用于修改電子設計數據的系統和方法

專利名稱：用于修改電子設計數據的系統和方法
背景技術：
在電子裝配工業的表面貼裝技術(surface-mount technology，SMT)部分中，通過把諸如集成電路、電容器等的電子部件或零件聯接在印刷電路板的表面上來制作印刷電路板。這些元件被以很多種方式固定在印刷電路板上，特別是通過把膏狀焊接材料的點或淀積物放置在印刷電路板上形成的金屬焊盤(也被稱為連接盤)上。這經常通過使用所謂的焊接絲網印刷機來完成。
在技術上，絲網印刷機是公知的，在名為“要被施加作用的目標的視頻探針對齊”的美國再頒專利34,615中示出了這樣的絲網印刷機的例子，該專利在此通過引用并入本文。在此還通過引用包含名為“給襯底涂敷粘合劑”的第5,807,606號美國專利和名為“用于涂敷焊膏的裝置”的第5,669,970號美國專利。這些專利示出并描述了印刷電路板籍以被逐一導入工作站的系統。如上所述，印刷電路板在其上面形成了很多位于表面上的金屬焊盤或連接盤。這些焊盤或連接盤是印刷電路板上的位置，印刷電路板將把上面提到的各種電氣部件固定到這些位置。盡管用非金屬粘合劑把這些零件固定到焊盤或連接盤也是公知的，但是通常，一般是金屬性導電物質被用于此目的，例如焊膏。
因為更小的印刷電路板，特別是用于像蜂窩電話、數碼相機和個人數字助理(PDA)產品的印刷電路板變得普遍，切割后具有大約64乘64厘米(近似為25乘25英寸)的尺寸的典型印刷電路板可以被進一步分為多個單獨的電路板圖案，每一個小到大約2.5乘7.6厘米(1乘3英寸)。這被稱為排版(panelization)。在印刷電路板制造過程中，一旦電子部件已經被裝配到印刷電路板上，則多個印刷電路板將被分割為獨立的、尺寸更小的電路板，這些電路板最終將進入像上面提到的這些電子設備。
隨著時間的流逝，SMT已經變得更為復雜，并且越來越多的部件可以被放置在給定尺寸的印刷電路板上，從而增大了部件密度。今天在SMT工業中，用于把焊料淀積在電路板上的焊盤或連接盤上所用的方法是通常由薄的材料制成的模板或絲網，薄的材料一般是金屬的，在模板或絲網中，已經利用化學刻蝕、物理加工或激光切割，穿過薄的材料切割出孔。電鑄是模版制造的另一種形式，其中，通過圍繞經過顯影的光刻膠“生長”或對金屬材料電鍍以形成孔，光刻膠后來被去除，形成了開口。
當印刷電路板和模版被平面對平面地合在一起，模版位于電路板的頂部時，模版中形成的孔將與印刷電路板上的焊盤或連接盤匹配。當模版被與印刷電路板的頂部接觸放置時，如果一個人通過模版中的孔觀察，觀察者將看到剛好位于每一個孔下方的金屬焊盤或連接盤(如果正確地進行了孔的切割)。很清楚，如果在沒有目標焊盤或連接盤的地方錯誤地形成了孔，則經常必須放棄整個模版，因為由于模版的結構的性質所致，修理這樣的模版很困難。此外，當印刷電路板設計者改變要被放置在印刷電路板上的特定部件時，在印刷電路板上，焊盤或連接盤的尺寸和位置也將被改變。對模版中的孔也必須做出改變，以符合新的零件或新的尺寸要求。當然，這些改變要求制造新的模版；如果要制作的新模版被制造得孔有正確的位置、尺寸和形狀，則可以避免或大大地減少無謂的浪費。今天，公知的Gerber文件是特定電路板上的每一個零件的每一個焊盤的X和Y位置，以及每一個焊盤的形狀、尺寸、方向和重心的基于軟件的表示。可以在典型印刷電路板上具有成百、甚至成千上萬的部件。
在工作中，一旦模版已經被制備好，當模版被與印刷電路板的頂部接觸放置時，通常是粘性焊“膏”形式的焊接材料被涂在模版的上表面上。焊膏被淀積在模版中已經形成的那些孔中；并且，當模版被從印刷電路板抬起時，每一個焊盤或連接盤將包含微小的、可測量數量的焊料。因此，為了滿足制造限制(特別是當部件和印刷電路板的尺寸被減小時)，孔和焊盤或連接盤完美或接近完美的對齊很重要。此外，印刷電路板的任何要求重新設計模版的重新設計應該被高效率地和低成本地完成。制備模版和在模版中切割出與焊盤或連接盤的印刷電路板圖案匹配的孔是昂貴的操作，并且開了口的模版的成本可能高達1500美元。顯然，如果犯了錯誤，并且孔被制作在“錯誤”的位置，或者孔的形狀或尺寸是錯的，則模版將不得不被放棄，并制造另一個模版。目前，這是一個耗時的、經常是手動的任務。
今天，已有計算機硬件和計算機軟件試圖使得在模版中制造孔的過程自動化。例如，印刷電路板裝配機可以用計算機輔助繪圖(CAD)數據(例如Gerber)的形式，向模版制造機提供印刷電路板上的焊盤或連接盤的尺寸、形狀和位置。然后，此CAD數據可以被輸入模版制造機的計算機系統；假設數據是正確的，則計算機系統將引導模版制造機依照焊盤和連接盤數據，在模版中形成孔。
