專利名稱：光學(xué)成像系統(tǒng)和模板印刷機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于分配材料的設(shè)備和方法，更特別地，涉及用于最優(yōu)地掃描 在例如印刷電路板的電子基板的金屬焊盤上分配的焊膏的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
在通常的表面貼裝電路板制造操作中，使用模板印刷機(jī)將焊膏印刷到電路 板上。通常，在焊膏可以沉積在其上的具有金屬焊盤的圖案或具有一些其他導(dǎo)
電表面的電路板被自動(dòng)進(jìn)給到模板印刷機(jī)，并且被稱為基準(zhǔn)(fiducials)的電 路板上的 一個(gè)或多個(gè)小孔或標(biāo)記被用于在焊膏印刷到電路板上之前恰當(dāng)?shù)匦?準(zhǔn)電路板和模板或印刷機(jī)的絲網(wǎng)。在電路板被校準(zhǔn)之后，將該板升至模板(或 者在某些配置中，模板降至電路板)，焊膏被分配到模板上，刮片(或刮板) 在模板上來回運(yùn)動(dòng)以將焊膏通過在模板上形成的縫隙(aperture)壓到板上。
在一些現(xiàn)有的模板印刷機(jī)中，分配頭將焊膏傳遞到第一和第二刮片之間， 其中在印刷沖程中使用刮片之一來在模板上運(yùn)動(dòng)或滾動(dòng)焊膏。第 一和第二刮片
用于交替將板在模板的縫隙上連續(xù)地通過焊膏的滾軸以印刷每個(gè)連續(xù)的電路 板。刮片通常與模板具有預(yù)定的角度以對于焊膏向下施加壓力來使焊膏通過模 板的縫隙。
在焊膏沉積在電路板之后，在特定情況下為了檢查焊膏在電路板的焊盤上 的沉積的精度，應(yīng)用成像系統(tǒng)來拍攝電路板和/或模板的區(qū)域的圖像。成像系 統(tǒng)的另一個(gè)應(yīng)用涉及前述在印刷之前模板和電路板的校準(zhǔn)，以記錄模板與電路 板的電子焊盤的開口 。在Freeman的US專利號(hào)RE34615和5060063中公開了 這樣的成像系統(tǒng)，這兩個(gè)專利都由本發(fā)明的受讓人擁有。圖l表示現(xiàn)有技術(shù)中 的成像系統(tǒng)，通常由IO指示，其可以位于印刷套(nest)(未顯示)附近，或 者連接至臺(tái)架(gantry)(未顯示)以使得成像系統(tǒng)在電路板12的模板14之間 的印刷套上運(yùn)動(dòng)。不管成像系統(tǒng)的特定結(jié)構(gòu)，成像系統(tǒng)IO被設(shè)計(jì)為拍攝電路 板12和/或模板14的預(yù)定區(qū)域的圖像，用來例如檢查電路板和/或模板，或者
校準(zhǔn)模板和電路板。
如圖1所示，成像系統(tǒng)10包括具有透鏡組18的電子相機(jī)16,兩個(gè)照明 裝置20、 22，兩個(gè)分束器24、 26以及另一個(gè)分束器28，其包括額外的鏡面來 將光線重新導(dǎo)向照相機(jī)16的透鏡組18。為了捕獲電路板12的預(yù)定區(qū)域的圖 像，操作照明裝置20來生成光束，該光束反射離開分束器24朝向電路板。然 后光被反射離開電路板12返回并通過分束器24至分束器28，然后分束器28 反射光朝向透鏡組18,最終至照相機(jī)16。然后照相機(jī)16捕獲電路板12的圖 像。相似地，為了成像模板14的預(yù)定區(qū)域，使用照明裝置22來生成光束，該 光束反射離開另一個(gè)分束器26朝向模板。然后反射離開模板14的光被導(dǎo)回并 通過分束器26至中間的分束器28,然后到透鏡組18以及到照相機(jī)16來捕獲 圖像。
通過典型的成像系統(tǒng)，系統(tǒng)IO必須在區(qū)域上運(yùn)動(dòng)，停止以使得照相機(jī)16 拍攝不模糊的圖像，并且運(yùn)動(dòng)至下一個(gè)需要成像的區(qū)域。圖2表示成像系統(tǒng) 10的運(yùn)動(dòng)，其示意地表示成像系統(tǒng)隨時(shí)間的速度。如圖所示，通常成像系統(tǒng) 完全停止(即，速度為O)以拍攝圖像。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)臺(tái)架的停止行動(dòng)所引起的任何振動(dòng)和擺動(dòng)不會(huì)不利地影響 照相機(jī)16拍攝的圖像的質(zhì)量。因此，例如，電路板的檢查可能是相對費(fèi)時(shí)的 處理，因?yàn)橥ㄟ^成像系統(tǒng)停止和運(yùn)動(dòng)多次來將電路板的多個(gè)區(qū)域成像。然后將 捕獲的圖像與模板的對應(yīng)區(qū)域或由模板印刷機(jī)的控制器存儲(chǔ)的區(qū)域比較來確 定印刷的精度。結(jié)果，電路板的區(qū)域的順序成像可能花費(fèi)十分長的時(shí)間，因?yàn)?成像系統(tǒng)必須在需要成像的區(qū)域上運(yùn)動(dòng)、停止來成像區(qū)域，然后運(yùn)動(dòng)到下一個(gè) 需要成像的區(qū)域。
例如，圖3表示需要成像的典型電路板12。如果恰當(dāng)曝光有興趣的區(qū)間 的圖像所需要的時(shí)間是大約30毫秒，并且將成像系統(tǒng)IO運(yùn)動(dòng)到相鄰的有興趣 的區(qū)間所需要的時(shí)間是大約100毫秒，那么采集之間的全部時(shí)間是大約130 毫秒。成像系統(tǒng)10的圖像采集速率率部分地受限于在照相機(jī)16的焦平面上正 確曝光光感電子器件所需要的時(shí)間。曝光時(shí)間與照明裝置產(chǎn)生的光的量、有興 趣的特征的相對亮度以及透鏡組18的透鏡孔徑比或"f數(shù)"直接相關(guān)。絕大多 數(shù)由于空間限制而相對小的照明裝置僅能夠產(chǎn)生相對低的光，因此需要更長的
合成時(shí)間來獲得正確的曝光。為了增加成像速度，已知在一些成像系統(tǒng)中采用 兩個(gè)照相機(jī)， 一個(gè)照相機(jī)來成像模板，另一個(gè)照相機(jī)來成像電路板，因此縮短 了用于校準(zhǔn)或檢測模板和電路板的圖像之間的時(shí)間。然而，通過持續(xù)的努力來 縮短在電路板組裝的所有階段的處理時(shí)間，對于需要更快的生產(chǎn)率的生產(chǎn)線來 說即使提供兩臺(tái)照相機(jī)通常還是太慢。當(dāng)前具有進(jìn)一步縮短用于成像用于檢測 和/或校準(zhǔn)的電路板和模板的時(shí)間的需要。
檢查整個(gè)電路板的過長時(shí)間的另 一個(gè)原因是對于檢查系統(tǒng)來說由控制器 生成的效率低的檢查路徑。圖4表示由控制器選擇(或者由操作者預(yù)編程至控
制器之中)的對于圖3的具有在金屬焊盤上沉積的焊膏的電3各板12的通常的 檢查路徑。如圖所示，檢查路徑涉及將電子器件分成若干群。如圖3和4中的 13指定了一個(gè)這樣的群。通過將成像系統(tǒng)順序地從一個(gè)器件運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)器 件來捕獲有興趣的每個(gè)區(qū)間，成像系統(tǒng)捕獲每個(gè)群中電路板的圖像。對于圖3 所示的電路板12,具有921個(gè)有興趣的區(qū)間或位置，每個(gè)都需要圖像。使用 當(dāng)前的檢查技術(shù)，需要花費(fèi)大約260秒來檢查整個(gè)電路板。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種模板印刷機(jī)，用于在電子基板的多個(gè)焊盤上沉 積焊膏。在某個(gè)實(shí)施例中，模板印刷機(jī)包括框架和連接到框架的模板。模板具 有在其中形成的多個(gè)縫隙。分配頭連接到框架上，分配頭和模板被構(gòu)造和布置 為將焊膏沉積在電子基板的多個(gè)焊盤上。成像系統(tǒng)被構(gòu)造和布置為捕獲電子基 板和模板的至少 一個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖像。模板印刷機(jī)進(jìn)一步包括控制器， 連接至成像系統(tǒng)，該控制器被構(gòu)造和布置為控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以在成像系統(tǒng) 在另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)之前捕獲通常沿著第一軸延伸的電子基板和模板的至少一 個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖像。
