在利用絲網印刷工藝將焊膏涂敷到印刷電路板上時產生測試圖形的方法和設備的制作方法

專利名稱：在利用絲網印刷工藝將焊膏涂敷到印刷電路板上時產生測試圖形的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及在利用絲網印刷工藝將焊膏涂敷到印刷電路板上的過程中產生測試圖形的方法，在一種本專題討論方法(teach-in method)的步驟中，用光學方法記錄一種結構作為參考圖形，并且這種記錄被用于產生用于測試圖形的參考數據。
在檢查系統的功能里，對焊膏是否充分涂敷到印刷電路板上進行監測是已知的。利用絲網印刷工藝將焊膏涂敷到印刷電路板上。這使得在隨后的元件裝配工藝中有可能將電子元件焊接到在印刷電路板上形成的布線接線端上。這具體是利用SMD工藝進行的。在檢查系統的過程中，為了能夠檢驗焊膏的涂敷，需要提供所謂的測試圖形。這些測試圖形限定了在哪里和怎樣對焊膏的涂敷進行檢驗。測試圖形限定了將被涂敷的焊膏區域的坐標、大小和形狀。為了獲得測試圖形，基本上有兩種已知的方法。第一種方法從CAD數據獲得測試圖形。這些測試圖形是可以以電子的形式(Gerber文件)得到的印刷模版的模版數據。這些數據提供關于印刷模版在哪里具有開口和具有怎樣的開口的信息，在絲網印刷工藝中焊膏穿過這些開口被涂敷到印刷電路板上。由于在CAD數據的可用性、更新性和可轉換性方面的問題，在過去已發現隨后將提到的第二種方法是更實用的解決辦法。該第二種方法是所謂的本專題討論方法，在其中印刷電路板對于測試圖形的產生起到參考圖形的作用。因此，在本專題討論方法中利用照相機對印刷電路板的布線和端子結構進行記錄，并以這種方式確定測試圖形。一個缺點是布線的結構---由于它們的生產工藝造成的結果---具有相對較大的尺寸公差，結果導致測試圖形的產生易遇到尺寸偏差的問題。特別是在非常密集的接觸結構的情況下，例如對于大規模集成元件來說，尺寸的不適當可能帶來問題。
因此，本發明基于這樣的目的，提出一種在本文開始所述類型的方法，該方法產生高精度的結果，并可以以可行的方式完成。
根據本發明，這一目的通過用于絲網印刷工藝的印刷模版來實現，該印刷模版作為前述的結構被用光學方法記錄。因此，根據本發明，該印刷模版在本專題討論方法中被用作用于產生測試圖形的參考圖形。如此確定的測試數據與印刷工藝中存在的條件精確地對應，結果是可以最佳地評定印刷質量和尺寸的穩定性，而與其它影響無關。所測量的焊膏涂敷的印刷質量使得能夠直接得出關于印刷工藝的結論，而不存在干擾因素---諸如例如前面提到的公差的影響。為了產生測試圖形，最好規定對于任何缺陷都特別敏感的某些區域，并通過用光學方法記錄印刷模版的結構(模版開口)，在這些區域中產生測試圖形。用光學方法記錄的圖象被用電子學方法轉換成代表測試圖形的數據。這些測試圖形構成參考圖形，在絲網印刷工藝之后，將該參考圖形與同樣用光學方法確定的實際的焊膏涂敷的數據比較。這使得能夠識別缺陷，例如印刷電路板的兩個接線端被不希望有的焊膏橋電連接起來的缺陷。還可以識別在某些區域中是否沒有焊膏。這同樣也可能有兩個原因，一方面，焊膏粘在印刷模版上，因為焊膏沒有被傳送到印刷電路板上，或者另一方面，能夠得到的焊膏太少，即刮片不可能將焊膏涂到所有的區域中，因為可用的焊膏不夠。按照先前已知的方法，用光學方法記錄焊膏涂敷情況，并與按先前的方法獲得的測試圖形比較。在本發明主題的情況下，同樣進行了比較，此外還用光學方法檢測了印刷模版---這是由于測試圖形的產生。因此，給印刷模版和印刷電路板都配備了光電記錄設備，這提供了以前不能實現的下述優點。可以將從印刷模版和印刷電路板獲得的圖象用電子學方法最好是自動地進行比較，這有可能識別出缺陷或正在形成的缺陷，并有可能預先阻止缺陷形成。