1 ent- sprechend dem Strahlengang 16 und 17 reflektiertes Licht unveränderter Wellenlänge von dem optischen Filter 8 blockiert und gelangt somit nicht in die Aufnahmevorrichtung 7, so daß in einfacher und zuverlässiger Weise sichergestellt wird, daß in die Aufnahmevorrichtung 7 eintretendes Licht Licht geänderter Wellenlänge ist, welches durch ein Auftreffen von Licht der Lichtquelle 4 entsprechend dem Strahlgang 5 auf das unterhalb der Markierung 3 liegende, lumineszierende Material 15 umgewandelt wird und somit keine Streulichteinflüsse oder Einflüsse von reflektiertem Licht die Auswer- tung im Hinblick auf eine korrekte Positionierung oder Ausrichtung des zu positionierenden Gegenstands 1 beeinträchtigen.
Es läßt sich somit durch einfaches Vorsehen der lumineszierenden Schicht 15 und der dadurch erzielbaren, einfachen Umwandlung bzw. Konvertierung des Lichts entsprechend dem Strahlengang 5 einer ursprünglichen Wellenlänge in Licht in dem Strahlgang 6 mit geänderter Wellenlänge eine zuverlässige und genaue Positionierung des zu positionierenden Gegenstands 1 erzielen, so daß Fehlausrichtungen reduziert bzw. ausgeschaltet werden.
Wesentlich im vorliegenden Fall ist, daß von der wenigstens einen Lichtquelle 4 auf den zu positionierenden Gegenstand gestrahltes Licht entsprechend dem Strahlengang 5 von der zu lumineszierenden Schicht 15 aufgenommen wird und von dieser Licht bzw. allgemein elektromagnetische Strahlung einer geänderten Wellenlänge 6 ausgesandt wird, wobei diese Strahlung entsprechend dem schematisch angedeuteten Strahlengang 6 in weiterer Folge und insbesondere nach Durchtritt durch das Filter 8 in der Aufnahmevorrichtung 7 aufgenommen und gegebenenfalls einer weiteren Auswertung unterworfen wird.
Anstelle der in Fig. 1 und 2 dargestellten fluoreszierenden bzw. lumineszierenden Schicht können beispielsweise auch fluoreszierende bzw. fluoreszierend gefärbte Folien, Polymere oder Glas eingesetzt werden.
In Fig. 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt, wobei wiederum von einer mit 4 bezeichneten Lichtquelle Licht einer ursprünglichen bzw. Ausgangswellenlänge entsprechend dem Strahlengang 5 auf einen wiederum im wesentlichen plattenför- migen Gegenstand 18 im Bereich einer Markierung 19 aufgebracht wird, wobei in der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der zu positionierende Gegenstand 18 beispielsweise von einer mehrlagigen Leiterplatte gebildet wird. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Markierung 19 von einer Vertiefung bzw. einem Sackloch in der Oberfläche des zu positionierenden Gegenstands 18 ausgebildet, wobei der mehrlagige, zu positionierende Gegenstand 18 im Bereich des Bodens der Vertiefung bzw. Markierung 19 eine Schicht aus wiederum lumineszierendem Material 20 enthält, so daß entsprechend dem Strahlengang 5 auftreffendes Licht wiederum in ein Licht bzw. allgemein elektro- magnetische Strahlung geänderter Wellenlänge entsprechend dem Strahlengang 6 umgewandelt wird, welche(s) nach einem Durchtritt durch ein wiederum mit 8 bezeichnetes, optisches Filter in die Aufnahmevorrichtung 7 eintritt.
Ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 kann Licht, welches von der Ober- fläche des Gegenstands 18 entsprechend den wiederum mit 16 und 17 bezeichneten Strahlengängen reflektiert wird, nicht oder in stark verringerter Intensität durch das optische Filter 8 hindurchtreten und somit nicht in die Aufnahmevorrichtung 7 gelangen.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist es somit im Gegensatz zur Ausbil- düng gemäß Fig. 2 nicht erforderlich, daß der Untergrund 13 bzw. die Halte- bzw. Abstützvorrichtung mit einer lumineszierenden Schicht versehen ist.