本發(fā)明的實(shí)施例可以提供在沿著第一軸捕獲所有有興趣的區(qū)間的圖像之 后，控制器進(jìn)一步被構(gòu)造和布置為控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以捕獲通常沿著與第一 軸平行并距第 一軸一定距離的第二軸延伸的有興趣的區(qū)間的圖像。成像系統(tǒng)被 構(gòu)造和布置為捕獲在區(qū)域中的電子基板的焊盤上的焊膏的圖像。在一個(gè)實(shí)施例
中，成像系統(tǒng)包括至少一個(gè)照相機(jī)、至少一個(gè)透鏡組、至少一個(gè)照明裝置和 至少一個(gè)光學(xué)路徑，光學(xué)路徑用于反射至少一個(gè)照明裝置、模板和電子基板中的一個(gè)、至少一個(gè)透鏡組以及至少一個(gè)照相機(jī)之間的光。。光學(xué)路徑包括至少 一個(gè)分束器和反射鏡。在另一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)包括第一照相機(jī)、第一透 鏡組、第 一照明裝置以及第 一光學(xué)路徑，第 一光學(xué)路徑用于反射第 一照明裝置、 電子基板、第一透鏡組和第一照相機(jī)之間的光，以及第二照相機(jī)、第二透鏡組、 第二照明裝置以及第二光學(xué)路徑，第二光學(xué)路徑用于反射第二照明裝置、模板、 第二透鏡組和第二照相機(jī)之間的光?？刂破鬟M(jìn)一步被構(gòu)造和布置為控制成像系 統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以同時(shí)捕獲電子基板和模板的有興趣的區(qū)間的圖像。控制器進(jìn)一步被 構(gòu)造和布置為控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)來捕獲有興趣的區(qū)間的圖像，同時(shí)當(dāng)從一個(gè) 有興趣的區(qū)間運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)有興趣的區(qū)間時(shí)保持大于零的最小速度。此外，控 制器可以包括處理器，處理器被編程來執(zhí)行電子基板的結(jié)構(gòu)識(shí)別以確定在電子 基板的焊盤上的焊膏沉積的精度。在另一個(gè)實(shí)施例中，模板印刷機(jī)進(jìn)一步包括 支撐組件，連接至框架，該支撐組件被用于將電子基板支撐在印刷位置。在另 一個(gè)實(shí)施例中，模板印刷機(jī)進(jìn)一步包括連接至成像系統(tǒng)和框架的臺(tái)架系統(tǒng)，該 臺(tái)架系統(tǒng)被構(gòu)造和布置為在控制器的指導(dǎo)下使成像系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的另 一個(gè)方面提供一種將焊膏分配到電子基板的電子焊盤上方法。
在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括將電子基板傳送至模板印刷機(jī)；將電子基板定 位在印刷位置上；將模板定位在電子基板上；執(zhí)行印刷操作來將焊膏沉積到電 子基板的焊盤上；通常沿著第一軸捕獲電子基板和模板的一個(gè)的有興趣的區(qū)間 的圖像；以及通常沿著與第一軸平行并距第一軸一定距離的第二軸捕獲電子基 板和模板的一個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖像。
本方法的實(shí)施例提供使成像系統(tǒng)從一個(gè)有興趣的區(qū)間向下一個(gè)有興趣的 區(qū)間運(yùn)動(dòng)的方法。本方法進(jìn)一步包括當(dāng)使成像系統(tǒng)從一個(gè)有興趣的區(qū)間向下一 個(gè)有興趣的區(qū)間運(yùn)動(dòng)時(shí)保持大于零的最小速度。本方法還包括，在捕獲電子基 板和模板的一個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖像之后，使成像系統(tǒng)在通常正交于第一軸 的方向上運(yùn)動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，本方法進(jìn)一步包括組合所捕獲的有興趣的 區(qū)間的圖像?？梢赃M(jìn)一步執(zhí)行至少一個(gè)區(qū)域的結(jié)構(gòu)識(shí)別序列來確定在電子基板 的焊盤上的焊膏沉積的精度。
本發(fā)明的另 一個(gè)方法提供一種模板印刷機(jī)，用于在電子基板的多個(gè)焊盤上 沉積焊膏。該模板印刷機(jī)包括框架和連接至框架的模板。模板具有其中形成的
多個(gè)縫隙。模板印刷機(jī)進(jìn)一步包括分配頭，連接到框架上，該分配頭和模板被_ 構(gòu)造和布置為將焊膏沉積在電子基板的多個(gè)焊盤上。成像系統(tǒng)被構(gòu)造和布置為 捕獲電子基板和模板的至少一個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖像。模板印刷機(jī)還包括用 于控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)來在使成像系統(tǒng)在通常正交于第 一軸的方向上運(yùn)動(dòng)之 前捕獲通常沿著第一軸延伸的電子基板和模板的至少一個(gè)的有興趣的區(qū)間的 圖像的裝置。
模板印刷機(jī)的實(shí)施例包括提供包括連接至成像系統(tǒng)的控制器的用于控制 成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)的裝置?？刂破鞅粯?gòu)造和布置為控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以捕獲通 常沿著與第一軸平行并距第一軸一定距離的第二軸延伸的有興趣的區(qū)間的圖
像。成像系統(tǒng)被構(gòu)造和布置為捕獲在區(qū)域中的電子基板的焊盤上的焊膏的圖 像。在一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)包括至少一個(gè)照相機(jī)、至少一個(gè)透鏡組、至少 一個(gè)照明裝置和至少一個(gè)光學(xué)路徑，光學(xué)路徑用于反射至少一個(gè)照明裝置、模 板和電子基板中的一個(gè)、至少一個(gè)透鏡組以及至少一個(gè)照相機(jī)之間的光。光學(xué)
路徑包括至少一個(gè)分束器和反射鏡。在另一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)包括第一 照相機(jī)、第一透鏡組、第一照明裝置以及第一光學(xué)路徑，第一光學(xué)路徑用于反 射第一照明裝置、電子基板、第一透鏡組和第一照相機(jī)之間的光，以及第二照 相機(jī)、第二透鏡組、第二照明裝置以及第二光學(xué)路徑，第二光學(xué)路徑用于反射 第二照明裝置、模板、第二透鏡組和第二照相機(jī)之間的光?？刂破鬟M(jìn)一步被構(gòu) 造和布置為控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以同時(shí)捕獲電子基板和模板的有興趣的區(qū)間 的圖像?？刂破鬟M(jìn)一步被構(gòu)造和布置為控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)來捕獲有興趣的區(qū) 間的圖像，同時(shí)當(dāng)從一個(gè)有興趣的區(qū)間運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)有興趣的區(qū)間時(shí)保持大于 零的最小速度。此外，控制器包括處理器，處理器被編程來執(zhí)行電子基板的結(jié) 構(gòu)識(shí)別以確定在電子基板的焊盤上的焊膏沉積的精度。在另一個(gè)實(shí)施例中，模 板印刷機(jī)進(jìn)一步包括連接至框架的支撐組件，該支撐組件被用于將電子基板支 撐在印刷位置。在另一個(gè)實(shí)施例中，模板印刷機(jī)進(jìn)一步包括連接至成像系統(tǒng)和 框架的臺(tái)架系統(tǒng)，該臺(tái)架系統(tǒng)被構(gòu)造和布置為在控制器的指導(dǎo)下使成像系統(tǒng)運(yùn) 動(dòng)。
