用於金屬模板印刷機的成像系統及方法

2023-09-21 04:48:35 1

專利名稱：用於金屬模板印刷機的成像系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種用於分配材料的設備和方法，更具體地，涉及一種用於通 過篩網或金屬模板印刷機向電子基板，例如印刷電路板分配焊膏的設備和方 法。
背景技術：
在典型的表面安裝(surface - mount)電路板製造操作中，金屬模板印刷 機用於將焊膏印刷到電路板上。通常，具有焊盤圖形或一些其他導電錶面的電 路板自動供入金屬才莫板印刷機，焊膏將沉積到所述焊盤圖形或一些其他導電錶 面上，並且電路板上的稱為基準的一個或多個孔或標記用於在將焊膏印刷到電 路板上之前將電路板與印刷機的金屬模板或篩網模板適當對準。在電路板對準 後，所述電路板升高到金屬模板(或在一些結構中，金屬模板下降到電路板)， 焊膏分配到金屬模板上，並且刮板(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並且擠到電路板上。在一些現有技術的金屬模板印刷機中，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，刮板中的一個用於將焊膏移動或滾動經過金屬 模板。第一和第二刮板用於交替的電路板上，以連續地使焊膏巻從金屬模板的 孔上方經過，來印刷每一個連續的電路板。刮板通常與金屬模板成預定角度， 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後，應用成像系統來對電路板和/或金屬模板區域 成像，用於在某些情況下檢查焊膏沉積在電路板焊盤上的準確性。成像系統的 另 一個應用涉及前面提到的在印刷之前金屬模板和電路板的對準，以將金屬模 板的孔與電路板的電子元件焊盤對準。這樣的成像系統公開在都授予Freeman 的美國專利Nos.RE34,615和5,060,063，其屬於本發明的受讓人。圖1示出現 有技術成像系統，總體在10處標示，其可與印刷定位裝置(printnest)(未顯 示)相鄰設置，或連接到豎架(gantry)(未顯示)，以使成像系統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。不管其特定結構，成 像系統IO設計用於對電路板12和/或金屬模板14的預限定區域成像，以檢查 電路板和/或金屬模板或將金屬模板與電路板對準。如圖1中所示，成像系統10包括電子照相機16，所述電子照相機16具 有透鏡組件18，兩個照明裝置20、 22，兩個分光器24、 26和另一個分光器 28,所述另一個分光器28包括附加的鏡面，以將光朝向照相機16的透鏡組件 18改變方向。為了捕捉電路板12預限定區域的圖像，操作照明裝置20來產 生光束，所述光束從分光器24朝向電路板反射。然後光從電路板12經過分光 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，並且最終 到達照相機16。電路板12的圖像於是由照相機16捕獲。同樣地，為了對金 屬模板14的預限定區域成像，使用照明裝置22來產生光束，所述光束從另一 個分光器26朝向金屬模板反射。從金屬模板14反射的光經過分光器26引導 回到中間分光器28,然後到達透鏡組件18,並且到達照相機16來捕獲圖像。使用典型的成像系統，系統IO必需在區域上方移動，停止來使照相機16 成像而不模糊，並且移到下一個需要成像的區域。圖2顯示了成像系統10的 運動，其示意性顯示了成像系統速度和時間的關係。如圖所示，通常成像系統 完全停止(即速度為零)來獲取圖像。當停止成像系統時，需要更多的時間來 確保由成像系統豎架停止動作造成的任何振動或震動沒有不利地影響照相機 16拍照的圖像的質量。因而，例如電路板的檢查可能相對時間過長，因為電 路板區域的大量區域必需通過成像系統多次停止和移動來成像。接下來將捕獲 的圖像與金屬模板的相應區域或由金屬模板印刷機的控制器存儲的區域相比 較，以確定印刷的準確性。因此，由於成像系統必需在需要成像的區域上方移 動，停止來對該區域成像，然後移動到下一個需要成像的區域，因此電路板區 域的連續成像可能花費大量時間。