專利名稱：用于金屬模板印刷機(jī)的成像系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分配材料的設(shè)備和方法，更具體地，涉及一種用于通 過篩網(wǎng)或金屬模板印刷機(jī)向電子基板，例如印刷電路板分配焊膏的設(shè)備和方 法。
背景技術(shù)：
在典型的表面安裝(surface - mount)電路板制造操作中，金屬模板印刷 機(jī)用于將焊膏印刷到電路板上。通常，具有焊盤圖形或一些其他導(dǎo)電表面的電 路板自動(dòng)供入金屬才莫板印刷機(jī)，焊膏將沉積到所述焊盤圖形或一些其他導(dǎo)電表 面上，并且電路板上的稱為基準(zhǔn)的一個(gè)或多個(gè)孔或標(biāo)記用于在將焊膏印刷到電 路板上之前將電路板與印刷機(jī)的金屬模板或篩網(wǎng)模板適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)。在電路板對(duì)準(zhǔn) 后，所述電路板升高到金屬模板(或在一些結(jié)構(gòu)中，金屬模板下降到電路板)， 焊膏分配到金屬模板上，并且刮板(刮墨刀)橫貫金屬模板來將焊膏從形成在 金屬模板中的孔擠出并且擠到電路板上。在一些現(xiàn)有技術(shù)的金屬模板印刷機(jī)中，分配頭將在第一和第二刮板之間分 送焊膏，其中，在印刷行程中，刮板中的一個(gè)用于將焊膏移動(dòng)或滾動(dòng)經(jīng)過金屬 模板。第一和第二刮板用于交替的電路板上，以連續(xù)地使焊膏巻從金屬模板的 孔上方經(jīng)過，來印刷每一個(gè)連續(xù)的電路板。刮板通常與金屬模板成預(yù)定角度， 以將向下的壓力施加到焊膏上，來將焊膏從金屬模板的孔擠出。在焊膏沉積在電路板上后，應(yīng)用成像系統(tǒng)來對(duì)電路板和/或金屬模板區(qū)域 成像，用于在某些情況下檢查焊膏沉積在電路板焊盤上的準(zhǔn)確性。成像系統(tǒng)的 另 一個(gè)應(yīng)用涉及前面提到的在印刷之前金屬模板和電路板的對(duì)準(zhǔn)，以將金屬模 板的孔與電路板的電子元件焊盤對(duì)準(zhǔn)。這樣的成像系統(tǒng)公開在都授予Freeman 的美國(guó)專利Nos.RE34,615和5,060,063，其屬于本發(fā)明的受讓人。圖1示出現(xiàn) 有技術(shù)成像系統(tǒng)，總體在10處標(biāo)示，其可與印刷定位裝置(printnest)(未顯 示)相鄰設(shè)置，或連接到豎架(gantry)(未顯示)，以使成像系統(tǒng)能夠在印刷定位裝置上方、印刷電路板12和金屬模板14之間移動(dòng)。不管其特定結(jié)構(gòu)，成 像系統(tǒng)IO設(shè)計(jì)用于對(duì)電路板12和/或金屬模板14的預(yù)限定區(qū)域成像，以檢查 電路板和/或金屬模板或?qū)⒔饘倌０迮c電路板對(duì)準(zhǔn)。如圖1中所示，成像系統(tǒng)10包括電子照相機(jī)16，所述電子照相機(jī)16具 有透鏡組件18，兩個(gè)照明裝置20、 22，兩個(gè)分光器24、 26和另一個(gè)分光器 28,所述另一個(gè)分光器28包括附加的鏡面，以將光朝向照相機(jī)16的透鏡組件 18改變方向。為了捕捉電路板12預(yù)限定區(qū)域的圖像，操作照明裝置20來產(chǎn) 生光束，所述光束從分光器24朝向電路板反射。然后光從電路板12經(jīng)過分光 器24反射到分光器28,分光器28依次將光朝向透鏡組件18反射，并且最終 到達(dá)照相機(jī)16。電路板12的圖像于是由照相機(jī)16捕獲。同樣地，為了對(duì)金 屬模板14的預(yù)限定區(qū)域成像，使用照明裝置22來產(chǎn)生光束，所述光束從另一 個(gè)分光器26朝向金屬模板反射。從金屬模板14反射的光經(jīng)過分光器26引導(dǎo) 回到中間分光器28,然后到達(dá)透鏡組件18,并且到達(dá)照相機(jī)16來捕獲圖像。使用典型的成像系統(tǒng)，系統(tǒng)IO必需在區(qū)域上方移動(dòng)，停止來使照相機(jī)16 成像而不模糊，并且移到下一個(gè)需要成像的區(qū)域。圖2顯示了成像系統(tǒng)10的 運(yùn)動(dòng)，其示意性顯示了成像系統(tǒng)速度和時(shí)間的關(guān)系。如圖所示，通常成像系統(tǒng) 完全停止(即速度為零)來獲取圖像。當(dāng)停止成像系統(tǒng)時(shí)，需要更多的時(shí)間來 確保由成像系統(tǒng)豎架停止動(dòng)作造成的任何振動(dòng)或震動(dòng)沒有不利地影響照相機(jī) 16拍照的圖像的質(zhì)量。因而，例如電路板的檢查可能相對(duì)時(shí)間過長(zhǎng)，因?yàn)殡?路板區(qū)域的大量區(qū)域必需通過成像系統(tǒng)多次停止和移動(dòng)來成像。接下來將捕獲 的圖像與金屬模板的相應(yīng)區(qū)域或由金屬模板印刷機(jī)的控制器存儲(chǔ)的區(qū)域相比 較，以確定印刷的準(zhǔn)確性。因此，由于成像系統(tǒng)必需在需要成像的區(qū)域上方移 動(dòng)，停止來對(duì)該區(qū)域成像，然后移動(dòng)到下一個(gè)需要成像的區(qū)域，因此電路板區(qū) 域的連續(xù)成像可能花費(fèi)大量時(shí)間。例如，如果對(duì)一個(gè)圖像適當(dāng)曝光所需的時(shí)間為約30亳秒，并且將成像系 統(tǒng)IO移動(dòng)到相鄰區(qū)域所需的時(shí)間約IOO毫秒，則圖像采集之間的總時(shí)間約130 毫秒。成像系統(tǒng)10的圖像采集速率部分受適當(dāng)曝光照相機(jī)16焦平面處光敏電 子元件所需時(shí)間限制。