本發(fā)明的另 一個(gè)方面提供一種模板印刷機(jī)，用于在電子基板的多個(gè)焊盤上 沉積焊膏，所述模板印刷機(jī)包括框架和連接到框架的模板。模板具有其中形成
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的多個(gè)縫隙。支撐組件連接至框架，該支撐組件被用于將電子基板支撐在印刷 位置。分配頭連接到框架上，分配頭和模板被構(gòu)造和布置為將焊膏沉積在電子 基板的多個(gè)焊盤上。成像系統(tǒng)被構(gòu)造和布置為捕獲電子基板和模板的至少 一個(gè) 的有興趣的區(qū)間的圖像。臺(tái)架系統(tǒng)連接至成像系統(tǒng)和框架，該臺(tái)架系統(tǒng)被構(gòu)造 和布置為使成像系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，模板印刷機(jī)進(jìn)一步包括連接至成 像系統(tǒng)和臺(tái)架系統(tǒng)的控制器，該控制器被構(gòu)造和布置為控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以 捕獲通常沿第一方向的第一軸延伸的有興趣的區(qū)間的圖像，以及順序地控制成 像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以捕獲通常沿著與第一軸平行并距第一軸一定距離的第二方向 的第二軸延伸的有興趣的區(qū)間的圖像。
模板印刷機(jī)的實(shí)施例包括提供包括處理器的控制器，處理器被編程來執(zhí)行 電子基板的結(jié)構(gòu)識(shí)別以確定在電子基板的焊盤上的焊膏沉積的精度。此外，控 制器進(jìn)一步被構(gòu)造和布置為控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以同時(shí)捕獲電子基板和模板 的有興趣的區(qū)間的圖像，還有控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)來捕獲有興趣的區(qū)間的圖 像，同時(shí)當(dāng)從一個(gè)有興趣的區(qū)間運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)有興趣的區(qū)間時(shí)保持大于零的最 小速度。


在附圖中，相似的附圖標(biāo)記指的是不同視角的相同或相似的部分。附圖不 是必須縮放，重點(diǎn)放在表示下面討論的特定原則。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中成像系統(tǒng)的示意圖； 圖2是表示現(xiàn)有技術(shù)的成像系統(tǒng)的隨時(shí)間的速度的圖形； 圖3是印刷電鴻4反的頂-觀圖； 圖4是使用現(xiàn)有技術(shù)的方法的掃描路徑的示意表示； 圖5是本發(fā)明的實(shí)施例的模板印刷機(jī)的前視圖； 圖6是本發(fā)明的實(shí)施例的成像系統(tǒng)的示意圖； 圖7是圖6所示的成像系統(tǒng)的照相機(jī)和透鏡組的放大示意圖； 圖8是表示圖6所示的成像系統(tǒng)的隨時(shí)間的速度的圖形表示； 圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例產(chǎn)生的掃描路徑的示意表示； 圖10是將焊膏分配到本發(fā)明的實(shí)施例的電子基板的電子焊盤上的方法的 流程圖11是用于執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)識(shí)別方法的成像系統(tǒng)的示意圖； 圖12是基板的示意表示；以及 圖13是具有沉積在基板上的焊膏的基板示意表示。
具體實(shí)施例方式
為了示意的目的，將參考用于將焊膏印刷到電路板的模板印刷機(jī)來描述本 發(fā)明的實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到本發(fā)明的實(shí)施例不用于限制 將焊膏印刷到電路板上的模板印刷機(jī)，而使可以用于其他將電子器件連接至電 路板上而需要各種材料的分配的應(yīng)用中，這些材料例如的膠、密封劑、底層填 料以及其他裝配材料。因此，這里的焊膏的任意參考考慮使用這樣的其他材料。 而且，這里可替換地使用術(shù)語"絲網(wǎng)"和"模板"來描述印刷機(jī)中用于定義要 被印刷到基板上的圖案的裝置。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例通常由30指示的模板印刷機(jī)的前視圖。模 板印刷機(jī)30包括框架32,用于支撐包括位于模板印刷機(jī)的機(jī)拒35的控制器 34的模板印刷機(jī)的器件，模塊36以及用于分配焊膏的分配頭，通常由38指 示。分配頭38在控制器34的控制下沿著臺(tái)架系統(tǒng)(未指出)的正交軸可運(yùn)動(dòng) 以允許將焊膏印刷到電路板12上。
模板印刷機(jī)30也包括傳送機(jī)系統(tǒng)，包括用于將電路板12傳送至模板印刷 機(jī)的印刷位置的軌道42、 44。當(dāng)電路板在分配位置時(shí)，模板印刷機(jī)30具有位 于電路板12下面的支撐組件46 (例如，銷、凝膠膜等)。支撐組件46用于將 電路板12升高遠(yuǎn)離軌道42、 44來當(dāng)要印刷時(shí)，將電路板接觸或接近于模板 36。
在一個(gè)實(shí)施例中，分配頭38配置用于接收在打印操作中向分配頭提供焊 膏的至少一個(gè)焊膏盒48。在一個(gè)實(shí)施例中，焊膏盒48以通常和廣泛獲知的形 式連接至氣動(dòng)空氣軟管的一端。氣動(dòng)空氣軟管的另一端在控制器34的控制下 連接至模板印刷機(jī)30的框架32中包含的壓縮機(jī)。壓縮機(jī)提供加壓的空氣至盒 48來將焊膏壓入分配頭38并至模板36上。也可以應(yīng)用將焊膏分配到模板上 的其他配置。例如，在另一個(gè)實(shí)施例中，除了或替代將焊膏從盒48壓入分配 頭38的氣壓，還可以使用例如活塞的機(jī)械裝置。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使 用不加壓的分配頭?？梢允褂镁哂泻线m的操作系統(tǒng)(例如，微軟DOS或視窗)
以及專門應(yīng)用軟件來控制模板印刷機(jī)30的操作的個(gè)人計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制器34。
如下操作模板印刷機(jī)30。將電路板12裝載到模板印刷機(jī)30中并使用傳 送機(jī)軌道42、 44將其傳遞至支撐組件46。然后將電路板12和模板36精確才t 準(zhǔn)并且由支撐組件46升至印刷位置。然后在Z方向?qū)⒎峙漕^38降低直到接 觸模板36。分配頭38在第一印刷沖程完全經(jīng)過模板36來將焊膏壓過模板36 的縫隙并且壓到電路板12上。 一旦分配頭38完全經(jīng)過模板36，電路板12從 印刷機(jī)30由傳送機(jī)軌道42、 44傳送，使得第二、隨后的電路板可以被載入到 印刷機(jī)。為了在第二電路板上印刷，分配頭38可以在第二印刷沖程與在第一 電路板中使用的方向相反的方向運(yùn)動(dòng)經(jīng)過模板36。