例如，通常橋只是緩慢形成的，即，它在印刷模版上特別是在印刷模版開口的邊緣處變明顯，并且焊膏顆粒越來越多地聚集在那里，并隨著時間的推移而形成，直到橋形成為止。這種逐漸的形成在其從印刷模版的光電檢測中出現時就被識別出，并因此可以被阻止。這最好是自動進行的，即簡短地中斷印刷工藝，并自動地進行印刷模版的清理。相應地對粘在印刷模版的開口中并因此沒有被傳送到印刷電路板上的焊膏進行同樣的處理，因為在這種情況下，在形成的過程中最初也只有少量焊膏粘在模版開口中，并且這些焊膏慢慢積累，直到最后焊膏堵塞了整個開口或開口的大部分。因此將印刷模版的光學檢測用于兩種情況，一方面用于產生測試圖形，而另一方面用于識別缺陷。除了利用根據本發明的工序簡單地產生測試圖形以外，還因此有可能在絲網印刷工藝期間針對可能的缺陷進行最佳地檢驗。
優選提供這樣的功能，即針對印刷模版的模版開口的位置(坐標)和/或它們的幾何結構(形狀，大小)，用光學方法記錄印刷模版的模版開口。因此測試圖形具有有關位置(坐標)和幾何結構(形狀，大小)方面的相應的信息。
此外，如果用光學方法記錄印刷模版的面對印刷電路板的一面則是比較好的。對“底面”的記錄具有這樣的優點，也就是在那里可以最好地識別出---除了測試圖形數據的記錄以外---在正在進行的印刷工藝的過程中是否會有缺陷出現，例如前面所提到的橋的形成或焊膏的粘附。
根據本發明的研究，提供這樣的功能，即在絲網印刷工藝后，對已經在印刷電路板上實施的焊膏涂敷進行光學記錄，并由該記錄產生實際的數據。借助于這些實際的數據，可以以特別簡單的方式在檢查系統的過程中對焊膏涂敷進行評定，因為這只需要進行參考圖形的數據與實際數據的比較即可。因此，在考慮了參考數據的情況下進行對實際數據的估算。
本發明還涉及用于在借助絲網印刷工藝將焊膏涂敷到印刷電路板期間產生測試圖形的裝置，該裝置具有第一光電裝置，用于記錄一個作為參考圖形的結構，所述記錄在本專題討論方法的步驟中進行；并具有數據處理電子設備，用于由參考圖形記錄產生參考數據，以這樣的方式設置第一光電裝置，使之記錄作為所述結構的印刷模版。因此，該光電裝置通過檢測印刷模版的結構(模版開口)，以光學的方式獲得測試圖形數據，在估算焊膏涂敷時可使用所述測試圖形數據，作為所希望的數據。將這些所希望的數據與由焊膏涂敷確定的實際數據進行比較。如果存在偏差，可進行校正。
優選設置有一個移動裝置，借助于該裝置可以使第一光電裝置進入到印刷模版和印刷電路板之間。這使得能夠對印刷模版的各個所希望的區域進行光學記錄。
還優選地提供第二光電裝置，用于記錄印刷電路板上的焊膏涂敷情況，特別地還提供這樣一種功能，即可以利用同一個移動裝置移動第一和第二光電裝置。這樣的優點是對于兩個光電裝置只需要一個移動裝置，結果使結構的復雜程度和成本都得到降低。此外，利用一個并且是同一個移動裝置來移動光電裝置還有一個優點，即兩個設備總是被帶到相對于印刷模版和相對于印刷電路板的同一個位置上，也就是說，這兩個光電裝置總是確定了兩個部件的相應的區域，其結果就使得能夠以特別簡單的方式來進行所希望的數據與實際的數據的比較。
此外，可以提供這樣的第一和第二光電裝置，它們只由一個光電設備形成，該光電設備可以相對于記錄方向進行切換或者具有兩個記錄光束。因此，兩個光電裝置被結合在單個光電設備中，該光電設備定位于移動裝置的移動拖架上。如果可以對記錄方向進行切換，即，利用一個并且是同一個光電設備對印刷模版以及---在切換之后---對印刷電路板進行記錄，則裝置的復雜性可以降低。為能夠對希望數據與實際數據進行比較，則需要首先對所記錄的圖象結構進行存儲，然后再將其與隨后記錄的圖象結構進行比較。通過使用兩個光電記錄設備(照相機)，即，一個光電記錄設備借助第一記錄光束檢查印刷模版，而另一個借助第二記錄光束檢查印刷電路板，以及進而檢查在那里進行的焊膏涂敷，使構成在結構上更復雜，但從工藝學的觀點看則優點更多。