但是，像早先所提到的那樣，當印刷電路板制造機想要通過改變焊盤的尺寸、形狀或位置來改變該數據時，面臨著重大的問題。還應該注意到，在印刷電路板圖案中，在單個印刷電路板上具有很多不同的部件或其他零件是相對常見的。一般，有在單個電路板上形成的特定焊盤圖案的多個實例。在目前，當制造機或裝配機客戶確定改變例如電容器(基本上僅僅是兩焊盤接觸)的焊盤的尺寸或形狀時，電路板設計者必須保證對印刷電路板上的每一個電容器(可能有幾十個電容器)做出焊盤的改變。客戶通常不指定電路板上要實施改變的位置。類似地，模版中的孔必須和每一個焊盤的改變匹配。目前，這個匹配過程是手動完成的，并依靠模版制造機的技術人員的技藝來找出需要做出改變的每一個實例。像早先所提到的那樣，在每個模版上可能有多個印刷電路板圖案，因此，技術人員必須尋找并改變模版上的或許上百個焊盤圖案。否則，如果技術人員未能觀察到即使一個正在被改變的電容器，則整個模版可能是不正確的；并且，可能直到制造過程已經開始才發現失誤，而且有缺陷的印刷電路板可能中斷或大大減緩印刷電路板制造過程，有缺陷的電路板是沒有讓焊料淀積在所有焊盤上的電路板。這是昂貴的，并要避免。
有很多在市場上可獲得的軟件產品，這些產品將把印刷電路板制造機的數據翻譯成模版孔數據。一個這樣的例子是TRILOGY 5000軟件產品，由以色列的華萊科技(ValorComputerized Systems，Limited of Eyavne)制造。TRILOGY 5000產品在華萊TRILOGY 5000的6.0版本的軟件手冊中被描述，可以從華萊科技獲得。TRILOGY軟件可用于在運行視窗(Windows)的個人計算機上運行，也可以在運行UNIX的例如Sun工作站上運行。因此，人們期望具有非手動/自動化的系統，該系統將允許高效率和低成本的模版孔的重新設計，并采用了這樣的方式消除或基本消除人工失誤，與例如TRILOGY 5000的用于孔設計的現有系統集成在一起，以允許高效率的初始模版設計，以及當印刷電路板制造機在這些電路中做出改變時，允許對這些模版的修改。
除了快速和準確地生成與PCB上的連接焊盤對齊的孔數據的需求以外，焊盤和孔的精確對齊也很重要。如果針對每一個焊盤存在著孔，但是沒有與其精確地對齊，則將使得材料淀積完全地或部分地偏移焊盤，以后在裝配過程，這導致了部件到PCB的連接問題。孔和焊盤錯位具有幾個基本原因，包括在PCB制造過程中的可變因素、在印刷設備對齊系統中的容許誤差、在雙面SMT PCB上的初始回流之后的焊盤/掩膜定義中發生的改變等。裝配機過去已經通過收縮孔尺寸或改變孔形狀對可變因素進行了補償，以提高大多數或全部孔將與焊盤對齊的可能性。

發明內容
本公開涉及定位特征，例如在模版的設計和制造中的孔。為印刷電路板制造過程制造的模版包括孔，孔在相對較薄但很堅固，通常是金屬的表面中形成。孔和一些位置符合，通過這些位置，包括焊膏和粘合劑的材料可以被傳遞到下面的襯底，例如印刷電路板。
通過提供與已有孔設計軟件協同工作的自動化、軟件驅動的系統，以允許用戶快速地和低成本地在已有模版中做出改變而無需大量的人工干預，從而限制了該潛在的錯誤來源，可以排除現有系統顯示出的問題和不足。
通過定義足印(footprint)，可以實現該解決方案，足印指示了特定零件和焊盤的特征和位置，從而指示了涉及這些零件的孔，像客戶所提供的那樣。起到每一個被生成的足印的數據庫作用的足印庫被建立。然后，可以對特定足印做出改變，以改變模版中孔的位置、形狀或尺寸，這些孔被從足印產生。特別地，用足印標識標準參數的足印過濾器被應用于該庫，用于標識滿足指定的標準的足印。然后，修改參數被應用于被標識的足印，以修改那些足印，實施所需的改變。然后，那些改變被送入系統，系統將在現已被修改的模版中形成孔。
軟件還可以包括移動和定標代表要在模版中被切割出的孔的數據的代碼，以便對印刷電路板制造過程和模版制造過程中的偏差進行補償。通過測量X坐標和Y坐標差以及a)模版孔或PCB焊盤和b)原始文件(例如Gerber)中的特征位置之間的轉動差，可以進行定標。在模版孔和PCB焊盤的位置的差可以作為制造過程中的已知效應的函數或來自實際測量的函數被確定。
盡管描述基本上集中在印刷電路板和為在其上印刷焊膏而設計的模版上，在此所描述的方法和軟件同樣有可能被在任何類型的系統中使用，在系統中，其他類型的特征具有要受到改變的空間特性。


在下面所描述的附圖中，類似的參考符號遍及不同的視圖參考相同或類似的零件。附圖不一定是按比例的，相反，重點在于示出在“具體實施例”中所刻劃的方法和裝置的具體原理。
圖1示出了開了口的模版，具有多個在其上面形成的圖形。