參考圖5和6，本發(fā)明的實(shí)施例的成像系統(tǒng)通常以50指示。如圖5所示， 成像系統(tǒng)50被布置在模板36和電路板12之間。成像系統(tǒng)50連接至臺(tái)架系統(tǒng) 52，該臺(tái)架系統(tǒng)52進(jìn)一步連接至框架32,并且可以是用于運(yùn)動(dòng)分配頭28的 臺(tái)架的部分或者是在模板印刷機(jī)30中獨(dú)立提供的。用于運(yùn)動(dòng)成像系統(tǒng)50的臺(tái) 架系統(tǒng)52的結(jié)構(gòu)在焊膏印刷領(lǐng)域是公知的。在某些實(shí)施例中，該布置是成像 系統(tǒng)可以位于模板36下面和電路板12上的任意位置來分別捕獲電路板或模板 的預(yù)定區(qū)域的圖像。在其他實(shí)施例中，成像系統(tǒng)可以位于模板和電路板的上面 或下面。
如圖6所示，成像系統(tǒng)50包括光學(xué)組件，包括兩個(gè)攝像機(jī)54、 56,通常 由58、 60指示的兩個(gè)透鏡組件，兩個(gè)照明裝置62、 64,兩個(gè)分束器66、 68 以及反射鏡70。照相機(jī)54、 56可以在結(jié)構(gòu)上彼此相同。并且，在一個(gè)實(shí)施例 中，每個(gè)照相機(jī)是那種可以從馬薩諸塞州的劍橋市的Opteon公司以型號(hào) CHEAMDPCACELAOIOIOO購買的數(shù)字CCD照相機(jī)。下面將參考圖7進(jìn)一步 描述照相才幾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)發(fā)光二極管(白光 二極管)，其能夠在各自的分束器66、 68上生成強(qiáng)烈的光。照明裝置62、 64 可以是由密歇根州的底特律市的Nichia公司以型號(hào)NSP W31 OB SB 1B2/ST銷售 的類型。分束器66、 68和具有0分束的雙鏡的反射鏡70是現(xiàn)有技術(shù)中公知的。 在其他實(shí)施例中，可以使用氤燈和卣素?zé)魜砩尚枰墓?。也可以使用光?dǎo)纖
維來將光從遠(yuǎn)程源傳遞到使用點(diǎn)。
分束器66、 68被設(shè)計(jì)為反射由它們各自的照明裝置62、 64生成的部分光 分別至電路板12和模板36，同時(shí)進(jìn)一步允許由電路板和模板反射的部分光通 過反射鏡70。在照明裝置62、 64和它們各自的照相機(jī)54、 56之間通過分束 器66、 68和反射鏡70定義的光學(xué)路徑對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是公知 的。在一個(gè)實(shí)施例中，由分束器66、 68和反射鏡70創(chuàng)建的光學(xué)路徑的構(gòu)造實(shí) 質(zhì)上類似于美國專利第5060063號(hào)中公開的路徑，除了反射鏡70是全鏡(fbll mirror)(由于提供兩個(gè)照相機(jī)54、 56)并且不允許部分光通過。
參考圖7,表示照相機(jī)54和透鏡組58。如上所述，照相機(jī)56可以和照相 機(jī)54在結(jié)構(gòu)上相同。此外，透鏡組60的結(jié)構(gòu)可以和透鏡組58的結(jié)構(gòu)相同。 由此，照相機(jī)54和透鏡組58的下面的描述通常可以各自應(yīng)用至照相機(jī)56和 透鏡組60。如圖所示，透鏡組58包括機(jī)殼72,布置在機(jī)殼72中的一對透鏡 74、 76,以及布置在透鏡74、 76之間的光圈(未顯示)。透鏡74、 76—起提 供透鏡組58的焦闌性能。集合的透鏡組可以被稱為"透鏡"，在此特指焦闌透 鏡組58或60。布置使得從反射鏡70反射的光被導(dǎo)向透鏡組58。在透鏡組58 中，光通過第一透鏡74、通過光圈、通過第二透鏡76到達(dá)照相機(jī)54的光感 區(qū)間上。在一個(gè)實(shí)施例中，照相機(jī)54的CCD讀出器可以包括電子快門。部分 由于焦闌透鏡組58，照相機(jī)54被設(shè)計(jì)為觀看全部預(yù)定的區(qū)域而不展示圖像四 周或附近的失真。
如圖7所示，照相機(jī)54由機(jī)殼78支撐，其可以被螺紋地連接至透鏡組 58的機(jī)殼72上。透鏡組58的機(jī)殼72和照相機(jī)54的機(jī)殼78是彼此軸向校準(zhǔn) 使得由線80以放射性形式指示的圖像被正確導(dǎo)向照相機(jī)。
參考圖6，布置使得當(dāng)拍攝電路板12的圖像時(shí)，照明裝置62朝向各個(gè)分 束器66生成強(qiáng)光。該光由分束器66反射至電路板12,并且然后反射回反射 鏡70。反射鏡70將光導(dǎo)向捕獲電路板12的預(yù)定區(qū)域的圖像的照相機(jī)54。例 如，該圖像可以被電子存儲(chǔ)或?qū)崟r(shí)使用使得圖像可以由控制器34處理和分析 以斗企測故障焊料沉積或4交準(zhǔn)電路板13和模板36。
類似地，當(dāng)拍攝模板36的圖像時(shí)，照明裝置64生成被導(dǎo)向至各個(gè)分束器 68的光束。然后光被導(dǎo)向至模板36并通過分束器68反射回反射鏡70。然后
光被導(dǎo)向焦闌透鏡組60和導(dǎo)向至照相機(jī)56上來捕獲模板36的預(yù)定區(qū)域的圖 像。 一旦被捕獲，模板36的圖像可以由控制器34分析用于檢查目的(例如， 檢測在模板中堵塞的縫隙)，或者與電路板12的區(qū)域比較用于校準(zhǔn)目的。下面 將參考結(jié)構(gòu)識(shí)別程序來更詳細(xì)地描述成像系統(tǒng)50的檢查性能。
通過如圖6所示的配置，成像系統(tǒng)50能夠從預(yù)定區(qū)域向預(yù)定區(qū)域運(yùn)動(dòng)， 同時(shí)以大約105毫秒拍攝圖像，大約100毫秒用于從一個(gè)預(yù)定區(qū)域?qū)⒊上裣到y(tǒng) 運(yùn)動(dòng)至另一個(gè)預(yù)定區(qū)域，大約5毫秒用于拍攝圖像并且保持最小速度?；趯?shí) 際的距離和采集之間經(jīng)過的時(shí)間，更長更短的時(shí)間都是可能的。本發(fā)明的成像 系統(tǒng)能夠拍攝圖像而沒有顯著的失真或模糊，同時(shí)維持至少1毫米每秒的最小 速度。在一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)能夠維持至少3毫米每秒的最小速度。在另 一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)能夠維持至少48毫米每秒的最小速度。在這種情況 下，使用氙照明器來提供3.8微秒的曝光脈沖。雖然維持最小速度，成像系統(tǒng) 50不能穿越模板36和/或電路板12超過等效于在照相機(jī)54和/或56的圖像平 面的1/4像點(diǎn)位移的距離。發(fā)現(xiàn)在曝光間隔過程中，成像系統(tǒng)50可以行進(jìn)最 多1/4像素在圖像平面上的等效距離而還提供可接受的圖像。
參考圖8，在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)拍攝模板36或電路板12的圖像時(shí)，成像 系統(tǒng)50減速來捕獲圖像，但是總是維持最小的正速度。如圖所示，當(dāng)接近圖 像的預(yù)定區(qū)域時(shí)，成像系統(tǒng)50減速，通過開關(guān)等效于快門的電子裝置來拍攝 圖像，并且加速至下一個(gè)預(yù)定區(qū)域。強(qiáng)光和減少的曝光時(shí)間的組合使得成像系 統(tǒng)在圖像捕獲過程中維持最小的正速度。而且，由于成像系統(tǒng)50維持最小的 速度而不停止，產(chǎn)生更少的波動(dòng)和擺動(dòng)，并且不需要增加的時(shí)間確保成像系統(tǒng) 的波動(dòng)值小于特定閾值。在一個(gè)實(shí)施例中，在成像系統(tǒng)在圖像平面行進(jìn)等效于 小于的1/4像素的距離的時(shí)間過程中捕獲圖像。由此，本發(fā)明的成像系統(tǒng)使得 模板印刷機(jī)30以比現(xiàn)有技術(shù)的成像系統(tǒng)少的多的時(shí)間來快速成像模板和/或電 路板的預(yù)定區(qū)域。
現(xiàn)在參考圖9，表示了由成像系統(tǒng)50在符合本發(fā)明的宗旨的控制器34的 操作下執(zhí)行的最優(yōu)掃描路徑。通過這個(gè)特定例子，圖3所示的電路板12被掃 描用于檢查。然而，應(yīng)該理解到可以掃描其他對象和裝置，例如，模板，來替 代電路板12,從最優(yōu)掃描路徑系統(tǒng)和本發(fā)明的方法受益。如圖9所示，成像