曝光時(shí)間與由照明裝置產(chǎn)生的光量、感興趣的特征的亮 度和透鏡孔徑比(lens aperture ratio)或透鏡組件18的"光圈(f-stop)"直接相關(guān)。由于空間限制，大部分相對(duì)小的照明裝置只能夠產(chǎn)生相對(duì)低水平的光, 因而需要更長(zhǎng)的累積時(shí)間來獲得適當(dāng)?shù)钠毓狻榱颂岣叱上袼俣?，已知在一?成像系統(tǒng)中使用兩個(gè)照相機(jī)， 一個(gè)照相機(jī)對(duì)金屬模板成像，另一個(gè)照相機(jī)對(duì)電 路板成像，因而減小成像之間的時(shí)間來對(duì)準(zhǔn)或檢查金屬模板和電路板。但是， 由于一直努力來減小電路板裝配的所有步驟的處理時(shí)間，因此即使提供兩個(gè)照 相機(jī)對(duì)于需要更快產(chǎn)率的流水線來說通常也太慢。目前出于4會(huì)查和/或?qū)?zhǔn)目 的，需要進(jìn)一步縮短對(duì)電路板和金屬模板成像所花費(fèi)的時(shí)間。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一方面涉及一種用于將焊膏沉積在電子基板的多個(gè)焊盤上的金 屬模板印刷機(jī)。所述金屬模板印刷機(jī)包括機(jī)架和結(jié)合到所述機(jī)架的金屬模板。 所述金屬模板具有多個(gè)形成其中的孔。所述金屬模板印刷機(jī)還包括結(jié)合到所述 機(jī)架的支撐組件，所述支撐組件將所述電子基板支撐在印刷位置中。成像系統(tǒng) 構(gòu)造和布置為用于捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一的多個(gè)區(qū)域的圖像。控制器，結(jié)合到所述成像系統(tǒng)，構(gòu)造和布置為用于控制所述成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)， 以捕獲區(qū)域圖像，同時(shí)，在捕獲所述區(qū)域圖像時(shí)保持大于零的最小速度。所述金屬模板印刷機(jī)的實(shí)施例可包括構(gòu)造所述成像系統(tǒng)來捕獲在所述區(qū) 域中電子基板焊盤上的焊膏圖像。所述成像系統(tǒng)包括至少一個(gè)照相機(jī)，至少一 個(gè)透鏡組件，至少一個(gè)照明裝置和至少一個(gè)光學(xué)路徑，所述光學(xué)路徑適于在所 述至少一個(gè)照明裝置、所述金屬才莫板和所述電子基板之一、所述至少一個(gè)透鏡 組件和所述至少一個(gè)照相機(jī)之間反射光。所述至少一個(gè)照明裝置包括至少一個(gè) 發(fā)光二極管。所述光學(xué)路徑包括反光鏡和至少 一個(gè)分光器。在另 一個(gè)實(shí)施例中， 所述成像系統(tǒng)包括第一照相機(jī)，第一透鏡組件，第一照明裝置和第一光學(xué)路徑， 所述第一光學(xué)路徑適于在所述第一照明裝置、所述電子基板、所述第一透鏡組 件和所述第一照相機(jī)之間反射光，還包括第二照相機(jī)，第二透鏡組件，第二照 明裝置和第二光學(xué)路徑，所述第二光學(xué)路徑適于在所述第二照明裝置、所述金 屬模板、所述第二透鏡組件和所述第二照相機(jī)之間反射光。用于捕獲圖像的所 述時(shí)間小于5亳秒。所述控制器包括處理器，編程來進(jìn)行電子基板紋理識(shí)別， 以確定沉積在所述電子基板焊盤上的焊膏的準(zhǔn)確性。所述金屬模板印刷機(jī)還包 括分配器，結(jié)合到所述機(jī)架，所述分配器構(gòu)造和布置為用于將焊膏分配到電子基板上。本發(fā)明的另一方面涉及一種用于將焊膏分配在電子基板電子元件焊盤上 的方法。所述方法包括將電子基板傳送到金屬模板印刷機(jī)，將所述電子基板定 位在印刷位置中，將金屬模板定位在所述電子基板上，進(jìn)行印刷操作來將焊膏 印刷在所述電子基板的焊盤上，和捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一的至 少一個(gè)區(qū)域的圖像，同時(shí)，當(dāng)捕獲所述至少一個(gè)圖像時(shí)，在所述電子基板上部 保持大于零的最小速度。所述方法可包括使用成像系統(tǒng)來捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一 的至少 一個(gè)區(qū)域的圖像。所述方法可還包括將成像系統(tǒng)從捕獲第 一 區(qū)域圖像的 第一位置移動(dòng)到捕獲第二區(qū)域圖像的第二位置，其中，捕獲圖像的所述時(shí)間小 于5毫秒。所述方法還可包括進(jìn)行所述至少一個(gè)區(qū)域的紋理序列識(shí)別，以確定 沉積在所述電子基板的焊盤上的所述焊膏的準(zhǔn)確性。本發(fā)明的又一個(gè)方面涉及一種金屬模板印刷機(jī)，用于將焊膏沉積在電子基 板的多個(gè)焊盤上。所述金屬模板印刷機(jī)包括機(jī)架和結(jié)合到所述機(jī)架的金屬模 板。所述金屬模板具有多個(gè)形成其中的孔。所述金屬模板印刷機(jī)還包括結(jié)合到 所述機(jī)架的支撐組件，所述支撐組件將所述電子基板支撐在打印位置中。成像 系統(tǒng)構(gòu)造并且布置用于捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一的多個(gè)區(qū)域的 圖像。所述金屬模板印刷機(jī)還包括一種裝置，用于控制所述成像系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，以 捕獲區(qū)域圖像，同時(shí)，在捕獲所述圖像時(shí)，在所述電子基板上方保持大于零的 最小速度。在一個(gè)實(shí)施例中，用于控制所述成像系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的所述裝置包括控制器。