Bei der in Fig. 4 dargestellten, abgewandelten Ausführungsform weist ein mit 21 bezeichneter, zu positionierender Gegenstand an seiner Oberfläche eine Markierung 22 auf, welche aus einem lumineszierenden Material gebildet ist, so daß ähnlich wie bei den vorangehenden Ausführungsformen von der wiederum mit 4 bezeichneten Lichtquelle ausgesandtes Licht entsprechend dem Strahlengang 5 nach einem Auftreffen auf die lumineszierende Markierung 22 in Licht geänderter Wellenlänge entsprechend dem Strahlengang 6 umgewandelt wird, welches nach einem Durchtritt durch das op- tische Filter 8 wiederum in der Aufnahmevorrichtung 7 aufgenommen wird und gegebenenfalls einer anschließenden Auswertung unterworfen wird.
Ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Untergrund 13 nicht mit einer lumineszierenden Schicht versehen.
Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 kann für ein Positionieren des plat- tenförmigen Gegenstands 18 bzw. 21 relativ zum Untergrund 13 bzw. gemeinsam mit diesem ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 eine Einrichtung 12 zum Bewegen des plattenförmigen Gegenstands und/oder eine Einrichtung 14 zum Bewegen des Untergrunds 13 gemeinsam mit dem plattenförmigen Gegenstand vorgesehen sein bzw. mit der der Aufnahmevorrichtung 7 nachgeschalteten Auswerteeinrichtung 10 gekoppelt sein.
Darüber hinaus ist in Fig. 2 bis 4 angedeutet, daß neben der Lichtquelle 4, zu welcher zur Verdeutlichung jeweils ein Strahlengang 5 bzw. 6 angedeutet bzw. vorgesehen ist, wenigstens eine weitere mit 4' bezeichnete, zusätzliche Lichtquelle vorgesehen sein kann, welche beispielsweise zur Erhöhung der Auflösung im Bereich der Aufnahmevorrichtung 10 herangezogen werden kann.
Anstelle der angedeuteten zusätzlichen Lichtquelle 4' kann vorgesehen sein, daß bei- spielsweise eine Mehrzahl von Lichtquellen 4' im wesentlichen ringförmig um die Aufnahmevorrichtung bzw. Kamera 7 angeordnet ist. Ein Vorteil einer derartigen Anordnung gegenüber der in Fig. 1 und 2 dargestellten azentrischen Anordnung liegt beispielsweise in einer Verringerung eines Schatteneinflusses bei einer insbesondere ringförmigen Anordnung einer Mehrzahl von Lichtquellen 4'.
Die Lichtquelle 4 kann beispielsweise von einer Licht emittierenden Diode, einer Laserdiode, unterschiedlichen Arten von Lampen, beispielsweise in Kombination mit einem Farbfilter, oder ähnlichem gebildet werden, so daß Licht im sichtbaren Bereich oder auch im UV-Bereich bzw. im Infrarot-Bereich vorzugsweise mit einem engen Spektralbereich und somit einer gut definierten Farbe bzw. Wellenlänge emittiert wird. In Abstimmung mit dem zur Konvertierung bzw. Umwandlung der Wellenlänge des zur Bestrahlung des zu positionierenden Gegenstands 1 verwendeten Lichts eingesetzten, lumineszierenden Materials 15, 20 bzw. 22 wird eine Lichtquelle 4 einer entsprechenden Wellenlänge bzw. Farbe gewählt.
Bei Wahl einer entsprechenden elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise UV- Licht, kann auch die intrinsische Fluoreszenz des Materials der Leiterplatte bzw. allgemein des zu positionierenden Gegenstands 1 und insbesondere des Polymers desselben verwendet werden, wobei dies insbesondere bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 zur Anwendung gelangen kann. In ähnlicher Weise können als sogenannter umgekehrter Kontrast diese bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 zum Einsatz gelangen.
In Abstimmung mit der durch das lumineszierende Material 15, 20 bzw. 22 geänderten Wellenlänge wird ein entsprechendes abgestimmtes optisches Filter 8 mit einer auf die Farbe bzw. die geänderte Wellenlänge des im Bereich der Markierung 3, 19, 22 durch das lumineszierende Material ausgesandten Lichts eingesetzt, wobei insbesondere Licht von der Lichtquelle 4 bzw. 4' abgeschirmt wird.
Anstelle eines optischen Filters 8 und einer nachgeschalteten Aufnahmevorrichtung 7 kann auch beispielsweise eine Aufnahmevorrichtung 7 mit einer Mehrzahl von Farbka- nälen, beispielsweise eine RGB-Kamera, verwendet werden, wobei in diesem Fall eine Farbunterscheidung bzw. Unterscheidung oder Einstellung auf die durch das lumines- zierende Material 15, 20 bzw. 22 geänderte Wellenlänge durch Auswahl eines entsprechenden Kanals oder einer Kombination von Kanälen der Aufnahmevorrichtung 7 ermöglicht wird.