系統(tǒng)50在起始點(diǎn)82開始，沿著軸84以第一方向從起始點(diǎn)在電路板上行進(jìn)， 第一方向在示例實(shí)施例中是圖9所示的從左到右。軸84有時(shí)稱為"第一軸"。 起始點(diǎn)82從鄰近于電路板的頂部接近左上角開始。然而，電路板和/或模板的 最優(yōu)掃描的初始可以在被掃描的對象的任意點(diǎn)開始。隨著成像系統(tǒng)行進(jìn)，它沿 著第一軸84捕獲有興趣的區(qū)間的圖像。
返回參考圖3，電路板由成百上千的電子器件組裝。如上所述，這些器件 連接至在電路板上提供的電子焊盤，并且焊膏被用于以上述方式沉積在焊盤上 以確保器件在焊盤上。控制器34被配置用于識(shí)別板上焊盤的外周以定義要被 拍攝的圖像的邊界。 一旦定義了邊界，控制器沿著第一軸84識(shí)別有興趣的區(qū) 間(例如，具有焊膏沉積的焊盤或多個(gè)焊盤)以捕獲沿著第一軸提供的有興趣 的所有區(qū)域的圖像。如圖9所示，具有12個(gè)這樣的有興趣的區(qū)域，每個(gè)由86 指示并沿著第一軸84提供。圖9表示沿著水平或x軸行進(jìn)的成像系統(tǒng)50，這 通常在現(xiàn)有技術(shù)中被稱為"主要"或"快速"軸運(yùn)動(dòng)。可以配置成像系統(tǒng)和臺(tái) 架系統(tǒng)使得垂直或y軸是"快速軸"運(yùn)動(dòng)，并且得到的掃描路徑沿著垂直軸而 不是水平軸捕獲圖像。然而，雖然在圖9中被顯示為直的和水平的，但是可以 配置第一軸84使得它是非線性的和成沿著與第一軸成一定角度的軸布置，還 落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。而且，成像系統(tǒng)50的第一軸運(yùn)動(dòng)的長度可以比 圖9所示的運(yùn)動(dòng)的長度更短或更長。
一旦沿著第一軸84捕獲了所有有興趣的區(qū)間86，成像系統(tǒng)50通過臺(tái)架 系統(tǒng)52在控制器34的指導(dǎo)下進(jìn)行沿著垂直或y軸方向88遠(yuǎn)離第一軸的正交 運(yùn)動(dòng)。這個(gè)成像系統(tǒng)50的運(yùn)動(dòng)方向可以被稱為"次要"或"慢速"軸運(yùn)動(dòng)。 控制器34或模板印刷機(jī)30的操作者預(yù)定運(yùn)動(dòng)距離使得在有興趣的鄰近區(qū)間的 圖像之間沒有空間，并且在不存在有興趣的區(qū)間的區(qū)域以更高的速度轉(zhuǎn)換來考 慮(deliberate)空間。如圖9所示，沿著第一軸84拍攝的有興趣的區(qū)間86的 下邊緣可以比鄰(在某些實(shí)施例中覆蓋)有興趣的相鄰區(qū)間的上邊緣。與使用 第一軸84相似，可以配置第二軸運(yùn)動(dòng)使得第二軸為非線性和/或沿著與垂直軸 成角度的軸布置。此外，根據(jù)有興趣的區(qū)間的位置和成像系統(tǒng)50的性能，第 二軸運(yùn)動(dòng)的長度可以比圖9所示的運(yùn)動(dòng)長度更短或更長。詳細(xì)地，如圖9所示， 一些第二軸運(yùn)動(dòng)不是垂直的，而是近似垂直的。在這樣的例子中，第二軸運(yùn)動(dòng)
也可以包括略樣t的主軸運(yùn)動(dòng)。
一旦在y軸方向運(yùn)動(dòng)，成像系統(tǒng)50在控制器34的指導(dǎo)下沿著第二軸90 以與上述第一方向(例如，圖9所示的右到左)相反的第二方向運(yùn)動(dòng)。與沿著 第一軸84的有興趣的區(qū)間的成像相似，控制器34識(shí)別有興趣的區(qū)間，每個(gè)由 92表示，沿著第二軸90來捕獲每個(gè)有興趣的區(qū)間的圖像。如圖所示，沿著第 二軸90具有11個(gè)這樣的有興趣的區(qū)間92。
成像系統(tǒng)50在控制器34的指導(dǎo)下掃描電路板12的剩余表面。詳細(xì)地， 在垂直或y軸方向運(yùn)動(dòng)預(yù)定的距離之后，成像系統(tǒng)50在另一個(gè)第一方向的水 平或x軸方向運(yùn)動(dòng)，并且沿著運(yùn)動(dòng)軸捕獲有興趣的區(qū)間的圖像。 一旦完成了沿 著軸的成像，成像系統(tǒng)進(jìn)行另一個(gè)垂直或y軸運(yùn)動(dòng)，并且沿著水平或x軸以第 二方向運(yùn)動(dòng)。如圖9清楚顯示，繼續(xù)這種模式的運(yùn)動(dòng)直到全部完成電路板的掃 描。如圖所示，電路板的整個(gè)表面并沒有被全部掃描，僅僅那些需要檢查的區(qū) 域被掃描，例如檢查沉積在電路板的金屬焊盤的焊膏。掃描過程的結(jié)束點(diǎn)由 94指示。對于電路板12,成像系統(tǒng)50在控制器34的指導(dǎo)下進(jìn)行全部14個(gè)掃 描通過并且捕獲有興趣的148個(gè)區(qū)間的圖像。
成像系統(tǒng)50 —旦將所有有興趣的區(qū)間的圖像獲得作為由控制器34選擇的 或識(shí)別的圖像，例如，圖像可以被組裝到一起，或者由控制器以逐件形式利用。 控制器34可以執(zhí)行在電路板上執(zhí)行特定操作的檢查分析。在某些實(shí)施例中， 該分析可以包括檢查在電路板的金屬焊盤上沉積的焊膏的精度，或者執(zhí)行下面 將詳細(xì)描述的結(jié)構(gòu)識(shí)別分析。如上所述，成像系統(tǒng)50可以被配置以從有興趣 的一個(gè)區(qū)間運(yùn)動(dòng)到有興趣的下一個(gè)區(qū)間，并且捕獲有興趣的區(qū)間的圖像，同時(shí) 維持最小的速度。最優(yōu)掃描路徑的提供和成像系統(tǒng)配置很大地增強(qiáng)了檢查效 率。
如上所述，前述最優(yōu)掃描系統(tǒng)和方法可以被用于模板14或36以及電路板 12。此外，可以配置模板印刷機(jī)30使得"快速"軸運(yùn)動(dòng)是在垂直或y軸方向 而不是上述水平或x軸方向。
應(yīng)用最優(yōu)掃描路徑系統(tǒng)和方法導(dǎo)致的效果是在檢查圖3所示的電路板12 所需要的時(shí)間的顯著的減少。如上所述，利用公知的模板印刷機(jī)的掃描方法導(dǎo) 致識(shí)別和捕獲有興趣的921個(gè)區(qū)間的圖像。使用這樣的掃描方法，檢查電路板
需要的時(shí)間大約是260秒(超過4分鐘)。參考圖9，通過利用上述最優(yōu)掃描 路徑技術(shù)，有興趣的區(qū)間可以被減少到148個(gè)位置。由此，掃描電路板需要的 時(shí)間被減少到大約19秒。成像系統(tǒng)獲得最小速度同時(shí)掃描的能力也有助于減 少掃描電路板的時(shí)間。
參考圖10,通常由IOO指示將焊膏分配或沉積到例如電路板12的基板的 電子焊盤上的方法。在102，例如，通過使用傳送機(jī)軌道的傳輸系統(tǒng)將電路板 傳送至模板印刷機(jī)。在104，電路板被放置在模板印刷機(jī)內(nèi)的支撐組件上。在 106，通過以上述方式使用分配頭來將焊膏沉積在電路板的焊盤上來在電路板 上執(zhí)行印刷操作。
一旦完成印刷，在108，成像系統(tǒng)沿著第一軸以第一方向運(yùn)動(dòng)來沿著第一 軸捕獲有興趣的區(qū)間的圖像(例如，由控制器可選地識(shí)別)。詳細(xì)地，成像系 統(tǒng)在控制器的指導(dǎo)下以上述方式從有興趣的區(qū)間運(yùn)動(dòng)到有興趣的區(qū)間。在沿著 第 一軸捕獲所有有興趣的區(qū)間的圖像之后，成像系統(tǒng)遠(yuǎn)離第 一軸正交移動(dòng)預(yù)定 距離。在IIO，然后成像系統(tǒng)沿著第二軸以與第一方向相反的第二方向運(yùn)動(dòng)來 沿著第一軸捕獲由控制器可選地識(shí)別的有興趣的區(qū)間的圖像。
在112,繼續(xù)將成像系統(tǒng)在例如電路板或模板的需要成像的對象上來回運(yùn) 動(dòng)的這個(gè)過程直到所有有興趣的區(qū)間都被成像了。由于圖像是累積的，控制器 可以組合圖像或者利用圖像來檢查成像的對象。在114,完成掃描過程。例如， 在一個(gè)實(shí)施例中，可以4企查每個(gè)有興趣的區(qū)間以確保沉積的焊膏很好地位于電 路板的金屬焊盤上。可以通過執(zhí)行結(jié)構(gòu)識(shí)別序列來確定沉積在焊膏的特定焊盤 上的焊膏的精度來增強(qiáng)這個(gè)特定的過程。在另一個(gè)實(shí)施例中，有興趣的區(qū)間可 以包括模板的縫隙，并且檢查過程可以體現(xiàn)確定縫隙是否被焊膏堵塞。