所 述控制器包括編程來進(jìn)行所述電子基板紋理識(shí)別的處理器，以確定沉積在所述 電子基板的所述焊盤上所述焊膏的準(zhǔn)確性。所述成像系統(tǒng)可構(gòu)造用于捕獲在所 述區(qū)域中所述電子基板的焊盤上的焊膏的圖像。所述圖像系統(tǒng)包括至少 一個(gè)照 相機(jī)，至少一個(gè)透鏡組件，至少一個(gè)照明裝置和至少一個(gè)光學(xué)路徑，所述光學(xué) 路徑適于在所述至少一個(gè)照明裝置、所述金屬才莫纟反和所述電子基板之一、所述 至少一個(gè)透鏡組件和所述至少一個(gè)照相機(jī)之間反射光。所述至少一個(gè)照明裝置 包括至少一個(gè)發(fā)光二極管。所述光學(xué)路徑包括反光鏡和至少一個(gè)分光器。在另 一個(gè)實(shí)施例中，所述成像系統(tǒng)包括第一照相機(jī)，第一透鏡組件，第一照明裝置和第一光學(xué)路徑，所述第一光學(xué)路徑適于在所述第一照明裝置、所述電子基板、 所述透鏡組件和所述第一照相機(jī)之間反射光，還包括第二照相機(jī)，第二透鏡組 件，第二照明裝置和第二光學(xué)路徑，所述第二光學(xué)路徑適于在所述第二照明裝 置、所述金屬模板、所述透鏡組件和所述第二照相機(jī)之間反射光。用于捕獲圖 像的所述時(shí)間小于5毫秒。所述金屬模板印刷機(jī)還包括分配器，結(jié)合到所述機(jī) 架，所述分配器構(gòu)造且布置用于將焊膏分配在所述電子基板上。


在附圖中，貫穿所有不同的視圖，相同的參考標(biāo)記指代相同或相似的部件。附圖無需按比例繪制，相反側(cè)重于示出下面討論的特定原理。附圖中 圖l是現(xiàn)有技術(shù)成像系統(tǒng)的示意視圖； 圖2是說明現(xiàn)有技術(shù)成像系統(tǒng)的速度對(duì)時(shí)間關(guān)系的曲線； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的金屬模板印刷機(jī)的前視立體視圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)的示意視圖； 圖5是圖4中示出的成像系統(tǒng)的照相機(jī)和透鏡組件的放大示意視圖； 圖6是顯示圖4中示出的成像系統(tǒng)的速度對(duì)時(shí)間關(guān)系的曲線； 圖7是本發(fā)明實(shí)施例將焊膏分配到電子基板的電子元件焊盤上的方法的流程圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例的用于進(jìn)行紋理識(shí)別的成像系統(tǒng)的示意圖； 圖9是基板的示意圖；和 圖IO是具有沉積在基板上的焊膏的基板示意圖。
具體實(shí)施方式
為了說明，現(xiàn)在將參照用于將焊膏印刷到電路板上的金屬模板印刷機(jī)描述 本發(fā)明的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到，本發(fā)明的實(shí)施例不限于將焊膏印 刷到電路板上的金屬模板印刷機(jī)，而是可以用于需要分配其他例如膠、密封劑 (encapsulents )、底部填充膠(underfills)和其他適于將電子組件連接到電路 板上的裝配材料等粘性材料的其他應(yīng)用中。因而，本文對(duì)焊膏的任何引用都可 能使用這樣的其他材料。而且，術(shù)語(yǔ)"篩網(wǎng)模板，，和"金屬模板"在本文可相 互替換來描述將待印刷圖案形成在基板上的印刷機(jī)中的裝置。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的金屬模板印刷機(jī)的前視立體視圖，總體由30標(biāo)示。金屬模板印刷機(jī)30包括支撐金屬模板印刷機(jī)部件的機(jī)架32, 所述金屬模板印刷機(jī)的部件包括設(shè)置在金屬模板印刷機(jī)拒架中的控制器34， 金屬模板36和總體由38標(biāo)示的用于分配焊膏的分配頭。分配頭38在控制器 34的控制下，通過豎架系統(tǒng)(未標(biāo)示)沿正交軸可移動(dòng)，以允許在電路板40 上印刷焊膏。金屬模板印刷機(jī)30還包括運(yùn)送系統(tǒng)，具有用于將電鴻4反40輸送到金屬模 板印刷機(jī)30中的印刷位置的導(dǎo)軌42、 44。金屬模板印刷機(jī)30具有當(dāng)電路板 在其分配位置時(shí)設(shè)置在電路板40下面的支撐組件46(例如，銷、凝膠薄膜等)。 支撐組件46用于將電路板40升離導(dǎo)軌42、 44,以當(dāng)將要進(jìn)行印刷時(shí)，使電 路板接觸金屬模板36放置或緊密接近其放置。在一個(gè)實(shí)施例中，分配頭38構(gòu)造用于容納至少一個(gè)焊膏盒48，所述焊膏 盒48在印刷操作過程中向分配頭提供焊膏。在一個(gè)實(shí)施例中，焊膏盒48以公 知方式結(jié)合到氣動(dòng)空氣軟管的 一端。氣動(dòng)空氣軟管的另 一端連接到容納在金屬 模板印刷機(jī)30的機(jī)架32中的壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)在控制器34的控制下將加 壓空氣提供到盒48，以將焊膏擠到分配頭38中，并且擠到金屬模板36上。 也可使用用于將焊膏分配到金屬模板上的其他結(jié)構(gòu)。例如，在另 一個(gè)實(shí)施例中， 機(jī)械裝置，例如活塞可另外使用或代替空氣壓力來將焊膏乂人盒48擠到分配頭 38中。在又一個(gè)實(shí)施例中，使用具有適當(dāng)操作系統(tǒng)(例如微軟⑧DOS或 Windows NT系統(tǒng))的個(gè)人計(jì)算機(jī)，通過使用特定軟件來控制本文描述的金 屬模板印刷機(jī)操作來實(shí)現(xiàn)控制器34。