例如，如果對一個圖像適當曝光所需的時間為約30亳秒，並且將成像系 統IO移動到相鄰區域所需的時間約IOO毫秒，則圖像採集之間的總時間約130 毫秒。成像系統10的圖像採集速率部分受適當曝光照相機16焦平面處光敏電 子元件所需時間限制。曝光時間與由照明裝置產生的光量、感興趣的特徵的亮 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。由於空間限制，大部分相對小的照明裝置只能夠產生相對低水平的光, 因而需要更長的累積時間來獲得適當的曝光。為了提高成像速度，已知在一些 成像系統中使用兩個照相機， 一個照相機對金屬模板成像，另一個照相機對電 路板成像，因而減小成像之間的時間來對準或檢查金屬模板和電路板。但是， 由於一直努力來減小電路板裝配的所有步驟的處理時間，因此即使提供兩個照 相機對於需要更快產率的流水線來說通常也太慢。目前出於4會查和/或對準目 的，需要進一步縮短對電路板和金屬模板成像所花費的時間。 發明內容本發明的一方面涉及一種用於將焊膏沉積在電子基板的多個焊盤上的金 屬模板印刷機。所述金屬模板印刷機包括機架和結合到所述機架的金屬模板。 所述金屬模板具有多個形成其中的孔。所述金屬模板印刷機還包括結合到所述 機架的支撐組件，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 構造和布置為用於捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一的多個區域的圖像。控制器，結合到所述成像系統，構造和布置為用於控制所述成像系統的運動， 以捕獲區域圖像，同時，在捕獲所述區域圖像時保持大於零的最小速度。所述金屬模板印刷機的實施例可包括構造所述成像系統來捕獲在所述區 域中電子基板焊盤上的焊膏圖像。所述成像系統包括至少一個照相機，至少一 個透鏡組件，至少一個照明裝置和至少一個光學路徑，所述光學路徑適於在所 述至少一個照明裝置、所述金屬才莫板和所述電子基板之一、所述至少一個透鏡 組件和所述至少一個照相機之間反射光。所述至少一個照明裝置包括至少一個 發光二極體。所述光學路徑包括反光鏡和至少 一個分光器。在另 一個實施例中， 所述成像系統包括第一照相機，第一透鏡組件，第一照明裝置和第一光學路徑， 所述第一光學路徑適於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之間反射光，還包括第二照相機，第二透鏡組件，第二照 明裝置和第二光學路徑，所述第二光學路徑適於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之間反射光。用於捕獲圖像的所 述時間小於5亳秒。所述控制器包括處理器，編程來進行電子基板紋理識別， 以確定沉積在所述電子基板焊盤上的焊膏的準確性。所述金屬模板印刷機還包 括分配器，結合到所述機架，所述分配器構造和布置為用於將焊膏分配到電子基板上。本發明的另一方面涉及一種用於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，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 少一個區域的圖像，同時，當捕獲所述至少一個圖像時，在所述電子基板上部 保持大於零的最小速度。所述方法可包括使用成像系統來捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一 的至少 一個區域的圖像。所述方法可還包括將成像系統從捕獲第 一 區域圖像的 第一位置移動到捕獲第二區域圖像的第二位置，其中，捕獲圖像的所述時間小 於5毫秒。所述方法還可包括進行所述至少一個區域的紋理序列識別，以確定 沉積在所述電子基板的焊盤上的所述焊膏的準確性。本發明的又一個方面涉及一種金屬模板印刷機，用於將焊膏沉積在電子基 板的多個焊盤上。所述金屬模板印刷機包括機架和結合到所述機架的金屬模 板。所述金屬模板具有多個形成其中的孔。所述金屬模板印刷機還包括結合到 所述機架的支撐組件，所述支撐組件將所述電子基板支撐在列印位置中。