在一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)50可以被用于執(zhí)行結(jié)構(gòu)識(shí)別方法，例如，在 授予Prince的名為"METHOD AND APPRATUS FOR DETECTING SODER PASTE DEPOSITS ON SUBSTRATES"的美國專利第6738505號(hào)中公開的方 法，其由本發(fā)明的受讓人所有并且結(jié)合于此作為參考。還有授予Prince的名為 "SYSTEMS AND METHODS FOR DETECTING DEFECTS IN PRINTED SODERPASTE"的美國專利第6891967號(hào)延伸了美國專利第6738505的教導(dǎo)， 其也由本發(fā)明的受讓人所有并結(jié)合于此作為參考。詳細(xì)地，這些專利教導(dǎo)了結(jié)
構(gòu)識(shí)別系統(tǒng)，用于確定焊膏是否被恰當(dāng)?shù)爻练e在位于電路板上的預(yù)定區(qū)間，例 如，銅接觸焊盤。
參考圖11，在一個(gè)實(shí)施例中，顯示絲網(wǎng)印刷機(jī)30，用于檢查具有沉積在 其上的物質(zhì)202的基板200?；?00可以體現(xiàn)為印刷電路板(例如，電路板 12)、晶片或相似的平面，并且物質(zhì)202可以體現(xiàn)為焊膏或其他粘性材料，例 如膠、密封劑、底層填料以及其他適于將電子器件連接到印刷電路板或晶片的 金屬焊盤的組裝材料。如圖12和13所示，基板200具有有興趣的區(qū)間204 和接觸區(qū)間206。例如，基板200進(jìn)一步包括軌道(trace ) 208和孔(vias )210, 其用于相互連接裝配到基板上的器件。圖12表示沒有物質(zhì)沉積在任何接觸區(qū) 間206的基板200。圖13表示具有分布在接觸區(qū)間206上的例如焊膏沉積的 物質(zhì)202的基板200，。在基板200上，接觸區(qū)間206分布在指定的有興趣的 區(qū)間204。
圖13表示焊膏沉積202和接觸區(qū)間206的誤校準(zhǔn)。如圖所示，每一個(gè)焊 膏沉積202部分接觸接觸區(qū)間206之一。為了確保良好的電接觸以及防止例如 銅接觸焊盤的相鄰接觸區(qū)間之間的橋接，焊膏沉積應(yīng)該在特定的容差內(nèi)與各個(gè) 接觸區(qū)間校準(zhǔn)。在美國專利第6738505號(hào)和6891967號(hào)中公開的類型的結(jié)構(gòu)識(shí) 別方法檢測在接觸區(qū)間的誤校準(zhǔn)的焊膏沉積，并且結(jié)果通常提高基板的制造產(chǎn) 量。
參考圖11,在一個(gè)實(shí)施例中，用于焊膏結(jié)構(gòu)識(shí)別的方法包括 使用成像系 統(tǒng)50來捕獲具有沉積在其上的物質(zhì)202的基板200的圖像。成像系統(tǒng)50可以 配置為發(fā)送實(shí)時(shí)模擬或數(shù)字信號(hào)212至恰當(dāng)?shù)臄?shù)字通信端口或?qū)Ｓ玫膸邮?器214。數(shù)字端口可以包括公知的USB、以太網(wǎng)或Firewire (IEEE 1394)的類 型。實(shí)時(shí)信號(hào)212對應(yīng)于其上沉積了物質(zhì)的基板200的圖像。 一旦接收，該端 口或幀接收器214創(chuàng)建可以顯示在監(jiān)視器218上的圖像數(shù)據(jù)216。在一個(gè)實(shí)施 例中，圖像數(shù)據(jù)216被劃分為預(yù)定數(shù)目的像素，每個(gè)像素具有從0到255灰階 的亮度值。在一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)212表示基板200和沉積在其上物質(zhì)202 的的實(shí)時(shí)圖像信號(hào)。然而，在另一個(gè)實(shí)施例中，如果需要，圖像被存儲(chǔ)在本地 存儲(chǔ)器并且4艮據(jù)請求發(fā)送至控制器34。
該端口或幀接收器214電連接至包括處理器220的控制器34。處理器220
計(jì)算物質(zhì)202的圖像216中的結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)變化。物質(zhì)202的圖像216中的結(jié)構(gòu) 變化的計(jì)算獨(dú)立于基板200上的非物質(zhì)背景特征的相對亮度，由此使得處理器 220能夠確定基板上物質(zhì)的位置，并且比較物質(zhì)的位置和期望的位置。在一個(gè) 實(shí)施例中，如果期望的位置和物質(zhì)202的實(shí)際位置之間的比較出現(xiàn)超過預(yù)定閾 值的誤校準(zhǔn)，處理器220反應(yīng)為自適應(yīng)的手段來減小或消除誤差，并且可以通 過控制器34觸發(fā)告警或彈出基板?？刂破?4電連接至模板印刷機(jī)30的驅(qū)動(dòng)
控制器34是控制循環(huán)224的部分，控制循環(huán)224包括模板印刷機(jī)30的驅(qū) 動(dòng)馬達(dá)222、成像系統(tǒng)50、幀接收器214以及處理器220。如果物質(zhì)202與接 觸區(qū)間206誤校準(zhǔn)，控制器34發(fā)送信號(hào)來調(diào)整模板36的校準(zhǔn)。
在操作過程中，當(dāng)在基板上沉積物質(zhì)時(shí)，沉積的物質(zhì)的圖像被捕獲。在一 個(gè)實(shí)施例中，物質(zhì)是焊膏，基板是印刷電路板。具有物質(zhì)的基板的圖像可以被 實(shí)時(shí)捕獲或者從控制器的存儲(chǔ)器提取。圖像被發(fā)送到控制器的處理器，其中檢 測圖像中的結(jié)構(gòu)變化。這些結(jié)構(gòu)變化用于確定基板上物質(zhì)的位置。處理器被編 程來比較物質(zhì)的特定位置和基板的預(yù)定位置。如果變化在預(yù)定界限內(nèi)，處理器 可以反應(yīng)為自適應(yīng)的手段來細(xì)化處理。如果變化在預(yù)定界限之外，可以應(yīng)用恰 當(dāng)?shù)幕謴?fù)手段，例如彈出基板、終止過程或觸發(fā)告警。如果檢測到故障，控制 器被編程以執(zhí)行這些功能的 一 個(gè)或多個(gè)。
因此，應(yīng)該注意的是本發(fā)明的成像系統(tǒng)50特別適于敏銳地捕獲執(zhí)行結(jié)構(gòu) 識(shí)別方法所需的聚焦的或不模糊的圖像，同時(shí)提供有效的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，因?yàn)?成像系統(tǒng)能夠快速地成像感興趣的區(qū)間(預(yù)定區(qū)域)使得數(shù)據(jù)可以被快速分析。
在一個(gè)實(shí)施例中，模板和/或電路板可以相對于照相機(jī)運(yùn)動(dòng)以分別拍攝模 板和電路板的圖像。例如，模板可以遠(yuǎn)離印刷套平移(translate)并且在靜止 的照相機(jī)的上面或下面運(yùn)動(dòng)。相似地，電路板可以穿梭往復(fù)地遠(yuǎn)離印刷套并且 在照相機(jī)上面或下面運(yùn)動(dòng)。然后照相機(jī)可以以上述方式拍攝模板和/或電路板 的圖像，同時(shí)電路板和/或模板保持最小速度。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)用于在例如印刷電路板的基 板上分配例如焊膏、膠、密封劑、底層填料以及其他組裝材料的粘性或半粘性 材料的分配頭。這樣的分配頭是Speedline技術(shù)公司銷售的、商標(biāo)為
CAMALOT⑧的類型。