此外，可以提供這樣的光電設備，它具有第一鏡，該第一鏡已被做成在兩側都是可反射的，并且其一側位于射向印刷模版的記錄光束中，而其另一側位于射向印刷電路板的記錄光束中。特別是，該已被作成兩側都可反射的第一鏡為棱鏡的形式，這具有對于兩束來說其反射面實際上相同的優點。
本發明的研究提供了這樣的結構，即給第一鏡的各側分別配置半透明的第二鏡和第三鏡。在每種情況下給第二和第三鏡特別地分別配備第一光學件和第二光學件。最好是在每種情況下給第二和第三鏡分別配備第一和第二圖象記錄傳感器。在這種情況下最好以這樣的方式來進行設置，就是使第一光學件位于第二鏡和第一圖象記錄傳感器之間，而使第二光學件位于第三鏡和第二圖象記錄傳感器之間。以上說明的設置使得有可能經過第一鏡的一側和半透明的第二鏡以及第一光學件、并借助于第一圖象記錄傳感器來記錄印刷電路板，并借助第一鏡的另一側、第三鏡、以及第二光學件和第二圖象記錄傳感器來記錄印刷模版。
第一照射源與第二鏡相互配合，而第二照射源與第三鏡相互配合，使得有可能利用第一照射源，經過第二鏡和第一鏡來對印刷電路板進行照射，并利用第二照射源，經過第三鏡和第一鏡來對印刷模版進行照射。通過使印刷電路板經受環形、或近似環形或部分環形的第三照射源的光照射，可以獲得特別好的結果。第三照射源最好定位于可以被移動裝置移動的光電設備上。特別是，這提供這樣的優點，即由于它的環形結構，第三照射源包圍在第一鏡和印刷電路板之間的光束，也就是說，對印刷電路板進行最佳的光照射，其結果是可以非常好地用光學方法記錄其上的焊膏涂敷。
最后，本發明還提供由多個發光二極管(LED)構成的第三照射源。
附圖在典型實施例的基礎上示出了本發明，具體地說

圖1示出光電設備的平面圖，圖2示出沿圖1的箭頭II方向的光電設備的端部示意圖，以及圖3示出沿圖2的箭頭III方向的從光電設備下面看去的示意圖。
圖1-3以圖示的形式示出光電設備1，借助于該光電設備1可以在利用絲網印刷工藝將焊膏涂敷到印刷電路板上期間產生測試圖形。此外，該光電設備1適用于檢查在絲網印刷工藝中使用的印刷模版3的底面2，以及在絲網印刷工藝中焊膏被涂敷到其上的印刷電路板5的一面4(圖2)。
按照圖1，光電設備1具有第一光電裝置6和第二光電裝置7。這兩個光電裝置6、7共用第一鏡8，該第一鏡8已被做成兩側都是可反射的，并配備有光電裝置7的半透明的第二鏡9和光電裝置6的半透明的第三鏡10。此外，光電裝置7具有第一圖象記錄傳感器11，而光電裝置6具有第二圖象記錄傳感器12。在第二鏡9和第一圖象記錄傳感器11之間設置有第一光學件13。第三鏡10和第二圖象記錄傳感器12之間設置有第二光學件14。因此，第一光學件13是第二光電裝置7的組成部分，而第二光學件14是第一光電裝置6的組成部分。光電裝置7還配備有第一照射源15；光電裝置6配備有第二照射源16。兩個照射源15和16最好是設計成為LED，并定位在印刷電路板17上。
按照圖2，在光電設備1的底面18上排列了第三照射源19，該第三照射源19包括多個以環形形式排列的發光二極管(LED)。以這樣的方式來排列發光二極管，以使得第三照射源19包圍第一鏡8和印刷電路板5之間的光束20。這在圖3中具體地示出。借助于以拖架方式工作并可沿兩個彼此垂直的坐標移動的移動裝置(未示出)，光電設備1可以被沿圖1中的雙頭箭頭21和沿圖2中的雙頭箭頭22移動，也就是說，它可以相對于印刷模版3移動到所希望的任何位置上，并相對于印刷電路板5被移動到對應的位置上。在絲網印刷工藝中，在一借助于印刷模版3將焊膏涂敷到印刷電路板5的一面4上之后，就進行這種移動。