試樣對準機構和方法
2023-05-19 01:09:31 2
專利名稱:試樣對準機構和方法
技術領域:
本發明涉及印刷電路板製造領域。更具體地說,本發明涉及一種圖案設計(例如一種對準試樣(coupon)機構),其使得能夠實時地進行外部特徵對準評價。
背景技術:
電子系統(例如計算機,印表機等)可被設計成具有一個或幾個在電氣上被連接在一起以便執行各種功能的印刷電路板。製造者可以遵循成熟的電路板裝配程序,以便製造和裝配一個功能完整的電路板。這個電路板裝配程序可以具有4個有順序的階段,其中第二、第三和第四階段在裝配線環境下進行,而第一個階段是預先進行的,即在脫機的場所進行,以試圖加快裝配線上的處理階段。
第一階段可以包括使用由一個或幾個人員操作的熟知的手動設備或自動設備對各種可編程的電子元件編程。這些可編程的電子元件包括但不限於只讀存儲器(ROM),可擦的可編程的只讀存儲器(EPROM)以及可電擦除的可重新編程的非易失存儲器(一般稱為快閃記憶體)。此後,在第二或第三階段期間,可以把電子元件連接到電路板上。
第二和第三階段可以包括通過多種熟知的技術藉助於連接表面安裝技術(SMT)元件,然後藉助於通孔安裝技術(THMT)元件,對電路板進行裝配。例如,用於連接SMT元件到電路板上的技術可以包括以下操作(i)塗覆焊膏,(ii)正確地放置SMT元件,元件以及(iii)回流焊接,以便在電路板中預先布線的總線和SMT元件之間建立連接。同樣,用於連接THMT元件的技術可以包括以下操作(i)正確地布置THMT元件,以及(ii)波動焊接。
製造電路板的最後階段可以包括測試每個元件(即在電路中測試),以及測試電路板的全部操作(即功能測試),從而確定電路板是否正確工作。
希望在製造和裝配處理中較早地發現印刷電路板(PCB)中的缺陷,以便避免不需要的裝配。即,缺陷可能源自孔、通路、焊盤與/或元件的對準不良。例如,如果鑽的孔和外層的焊盤對準不良,或者如果焊料掩膜沒有正確地和外層焊盤對準,則可能發生對準不良。如果一個印刷電路板有缺陷,則在該電路板上安裝電子元件可能浪費時間和金錢,因為該電路板可能被丟棄或者由於缺陷而退回製造者。因此需要一種能夠容易且有效地識別有缺陷的印刷電路板的機構和方法。
當結合附圖閱讀下面的示例的實施例的詳細說明和權利要求後,可以清楚地看出上述內容並更好地理解本發明,所有這些都構成本發明所披露的內容的一部分。雖然上述的和下面寫入的以及說明的內容都集中在所披露的本發明的示例的實施例上,但是應當清楚地理解,這些只是作為例子用於說明本發明,實際上,本發明不限於此。
下面給出附圖的說明,其中相同的標號表示相同的元件,其中圖1是按照本發明的一個示例的實施例的印刷電路板的設計;圖2表示按照本發明的示例的實施例的對準試樣;圖3表示按照本發明的示例的實施例的通過兩個對準測試的對準試樣;圖4表示按照本發明的示例的實施例的一次對準測試不合格的對準試樣;圖5表示按照本發明的示例的實施例的一次對準測試不合格的對準試樣;圖6表示按照本發明的另一個示例的實施例的對準試樣;以及圖7是表示按照本發明的示例的實施例用於形成對準試樣和用於對對準試樣進行視覺檢查的流程圖。
具體實施例方式
在下面的詳細說明中,使用相同的標號表示不同附圖中的相同的、相應的或類似的元件。當為了說明本發明的示例的實施例而給出特定的細節時,本領域技術人員應當理解,在實施本發明時,這些特定的細節可以改變或者不改變。附圖中表示的特徵未按比例繪製。
本發明的示例的實施例涉及一種在襯底例如印刷電路板上的對準機構。雖然本發明的實施例討論印刷電路板,但本發明不限於這種類型的襯底。其它的襯底例如包括外伸支架,合裝包(二者的使用的部分和非使用的部分),或者其它類型的載體。