金屬模板印刷機(jī)30按照下述步驟操作。使用運(yùn)送導(dǎo)軌42、 44將電路板 40裝入金屬模板印刷機(jī)30的印刷位置中。然后將分配頭38沿Z軸方向降低， 直到其與金屬模板36接觸。分配頭38在第一印刷行程中完全橫貫金屬模板 36，以使焊膏穿過金屬模板36的孔，并且擠到電路板40上。 一旦分配頭38 已經(jīng)完全穿過金屬模板36，則電路板40由運(yùn)送導(dǎo)軌42、 44從印刷機(jī)30輸送， 從而第二后序電路板可裝入印刷機(jī)。為了在第二電路板上印刷，分配頭38可 在第二印刷行程中以用于第一電路板中的方向相反的方向移動(dòng)經(jīng)過金屬模板36。參照?qǐng)D3和4，本發(fā)明實(shí)施例的成像系統(tǒng)總體由50標(biāo)示。如圖3中所示，成像系統(tǒng)50布置在金屬模板36和電路板40之間。成像系統(tǒng)50結(jié)合到豎架系 統(tǒng)52，豎架系統(tǒng)52可以是用于移動(dòng)分配頭28的豎架的一部分，或單獨(dú)設(shè)置 在金屬模板印刷機(jī)30中。用于移動(dòng)成像系統(tǒng)50的豎架系統(tǒng)52的結(jié)構(gòu)在焊膏 印刷技術(shù)領(lǐng)域中公知。該布置是這樣的成像系統(tǒng)可設(shè)置在金屬模板36下面 并且在電路板40上方的任何位置，以分別捕獲電路板或金屬模板的預(yù)限定區(qū) 域的圖像。在其他實(shí)施例中，當(dāng)將成像系統(tǒng)定位在印刷定位裝置外部時(shí)，成像 系統(tǒng)可設(shè)置在金屬^^莫板或電路板上方或下面。如圖4所示，成像系統(tǒng)50包括光學(xué)組件，所述光學(xué)組件具有兩個(gè)照相機(jī) 54、 56,總體由58、 60標(biāo)示的兩個(gè)透鏡組件，兩個(gè)照明裝置62、 64，兩個(gè)分 光器66、 68，和反光4竟70。照相一幾54、 56可關(guān)于纟皮此結(jié)構(gòu)相似，并且在一個(gè) 實(shí)施例中，每一個(gè)照相機(jī)可以是可從Opteon Corporation of Cambridge, Massachusetts購(gòu)買的型號(hào)為No. CHEAMDPCACELA010100類型的數(shù)字CCD 照相機(jī)。而且將在下面參照?qǐng)D5描述照相機(jī)54、 56。在一個(gè)實(shí)施例中，照明裝置62、 64可以是一個(gè)或多個(gè)能夠在其各自分光 器66、 68處產(chǎn)生大量光的發(fā)光二極管(白光二極管)。照明裝置62、 64可以 是由 Nichia Corporation of Detroit , Michigan 出售的型號(hào)為 No. NSPW310BSB1B2/ST的類型。分光器66、 68和反光鏡70是本領(lǐng)域公知的， 所述反光鏡為具有零分光的雙面反光鏡。在其他實(shí)施例中，氙(xenon)和閨 素?zé)艨捎糜诋a(chǎn)生所需光。光纖也可用于將光從遠(yuǎn)光源傳送到4吏用位置。分光器66、 68設(shè)計(jì)用于朝向電路板40和金屬模板36反射一部分由其各 自照明裝置62、 64產(chǎn)生的光，同時(shí)還允許由電路板和金屬模板反射的一部分 光通過反光鏡70。在照明裝置62、 64和其各自照相機(jī)54、 56之間通過分光 器66、 68和反光鏡70限定的光路對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的。在一個(gè)實(shí)施例 中，由分光器66、 68和反光鏡70形成的光路結(jié)構(gòu)基本上與美國(guó)專利No. 5,060,063中公開的路徑相似，除了反光鏡70為全反射鏡(由于設(shè)置了兩個(gè)照 相機(jī)54、 56),并且不允許部分光通過之外。參照?qǐng)D5,圖中示出照相機(jī)54和透鏡組件58。如上面所討論的，照相機(jī) 56可以與照相機(jī)54結(jié)構(gòu)相似。另外，透鏡組件60的結(jié)構(gòu)可以與透鏡組件58 的相似。因此，照相機(jī)54和透鏡組件58的下面的討論通常分別適用于照相機(jī)56和透鏡組件60。如示意性示出的，透鏡組件58包括外罩72，布置在外罩 內(nèi)的一對(duì)透鏡74、 76,和布置在透鏡74、 76之間的孔(未顯示)。透鏡74、 76—起提供透鏡組件58的遠(yuǎn)心能力。聚光透鏡組件也可稱為"透鏡"，其在 本文中特別指代遠(yuǎn)心透鏡組件58或60。該布置是這樣的從反光鏡70反射 的光引導(dǎo)到透鏡組件58。 一旦引導(dǎo)在透鏡組件58中，則所述光經(jīng)過透鏡74， 經(jīng)過孔(未顯示)，經(jīng)過第二透鏡76，并且引導(dǎo)到照相機(jī)54的圖像敏感區(qū)域 上。在一個(gè)實(shí)施例中，照相機(jī)54的CCD讀出器可包括電子快門。部分由于 遠(yuǎn)心透鏡組件58，照相機(jī)54設(shè)計(jì)用于觀察整個(gè)預(yù)定區(qū)域而不會(huì)在圖像外周或 其附近出現(xiàn)變形。
如圖5中所示，照相機(jī)54由外罩78支撐，所述外罩78可以螺紋連接到 透鏡組件58的外罩72。透鏡組件58的外罩72和照相機(jī)54的外罩78彼此沿 軸向?qū)?zhǔn)，從而由直線80以射線形式顯示的圖像準(zhǔn)確地朝向照相機(jī)引導(dǎo)。
該布置是這樣的當(dāng)對(duì)電路板40照相時(shí)，照明裝置62朝向其各自的分光 器66產(chǎn)生大量的光。該光由分光器66朝向電路板40反射，并且然后朝向反 光鏡70反射回。反光鏡70將光引導(dǎo)到照相機(jī)54,照相機(jī)54捕獲電路板40 的預(yù)限定區(qū)域的圖像。所述圖像可電子存儲(chǔ)或者實(shí)時(shí)使用，從而圖像可由控制 器34操縱并且分析，以檢查例如有缺陷的焊錫沉積或電路板40與金屬模板 36的對(duì)準(zhǔn)。