圖2是流程圖，示出系統的整個工作圖。
圖3是用于生成修改參數的界面的屏幕截圖。
圖4是用于生成足印過濾器的界面的屏幕截圖。
圖5示出了在制造的印刷電路板和制造的模版中，特征位置從Gerber坐標的示例性偏移。
圖6是示出在印刷電路板和模版的底側上，焊盤和孔位置從Gerber坐標的偏移的圖；提供了針對以各種形式的定標進行的測量和沒有定標進行的測量的圖。
圖7是將印刷電路板上的實際坐標與對應的Gerber坐標進行比較的圖，其中，坐標被用于計算印刷電路板上的坐標的轉動。
具體實施例圖1示出了模版10，很像前面所描述的，它具有在模版上形成的一系列圖形20、22、24、26、28、30、32和34。在圖1的實施例中，八個圖形和八個獨立電路板圖案對應。僅僅為舉例而選擇了這八個，并且，模版可以包含一個或任意數目的圖形。每一個圖形包含很多的孔。僅僅為了舉例，在相同的圖形20、22、24、26、28、30、32和34上，分別形成了孔36、38、40、42、44、46、48和50。注意，孔36、38、40、42、44、46、48和50中的每一個相對于圖形都位于相同的位置，并且該位置對應于焊盤的位置或其他的區域，在該區域中，希望在印刷電路板上淀積焊膏。如所示出的那樣，有一組孔36、38、40、42、44、46、48和50，這些孔和僅需要兩個接觸焊盤的電容器對應。對于特定器件，例如對于集成電路，上百個焊盤，也即孔可能需要被聯接到印刷電路板；但是為簡潔的目的，兩個焊盤的電容器部件的例子足夠了。
除了其他事情以外，上面所討論的TRILOGY 5000軟件還能夠接受從印刷電路板裝配機接收到的數據，并構建一個系統，該系統引起模版制造機在圖形20、22、24、26、28、30、32和34中，通過模版切割出孔36、38、40、42、44、46、48和50。TRILOGY軟件把一個孔或一組孔與特定計算機硬件部件或“零件”關聯。TRILOGY軟件的用戶能夠選擇特定零件，并為其分配特定的屬性，例如接觸點的尺寸、形狀，以及數目和位置，然后這些屬性必須和印刷電路板上的焊盤的尺寸、形狀，以及數目和位置對應，因而和要被放置在印刷電路板上的模版中的孔對應。這樣，特定的零件被標識，被給予名字，并被保存在計算機軟件所操作的計算機系統的存儲器中。
但是，像上面所提到的那樣，使用TRILOGY軟件，當孔36、38、40、42、44、46、48和50中的任何一個被調整大小、重新放置或被整形時，操作者必須逐個地和手動地找到每一個部件/零件上的這樣的孔的每一個實例，并對其做出修改。在很多情況下，具有類似功能但是可能由不同的公司制造的零件在PCB上具有不同的焊盤尺寸。每一個都必須被分開保存。客戶根據零件做出修改；這樣，所有這些具有不同的名字的類似零件必須被布置，并且屬性被改變。顯然，這很耗時，而且可能因為不可避免的人工失誤而引起錯誤。
在本發明的一個實施例下，進一步的標識號碼被給予每一個部件或零件，也即被給予和該零件相關的那組孔，并且，當要對該零件做出改變時，軟件遍及印刷電路板圖案識別該零件的每一個實例，并把改變統一地應用于和該零件對應的那組孔中的每一個，該零件需要被改變或者是被修改。當印刷電路板制造機向模版制造機發送修改計劃，以修改印刷電路板上的一個或更多個零件，從而需要修改模版中的孔時，模版制造機開始了標識、搜索以及隨后修改在模版的每一個圖形上所制作的孔組的過程。
此處所描述的軟件應用程序被儲存在計算機可讀介質上(例如硬盤驅動器、CD、軟盤等)；并且，介質與計算機處理器通信，計算機處理器執行被具體實施在軟件代碼中的指令，并處理被具體實施在軟件部件中的數據，在下面被描述。在下面詳細描述的軟件應用程序的下列三個部件被用來修改孔(a)“足印/符號庫”，(b)“足印過濾器”，和(c)“修改參數”。此外還有具體的“修改規則”，它被在系統中程式化，并且被應用于數據文件，用來改變孔的尺寸、位置和/或形狀。軟件應用程序還包括用于更改激光和模版的相對定位的代碼，以便依照被選擇的足印，用激光在模版中切割出孔。
ValorTM的TRILOGY 5000軟件應用程序中的焊膏提取(SPE)模塊分析被提交的Gerber數據和代表要被連接的零件的連接焊盤的嵌入孔列表(例如Gerber 247x)。這些焊盤還指示了對應孔，對應的孔必須在模版上出現，以便于在正確的位置上淀積印刷材料。SPE模塊比對在足印庫中已經建立起的部件足印，分析焊盤“圖案”。這被稱為“足印匹配”。針對所有不匹配的焊盤圖案，新的足印被生成，并被保存在足印庫中。對于在軟件程序中的使用，例如DIMENSIONSTM商業軟件程序(可從美國新澤西，澤西城的確信電子組裝材料部(Cookson Electronics AssemblyMaterialsTM)獲得)，根據特定的命名習慣，每一個足印被給予獨特的名字，這在下面被更詳細地描述，并且在圖2中所示的流程圖中被作為起始步驟示出。