本發(fā)明提供的改進(jìn)的光學(xué)掃描效率、機(jī)械穩(wěn)定性以及并行操作將獲得電子 基板和模板所需要的時(shí)間減小為小于使用現(xiàn)有成像系統(tǒng)和方法所需要的時(shí)間 的十分之一。例如，起停方法需要延時(shí)來允許在捕獲有興趣的區(qū)間的圖像之前 使任何殘余振蕩消散。而且，效率低的掃描路徑進(jìn)一步增加掃描對象需要的時(shí) 間。本發(fā)明的實(shí)施例的系統(tǒng)和方法顯著地減少捕獲圖像需要的時(shí)間，同時(shí)維持 捕獲的圖像的質(zhì)量。
雖然參考本發(fā)明的特定實(shí)施例來顯示和描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)該理解到可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變而不偏離僅由權(quán)利要求 書限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種模板印刷機(jī)，用于在電子基板的多個(gè)焊盤上沉積焊膏，所述模板印刷機(jī)包括:框架；模板，連接到框架，該模板具有在其中形成的多個(gè)縫隙；分配頭，連接到框架上，該分配頭和模板被構(gòu)造和布置來將焊膏沉積在電子基板的多個(gè)焊盤上；成像系統(tǒng)，被構(gòu)造和布置來捕獲電子基板和模板中的至少一個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖像；以及控制器，連接至成像系統(tǒng)，該控制器被構(gòu)造和布置來控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以在成像系統(tǒng)在另一個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)之前捕獲通常沿著第一軸延伸的電子基板和模板中的至少一個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模板印刷機(jī)，其中，在沿著第一軸捕獲所有有 興趣的區(qū)間的圖像之后，控制器進(jìn)一步被構(gòu)造和布置來控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以 捕獲通常沿著與第一軸平行并距第一軸一定距離的第二軸延伸的有興趣的區(qū) 間的圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模板印刷機(jī)，其中成像系統(tǒng)被構(gòu)造和布置來捕 獲在區(qū)域中的電子基板的焊盤上的焊膏的圖像。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模板印刷機(jī)，其中成像系統(tǒng)包括至少一個(gè)照相 機(jī)、至少一個(gè)透鏡組、至少一個(gè)照明裝置和至少一個(gè)光學(xué)路徑，光學(xué)路徑用于 反射在所述至少一個(gè)照明裝置、所述模板和所述電子基板中的一個(gè)、所述至少 一個(gè)透鏡組以及所述至少 一個(gè)照相機(jī)之間的光。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的模板印刷機(jī)，其中光學(xué)路徑包括至少一個(gè)分束 器和鏡子。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模板印刷機(jī)，其中成像系統(tǒng)包括 第一照相機(jī)、第一透鏡組、第一照明裝置以及第一光學(xué)路徑，第一光學(xué)路徑用于反射在第一照明裝置、電子基板、第一透鏡組和第一照相機(jī)之間的光， 以及 第二照相機(jī)、第二透鏡組、第二照明裝置以及第二光學(xué)路徑，第二光學(xué)路 徑用于反射在第二照明裝置、模板、第二透鏡組和第二照相機(jī)之間的光。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的模板印刷機(jī)，其中控制器進(jìn)一步被構(gòu)造和布置 來控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以同時(shí)捕獲電子基板和模板的有興趣的區(qū)間的圖像。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模板印刷機(jī)，其中控制器包括處理器，處理器精度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模板印刷機(jī)，進(jìn)一步包括連接至框架的支撐組 件，該支撐組件被用于將電子基板支撐在印刷位置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模板印刷機(jī)，其中控制器進(jìn)一步被構(gòu)造和布置 來控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以捕獲有興趣的區(qū)間的圖像，同時(shí)當(dāng)從一個(gè)有興趣的區(qū) 間運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)有興趣的區(qū)間時(shí)保持大于零的最小速度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模板印刷機(jī)，進(jìn)一步包括連接至成像系統(tǒng)和框 架的臺(tái)架系統(tǒng)，該臺(tái)架系統(tǒng)被構(gòu)造和布置來在控制器的指導(dǎo)下使成像系統(tǒng)運(yùn) 動(dòng)。
12. —種將焊膏分配到電子基板的電子焊盤上的方法，包括 將電子基板傳送至模板印刷機(jī)；將電子基板定位在印刷位置上；將模板定位在電子基板上；執(zhí)行印刷操作來將焊膏沉積到電子基板的焊盤上；通常沿著第一軸捕獲電子基板和模板中的一個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖像；以及通常沿著與第 一軸平行并距第 一軸一定距離的第二軸捕獲電子基板和模 板中的 一個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖像。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其f沿著第一和第二軸捕獲電子基板 和模板中的一個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖像包括使成像系統(tǒng)從一個(gè)有興趣的區(qū)間 向下一個(gè)有興趣的區(qū)間運(yùn)動(dòng)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)使成像系統(tǒng)從一個(gè)有興 趣的區(qū)間向下一個(gè)有興趣的區(qū)間運(yùn)動(dòng)時(shí)保持大于零的最小速度。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括，在捕獲電子基板和模板 中的一個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖像之后，使成像系統(tǒng)在通常正交于第一軸的方向 上運(yùn)動(dòng)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括組合所捕獲的有興趣的區(qū) 間的圖像。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括執(zhí)行至少一個(gè)區(qū)域的結(jié)構(gòu) 識(shí)別序列來確定在電子基板的焊盤上的焊膏沉積的精度。