類似地，當(dāng)對(duì)金屬才莫板36照相時(shí)，照明裝置64產(chǎn)生朝向其各自分光器 68引導(dǎo)的光束。所述光然后朝向金屬模板36引導(dǎo)，并且通過分光器68反射 回到反光鏡70。然后所述光朝向遠(yuǎn)心透鏡組件60引導(dǎo)，并且引導(dǎo)在照相機(jī)56 上來捕獲金屬模板36預(yù)限定區(qū)域的圖像。 一旦捕獲到，金屬模板36的區(qū)域可 出于檢查目的(例如，檢測(cè)如在金屬模板中的堵塞孔)由控制器34進(jìn)行分析， 或出于對(duì)準(zhǔn)目的與電路板40的區(qū)域相比較。該成像系統(tǒng)50的檢查能力將在下 面參照紋理識(shí)別程序更詳細(xì)地描述。
通過圖4中示出的結(jié)構(gòu)，成像系統(tǒng)50能夠從一個(gè)預(yù)限定區(qū)域移動(dòng)到另一 個(gè)預(yù)限定區(qū)域，同時(shí)在約105毫秒中進(jìn)行照相，約IOO毫秒用于將成像系統(tǒng)從 一個(gè)預(yù)限定區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)預(yù)限定區(qū)域，并且約5毫秒用于照相，同時(shí)保持 最小速度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的成像系統(tǒng)能夠在保持至少1毫米每秒的最小速度時(shí)進(jìn)行照相而沒有明顯的變形或模糊。在一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)能夠保持
至少3毫米每秒的最小速度。雖然保持最小速度，但是成^f象系統(tǒng)50不能移動(dòng) 經(jīng)過金屬才莫板36和/或電路板40超過等于照相機(jī)54和/或56成像平面處1/4 的像素移動(dòng)的距離。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在曝光間隔過程中，成像系統(tǒng)50可移動(dòng)與在 成像平面達(dá)1/4像素等同的距離，并且仍可提供可接受的圖像。
參照?qǐng)D6，在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)對(duì)金屬模板36或電路板40進(jìn)行照相時(shí)， 成像系統(tǒng)50減速來捕獲圖像，但是始終保持最小的正速度。如圖所示，當(dāng)靠 近進(jìn)行成像的預(yù)定區(qū)域時(shí)，成像系統(tǒng)50減速，通過打開和閉合電子快門等同 物進(jìn)行成像，并且加速到下一個(gè)預(yù)限定區(qū)域。強(qiáng)光和縮短曝光時(shí)間的結(jié)合使得 成像系統(tǒng)能夠在圖像捕獲過程中保持最小的正速度。而且，由于成像系統(tǒng)50 保持最小速度，并且沒有停止，因此引入較小的振動(dòng)或震動(dòng)，并且不需要增加 時(shí)間來確保圖像系統(tǒng)的振動(dòng)程度低于一定閾值。在一個(gè)實(shí)施例中，在成像系統(tǒng) 移動(dòng)等同于小于成像平面1/4像素的距離時(shí)的時(shí)間過程中捕荻圖像。因此，本 發(fā)明的成像系統(tǒng)使金屬模板印刷機(jī)30能夠以比現(xiàn)有技術(shù)成像系統(tǒng)明顯少的時(shí) 間快速對(duì)金屬模板和/或電路板的預(yù)限定區(qū)域成像。
現(xiàn)在翻到圖7,用于將焊膏分配到電路板的電子元件焊盤上的方法總體由 100標(biāo)示。如圖所示，在102處，印刷電路板例如通過運(yùn)送系統(tǒng)傳送到金屬模 板印刷機(jī)30。參照?qǐng)D3，電路板40通過運(yùn)送軌道42、 44傳送到印刷定位裝置。 一旦傳送到印刷定位裝置，電路板定位在支架46頂部上的印刷定位裝置中， 并且通過所述支架升高，從而將其保持在印刷位置中。這在圖7中由104示出。 接下來，在106處，分配頭38降低來接合金屬模板36,以將焊膏沉積在電路 板40上。 一旦印刷完成，可進(jìn)行電路板和/或金屬模板檢查。
具體地，在108處，對(duì)電路板或金屬模板的預(yù)限定區(qū)域成像。接著，在 110處，對(duì)電路板或者金屬模板的連續(xù)預(yù)限定區(qū)域成像。進(jìn)行電路板的多個(gè)預(yù) 限定區(qū)域的成像，同時(shí)，如圖6中所示，在從第一預(yù)定區(qū)域移動(dòng)到第二預(yù)定區(qū) 域時(shí)，在電路板上方保持大于零的最小速度。在控制器34的指令下，成像系 統(tǒng)50繼續(xù)移動(dòng)到另一個(gè)預(yù)定區(qū)域來出于檢查或?qū)?zhǔn)目的捕獲圖像。
在一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)50可用于進(jìn)行紋理識(shí)別方法，例如授予Prince 的名稱為"用于檢測(cè)沉積在基板上的焊膏的方法和設(shè)備(METHOD ANDAPPARATUS FOR DETECTING SOLDER PASTE DEPOSITE ON SUBSTRATES)"的美國(guó)專利No. 6,738,505中描述的方法，所述專利屬于本發(fā) 明受讓人，其通過引用并入本文。授予Prince的名稱為"SYSTEMS AND METHODS FOR DETECTING DEFECTS IN PRINTED SOLDER PASTE"的美 國(guó)專利No. 6,891,967進(jìn)一步改進(jìn)了美國(guó)專利No. 6,738,505的教導(dǎo)，所述專利 No. 6,891,967也屬于本發(fā)明受讓人，其通過引入并入本文。具體地，這些專利 教導(dǎo)了用于確定是否焊膏適當(dāng)沉積在設(shè)置在印刷電路板上的例如銅接觸焊盤 的預(yù)定區(qū)域上的紋理識(shí)別方法。