成像 系統構造並且布置用於捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一的多個區域的 圖像。所述金屬模板印刷機還包括一種裝置，用於控制所述成像系統運動，以 捕獲區域圖像，同時，在捕獲所述圖像時，在所述電子基板上方保持大於零的 最小速度。在一個實施例中，用於控制所述成像系統運動的所述裝置包括控制器。所 述控制器包括編程來進行所述電子基板紋理識別的處理器，以確定沉積在所述 電子基板的所述焊盤上所述焊膏的準確性。所述成像系統可構造用於捕獲在所 述區域中所述電子基板的焊盤上的焊膏的圖像。所述圖像系統包括至少 一個照 相機，至少一個透鏡組件，至少一個照明裝置和至少一個光學路徑，所述光學 路徑適於在所述至少一個照明裝置、所述金屬才莫糹反和所述電子基板之一、所述 至少一個透鏡組件和所述至少一個照相機之間反射光。所述至少一個照明裝置 包括至少一個發光二極體。所述光學路徑包括反光鏡和至少一個分光器。在另 一個實施例中，所述成像系統包括第一照相機，第一透鏡組件，第一照明裝置和第一光學路徑，所述第一光學路徑適於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之間反射光，還包括第二照相機，第二透鏡組 件，第二照明裝置和第二光學路徑，所述第二光學路徑適於在所述第二照明裝 置、所述金屬模板、所述透鏡組件和所述第二照相機之間反射光。用於捕獲圖 像的所述時間小於5毫秒。所述金屬模板印刷機還包括分配器，結合到所述機 架，所述分配器構造且布置用於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，相同的參考標記指代相同或相似的部件。附圖無需按比例繪製，相反側重於示出下面討論的特定原理。附圖中 圖l是現有技術成像系統的示意視圖； 圖2是說明現有技術成像系統的速度對時間關係的曲線； 圖3是本發明實施例的金屬模板印刷機的前視立體視圖； 圖4是本發明實施例的成像系統的示意視圖； 圖5是圖4中示出的成像系統的照相機和透鏡組件的放大示意視圖； 圖6是顯示圖4中示出的成像系統的速度對時間關係的曲線； 圖7是本發明實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是本發明實施例的用於進行紋理識別的成像系統的示意圖； 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。
具體實施方式
為了說明，現在將參照用於將焊膏印刷到電路板上的金屬模板印刷機描述 本發明的實施例。本領域技術人員應意識到，本發明的實施例不限於將焊膏印 刷到電路板上的金屬模板印刷機，而是可以用於需要分配其他例如膠、密封劑 (encapsulents )、底部填充膠(underfills)和其他適於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用中。因而，本文對焊膏的任何引用都可 能使用這樣的其他材料。而且，術語"篩網模板，，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中的裝置。圖3顯示了根據本發明一個實施例的金屬模板印刷機的前視立體視圖，總體由30標示。金屬模板印刷機30包括支撐金屬模板印刷機部件的機架32, 所述金屬模板印刷機的部件包括設置在金屬模板印刷機拒架中的控制器34， 金屬模板36和總體由38標示的用於分配焊膏的分配頭。分配頭38在控制器 34的控制下，通過豎架系統(未標示)沿正交軸可移動，以允許在電路板40 上印刷焊膏。金屬模板印刷機30還包括運送系統，具有用於將電鴻4反40輸送到金屬模 板印刷機30中的印刷位置的導軌42、 44。金屬模板印刷機30具有當電路板 在其分配位置時設置在電路板40下面的支撐組件46(例如，銷、凝膠薄膜等)。 支撐組件46用於將電路板40升離導軌42、 44,以當將要進行印刷時，使電 路板接觸金屬模板36放置或緊密接近其放置。在一個實施例中，分配頭38構造用於容納至少一個焊膏盒48，所述焊膏 盒48在印刷操作過程中向分配頭提供焊膏。在一個實施例中，焊膏盒48以公 知方式結合到氣動空氣軟管的 一端。