在絲網印刷工藝之后，移動印刷模版3和印刷電路板2使它們分離開，結果光電設備1可以進入到它們中間的空間里。以這種方式，可以對于焊膏涂敷量是否足夠進行檢查。在這種檢查中，利用第一光電裝置6檢查印刷模版3的底面2，并利用第二光電裝置7檢查印刷電路板5的一面4。利用處理電子設備(未示出)，可以以這種方式檢驗焊膏涂敷的任何缺陷。具體的工序如下利用照射源16(虛線23)將光投射到半透明鏡10上，該光被偏轉90°，并被送到第一鏡8，然后從該鏡8的一側被向上引導，結果照射到印刷模版3的底面2上。被印刷模版3反射的光返回到鏡8，并被從鏡8的同一側送到鏡10，并直線地通過鏡10，被反射的光按照雙點劃線24經過鏡光學部件14到達圖象記錄傳感器12。因此，在與數據處理電子設備(未示出)的相互配合中，所述圖象記錄傳感器可以以象素結構的方式產生相應的印刷模版3的結構的圖象，特別是模版開口的坐標、形狀和大小。這樣確定的數據可以被用于前述的與焊膏涂敷的比較。特別是，有可能將所記錄的數據作為參考圖形進行估算，也就是說，該參考圖形代表測試圖形，該測試圖形是有關印刷模版的模版開口具有什么位置和幾何結構的信息。該記錄在被稱之為本專題討論的方法中進行。
利用第二光電裝置7，可以檢查印刷電路板5的一面4上的焊膏涂敷。為此目的，從照射源15使光射向鏡9(虛線25)，在那里光被偏轉，并送到第一鏡8的另一側，鏡8的該另一側使光向下投射到印刷電路板5上。被印刷電路板5特別是其上的焊膏涂敷反射的光返回到鏡8，并被從那里送到半透明的鏡9，以直線通過鏡9，結果光沿點狀虛線26經過光學件13到達圖象記錄傳感器11。在將焊膏成功涂敷到印刷電路板5上時，圖象記錄傳感器11以象素的形式提供信息。這樣，就可以借助于數據處理電子設備進行兩個圖象記錄傳感器11和12的信息的估算，也就是說將印刷模版3的參考圖形與實際圖形即印刷電路板5上的焊膏涂敷進行比較，由此可以識別出任何缺陷。此外還有可能借助于第一光電裝置6檢查有焊膏聚集在那里的印刷模版3的任何粘污，結果可以在早期識別出由于焊膏的這種粘附聚集導致的缺陷。
如果發現了缺陷，則可以停止自動操作，并可以在屏幕上可見地顯示缺陷。操作人員有可能忽略該缺陷或者對其進行處理。還有可能移去因之而帶有缺陷的印刷電路板。在任何情況下，都用元件的名稱以及操作人員對該部分的響應來記錄該缺陷，所述元件是通過焊膏向印刷電路板上的涂敷而被涂敷的元件。
權利要求
1.一種在利用絲網印刷工藝將焊膏涂敷到印刷電路板上的過程中產生測試圖形的方法，在一種本專題討論方法的步驟中，用光學方法記錄一種結構作為參考圖形，并且這種記錄被用于產生用于測試圖形的參考數據，其特征在于，用光學方法記錄用于絲網印刷工藝的印刷模版作為所述的結構。
2.如權利要求1的方法，其特征在于，用光學方法記錄關于印刷模版的模版開口的位置(坐標)和/或它們的幾何結構(形狀，大小)。
3.如前述權利要求之一的方法，其特征在于，用光學方法記錄印刷模版面對印刷電路板的一面。
4.如前述權利要求之一的方法，其特征在于，在絲網印刷工藝后，對已經在印刷電路板上實施的焊膏涂敷進行光學記錄，并由該記錄產生實際的數據。
5.如前述權利要求之一的方法，其特征在于，在考慮了參考數據的情況下對實際數據進行估算。
6.一種用于在借助絲網印刷工藝將焊膏涂敷到印刷電路板上的過程中產生測試圖形的裝置，該裝置具有第一光電裝置(6)，用于記錄一個作為參考圖形的結構，所述記錄在本專題討論方法的步驟中進行；并具有數據處理電子設備，用于由所述參考圖形記錄產生參考數據，其特征在于，以這樣的方式設置第一光電裝置(6)，使之記錄作為所述結構的印刷模版(3)。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，具有移動裝置，借助于該設備可以使第一光電裝置(6)進入到印刷模版(3)和印刷電路板(5)之間，并使之可以在那里移動。