參照?qǐng)D8，在一個(gè)實(shí)施例中，絲網(wǎng)印刷機(jī)30顯示為正在檢查將物質(zhì)202 沉積在其上的基板200?；?00可具體化為印刷電路板、晶片(wafer)或類 似的平直表面，并且物質(zhì)202可具體化為坪膏或其他粘性材料，例如膠、密封 劑、底部填充膠和其他適于將電子部件連接到印刷電路板或晶片上的裝配材 料。如圖9和10中所示，基板200具有感興趣的區(qū)域204和接觸區(qū)域206。 基板200還包括走線208和通孔210，其用于例如將安裝在基板上的部件相互 連接。圖9示出沒有物質(zhì)沉積在任何接觸區(qū)域206上的基板200。圖10示出 具有分布在接觸區(qū)域206上的例如焊膏沉積等物質(zhì)202的基板200。在基板200 中，接觸區(qū)域206賴-跨整個(gè)標(biāo)示的感興趣區(qū)域204分布。
圖10顯示出焊膏沉積物202與接觸區(qū)域206不重合。如圖所示，每一個(gè) 焊膏沉積物202部分接觸每一個(gè)接觸區(qū)域206。為了確保良好的電接觸，并且 防止在相鄰的接觸區(qū)域，例如銅接觸焊盤之間形成橋接，所述焊膏沉積物應(yīng)與 各自的接觸區(qū)域在特定的公差內(nèi)對(duì)準(zhǔn)。美國(guó)專利Nos. 6,738,505和6,891,967 中公開類型的紋理識(shí)別方法檢測(cè)接觸區(qū)域上焊膏沉積物的不重合，并且由此，
通常提高基板的產(chǎn)量。
返回參照?qǐng)D8，在一個(gè)實(shí)施例中，用于焊膏紋理識(shí)別的方法包括使用成像 系統(tǒng)50來捕獲具有沉積在基板上的物質(zhì)202的基板200的圖像。成像系統(tǒng)50 可構(gòu)造用于將實(shí)時(shí)信號(hào)212傳送到適當(dāng)?shù)臄?shù)字通訊端口或?qū)Ｓ脦东@器(frame grabber) 214。 ^t字端口可以包括通常已知為USB,以太網(wǎng)或火線(firewire ) (IEEE 1394)的類型。實(shí)時(shí)信號(hào)212對(duì)應(yīng)于其上具有沉積物的基板200的圖 像。 一旦信號(hào)被接收，所述端口或幀捕獲器214形成圖像數(shù)據(jù)216,其可顯示在監(jiān)視器218上。在一個(gè)實(shí)施例中，圖像數(shù)據(jù)216分為預(yù)定^:量的像素，每一 個(gè)具有從0到255灰度的亮度值。在一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)212代表基板200 和沉積其上的物質(zhì)202的實(shí)時(shí)圖像信號(hào)。但是，在其他實(shí)施例中，圖像存儲(chǔ)在 本地存儲(chǔ)器中，并且根據(jù)需要經(jīng)請(qǐng)求傳送到控制器34。
端口或幀捕獲器214電連接到控制器34，所述控制器34包括處理器220。 處理器220計(jì)算物質(zhì)202的圖像216中的紋理中的統(tǒng)計(jì)振動(dòng)。物質(zhì)202的圖像 216中的紋理振動(dòng)與基板200上非物質(zhì)背景結(jié)構(gòu)的相對(duì)亮度無關(guān)，由此使處理 器220能夠確定基板上物質(zhì)的位置，并且比較物質(zhì)位置與期望位置。在一個(gè)實(shí) 施例中，如果物質(zhì)202的期望位置和實(shí)際位置之間的比較顯示出超過預(yù)限定閾 值的不重合，則處理器220響應(yīng)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量來減小或消除誤差，并且可通過控 制器34拒絕所述基板或觸發(fā)警報(bào)?？刂破?4電連接到金屬模板印刷機(jī)30的 驅(qū)動(dòng)電機(jī)222，以利于金屬才莫板36和基板40對(duì)準(zhǔn)和與印刷過程相關(guān)的其他運(yùn) 動(dòng)。
控制器34為包括金屬模板印刷機(jī)30的驅(qū)動(dòng)電機(jī)222、成像系統(tǒng)50、幀捕 獲器214和處理器220的控制環(huán)224的一部分。如果物質(zhì)202與接觸區(qū)域26 不重合，則控制器34發(fā)送信號(hào)來調(diào)節(jié)金屬模板36對(duì)準(zhǔn)。
因而，應(yīng)觀察到，由于成像系統(tǒng)能夠快速對(duì)感興趣區(qū)域(預(yù)限定區(qū)域)進(jìn) 行成像，從而數(shù)據(jù)能夠被快速分析，因此本發(fā)明的成像系統(tǒng)50特別適于根據(jù) 需要進(jìn)行紋理識(shí)別方法來捕獲銳聚焦并且不模糊的圖像，同時(shí)提供有效的實(shí)時(shí) 閉環(huán)控制。