Als Aufnahmevorrichtungen 7 können unterschiedliche Arten von Kameras, beispielsweise Schwarz/Weiß-CCDs, CMOS und andere, anstelle einer Aufnahmevorrichtung bzw. Kamera mit mehreren Farbkanälen eingesetzt werden.
Darüber hinaus ist es möglich, einen dichroitischen Spiegel im Bereich der Aufnahmevorrichtung 7 und/oder wenigstens einer Lichtquelle 4 einzusetzen.
Bei Einsatz eines plattenförmigen, zu positionierenden Gegenstands 1 beispielsweise mit einer Mehrzahl von Leiterplatten bzw. Leiterplattenelementen 2, wie dies in Fig. 1 angedeutet, ist, wird beispielsweise nach erfolgter Positionierung und Ausrichtung des Gegenstands 1 eine Bearbeitung der Leiterplatten 2, beispielsweise mit einer Bohrvorrichtung, insbesondere Laserbohrvorrichtung, zur Anordnung einer Vielzahl von Bohrungen bzw. Durchtritten oder Mikrovias im Bereich der einzelnen Leiterplattenele- mente 2 vorgenommen. Alternativ oder zusätzlich können auch Fräsverfahren mit wenigstens einer Fräsmaschine zum Einsatz gelangen.
Zusätzlich können auch andere Herstellungsschritte insbesondere im Zusammenhang mit einer Bearbeitung bzw. Herstellung von Leiterplatten, beispielsweise Fotodruckver- fahren, Maskierungsverfahren, Siebdruckverfahren, Belichtungs- oder Bestückungsvorgänge oder ähnliches, durchgeführt werden, für welche jeweils eine entsprechend exakte und hochpräzise Ausrichtung und Positionierung des zu bearbeitenden Gegenstands 1 erforderlich ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Positionieren oder Ausrichten eines Gegenstands (1 , 18, 21) relativ zu bzw. mit einem Untergrund (13), wobei Licht auf den Gegenstand (1 , 18, 21) ins- besondere im Bereich wenigstens einer Markierung (3, 19, 22) des zu positionierenden Gegenstands (1, 18, 21) gestrahlt wird und von dem zu positionierenden Gegenstand (1 , 18, 21), insbesondere der Markierung (3, 19, 22), und/oder dem Untergrund (13) reflektiertes Licht in einer Aufnahmevorrichtung (7) aufgenommen und gegebenenfalls ausgewertet wird und auf Basis der aufgenommenen und gegebenenfalls ausgewer- teten, reflektierten Strahlung die Position des Gegenstands (1, 18, 21) bestimmt wird und/oder die Position oder Ausrichtung des Gegenstands (1 , 18, 21) korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Bestrahlung eingesetzte Licht insbesondere durch Verwendung eines lumineszierenden Materials (15, 20, 22) im Bereich der Markierung (3, 19, 22) in Licht einer geänderten Wellenlänge umgewandelt wird und in der Aufnah- mevorrichtung (7) Licht der geänderten Wellenlänge aufgenommen und gegebenenfalls einer Auswertung unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestrahlung des Gegenstands (1 , 18, 21) Licht mit einem engen Spektralbereich verwendet wird, welches durch das lumineszierende Material (15, 20, 22) in Licht einer von der Wellenlänge des zur Bestrahlung eingesetzten Lichts verschiedenen Wellenlänge umgewandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmevorrichtung (7) ein auf die Wellenlänge des Lichts geänderter Wellenlänge abgestimmtes Filter (8), insbesondere optisches Filter, vorgeschaltet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung (7) eine Mehrzahl von Aufnahmekanälen für Licht unterschiedlicher Wellenlänge aufweist und für die Aufnahme und gegebenenfalls nachfolgende Auswertung des reflektierten Lichts ein Kanal entsprechend dem Licht der geänderten Wellenlänge ausgewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (4) zur Bestrahlung des zu positionierenden bzw. auszurichtenden Gegen- Stands (1 , 18, 21) Licht emittierende Dioden, Laserdioden oder Glühlampen und Gasentladungslampen in Kombination mit einem Farbfilter verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmevorrichtung (7) und/oder der Lichtquelle (4) ein dichroitischer Spiegel vorgeschaltet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zu positionierende bzw. auszurichtende Gegenstand (18, 21) von einem im wesentlichen plattenförmigen Element gebildet wird, welches wenigstens eine Markierung (20, 22) aus lumineszierendem Material aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zu positionierende bzw. auszurichtende Gegenstand (1, 18, 21) in an sich bekannter Weise mit wenigstens zwei Markierungen (3, 19, 22) versehen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (18) von einer Vertiefung bzw. Ausnehmung gebildet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (3) von einem durchgehenden Loch gebildet wird und der Untergrund (13) eine Schicht (15) aus lumineszierendem Material aufweist bzw. daraus besteht.