氣動空氣軟管的另 一端連接到容納在金屬 模板印刷機30的機架32中的壓縮機，所述壓縮機在控制器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，並且擠到金屬模板36上。 也可使用用於將焊膏分配到金屬模板上的其他結構。例如，在另 一個實施例中， 機械裝置，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。在又一個實施例中，使用具有適當作業系統(例如微軟⑧DOS或 Windows NT系統)的個人計算機，通過使用特定軟體來控制本文描述的金 屬模板印刷機操作來實現控制器34。金屬模板印刷機30按照下述步驟操作。使用運送導軌42、 44將電路板 40裝入金屬模板印刷機30的印刷位置中。然後將分配頭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，並且擠到電路板40上。 一旦分配頭38 已經完全穿過金屬模板36，則電路板40由運送導軌42、 44從印刷機30輸送， 從而第二後序電路板可裝入印刷機。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於第一電路板中的方向相反的方向移動經過金屬模板36。參照圖3和4，本發明實施例的成像系統總體由50標示。如圖3中所示，成像系統50布置在金屬模板36和電路板40之間。成像系統50結合到豎架系 統52，豎架系統52可以是用於移動分配頭28的豎架的一部分，或單獨設置 在金屬模板印刷機30中。用於移動成像系統50的豎架系統52的結構在焊膏 印刷技術領域中公知。該布置是這樣的成像系統可設置在金屬模板36下面 並且在電路板40上方的任何位置，以分別捕獲電路板或金屬模板的預限定區 域的圖像。在其他實施例中，當將成像系統定位在印刷定位裝置外部時，成像 系統可設置在金屬^^莫板或電路板上方或下面。如圖4所示，成像系統50包括光學組件，所述光學組件具有兩個照相機 54、 56,總體由58、 60標示的兩個透鏡組件，兩個照明裝置62、 64，兩個分 光器66、 68，和反光4竟70。照相一幾54、 56可關於糹皮此結構相似，並且在一個 實施例中，每一個照相機可以是可從Opteon Corporation of Cambridge, Massachusetts購買的型號為No. CHEAMDPCACELA010100類型的數字CCD 照相機。而且將在下面參照圖5描述照相機54、 56。在一個實施例中，照明裝置62、 64可以是一個或多個能夠在其各自分光 器66、 68處產生大量光的發光二極體(白光二極體)。照明裝置62、 64可以 是由 Nichia Corporation of Detroit , Michigan 出售的型號為 No. NSPW310BSB1B2/ST的類型。分光器66、 68和反光鏡70是本領域公知的， 所述反光鏡為具有零分光的雙面反光鏡。在其他實施例中，氙(xenon)和閨 素燈可用於產生所需光。光纖也可用於將光從遠光源傳送到4吏用位置。分光器66、 68設計用於朝向電路板40和金屬模板36反射一部分由其各 自照明裝置62、 64產生的光，同時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54、 56之間通過分光 器66、 68和反光鏡70限定的光路對本領域技術人員是公知的。在一個實施例 中，由分光器66、 68和反光鏡70形成的光路結構基本上與美國專利No. 5,060,063中公開的路徑相似，除了反光鏡70為全反射鏡(由於設置了兩個照 相機54、 56),並且不允許部分光通過之外。參照圖5,圖中示出照相機54和透鏡組件58。如上面所討論的，照相機 56可以與照相機54結構相似。另外，透鏡組件60的結構可以與透鏡組件58 的相似。因此，照相機54和透鏡組件58的下面的討論通常分別適用於照相機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 內的一對透鏡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 的光引導到透鏡組件58。 一旦引導在透鏡組件58中，則所述光經過透鏡74， 經過孔(未顯示)，經過第二透鏡76，並且引導到照相機54的圖像敏感區域 上。在一個實施例中，照相機54的CCD讀出器可包括電子快門。部分由於 遠心透鏡組件58，照相機54設計用於觀察整個預定區域而不會在圖像外周或 其附近出現變形。