在操作過程中，當(dāng)將物質(zhì)沉積在基板上時(shí)，捕獲物質(zhì)沉積的圖像。在一個(gè) 實(shí)施例中，所述物質(zhì)為焊膏，并且所述基板為印刷電路板。具有所述物質(zhì)的基 板的圖像可實(shí)時(shí)捕獲或從控制器的存儲(chǔ)器獲取。圖像發(fā)送到控制器的處理器， 在其中檢測(cè)圖像中的紋理振動(dòng)。這些紋理振動(dòng)用于確定物質(zhì)在基板上的位置。 編程處理器來將物質(zhì)的特定位置和基板的預(yù)定位置相比較。如果變化在預(yù)定限 定值范圍內(nèi)，那么處理器可響應(yīng)適當(dāng)?shù)拇胧﹣砀纳扑鎏幚怼Ｈ绻兓陬A(yù)定 限定值范圍外，那么可采用適當(dāng)?shù)幕謴?fù)措施，其中基板被拒絕，所述過程終止， 或警報(bào)被觸發(fā)。如果沖企測(cè)到缺陷，則編程控制器來執(zhí)行這些功能中的一個(gè)或多 厶在一個(gè)實(shí)施例中，金屬模板和/或電路板可相對(duì)于照相才幾移動(dòng)來分別對(duì)金 屬模板和電路板照相。例如，金屬模板可從印刷定位裝置平移離開，并且在照 相機(jī)上方或下面移動(dòng)，所述照相機(jī)可以是靜止的。同樣地，電路板可從印刷定 位裝置往復(fù)移動(dòng)，并且在照相機(jī)上方或下面移動(dòng)。于是照相機(jī)可對(duì)金屬才莫板和 /或電路板以上述方式照相，電路板和/或金屬模板保持最小速度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)可用在設(shè)計(jì)用于將例如焊膏、膠、密封劑、 底部填充膠及其他裝配材料的粘性或半粘性材料分配到例如印刷電路板等基
板上。這樣的分配器為Speedline Technologies , Inc.出售的商標(biāo)名稱為 CAMALCT^的類型。
本發(fā)明提供的改善的光學(xué)效率、機(jī)械穩(wěn)定性和并行操作將獲得電子基板和 金屬模板上成像所需的時(shí)間減小到小于使用現(xiàn)有成像系統(tǒng)時(shí)所需時(shí)間的四分 之一。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照其具體實(shí)施例進(jìn)行了顯示和描述，^f旦是本領(lǐng)域技術(shù)人 員應(yīng)理解，可在其中進(jìn)行各種形式上的變化和細(xì)節(jié)的改變而不偏離本發(fā)明僅由 下面權(quán)利要求限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于將焊膏沉積在電子基板的多個(gè)焊盤上的金屬模板印刷機(jī)，所述金屬模板印刷機(jī)包括機(jī)架；金屬模板，結(jié)合到所述機(jī)架，所述金屬模板具有多個(gè)形成于其中的孔；支撐組件，結(jié)合到所述機(jī)架，所述支撐組件將所述電子基板支撐在印刷位置；成像系統(tǒng)，構(gòu)造和布置為用于捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一的多個(gè)區(qū)域的圖像；和控制器，結(jié)合到所述成像系統(tǒng)，所述控制器構(gòu)造且布置為用于控制所述成像系統(tǒng)的移動(dòng)，以捕獲區(qū)域圖像，同時(shí)，在捕獲所述區(qū)域的圖像時(shí)，保持大于零的最小速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，所述成像系統(tǒng)構(gòu)造并 且布置為用于捕獲在所述區(qū)域中電子基板的焊盤上的焊膏圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，所述成像系統(tǒng)包括至 少一個(gè)照相機(jī)，至少一個(gè)透鏡組件，至少一個(gè)照明裝置和至少一個(gè)光學(xué)路徑， 所述光學(xué)路徑適于在所述至少一個(gè)照明裝置、所述金屬模板和所述電子基板之 一、所述至少一個(gè)透鏡組件和所述至少一個(gè)照相機(jī)之間反射光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，所述至少一個(gè)照明裝 置包括至少 一個(gè)發(fā)光二極管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，所述光學(xué)路徑包括反 光鏡和至少一個(gè)分光器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，所述成像系統(tǒng)包括 第一照相機(jī)，第一透鏡組件，第一照明裝置和第一光學(xué)路徑，所述第一光學(xué)路徑適于在所述第一照明裝置、所述電子基板、所述第一透鏡組件和所述第 一照相機(jī)之間反射光，和第二照相機(jī)，第二透鏡組件，第二照明裝置和第二光學(xué)路徑，所述第二光 學(xué)路徑適于在所述第二照明裝置、所述金屬模板、所述第二透鏡組件和所述第二照相機(jī)之間反射光。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，用于捕獲圖像的所述時(shí)間小于5毫秒。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，所述控制器包括處理 器，編程所述處理器來進(jìn)行電子基板的紋理識(shí)別，以確定沉積在所述電子基板 焊盤上的焊膏的準(zhǔn)確性。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬模板印刷機(jī)，還包括分配器，結(jié)合到所述 機(jī)架，所述分配器構(gòu)造和布置為用于將焊膏分配到所述電子基板上。