圖1表示按照本發明的一個示例的實施例的印刷電路板。其它的實施例和結構也在本發明的範圍內。更具體地說,圖1表示印刷電路板10,其具有至少一個一般多個電路元件,位於電路板10的第一表面或前表面附近。所述元件例如可以包括電阻12和13,電容器14,集成電路15和16,以及許多任何其它類型的電路元件、連接器或電路塊。每個通孔電路元件具有導電的元件引線17。每個元件引線17可以從相關的元件延伸並通過穿過印刷電路板30形成的相應的引線孔。這些孔下文將被稱為用於通孔安裝元件的孔。印刷電路板10還可以包括被設置在預定位置上的多個導電焊盤18。印刷電路板10還可以包括位於位於前表面11附近的對準試樣20。按照本發明的實施例,對準試樣20可以在安裝電阻12,13,電容14以及集成電路15,16之前被提供在印刷電路板10上。
本發明的實施例可以提供用於印刷電路板的對準試樣(例如對準試樣20)。對準試樣可以包括若干個不同的特徵,這些特徵當組合在一起時便形成所述對準試樣。這些特徵可以包括提供在電路板中的對準孔。一個金屬焊盤(例如銅焊盤)可被提供在電路板上的對準孔周圍的區域內。可以由所述金屬焊盤刻蝕一個負的圖案(下文也稱為「反焊盤(anti-pad)」或「反焊盤區域」),使得露出構成疊層板的部分。然後可以把焊料掩模提供在印刷電路板上,包括在對準試樣的金屬焊盤上。形成的對準試樣使得觀察者能夠立即評估外部對準例如孔(或通路)、外層焊盤和焊料掩模間隙的關鍵屬性的質量。可以在製造或裝配處理的期間的任何時刻進行視覺檢查,以便確定該印刷電路板是合格的正確對準的電路板,或者是不合格的未正確地對準的電路板。
圖2表示按照本發明的示例的實施例的對準試樣。對準試樣的其它的實施例和構型也落在本發明的範圍內。更具體地說,圖2表示對準試樣20包括被提供在印刷電路板10上的對準孔30。對準孔30可以在印刷電路板30中形成其它的孔(例如用於通孔安裝元件的孔)的同時被鑽出(或形成)。對準孔30相對於對準試樣20的其它元件的位置可用於確定印刷電路板10被正確地對準或未被正確地對準。這可以相應於其它的孔(例如用於通孔安裝元件的孔)相對於某個電路板特徵的正確對準。對準試樣20還包括刻蝕的反焊盤40,焊料掩模間隙焊盤(clearance pad)50,焊料掩模(在金屬上)60以及焊料掩模70。焊料掩模(在金屬上)60以及焊料掩模70可以是一個焊料掩模。不過,為了容易進行說明,焊料掩模被用標號表示為作為覆蓋金屬焊盤的焊料掩模的部分焊料掩模(在金屬上)60和作為不覆蓋金屬焊盤的焊料掩模部分的焊料掩模70。雖然在圖2中不能看到,對準試樣20包括被提供在焊料掩模(在金屬上)60的表面下面的一個區域內的金屬焊盤(例如銅焊盤)。這個金屬焊盤的部分被刻蝕,從而形成相應於刻蝕的反焊盤40的部分。反焊盤40相應於印刷電路板10的被暴露的裸露的疊層。金屬焊盤(也稱為外層焊盤)藉以被提供在焊料掩模(在金屬上)60的下面的區域內,而不在刻蝕的反焊盤40的區域內。反焊盤40和金屬焊盤(即對準試樣20的外層焊盤)被成像,並使用和其它的PCB電路特徵相同的過程基本上在同時被刻蝕。
對準孔30可以是在印刷電路板10上的一個最小的鑽孔,雖然本發明的實施例也可以應用於和印刷電路板10的其它的孔的尺寸相同的甚至較大的對準孔30。孔的尺寸可以是在視覺上可接受的,以便進行獨立的檢查。即,所述的孔可以具有足夠的尺寸,使得不用放大工具便可以被觀看。作為一個例子,對準孔30具有50密耳的直徑。在至少一個實施例中,對準孔30可以是非電鍍的,以便避免浪費電鍍材料,雖然本發明的實施例也可以應用於以類似於印刷電路板10的其它孔的方式電鍍的對準孔30。