8.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，具有第二光電裝置(7)，用于記錄印刷電路板(5)上的焊膏涂敷。
9.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，可以利用一個并且是同一個移動裝置移動第一和第二光電裝置(6，7)。
10.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，第一和第二光電裝置(6，7)只由一個光電設備(1)形成，該光電設備可以相對于記錄方向進行切換或者具有兩個記錄光束。
11.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，光電設備(1)具有第一鏡(8)，該第一鏡已被做成在兩側都是可反射的，并且其一側位于射向印刷模版(3)的記錄光束中，而其另一側位于射向印刷電路板(5)的記錄光束中。
12.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，給第一鏡(8)的每一側分別配備半透明的第二鏡和第三鏡(9，10)。
13.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，在所有情況下給第二和第三鏡(9，10)分別配備第一光學件和第二光學件(13，14)。
14.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，在所有情況下給第二和第三鏡(9，10)分別配備第一和第二圖象記錄傳感器(11，12)。
15.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，所述第一光學件(13)位于第二鏡(9)和第一圖象記錄傳感器(11)之間，而所述第二光學件(14)位于第三鏡(10)和第二圖象記錄傳感器(12)之間。
16.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，第一照射源(15)與第二鏡(9)相互配合。
17.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，第二照射源(16)與第三鏡(10)相互配合。
18.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，光電設備(1)的環形、近似環形或部分環形的第三照射源(19)的光照射到印刷電路板(5)上。
19.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，第三照射源(19)包圍第一鏡(8)和印刷電路板(5)之間的束。
20.如前述權利要求之一所述的裝置，其特征在于，第三照射源(19)由多個發光二極管(LED)構成。
全文摘要
本發明涉及一種在利用絲網印刷工藝將焊膏涂敷到印刷電路板上的過程中產生測試圖形的方法和裝置,在本專題討論方法步驟中,用光學方法記錄一種結構作為參考圖形,這種記錄被用于產生用于測試圖形的參考數據。還提供用于絲網印刷工藝的印刷模版,用光學方法記錄該印刷模版作為所述的結構。
文檔編號G01B11/24GK1262025SQ98806669
公開日2000年8月2日 申請日期1998年4月28日 優先權日1997年7月2日
發明者卡爾·尚茨 申請人:艾克拉愛德瓦德克拉夫特有限公司