如圖5中所示，照相機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54的外罩78彼此沿 軸向對準，從而由直線80以射線形式顯示的圖像準確地朝向照相機引導。
該布置是這樣的當對電路板40照相時，照明裝置62朝向其各自的分光 器66產生大量的光。該光由分光器66朝向電路板40反射，並且然後朝向反 光鏡70反射回。反光鏡70將光引導到照相機54,照相機54捕獲電路板40 的預限定區域的圖像。所述圖像可電子存儲或者實時使用，從而圖像可由控制 器34操縱並且分析，以檢查例如有缺陷的焊錫沉積或電路板40與金屬模板 36的對準。
類似地，當對金屬才莫板36照相時，照明裝置64產生朝向其各自分光器 68引導的光束。所述光然後朝向金屬模板36引導，並且通過分光器68反射 回到反光鏡70。然後所述光朝向遠心透鏡組件60引導，並且引導在照相機56 上來捕獲金屬模板36預限定區域的圖像。 一旦捕獲到，金屬模板36的區域可 出於檢查目的(例如，檢測如在金屬模板中的堵塞孔)由控制器34進行分析， 或出於對準目的與電路板40的區域相比較。該成像系統50的檢查能力將在下 面參照紋理識別程序更詳細地描述。
通過圖4中示出的結構，成像系統50能夠從一個預限定區域移動到另一 個預限定區域，同時在約105毫秒中進行照相，約IOO毫秒用於將成像系統從 一個預限定區域移動到另一個預限定區域，並且約5毫秒用於照相，同時保持 最小速度。已經發現，本發明的成像系統能夠在保持至少1毫米每秒的最小速度時進行照相而沒有明顯的變形或模糊。在一個實施例中，成像系統能夠保持
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50不能移動 經過金屬才莫板36和/或電路板40超過等於照相機54和/或56成像平面處1/4 的像素移動的距離。已經發現，在曝光間隔過程中，成像系統50可移動與在 成像平面達1/4像素等同的距離，並且仍可提供可接受的圖像。
參照圖6，在一個實施例中，當對金屬模板36或電路板40進行照相時， 成像系統50減速來捕獲圖像，但是始終保持最小的正速度。如圖所示，當靠 近進行成像的預定區域時，成像系統50減速，通過打開和閉合電子快門等同 物進行成像，並且加速到下一個預限定區域。強光和縮短曝光時間的結合使得 成像系統能夠在圖像捕獲過程中保持最小的正速度。而且，由於成像系統50 保持最小速度，並且沒有停止，因此引入較小的振動或震動，並且不需要增加 時間來確保圖像系統的振動程度低於一定閾值。在一個實施例中，在成像系統 移動等同於小於成像平面1/4像素的距離時的時間過程中捕荻圖像。因此，本 發明的成像系統使金屬模板印刷機30能夠以比現有技術成像系統明顯少的時 間快速對金屬模板和/或電路板的預限定區域成像。
現在翻到圖7,用於將焊膏分配到電路板的電子元件焊盤上的方法總體由 100標示。如圖所示，在102處，印刷電路板例如通過運送系統傳送到金屬模 板印刷機30。參照圖3，電路板40通過運送軌道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， 並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，可進行電路板和/或金屬模板檢查。
具體地，在108處，對電路板或金屬模板的預限定區域成像。接著，在 110處，對電路板或者金屬模板的連續預限定區域成像。進行電路板的多個預 限定區域的成像，同時，如圖6中所示，在從第一預定區域移動到第二預定區 域時，在電路板上方保持大於零的最小速度。在控制器34的指令下，成像系 統50繼續移動到另一個預定區域來出於檢查或對準目的捕獲圖像。