除去在印刷電路板10的外層成像處理期間被成像的其它的焊盤和PCB電路特徵之外,金屬焊盤(對準試樣20的)可以被成像並被刻蝕,以便形成反焊盤40。即,反焊盤40表示印刷電路板10的暴露的裸露的疊層。作為一個例子,對準試樣20可以包括4.0密耳的鑽孔-外層圓環,其指的是每側的用於設計反焊盤40的面積的數量(大於鑽孔)。因而,反焊盤40的構型可以具有8.0密耳的大於對準孔30的直徑。8.0密耳的較大的直徑提供4.0密耳的圓環。因而,外層反焊盤40可以呈環形,例如具有58密耳的直徑。反焊盤40可以具有其它的關鍵的屬性/尺寸,以便評價鑽孔和外層焊盤的對準。
焊盤掩模間隙焊盤50是暴露的金屬(例如銅),或者對準試樣的金屬焊盤的未被刻蝕的並未被焊料掩模(在金屬上)60覆蓋的部分。焊料掩模間隙焊盤50例如可以具有環形的形狀,但是其它的形狀也落在本發明的範圍內。焊料掩模間隙焊盤50可以具有這樣一個直徑,其被設計等於外層反焊盤40的直徑加上最小焊料掩模對準規範所需的直徑。作為一個例子,焊料掩模間隙焊盤50可以具有+/-3.0密耳的焊料掩模對準。這樣,焊料掩模間隙焊盤可以具有64密耳的直徑,但是其它的直徑也在本發明的範圍內。
雖然圖2示出了環形的反焊盤40和環形的焊料掩模間隙焊盤50,本發明的實施例也可以應用於對準試樣20的這些特徵的其它形狀。這些特徵可被設計為用於在較大的特徵下或在較小的需要放大以便於檢查的特徵下進行獨立的視覺檢查。
對準試樣20可以在裝配或製造期間的任何時刻通過視覺進行檢查,以便確定PCB 10的特徵是被正確地對準或未被正確地對準。在一個實施例中,這種視覺檢查可以在裝配印刷電路板元件之前在PCB製造處理結束時進行。視覺檢查可以包括觀察焊料掩模間隙焊盤50相對於焊料掩模(在金屬上的)60的位置,並觀察對準孔30相對於反焊盤40的金屬邊沿的位置。這可以通過憑視覺觀察印刷電路板10的頂面和底面,從而觀看檢查的位置與/或對準試樣20的特徵的關係。下面使用圖3-圖5所示的例子說明這種視覺觀察。
在對準試樣20的檢查(或觀察)期間,可以進行以下的測試(1)孔對外層特徵的對準測試;以及(2)焊料掩模對準測試。其它的測試也落在本發明的範圍內。下面的討論涉及接觸或覆蓋對準試樣20的其它特徵的元件。本領域技術人員應當理解,這相應於憑視覺觀察這些元件並確定這些元件憑視覺看是否彼此接觸/重合。
如果對準孔30憑視覺看不接觸暴露的金屬的邊沿即反焊盤40的金屬邊沿,則PCB 10可以通過孔對外層特徵的對準測試。如果憑視覺看對準孔30接觸暴露的金屬的邊沿(即反焊盤40的金屬邊沿),則PCB10不能通過孔對外層特徵的對準測試。在另一方面,如果可以看到暴露的金屬的周邊(即焊料掩模間隙焊盤50),則PCB 10可以通過焊料掩模對準測試。如果看不到暴露的金屬(即焊料掩模間隙焊盤50)的整個周邊,則PCB 10不能通過焊料掩模對準測試。用於對準評價的暴露的金屬是功能標準,並且容易被識別。
用不同的方式說,視覺檢查涉及對準孔相對於反焊盤40的金屬邊沿的位置以及焊料掩模間隙焊盤相對於外層焊盤的位置。本領域技術人員應當理解,如果對於反焊盤和焊料掩模間隙焊盤使用不同的形狀,則視覺觀察也將不同。