一旦被提交的工作針對所有的焊盤圖案具備匹配，并且做出了足印關聯，則軟件應用已經為提交數據的客戶設置的任意修改規則。每一條規則是足印過濾器和修改參數的組合。足印過濾器使用一部分或全部的足印名字，從匹配的足印中選擇要被修改的零件。修改參數包括指令，根據指令，必須對被選擇的零件的尺寸做出修改。軟件中的規則設置工具首先詢問用戶要修改的是哪一個足印，然后詢問要對該足印做出何種修改(通過更改Gerber文件的方式)。規則設置工具還包括改變孔的形狀、相對于焊盤的方向和位置的功能。一旦應用了所有的改變，則新的一組數據被保存，并且隨后新的文件被用來制造模版。
規則的組合構成了修改組。客戶可以具有無限多的不同修改組。
過程以足印命名開始。軟件利用命名習慣，其中，集成電路足印的例子被給予標志ic_qfp_40_120_180_230_oval_6pinrect-25x80。“ic”是零件類型，并且它指示該足印用于集成電路，而代表小型方塊平面封裝的“qfp”是零件群的名字。序列中的第一個數字是節距(即在相鄰引線中心之間的距離)，以密爾(mil)為單位(這里是0.040英寸)測量，并且第二個數字是引線的數目(這里是120條引線)。接著的兩個數字是中心到中心的寬度和高度(都以密爾為單位)，它們用電路板沿著垂直平面取向時，在相鄰焊盤的中心之間的假想水平線和垂直線來測量。在本實施例中，中心到中心的寬度是0.180英寸，并且中心到中心的高度是0.230英寸。接著的兩項提供了對焊盤形狀的標識。這里，焊盤的形狀是卵形，例外是每隔六個管腳是矩形的。最后的標識符反映出焊盤的尺寸，以密爾為單位。這里，焊盤具有0.025英寸的寬度和0.080英寸的高度(其中焊盤的最大尺寸被看作高度)。特定于客戶的標識符(例如“運送到”號碼)也可以被插入足印名字，以使足印能夠和特定的客戶相關聯。
軟件還使得能夠對儲存在數據庫中的已有足印進行修改。例如，由于引入了新的尺寸更小的零件，客戶可以指定所有的40密爾小型方塊平面封裝(QFP)在尺寸上被減小10％。除此以外，客戶還可以指定所有的40密爾球柵陣列(ball grid array，BGA)孔被制作成正方形，而不是例如圓形或矩形。軟件包括一個數據庫，其中儲存了足印過濾器和修改參數。當編輯或生成足印過濾器和修改參數時，軟件首先搜索數據庫中的已有組。針對那個或另一個客戶，相同的過濾器可能已經被生成，或者相同的修改可能已經被進行過。如果數據庫已經包括足印過濾器和修改參數，則它們就被作為規則應用。否則，用戶生成足印過濾器和修改參數。像這樣的改變可以被應用于分配給特定客戶的一個或更多個足印，或者，可以使得改變對共享指定的參數中的公共屬性，而不計客戶關聯的所有足印更為普遍(一般)。如果改變被確定為是特定于客戶的，則足印名字中的特定于客戶的標識符被與足印過濾器中的特定于用戶的標準進行比較；并且，如果存在匹配，則足印名字被依照所提供的修改參數進行修改。
一旦特定的足印名字被分配給特定的部件，則遍及一個或多個印刷電路板對相同部件的改變可以被依照足印過濾器和修改參數標識和修改。在圖2中示出了這個過程，其中，足印被命名并被添加到庫；并且，像下面進一步說明的那樣，足印過濾器被應用于足印名字。然后，修改參數被應用到足印名字上，以在那里修改參數。然后，經修改的足印名字被用來依照特定的孔設計規范，產生經修改的模版數據圖案。
足印過濾器定義了要被特定修改參數編輯的零件或部件。在一個例子中，生成修改參數，以便把所有被足印過濾器標識的零件普遍地減小0.003英寸。或者，通過設置因子，然后用原始足印的尺寸乘以該因子，可以放大或縮小尺寸(例如，減小10％)。修改參數定義了焊盤數據將被怎樣修改，以服從特定的孔設計規范的改變。修改參數可以被設置成普遍地修改所有焊盤形狀和尺寸，或被設置成僅修改焊盤的寬度和高度。
當生成或編輯修改參數時，可以采用獨特的命名習慣。該習慣標識某些形狀的零件怎樣被編輯。根據對每個字段的選擇和輸入，可以使用下列基本原理命名參數，其中，在名字的每一個部分之間放上下劃線，尺寸和相關聯的因子或值除外。


下面是修改參數名字的例子。用于為某個尺寸的所有不連續量(如足印過濾器所定義的那樣)制造具有0.052英寸寬度和0.075英寸的高度的孔的修改參數被命名為“sa_v_w52_h75”。提供了示出生成此修改參數的屏幕打印，如圖3。在另一個例子中，用于把某些集成電路(如足印過濾器所定義的那樣)高度減少0.004英寸并且高度減少5％的修改參數被命名為“sa_d_w4_f_h.95”。而在另一個例子中，由足印過濾器所標識的所有零件通過被命名為“all_d_3”的修改參數，被普遍地減少0.003英寸。