在一個實施例中，成像系統50可用於進行紋理識別方法，例如授予Prince 的名稱為"用於檢測沉積在基板上的焊膏的方法和設備(METHOD ANDAPPARATUS FOR DETECTING SOLDER PASTE DEPOSITE ON SUBSTRATES)"的美國專利No. 6,738,505中描述的方法，所述專利屬於本發 明受讓人，其通過引用併入本文。授予Prince的名稱為"SYSTEMS AND METHODS FOR DETECTING DEFECTS IN PRINTED SOLDER PASTE"的美 國專利No. 6,891,967進一步改進了美國專利No. 6,738,505的教導，所述專利 No. 6,891,967也屬於本發明受讓人，其通過引入併入本文。具體地，這些專利 教導了用於確定是否焊膏適當沉積在設置在印刷電路板上的例如銅接觸焊盤 的預定區域上的紋理識別方法。
參照圖8，在一個實施例中，絲網印刷機30顯示為正在檢查將物質202 沉積在其上的基板200。基板200可具體化為印刷電路板、晶片(wafer)或類 似的平直表面，並且物質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於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具有感興趣的區域204和接觸區域206。 基板200還包括走線208和通孔210，其用於例如將安裝在基板上的部件相互 連接。圖9示出沒有物質沉積在任何接觸區域206上的基板200。圖10示出 具有分布在接觸區域206上的例如焊膏沉積等物質202的基板200。在基板200 中，接觸區域206賴-跨整個標示的感興趣區域204分布。
圖10顯示出焊膏沉積物202與接觸區域206不重合。如圖所示，每一個 焊膏沉積物202部分接觸每一個接觸區域206。為了確保良好的電接觸，並且 防止在相鄰的接觸區域，例如銅接觸焊盤之間形成橋接，所述焊膏沉積物應與 各自的接觸區域在特定的公差內對準。美國專利Nos. 6,738,505和6,891,967 中公開類型的紋理識別方法檢測接觸區域上焊膏沉積物的不重合，並且由此，
通常提高基板的產量。
返回參照圖8，在一個實施例中，用於焊膏紋理識別的方法包括使用成像 系統50來捕獲具有沉積在基板上的物質202的基板200的圖像。成像系統50 可構造用於將實時信號212傳送到適當的數字通訊埠或專用幀捕獲器(frame grabber) 214。 ^t字埠可以包括通常已知為USB,乙太網或火線(firewire ) (IEEE 1394)的類型。實時信號212對應於其上具有沉積物的基板200的圖 像。 一旦信號被接收，所述埠或幀捕獲器214形成圖像數據216,其可顯示在監視器218上。在一個實施例中，圖像數據216分為預定^:量的像素，每一 個具有從0到255灰度的亮度值。在一個實施例中，信號212代表基板200 和沉積其上的物質202的實時圖像信號。但是，在其他實施例中，圖像存儲在 本地存儲器中，並且根據需要經請求傳送到控制器34。
埠或幀捕獲器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計算物質202的圖像216中的紋理中的統計振動。物質202的圖像 216中的紋理振動與基板200上非物質背景結構的相對亮度無關，由此使處理 器220能夠確定基板上物質的位置，並且比較物質位置與期望位置。在一個實 施例中，如果物質202的期望位置和實際位置之間的比較顯示出超過預限定閾 值的不重合，則處理器220響應適當的測量來減小或消除誤差，並且可通過控 制器34拒絕所述基板或觸發警報。控制器34電連接到金屬模板印刷機30的 驅動電機222，以利於金屬才莫板36和基板40對準和與印刷過程相關的其他運 動。
控制器34為包括金屬模板印刷機30的驅動電機222、成像系統50、幀捕 獲器214和處理器220的控制環224的一部分。如果物質202與接觸區域26 不重合，則控制器34發送信號來調節金屬模板36對準。
因而，應觀察到，由於成像系統能夠快速對感興趣區域(預限定區域)進 行成像，從而數據能夠被快速分析，因此本發明的成像系統50特別適於根據 需要進行紋理識別方法來捕獲銳聚焦並且不模糊的圖像，同時提供有效的實時 閉環控制。