圖3表示按照本發明的示例的實施例通過兩個對準測試的對準試樣22。更具體地說,圖3表示對準孔30在視覺上被提供在刻蝕的反焊盤40的周邊(或圓周)內,並位於在視覺上不和反焊盤40的金屬邊沿接觸的區域內。因而,對準試樣22(因而PCB 10)通過孔對外層焊盤對準測試,因為對準孔30在視覺上不和暴露的金屬(即反焊盤40的金屬邊沿)接觸。對準試樣22通過焊料掩模對準測試,因為可以看到暴露的金屬(即焊料掩模間隙焊盤50)的整個周邊(或或圓周)。
圖4表示按照本發明的示例的實施例未通過兩個對準測試之一的對準試樣20。更具體地說,圖4表示在視覺上被提供在刻蝕的反焊盤40的圓周(或周邊)內的對準孔30,但是焊料掩模間隙焊盤50在視覺上未形成在反焊盤40周圍的完整角度的金屬環。即,焊料掩模(在金屬上的)60在視覺上覆蓋焊料掩模間隙焊盤50的一部分,因而阻止看到整個金屬圓環。因而,對準試樣24(因而PCB 10)不能通過焊料掩模對準測試,因為暴露的金屬(即焊料掩模間隙焊盤50)的整個周邊(或或圓周)不能被完全看到。
圖5表示按照本發明的示例的實施例未能通過兩個測試之一的對準試樣26。更具體地說,圖5表示對準孔30在視覺上未被提供在環形的刻蝕的反焊盤40內,而是對準孔30在視覺上接觸暴露的金屬(即反焊盤40的金屬邊沿)。對準試樣26(因而PCB 10)的孔對外層焊盤對準測試不合格,這是因為對準孔30在視覺上明顯地和暴露的金屬(即焊料掩模間隙焊盤50)重疊。如果對準孔30在視覺上僅僅接觸沿著反焊盤40的邊沿的暴露的金屬,則這表示相切。
圖6表示按照本發明的另一個示例的實施例的對準試樣28。更具體地說,圖6表示對準試樣28包括對準孔30,刻蝕的反焊盤45,以及焊料掩模間隙焊盤55。這個實施例表示,刻蝕的反焊盤45和焊料掩模間隙焊盤55可以呈方形。其它的形狀也落在本發明的範圍內。
圖7是表示按照本發明的示例的實施例的用於視覺檢查對準試樣的操作的流程圖。其它的實施例、操作以及操作順序也落在本發明的範圍內。這個流程圖用於表示在PCB的內層製造處理之後要進行的操作。即,塊102表示開始外層製造處理。塊104包括在包括對準孔30的PCB中鑽(或形成)孔。在塊106,在包括對準試樣20的金屬焊盤和反焊盤的PCB上可以施加(或成像)銅或金屬焊盤。在塊108,可以用已知的方式刻蝕金屬焊盤。這可以形成反焊盤40和PCB的其它焊盤。在塊106和108的操作也可以彼此相對同時地發生。這些操作可以包括預先清潔各個區域,塗覆光刻膠,曝光所需的圖像和顯影所需的圖像。如上所述,在用於成像和形成其它的PCB電路特徵的同一個外層成像處理期間,銅焊盤和反焊盤可被成像和刻蝕。在塊110,在其上包括對準試樣20的PCB上塗覆焊料掩模。這也可以包括預先清潔表面,塗覆焊料掩模,粘固焊料掩模,對圖像曝光,顯影和固化焊料掩模。這使得形成焊料掩模(金屬上方)60和焊料掩模70。如上所述,可以在和在PCB的其它特徵上施加和成像焊料掩模的同時在對準試樣特徵上施加和成像焊料掩模。在塊112,可以在PCB上進行表面拋光。在塊114,可以憑視覺檢查PCB的對準試樣,以便確定PCB是否通過對準測試,如上所述。這可以包括對準孔30相對於反焊盤40的金屬邊沿的位置的視覺檢查和焊料掩模間隙焊盤50相對於焊料掩模(在金屬上的)60的位置的視覺檢查。
因而,本發明的實施例提供了視覺評估焊料掩模對外層焊盤對準的能力。這些實施例還提供視覺評估鑽孔與/或通路和外層焊盤對準的能力。對準試樣使得能夠容易地進行視覺檢查,以確定外層特徵通過/通不過檢驗標準。當特徵尺寸較小時,特別是球柵陣列(BGA)和晶片尺寸的封裝(CSP)器件,這變得更加重要。在裝配之前進行焊料掩模對準評估是十分有利的。