足印過濾器定義了要由指派的修改參數編輯的零件或部件。過濾器可以是一般性的，具有高度的在修改組中使用的可能性，修改組在將來用于多個客戶；或者，過濾器可以是特殊的，意味著該過濾器對于給定的客戶是獨特的，并且幾乎沒有機會在將來的修改組中被其他用戶重新使用。特殊過濾器使用來自相關聯的客戶記錄的“運送到”數字作為標識的前綴。
如圖4中的屏幕截圖所示，軟件為用戶提供了輸入生成足印過濾器的選擇和指令的界面。然后，軟件將足印過濾器應用于過濾器，用于在客戶的數據文件中找到滿足過濾器中所指定的標準的對應零件足印，以便把參數編輯應用于被選擇的足印。在足印過濾器中列出的可用零件特征被與足印庫中的一些足印名字相關聯。
系統管理員可以通過屏幕上的主菜單訪問過濾器管理區域。一般來說，要被生成的過濾器基于其為之建立的規則的目標。例如，如果規則規定“把所有超過0.030英寸乘以0.050英寸的電容器和電阻器變成本壘板形(home plate)”，則過濾器必須把所有具有大于0.030英寸乘以0.050英寸的焊盤尺寸的電容器和電阻器作為目標(形狀工具將為這些零件把孔改變為類似像在棒球場上找到的“本壘板”那樣的五邊形)。軟件界面內的特殊字段和相關聯的選項使得過濾“串”能夠由軟件作為用戶所輸入的條件的函數自動地生成。當使用更多的字段，并且當更多的信息被輸入時，過濾器變得更特殊。
在軟件所提供的屏幕上的界面內，提供了第一下拉菜單(如圖4所示)，被標為“零件類型”，允許用戶指定零件類型。可用選項包括下面的(a)“all”，它代表數據中所有的零件；(b)“IC”，它代表集成電路，集成電路一般是多引線，2邊或4邊的器件[選擇IC允許你把過濾器限定在QFP(小型方塊平面封裝)或SOP(小外形封裝)]；(c)“BGA”，它代表球柵陣列，而不考慮封裝構成，(d)“discrete”，它代表多引線，并且可能具有各種形狀和尺寸的無源器件。
第二下拉菜單，被標為“節距”，包括下面的可以由用戶選擇的選項(a)“all”，它包括所有的節距尺寸，和(b)“range”，它允許輸入把過濾器限定到被選擇的具有相關聯的節距值零件的值，其中，用戶還為過濾器提供指令，以包括比通過屏幕上的下拉菜單和/或數據輸入窗口輸入的值更小或更大的零件，并且其中，還可以輸入可選的容許誤差值，以覆蓋設計數據中的偏差，這些偏差一般發生在不同的工作文件之間。
第三下拉菜單，被標為“引線數目”，提供了下面的選項(a)“all”，它包括具有任意數目的引線的零件；和(b)“range”，它允許過濾器找到具有特殊數目的引線(焊盤)的零件，或具有比還是通過被輸入的選擇和數據指定的更多或更少的數目的零件，通過額外的下拉菜單或數據輸入窗口輸入選擇和數據。
被標為“足印寬度”和“足印高度”的兩個額外的下拉菜單提供類似的選項(a)“all”，它包括所有的零件，而不考慮寬度或高度；和(b)“range”，它把過濾器限定在只包括具有特定寬度和高度的足印的零件；而提供了另一個窗口，以允許輸入容許誤差，提供容性誤差來保證系統在搜索中包括接近預設容許誤差內的目標尺寸的類似零件。通過根據最外面的焊盤的中心點“框定(framing)”零件來確定足印尺寸。
類似地，為“焊盤寬度”和“焊盤高度”提供了下拉菜單。這個過濾器允許選擇(a)“all”，它包括所有的零件，而不考慮零件的焊盤寬度或高度；或(b)“range”，它把過濾器限定在只包括具有表面貼裝技術焊盤的零件，焊盤有特定寬度、高度，或二者皆有；仍提供額外的窗口，以允許輸入容許誤差。通過在每一個焊盤最外面的點之間進行測量來確定焊盤的尺寸。
此外，“特殊焊盤”菜單提供了對(a)或(b)的選擇，(a)“all”，它包括所有的零件，而不考慮形狀；和(b)“range”，它允許過濾器找到在足印名字中包含特殊和/或獨特形狀標志的足印；例如，某一個0.025英寸節距的OFP可以具有卵形的焊盤，并且客戶可能希望用與具有矩形焊盤的OFP不同的方式來修改這些零件。
最后，“特殊特征”菜單提供了對(a)“all”或(b)“range”的選擇，“range”指導過濾器找到包含某些由用戶指派的特殊特征的足印。例如，特定零件可能具有有倒角的焊盤，或者零件可能具有除了每隔6個焊盤可能是卵形以外，全部是矩形的焊盤。一般，過濾器串的這個部件將被把非常特殊的零件作為目標的管理員使用。