在操作過程中，當將物質沉積在基板上時，捕獲物質沉積的圖像。在一個 實施例中，所述物質為焊膏，並且所述基板為印刷電路板。具有所述物質的基 板的圖像可實時捕獲或從控制器的存儲器獲取。圖像發送到控制器的處理器， 在其中檢測圖像中的紋理振動。這些紋理振動用於確定物質在基板上的位置。 編程處理器來將物質的特定位置和基板的預定位置相比較。如果變化在預定限 定值範圍內，那麼處理器可響應適當的措施來改善所述處理。如果變化在預定 限定值範圍外，那麼可採用適當的恢復措施，其中基板被拒絕，所述過程終止， 或警報被觸發。如果衝企測到缺陷，則編程控制器來執行這些功能中的一個或多 厶在一個實施例中，金屬模板和/或電路板可相對於照相才幾移動來分別對金 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，並且在照 相機上方或下面移動，所述照相機可以是靜止的。同樣地，電路板可從印刷定 位裝置往復移動，並且在照相機上方或下面移動。於是照相機可對金屬才莫板和 /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。
在另一個實施例中，成像系統可用在設計用於將例如焊膏、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.出售的商標名稱為 CAMALCT^的類型。
本發明提供的改善的光學效率、機械穩定性和並行操作將獲得電子基板和 金屬模板上成像所需的時間減小到小於使用現有成像系統時所需時間的四分 之一。
雖然本發明已經參照其具體實施例進行了顯示和描述，^f旦是本領域技術人 員應理解，可在其中進行各種形式上的變化和細節的改變而不偏離本發明僅由 下面權利要求限定的範圍。
權利要求
1.一種用於將焊膏沉積在電子基板的多個焊盤上的金屬模板印刷機，所述金屬模板印刷機包括機架；金屬模板，結合到所述機架，所述金屬模板具有多個形成於其中的孔；支撐組件，結合到所述機架，所述支撐組件將所述電子基板支撐在印刷位置；成像系統，構造和布置為用於捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一的多個區域的圖像；和控制器，結合到所述成像系統，所述控制器構造且布置為用於控制所述成像系統的移動，以捕獲區域圖像，同時，在捕獲所述區域的圖像時，保持大於零的最小速度。
2. 根據權利要求1所述的金屬模板印刷機，其中，所述成像系統構造並 且布置為用於捕獲在所述區域中電子基板的焊盤上的焊膏圖像。
3. 根據權利要求1所述的金屬模板印刷機，其中，所述成像系統包括至 少一個照相機，至少一個透鏡組件，至少一個照明裝置和至少一個光學路徑， 所述光學路徑適於在所述至少一個照明裝置、所述金屬模板和所述電子基板之 一、所述至少一個透鏡組件和所述至少一個照相機之間反射光。
4. 根據權利要求3所述的金屬模板印刷機，其中，所述至少一個照明裝 置包括至少 一個發光二極體。
5. 根據權利要求3所述的金屬模板印刷機，其中，所述光學路徑包括反 光鏡和至少一個分光器。
6. 根據權利要求1所述的金屬模板印刷機，其中，所述成像系統包括 第一照相機，第一透鏡組件，第一照明裝置和第一光學路徑，所述第一光學路徑適於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 一照相機之間反射光，和第二照相機，第二透鏡組件，第二照明裝置和第二光學路徑，所述第二光 學路徑適於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之間反射光。
7. 根據權利要求1所述的金屬模板印刷機，其中，用於捕獲圖像的所述時間小於5毫秒。
8. 根據權利要求1所述的金屬模板印刷機，其中，所述控制器包括處理 器，編程所述處理器來進行電子基板的紋理識別，以確定沉積在所述電子基板 焊盤上的焊膏的準確性。
9. 根據權利要求1所述的金屬模板印刷機，還包括分配器，結合到所述 機架，所述分配器構造和布置為用於將焊膏分配到所述電子基板上。