換句話說,本發明的實施例使得能夠對於臨界狀態容易地確定外層特徵通過/通不過檢驗,以便作用於外層鑽孔/通孔、焊盤和焊料掩模的參數。可以設計包括標準特徵允差的合格的/不合格的特徵。對準試樣在戰略上可以被置於PCB的前方或後方的任何位置,例如位於高密度元件附近或作為目標基準。每個PCB可以含有一個對準試樣,如上所述,或者包括一個以上的對準試樣。可以在PCB製造設備或裝配線上實時地進行檢查。此外,通過設計在最壞的臨界允差情況下接受/不接受特徵,觀察者通過彼此相對地檢查每個屬性,可以容易地憑視覺判斷外層對準。如上所述,這些實施例可以應用於其它的襯底例如合裝包和外伸叉架。
本說明中引用的「一個實施例」、「實施例」、「示例的實施例」等指的是結合所述實施例說明的特定的特徵、結構或特點都被包括在本發明的至少一個實施例中。這種短語在本說明中的不同位置出現不一定都指同一個實施例。此外,當結合任何實施例說明特定的特徵、結構或或特點時,則認為本領域技術人員結合其它的一些實施例能夠實現這種特徵、結構或特點。此外,為了容易理解,某個方法的步驟作為單獨的步驟進行說明,不過這種被單獨地說明的步驟不應當被解釋為具有一定和其性能相關的順序。即,某些步驟可以按照另外的順序或者同時地等等被執行。
雖然參照若干個說明性的實施例說明了本發明,但是應當理解,本領域技術人員可以作出許多改變和改型,這些都落在本發明的範圍內。更具體地說,不脫離本發明的構思,在上面的說明、附圖以及所附的權利要求的範圍內,對於所述的組合結構的零部件與/或布置都可以作出合理的改變和改型。除去零部件與/或布置的改變和改型之外,對於本領域技術人員,顯然還具有許多其它的用途。
權利要求
1.一種用於襯底的對準試樣,所述對準試樣包括提供在所述襯底上的對準孔;在所述對準孔周圍提供在所述襯底上的金屬焊盤;由所述金屬焊盤形成的反焊盤區域;以及提供在至少一個所述金屬焊盤上的焊料掩模。
2.如權利要求1所述的對準試樣,還包括形成在未被所述焊料掩模覆蓋的所述金屬焊盤的部分上的間隙焊盤。
3.如權利要求2所述的對準試樣,其特徵在於,如果所述間隙焊盤包括在所述反焊盤區域周圍視覺上可觀察到的整個周邊,則所述間隙焊盤表示正確的對準。
4.如權利要求2所述的對準試樣,其特徵在於,如果所述間隙焊盤不能在所述反焊盤區域周圍形成視覺上可觀察到的整個周邊,則所述間隙焊盤表示不正確的對準。
5.如權利要求1所述的對準試樣,其特徵在於,所述對準孔相對於反焊盤區域的金屬邊沿的位置表示所述襯底的正確的對準和所述襯底的未正確的對準中的一種情況。
6.如權利要求1所述的對準試樣,其特徵在於,所述反焊盤區域包括一個圓形區域。
7.如權利要求1所述的對準試樣,其特徵在於,所述反焊盤區域包括一個方形區域。
8.如權利要求1所述的對準試樣,還包括由形成在所述反焊盤區域上的所述焊料掩模在視覺上形成的圓環。
9.如權利要求1所述的對準試樣,其特徵在於,所述襯底包括印刷電路板。
10.一種在一面上提供有對準試樣的襯底,所述對準試樣在視覺上表示所述襯底的正確的對準和所述襯底的未正確的對準中的一種情況。
11.如權利要求10所述的襯底,其特徵在於,所述對準試樣包括提供在所述襯底上的對準孔;在所述對準孔周圍提供在所述襯底上的金屬焊盤;由所述金屬焊盤形成的反焊盤區域;以及提供在至少一個所述金屬焊盤上的焊料掩模。
12.如權利要求11所述的襯底,還包括形成在未被所述焊料掩模覆蓋的所述金屬焊盤的部分上的間隙焊盤。
13.如權利要求12所述的襯底,其特徵在於,如果所述間隙焊盤包括在所述反焊盤區域周圍視覺上可觀察到的整個周邊,則所述間隙焊盤表示正確的對準。
14.如權利要求12所述的襯底,其特徵在於,如果所述間隙焊盤不能在所述反焊盤區域周圍形成視覺上可觀察到的整個周邊,則所述間隙焊盤表示未正確的對準。