足印過濾器命名習慣和足印自身的以及修改參數的命名習慣類似。各種參數還是被輸入并被下劃線分隔開。因為搜索過濾器使用命名“串”來輔助規則管理員定位先前被輸入的過濾器，并且，為了總體上前后一致，必須嚴格地遵循命名習慣。
過濾器名字可以是寬泛的或特殊。當使得過濾器名字更為特殊時，它進一步進入足印命名“串”。當過濾器變得更為特殊時，每一個在先的足印特征被代表。所以，如果過濾器把從零件向下一直到焊盤尺寸層作為目標，則針對每一個在先的特征(零件類型、節距、引線數目、足印尺寸)的記錄被包括在名字中。命名串中位于所需的特殊性等級之后的特征不需要被包括在過濾器名字中。
在下圖中示出了過濾器名字中的各種參數的構成和選項。

作為一個例子，用于為所有分立零件(例如電容器、電阻器等)制造0.032英寸寬、0.047英寸長的孔的通用過濾器名字是“dis_s_all_2_all＞30x45”，這些分立零件具有大于0.080乘0.050英寸的輪廓或足印(為此，焊盤尺寸是0.030乘0.045英寸)。過濾器名字(其生成在圖4中被示出)的第二個例子是用于把節距為0.025英寸的8腳OFP寬度減少0.004英寸，高度減少5％(含容許誤差規定)。這個例子中的過濾器名字如下“ic_qfp_25(2)8”第三條規則用被命名為“bag_all_all_all_all_square”的過濾器實施，這一條是用于把所有正方形BGA零件統一地減少0.003英寸。最后，用具有名字“130772_ic_sop_all_8_all_all_13x35”的過濾器為特定的用戶實施使得所有具有13乘15密爾的焊盤尺寸的電阻器網絡上的孔為卵形的規則。
在足印過濾器、足印命名和修改參數之間的相互作用如下工作。當期望生成一條規則時(即，將修改特定設計零件的每一個實例的一組指令)，用戶首先選擇合適的足印過濾器，該過濾器代表被作為改變目標的部件或部件群。在下一步，用戶選擇相關聯的修改參數。程序把足印過濾器的參數與足印的參數進行比較，以標識電路板上的所有零件，修改參數將被應用于這些零件。然后，包括關于焊盤的信息(例如尺寸、位置等)的數據文件被修改并被用來自修改參數的修改更新，針對特定的電路板或一組電路板維護該數據文件。然后，被修改的數據被保存并用于制造模版。
為了自動地校正各種原因的孔到模塊的錯位，系統使用獨特的方法記錄和把補償因子應用于設計數據上。使用缺省表格和其他需要用戶在命令輸入期間完成的字段的組合，系統進行很多的計算，以產生一系列值，這些值最終被用于略微移動每一個圖形特征，以便改善孔到焊盤的對齊。
圖5中示出了設計問題的種類，如果沒有做出某些努力，針對正被印刷的制造出的印刷電路板的實際尺寸來剪裁模版設計，則可能出現設計問題。結構52代表Gerber數據，由客戶設計和提供，包括特征54和56。印刷電路板58是Gerber數據的實施，像PCB制造機所形成的圖形那樣；PCB 58包括形式為焊盤54’和56’的特征。模版60是Gerber數據的實施，如激光切割出的那樣；模版60包括形式為孔54”和56”的特征。例如制造過程中的電路板收縮或轉動，可能導致電路板58中的偏差；而例如暴露給張力和高溫、在用來切割模版的設備中燈的老化和托臺系統的磨損，可能導致模版中的偏差。印刷電路板58和模版60都是菱形的。在這個結構的底部是PCB 58和模版60的重疊，由印刷機視覺系統對齊。沿著體邊緣的數字是邊長度的測量(例如以英寸為單位)。
特征位置上的差別突出了不同層次的數據定標的影響，可以應用數據定標來消除或減少那些差別。數據定標的層次包括下面的a)根據數據定標的PCBPCB層合和制造過程的已知效應可以通過定標X和Y軸上的數據和轉動來補償這些效應，以使最終產品(在這種情況下是PCB)盡可能接近地與理論數據匹配而被克服。
b)根據數據定標的模版模版制造過程的已知效應可以通過定標X和Y軸上的數據和轉動來補償這些效應，以使最終產品(在這種情況下是模版)盡可能接近地與理論數據匹配而被克服。
c)根據數據定標的模版模版制造過程的已知效應可以通過定標X和Y軸上的數據和轉動來補償這些效應，以使最終產品(在這種情況下是模版)盡可能接近地與被制造的PCB批次匹配而被克服。
從來自Gerber數據的PCB焊盤和孔的位置偏差(以密爾為單位測量)所取的數據點的例子被在圖6中示出。從圖的左下方到右上方，幾組來自Gerber數據的偏差的測量被如下示出(a)PCB焊盤位置，其中，沒有定標地制造了PCB；(b)PCB焊盤位置，其中，針對PCB層合和制造過程的已知效應定標地定位了焊盤；(c)模版孔位置，其中，模版被定標到被制造的PCB(這一組顯示出最少的偏差)；(d)模版孔位置，其中，針對模版制造過程的已知效應定標地定位模版孔；和(e)模版孔位置，其中，沒有定標地制造了模版。