18. —種模板印刷機(jī)，用于在電子基板的多個(gè)焊盤上沉積焊膏，所述模板 印刷纟幾包4舌框架；模板，連接到框架，該模板具有在其中形成的多個(gè)縫隙；分配頭，連接到框架上，該分配頭和模板被構(gòu)造和布置來將焊膏沉積在電子基板的多個(gè)焊盤上；成像系統(tǒng)，被構(gòu)造和布置來捕獲電子基板和模板中的至少一個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖H以及用于控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)來在使成像系統(tǒng)在通常正交于第一軸的方向上 運(yùn)動(dòng)之前捕獲通常沿著第一軸延伸的電子基板和模板中的至少一個(gè)的有興趣 的區(qū)間的圖像的裝置。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的模板印刷機(jī)，其中用于控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng) 的裝置包括連接至成像系統(tǒng)的控制器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的模板印刷機(jī)，其中控制器進(jìn)一步被構(gòu)造和布 置來控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以捕獲通常沿著與第一軸平行并距第一軸一定距離 的第二軸延伸的有興趣的區(qū)間的圖像。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的模板印刷機(jī)，其中成像系統(tǒng)被構(gòu)造和布置來 捕獲在區(qū)域中的電子基板的焊盤上的焊膏的圖像。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的模板印刷機(jī)，其中成像系統(tǒng)包括至少一個(gè)照 相機(jī)、至少一個(gè)透鏡組、至少一個(gè)照明裝置和至少一個(gè)光學(xué)路徑，光學(xué)路徑用 于反射在所述至少一個(gè)照明裝置、所述模板和所述電子基板中的一個(gè)、所述至 少 一個(gè)透鏡組以及所述至少 一個(gè)照相機(jī)之間的光。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的模板印刷機(jī)，其中光學(xué)路徑包括至少一個(gè)分 束器和反射鏡。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的模板印刷機(jī)，其中成像系統(tǒng)包括 第一照相機(jī)、第一透鏡組、第一照明裝置以及第一光學(xué)路徑，第一光學(xué)路徑用于反射在第一照明裝置、電子基板、第一透鏡組和第一照相機(jī)之間的光， 以及第二照相機(jī)、第二透鏡組、第二照明裝置以及第二光學(xué)路徑，第二光學(xué)路 徑用于反射在第二照明裝置、模板、第二透鏡組和第二照相機(jī)之間的光。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的模板印刷機(jī)，其中控制器進(jìn)一步被構(gòu)造和布 置來控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以同時(shí)捕獲電子基板和模板的有興趣的區(qū)間的圖像。
26. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的模板印刷機(jī)，其中控制器包括處理器，處理的精度。
27. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的模板印刷機(jī)，進(jìn)一步包括連接至框架的支撐 組件，該支撐組件被用于將電子基板支撐在印刷位置。
28. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的模板印刷機(jī)，其中控制器進(jìn)一步被構(gòu)造和布 置來控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以捕獲有興趣的區(qū)間的圖像，同時(shí)當(dāng)從一個(gè)有興趣的 區(qū)間運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)有興趣的區(qū)間時(shí)保持大于零的最小速度。
29. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的模板印刷機(jī)，進(jìn)一步包括連接至成像系統(tǒng)和 框架的臺(tái)架系統(tǒng)，該臺(tái)架系統(tǒng)被構(gòu)造和布置來在控制器的指導(dǎo)下使成像系統(tǒng)運(yùn) 動(dòng)。
30. —種模板印刷機(jī)，用于在電子基板的多個(gè)烊盤上沉積焊膏，所述模板 印刷機(jī)包括框架；模板，連接到框架，該模板具有在其中形成的多個(gè)縫隙； 支撐組件，連接至框架，該支撐組件被用于將電子基板支撐在印刷位置； 分配頭，連接到框架上，該分配頭和模板;故構(gòu)造和布置來將焊膏沉積在電 子基板的多個(gè)焊盤上；成像系統(tǒng)，被構(gòu)造和布置來捕獲電子基板和模板中的至少一個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖像；臺(tái)架系統(tǒng)，連接至成像系統(tǒng)和框架，該臺(tái)架系統(tǒng)被構(gòu)造和布置來使成像系 統(tǒng)運(yùn)動(dòng)；以及控制器，連接至成像系統(tǒng)和臺(tái)架系統(tǒng)，該控制器被構(gòu)造和布置來控制成像 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以捕獲通常沿在第一方向上的第一軸延伸的有興趣的區(qū)間的圖像， 以及順序地控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以捕獲通常沿著與第一軸平行并距第一軸一 定距離的在第二方向上的第二軸延伸的有興趣的區(qū)間的圖像。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的模板印刷機(jī)，其中控制器包括處理器，處理 器被編程來執(zhí)行電子基板的結(jié)構(gòu)識(shí)別以確定在電子基板的焊盤上的焊膏沉積 的精度。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述模板印刷機(jī)，其中控制器進(jìn)一步被構(gòu)造和布置 來控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以同時(shí)捕獲電子基板和模板的有興趣的區(qū)間的圖像。
33. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的模板印刷機(jī)，其中控制器進(jìn)一步被構(gòu)造和布 置來控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以捕獲有興趣的區(qū)間的圖像，同時(shí)當(dāng)從一個(gè)有興趣的 區(qū)間運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)有興趣的區(qū)間時(shí)保持大于零的最小速度。
全文摘要
用于將焊膏沉積在電子基板上的模板印刷機(jī)包括框架和連接到框架上的模板。分配頭連接到框架上，分配頭和模板被配置為將焊膏沉積在電子基板的多個(gè)焊盤上。成像系統(tǒng)被配置為捕獲電子基板和模板的至少一個(gè)的有興趣的區(qū)間的圖像。模板印刷機(jī)進(jìn)一步包括連接至成像系統(tǒng)的控制器，控制器被配置為控制成像系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)以在成像系統(tǒng)在另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)之前捕獲通常沿著第一軸(84)延伸的電子基板和模板的至少一個(gè)的有興趣的區(qū)間(86)的圖像。進(jìn)一步公開了用于在基板上分配材料的方法。
文檔編號(hào)H05K3/12GK101385401SQ200780005628
公開日2009年3月11日 申請日期2007年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月2日
發(fā)明者大衛(wèi)·P.·普林斯 申請人:斯皮德萊恩技術(shù)公司