10. —種用於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；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區域的圖像，同時，當 捕獲所述至少一個區域的圖像時，在所述電子基板上部保持大於零的最小速 度。
11. 根據權利要求IO所述的方法，其中，使用成像系統來捕獲所述電子 基板和所述金屬模板之一 的至少 一個區域的圖像。
12. 根據權利要求11所述的方法，還包括將所述成像系統從捕獲第一區 域圖像的第一位置移動到捕獲第二區域圖像的第二位置。
13. 根據權利要求12所述的方法，其中，捕獲圖像的所述時間小於5毫秒。
14. 根據權利要求10所述的方法，還包括進行所述至少一個區域的紋理 序列的識別，以確定沉積在所述電子基板焊盤上的所述焊膏的準確性。
15. —種金屬模板印刷機，用於將焊膏沉積在電子基板的多個焊盤上，所 述金屬模板印刷機包括機架；金屬模板，結合到所述機架，所述金屬模板具有多個形成於其中的孔；支撐組件，結合到所述機架，所述支撐組件將所述電子基板支撐在列印位置；成像系統，構造並且布置為用於捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一的多個區域的圖像；和裝置，用於控制所述成像系統運動，以捕獲區域圖像，同時，在捕獲所述 圖像時，在所述電子基板上方保持大於零的最小速度。
16. 根據權利要求15所述的金屬模板印刷機，其中，用於控制所述成像 系統運動的所述裝置包括控制器。
17. 根據權利要求16所述的金屬模板印刷機，其中，所述控制器包括編 程來進行所述電子基板紋理識別的處理器，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確性。
18. 根據權利要求15所述的金屬模板印刷機，其中，所述成像系統構造 並且布置為用於捕荻在所述區域中在所述電子基板焊盤上的焊膏的圖像。
19. 根據權利要求15所述的金屬模板印刷機，其中，所述成像系統包括 至少一個照相機，至少一個透鏡組件，至少一個照明裝置和至少一個光學路徑， 所述光學路徑適於在所述至少一個照明裝置、所述金屬模板和所述電子基板之 一、所述至少一個透鏡組件和所述至少一個照相機之間反射光。
20. 才艮據權利要求19所述的金屬模板印刷機，其中，所述至少一個照明 裝置包括至少 一個發光二極體。
21. 根據權利要求19所述的金屬模板印刷機，其中，所述光學路徑包括 反光鏡和至少一個分光器。
22. 根據權利要求15所述的金屬模板印刷機，其中，所述成像系統包括 第一照相機，第一透鏡組件，第一照明裝置和第一光學路徑，所述第一光學路徑適於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 一照相機之間反射光，和第二照相機，第二透鏡組件，第二照明裝置和第二光學路徑，所述第二 光學路徑適於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 第二照相機之間反射光。
23. 根據權利要求15所述的金屬模板印刷機，其中，用於捕獲圖像的所述時間小於5毫秒。
24.根據權利要求15所述的金屬模板印刷機，還包括分配器，結合到所 述機架，所述分配器構造且布置為用於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，用於將焊膏沉積在電子基板的多個焊盤上，所述金屬模板印刷機包括機架和結合到所述機架的金屬模板。所述金屬模板具有多個形成於其中的孔。所述金屬模板印刷機還包括結合到所述機架的支撐組件，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，適於捕獲所述電子基板和所述金屬模板之一的多個區域的圖像。控制器，結合到所述成像系統，適於控制所述成像系統的運動，以捕獲區域圖像，同時，在捕獲所述區域圖像時，保持大於零的最小速度。還公開了一種用於將焊膏分配在基板上並且用於檢查所述基板的方法。
文檔編號H05K3/12GK101322446SQ200680045310
公開日2008年12月10日 申請日期2006年11月6日 優先權日2005年11月10日
發明者大衛·P.·普林斯 申請人:斯皮德萊恩技術公司