為了防止圖5中所述狀況的，并制造與印刷線路板正確地對齊的模版，被指代為FX、FY和XROT的三個數字被用來量化電路板在尺寸和形狀上與客戶所提供的原始Gerber指令差別有多大。
FX是范圍一般將在0.999到1.001之間的數字。通過測量沿著X軸的兩個板特征差多遠，然后用在Gerber文件中實際規定的距離除這個測得的數字來獲得FX。
FY是范圍一般將在0.999到1.001之間的數字。通過測量沿著Y軸的兩個板特征差多遠，然后用在Gerber文件中實際規定的距離除這個測得的數字來獲得FY。
XROT是一般將在-0.0006和+0.0006之間變化的數字。通過測量板上兩個特征的X坐標和Y坐標來獲得XROT，在Gerber文件中，這兩個特征在Y軸上相對遠離，但是具有相同的X坐標。
然后，如下定義XROTXROT＝(X2A-X2G)/(Y2A-Y0A)，其中，G指Gerber數據，A被用作實際測得的數據的下標，其中，0被用作位于轉動的焦點上的數據點的下標，并且其中，下標2被用于從焦點垂直位移的數據點。
圖7示出了數值例子，該例子測量最小數目的用于計算所有三個因子的點。數據點66和68代表來自PCB的實際測得的值，而數據點62和64代表Gerber坐標。當使用更多的數據點來計算每一個值時，模版被更加精確地與實際的板尺寸配合。對于最好的結果，應該在沿Y軸上升的不同點做4到5次FX的確定，并把結果進行平均。類似地，應該沿著X軸對每一個FY做4到5次FX的確定。最后，應該在沿著X軸的4個或5個位置測量XROT值自身。
在圖7中所示的例子中，FX、FY和XROT可以被如下計算FX＝11.99950/12.00000＝0.99995833＝＞(X1A-X0A)/(X1G-X0G)FY＝11.00050/11.00000＝1.00045455＝＞(Y2A-Y0A)/(Y2G-Y0G)XROT＝0.00125/11.00050＝0.000113631＝＞(X2A-X2G)/(Y2A-Y0A)一旦計算了FX、FY和XROT值，額外的計算被應用于原始的Gerber數據坐標，以便生成將被用于制造模版的新數據。每一個和圖形相關的坐標應該使用下面的計算被重新定位New Y＝YG*FY；
New X＝(XG*FX)+(XROT*FY)。
然后，切割具有由新的X和Y坐標值建立起的孔位置的模版孔。
這樣就已經描述了高效率、經濟和基本上沒有人工失誤的一個系統。雖然示范性實施例已經被描述為可應用于印刷電路板裝配工業，但是本發明也可應用于其他的工業，在其他工業中，例如印刷行業、地毯和材料行業和制衣行業，CAD/CAM數據被用于各種產品的生產。
在描述本發明的實施例中，為了清晰的目的使用了特定的術語。但是，本發明不局限于如此選擇的特定專用名詞，并且，每一個特定專用名詞至少包括所有技術的和功能的等同物，這些等同物以類似的方式工作，以達到類似的目的。此外，應當理解，在一些實例中，本發明的具體實施例包括多個系統元件或方法步驟，那些元件或步驟可以被用單個的元件或步驟代替，反之亦然。
雖然本發明已經被參考其具體實施例示出和描述，但是本領域熟練技術人員將理解，可以做出形式和細節上的各種改變，而不偏離本發明的僅被下面的權利要求所限制的范圍。
權利要求
1.一種用于修改電子印刷電路板設計數據的方法，方法包括接受指示焊盤的位置和特征的客戶數據，在印刷電路板上，電子零件要被焊接到焊盤；從數據生成足印，足印包括有關印刷電路板上的焊盤結構的參數；生成包括多個足印的庫；把指定了用于一個或更多個足印參數的標準的足印過濾器應用于足印庫中的足印，以選擇滿足被指定的標準的足印；把修改參數應用于被足印過濾器選擇的足印，以修改被選擇的足印中的一個或更多個參數；和利用足印在模版中切割除孔。
2.如權利要求1所述的方法，其中，為每一個足印被分配了包含每一個參數的名字。
3.如權利要求1所述的方法，還包括步驟生成作為客戶請求的函數的足印過濾器和修改參數，客戶請求用于改變模版孔，以便和印刷電路板上被改變的焊盤對齊。
4.如權利要求1所述的方法，還包括建立足印過濾器庫，并搜索足印過濾器庫，以確定適合的足印過濾器是否已經存在，實現客戶所請求的改變。
5.如權利要求4所述的方法，其中如果找到適合的足印過濾器，則適合的足印過濾器被應用于足印庫中的足印；和如果沒有找到適合的足印過濾器，則新的足印過濾器被生成，并被應用于足印庫中的足印。
6.如權利要求4所述的方法，還包括建立修改參數庫，并搜索修改參數庫，以確定適合的修改參數是否已經存在，實現客戶所請求的改變。