10. —種用于將焊膏分配在電子基板的電子元件焊盤上的方法，所述方法 包括將電子基板傳送到金屬模板印刷機(jī)；將所述電子基板定位在印刷位置中；將金屬模板定位在所述電子基板上；進(jìn)行印刷操作來將焊膏印刷在所述電子基板的焊盤上；和捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一的至少一個(gè)區(qū)域的圖像，同時(shí)，當(dāng) 捕獲所述至少一個(gè)區(qū)域的圖像時(shí)，在所述電子基板上部保持大于零的最小速 度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，使用成像系統(tǒng)來捕獲所述電子 基板和所述金屬模板之一 的至少 一個(gè)區(qū)域的圖像。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括將所述成像系統(tǒng)從捕獲第一區(qū) 域圖像的第一位置移動(dòng)到捕獲第二區(qū)域圖像的第二位置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，捕獲圖像的所述時(shí)間小于5毫秒。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括進(jìn)行所述至少一個(gè)區(qū)域的紋理 序列的識(shí)別，以確定沉積在所述電子基板焊盤上的所述焊膏的準(zhǔn)確性。
15. —種金屬模板印刷機(jī)，用于將焊膏沉積在電子基板的多個(gè)焊盤上，所 述金屬模板印刷機(jī)包括機(jī)架；金屬模板，結(jié)合到所述機(jī)架，所述金屬模板具有多個(gè)形成于其中的孔；支撐組件，結(jié)合到所述機(jī)架，所述支撐組件將所述電子基板支撐在打印位置；成像系統(tǒng)，構(gòu)造并且布置為用于捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一的多個(gè)區(qū)域的圖像；和裝置，用于控制所述成像系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，以捕獲區(qū)域圖像，同時(shí)，在捕獲所述 圖像時(shí)，在所述電子基板上方保持大于零的最小速度。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，用于控制所述成像 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的所述裝置包括控制器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，所述控制器包括編 程來進(jìn)行所述電子基板紋理識(shí)別的處理器，以確定沉積在所述電子基板的所述 焊盤上的所述焊膏的準(zhǔn)確性。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，所述成像系統(tǒng)構(gòu)造 并且布置為用于捕荻在所述區(qū)域中在所述電子基板焊盤上的焊膏的圖像。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，所述成像系統(tǒng)包括 至少一個(gè)照相機(jī)，至少一個(gè)透鏡組件，至少一個(gè)照明裝置和至少一個(gè)光學(xué)路徑， 所述光學(xué)路徑適于在所述至少一個(gè)照明裝置、所述金屬模板和所述電子基板之 一、所述至少一個(gè)透鏡組件和所述至少一個(gè)照相機(jī)之間反射光。
20. 才艮據(jù)權(quán)利要求19所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，所述至少一個(gè)照明 裝置包括至少 一個(gè)發(fā)光二極管。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，所述光學(xué)路徑包括 反光鏡和至少一個(gè)分光器。
22. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，所述成像系統(tǒng)包括 第一照相機(jī)，第一透鏡組件，第一照明裝置和第一光學(xué)路徑，所述第一光學(xué)路徑適于在所述第一照明裝置、所述電子基板、所述第一透鏡組件和所述第 一照相機(jī)之間反射光，和第二照相機(jī)，第二透鏡組件，第二照明裝置和第二光學(xué)路徑，所述第二 光學(xué)路徑適于在所述第二照明裝置、所述金屬模板、所述第二透鏡組件和所述 第二照相機(jī)之間反射光。
23. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的金屬模板印刷機(jī)，其中，用于捕獲圖像的所述時(shí)間小于5毫秒。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的金屬模板印刷機(jī)，還包括分配器，結(jié)合到所 述機(jī)架，所述分配器構(gòu)造且布置為用于將焊膏分配在所述電子基板上。
全文摘要
一種金屬模板印刷機(jī)，用于將焊膏沉積在電子基板的多個(gè)焊盤上，所述金屬模板印刷機(jī)包括機(jī)架和結(jié)合到所述機(jī)架的金屬模板。所述金屬模板具有多個(gè)形成于其中的孔。所述金屬模板印刷機(jī)還包括結(jié)合到所述機(jī)架的支撐組件，所述支撐組件將所述電子基板支撐在印刷位置中。一種成像系統(tǒng)，適于捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一的多個(gè)區(qū)域的圖像?？刂破?，結(jié)合到所述成像系統(tǒng)，適于控制所述成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，以捕獲區(qū)域圖像，同時(shí)，在捕獲所述區(qū)域圖像時(shí)，保持大于零的最小速度。還公開了一種用于將焊膏分配在基板上并且用于檢查所述基板的方法。
文檔編號(hào)H05K3/12GK101322446SQ200680045310
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2006年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者大衛(wèi)·P.·普林斯 申請(qǐng)人:斯皮德萊恩技術(shù)公司