15.如權利要求11所述的襯底,其特徵在於,所述對準孔相對於反焊盤區域的金屬邊沿的位置表示所述襯底的正確的對準和所述襯底的未正確的對準中的一種情況。
16.如權利要求10所述的襯底,其特徵在於,所述襯底包括印刷電路板。
17.一種用於在一個襯底上形成對準試樣的方法,所述方法包括在所述襯底上提供對準孔;在所述襯底上形成金屬焊盤和反焊盤;以及在至少一個所述金屬焊盤上施加焊料掩模,使得形成所述對準試樣。
18.如權利要求17所述的方法,其特徵在於,在未被所述焊料掩模覆蓋的所述金屬焊盤的部分上形成間隙焊盤。
19.如權利要求18所述的方法,還包括憑視覺觀察所述間隙焊盤,以便確定所述襯底的正確的對準和未正確的對準中的一種情況。
20.如權利要求19所述的方法,其特徵在於,如果所述間隙焊盤包括在所述反焊盤區域周圍視覺上可觀察到的整個周邊,則確定具有正確的對準。
21.如權利要求19所述的方法,其特徵在於,如果所述間隙焊盤不能在所述反焊盤區域周圍形成視覺上可觀察到的整個周邊,則所述間隙焊盤表示未正確的對準。
22.如權利要求17所述的方法,還包括憑視覺觀察所述對準孔相對於反焊盤區域的金屬邊沿的位置,以便確定所述襯底的正確的對準和所述襯底的未正確的對準中的一種情況。
23.如權利要求17所述的方法,其特徵在於,所述襯底包括印刷電路板。
24.一種用於確定一個襯底的正確的對準的方法,所述方法包括在所述襯底上提供一個對準試樣;以及用視覺觀看所述襯底上的所述對準試樣,從而確定所述襯底的正確的對準和所述襯底的未正確的對準中的一種情況。
25.如權利要求24所述的方法,其特徵在於,所述對準包括所述襯底的孔對外層特徵的對準和所述襯底的襯底和焊料掩模的對準。
26.如權利要求24所述的方法,其特徵在於,提供所述對準試樣包括在所述襯底上提供對準孔;在所述襯底上形成金屬焊盤和反焊盤;以及在至少一個所述金屬焊盤上施加焊料掩模。
27.如權利要求26所述的方法,其特徵在於,在未被所述焊料掩模覆蓋的所述金屬焊盤的部分上形成間隙焊盤。
28.如權利要求27所述的方法,其特徵在於,憑視覺觀看所述對準試樣包括憑視覺觀察所述間隙焊盤,以便確定所述襯底的正確的對準和未正確的對準中的一種情況。
29.如權利要求28所述的方法,其特徵在於,如果所述間隙焊盤包括在所述反焊盤區域周圍視覺上可觀察到的整個周邊,則所述襯底被確定具有正確的對準。
30.如權利要求28所述的方法,其特徵在於,如果所述間隙焊盤不能在所述反焊盤區域周圍形成視覺上可觀察到的整個周邊,則所述襯底被確定具有不正確的對準。
31.如權利要求26所述的方法,其特徵在於,憑視覺觀看所述對準試樣包括憑視覺觀察所述對準孔相對於反焊盤區域的金屬邊沿的位置,以便確定所述襯底的正確的對準和所述襯底的不正確的對準中的一種情況。
32.如權利要求24所述的方法,其特徵在於,所述襯底包括印刷電路板。
全文摘要
本發明提供一種用於印刷電路板或其它襯底的對準試樣(20),所述對準試樣(20)可用於確定孔對外層特徵的對準和焊料掩模的對準。對準試樣(20)可以包括提供在所述電路板上的對準孔(30);在所述對準孔周圍提供在所述襯底上的金屬焊盤(60)和反焊盤(40);以及用於覆蓋所述金屬焊盤(60)的焊料掩模(70)。
文檔編號H05K1/02GK1593074SQ02823417
公開日2005年3月9日 申請日期2002年8月7日 優先權日2001年9月26日
發明者D·博格斯, R·傑斯普, C·麥科爾米克, D·薩託, J·敦甘 申請人:英特爾公司