7.如權利要求6所述的方法，其中如果找到適合的修改參數，則適合的修改參數被應用于被選擇的足印；和如果沒有找到適合的修改參數，則新的修改參數被生成，并被應用于被選擇的足印。
8.如權利要求1所述的方法，其中，足印包括指示零件類型、零件群、節距、引線數目、足印尺寸、焊盤形狀和焊盤尺寸的參數。
9.如權利要求8所述的方法，其中，足印還包括指示足印被關聯到的客戶的參數。
10.如權利要求9所述的方法，其中，足印過濾器指定客戶。
11.如權利要求1所述的方法，還包括作為X和Y坐標差的函數定標足印中的數據，以補償印刷電路板制造過程和模版制造過程中的至少一個的已知效應。
12.如權利要求11所述的方法，還包括作為轉動坐標差的函數定標足印中的數據，以補償印刷電路板制造過程和模版制造過程中的至少一個的已知效應。
13.如權利要求1所述的方法，還包括作為客戶數據和印刷電路板上的實際焊盤位置之間的X和Y坐標差的函數，根據被制造的印刷電路板定標足印中數據。
14.如權利要求13所述的方法，還包括作為轉動坐標差的函數定標足印中的數據，以補償客戶數據和印刷電路板上的實際焊盤位置之間的差別。
15.一種計算機可讀儲存介質，它儲存程序代碼，用于引起計算機生成足印，足印包括有關于特征的空間特性的參數；生成包括多個足印的庫，其中，在庫內足印參數是可查找的；把指定了用于一個或更多個足印參數的標準的足印過濾器應用于足印庫中的足印，以選擇滿足被指定的標準的足印；和把修改參數應用于被足印過濾器選擇的足印，以修改被選擇的足印中的一個或更多個參數。
16.如權利要求15所述的計算機可讀儲存介質，包括程序代碼，用于為每一個足印分配包含每一個參數的名字。
17.如權利要求15所述的計算機可讀儲存介質，其中，特征代表印刷電路板的焊盤和模版中的孔兩者至少其中之一。
18.如權利要求15所述的計算機可讀儲存介質，包括程序代碼，用于作為X和Y坐標差的函數定標足印中的數據，X和Y坐標差是印刷電路板制造過程和模版制造過程中的至少一個的已知效應導致的。
19.如權利要求18所述的計算機可讀儲存介質，包括程序代碼，用于作為轉動坐標差的函數定標足印中的數據，轉動坐標差是印刷電路板制造過程和模版制造過程中的至少一個的已知效應導致的。
20.一種用于修改特征數據的方法，包括接受指示一組特征的空間特性的數據；把每一個特征的數據作為參數包含在足印名字中；生成包括足印名字的庫；把指定了用于一個或更多個參數的標準的足印過濾器應用于庫中的足印名字，以選擇滿足被指定的標準的足印名字；把修改參數應用于被足印過濾器選擇的足印名字，以修改被選擇的足印名字中的一個或更多個參數。
21.如權利要求20所述的方法，還包括利用至少一個足印名字來改變目標的空間特性。
22.如權利要求21所述的方法，其中，空間特性包括位置和尺寸。
23.一種用于為模版中的孔定標足印中的數據的方法，包括確定(a)、(b)之間的X坐標和Y坐標差，其中，(a)從印刷電路板以上的焊盤和模版中的孔選擇的特征的實際位置，和(b)在記錄在數據組中的特征的期望位置；和定標數據組中的數據，以補償X和Y坐標差。
24.如權利要求23所述的方法，還包括確定(a)、(b)之間的轉動差，其中，(a)從印刷電路板以上的焊盤和模版中的孔選擇的特征的實際位置，和(b)在記錄在數據組中的特征的期望位置；和定標數據組中的數據，以補償轉動差。
25.如權利要求23所述的方法，其中，通過印刷電路板制造過程和模版制造過程中的至少一個的已知效應來確定特征的實際位置。
26.如權利要求23所述的方法，其中，通過實際地測量印刷電路板和模版中的至少一個上面的特征位置來確定特征的實際位置。
27.如權利要求23所述的方法，還包括根據被定標的數據在模版中切割出孔。
全文摘要
有關基準點(例如，印刷電路板上的電子零件被焊接到的導電焊盤)的位置和特征的客戶數據被以數字形式儲存(例如像“Gerber數據”)。從該數據(62、64)生成了刻劃特征的足印(footprint)庫。然后，足印過濾器和修改參數被應用于足印庫，以選擇用來修改的足印，并對被選擇的足印做出所需的改變。在一個印刷電路板實施例中，然后，依照這些足印，為在印刷電路板上印刷焊料而設計的模版中的孔(54、56)被切割出。代表所有要在模版中被切割出的孔的數據可以被移動或定標，以補償在印刷電路板制造和模板制造過程中的偏差。通過作為軟件代碼儲存在計算機可讀介質上的指令，可以實現上面所描述的方法。
文檔編號H05K3/00GK1679032SQ03820920
公開日2005年10月5日 申請日期2003年8月8日 優先權日2002年8月8日
發明者邁克爾·墨菲, 埃里克·施密德特, 阿莉·戴澤 申請人:弗賴斯金屬有限公司d/b/a阿爾發金屬有限公司