11. Vorrichtung zum Positionieren oder Ausrichten eines Gegenstands (1 , 18, 21) relativ zu bzw. mit einem Untergrund (13), wobei wenigstens eine Lichtquelle (4, 4') zum Bestrahlen des Gegenstands (1 , 18, 21) insbesondere im Bereich wenigstens einer Markierung (3, 19, 22) des zu positionierenden Gegenstands (1 , 18, 21) und eine Aufnahmevorrichtung (7) vorgesehen sind, welche von dem zu positionierenden Gegenstand (1 , 18, 21), insbesondere der Markierung (3, 19, 22), und/oder dem Untergrund (13) reflektiertes Licht aufnimmt und gegebenenfalls auswertet und auf Basis der aufgenommenen und gegebenenfalls ausgewerteten, reflektierten Strahlung die Posi- tion des Gegenstands (1, 18, 21) bestimmt und/oder die Position oder Ausrichtung des Gegenstands (1 , 18, 21) korrigiert, gekennzeichnet durch eine Aufnahmevorrichtung (7) zur selektiven Aufnahme von Licht mit gegenüber dem auf den Gegenstand (1 , 18, 21) bestrahlten Licht geänderter Wellenlänge, welches im Bereich der Markierung (3, 19, 22) des zu positionierenden bzw. auszurichtenden Gegenstands (1 , 18, 21) insbe- sondere durch Verwendung eines lumineszierenden Materials (15, 20, 22) reflektiert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmevorrichtung (7) ein auf das Licht geänderter Wellenlänge abgestimmtes, insbesondere optisches Filter (8) vorgeschaltet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung (7) von einer Aufnahmevorrichtung, insbesondere Kamera mit einer Mehrzahl von Farbkanälen zur Aufnahme von Licht unterschiedlicher Wellenlänge ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Aufnahmevorrichtung (7) eine Vorrichtung (12, 14) zum Bewegen des zu positionierenden bzw. auszurichtenden Gegenstands (1 , 18, 21) relativ zu bzw. mit dem Untergrund (13) gekoppelt bzw. koppelbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) von Licht emittierenden Dioden, Laserdioden oder Glühlampen und Gasentladungslampen in Kombination mit einem Farbfilter und dgl. gebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zu positionierende bzw. auszurichtende Gegenstand (18, 21) von einem im wesentlichen plattenförmigen Element gebildet ist, welches wenigstens eine Markierung (20, 22) aus lumineszierendem Material aufweist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zu positionierende bzw. auszurichtende Gegenstand (1 , 18, 21) in an sich bekannter Weise mit wenigstens zwei Markierungen (3, 19, 22) versehen ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (19) des zu positionierenden Gegenstands (18) von einer Vertiefung bzw. Ausnehmung gebildet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (3) des zu positionierenden Gegenstands (1) von einem durchgehen- den Loch gebildet ist und der Untergrund (13) eine Schicht (15) aus lumineszierendem Material aufweist bzw. daraus besteht.
20. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19 zur Positionierung eines piattenförmigen Elements (1 , 18, 21), insbesondere einer Leiterplatte, bei der Herstellung bzw. Bear- beitung einer Leiterplatte.
21. Verwendung nach Anspruch 20 beim Positionieren und Ausrichten einer Leiterplatte (1, 18, 21) zur Durchführung eines Bohrverfahrens mit Bohrmaschinen, insbesondere Laserbohrmaschinen, eines Fräsverfahrens, eines Fotodruckverfahrens, eines Maskierungsverfahrens, eines Siebdruckverfahrens, eines Belichtungs- und Bestückungsvorgangs und dgl.
PCT/AT2008/000349 2007-10-12 2008-09-30 Verfahren und vorrichtung zum positionieren und ausrichten eines gegenstands relativ zu bzw. mit einem untergrund sowie verwendung hierfür WO2009046468A2 (de)

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