用于电路板的三维成像的多照相机传感器的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]承载电子集成电路和离散的电子部件的电路板是众所周知的。电路板基板被制备成具有预定的导体路径和用于接收电子部件的引线的垫，所述电子部件例如是集成电路芯片、电阻器或电容器。在电路板组装过程期间，焊料膏沉积物被放置到电路板基板上的适当的位置处。通常通过将模版筛网放置到基板上，将焊料膏施加穿过模版开口以及将模版从基板移除来施加焊料膏沉积物。然后，优选地通过拾放机、通过放置在相应的焊料膏沉积物上的电子部件的引线，电路板电子部件被定位到基板上。在全部部件都定位在基板上之后，使电路板通过烘箱以将焊料膏沉积物熔化，因此在部件和基板之间产生电的以及机械的连接。
[0002]随着越来越强调电子工业的小型化，焊料膏沉积物和电子部件的尺寸以及它们被放置在基板上时必须具有的精度变得越来越小和越来越严格。焊料膏沉积物高度能够小至50微米，并且焊料膏块的高度通常必须被测量至设计高度和尺寸的百分之一的范围内。焊料块的中心至中心的间距有时小至200微米。过少的焊料膏能够导致电子部件的引线与电路板基板的垫之间没有电连接。过多的焊料膏能够导致部件的引线之间的桥接和短路。诸如电阻器和电容器之类的离散的电子部件能够小至200x400微米并且微球栅阵列部件上的引线可以具有小于300微米的中心至中心的间距。
[0003]单个电路板能够花费数千甚至数万美元来制造。制造过程之后的电路板测试能够检测焊料膏放置和部件放置以及引线连接方面的错误，但是通常对于有缺陷的电路板的仅有的补救方法是废弃整个电路板。此外，随着部件的小型化，甚至利用光学放大来进行的电路板的视觉检查也是不可靠的。因此，必要的是:在制造过程期间对电路板进行检查，使得不恰当的焊料膏沉积物能够在将电子部件放置到基板上之前被检测到。这样的过程中的焊料检查降低了失败的成本，这是因为昂贵的部件还没有被放置到电路板上。
[0004]在放置之后，检查部件以便确保部件的正确放置也是重要的。不恰当地放置的部件、缺失的部件或者不良的焊料接头是在放置部件和焊料膏回流期间所引入的典型缺陷。在回流之后，部件的恰当放置和回流的焊料接合部的质量可以使用自动化光学检查系统来检查，以便确保全部部件被正确地焊接并连接至电路板。当前的光学检查系统使用电路板的2D视频图像来检测缺陷。但是，检测电路板的3D高度图像的光学检查系统使得能够进行或否则改进诸如升高的引线、封装共面性和部件直立和侧立放置(component tombstonesand billboards)之类的缺陷的检测。
[0005]使用白光相位轮廓测量术是用于光学地获取电路板的拓扑表面高度图像的公知技术。但是，采用相位轮廓测量术的当前的电路板检查传感器具有一些限制。用于获取电路板的拓扑表面高度图像的典型的相位轮廓测量术通常使用与结构化光组合的三角测量原理以确定在由传感器的照相机限定的每个像素处的表面的高度。使用三角测量感测来形成电路板的高度图像的一个限制是:图案投射光学轴线或图像感测光学轴线的入射角是不同的。如果电路板具有如下高度特征:该高度特征具有足够大的边缘坡度以使得这些高度特征遮挡了与表面上的一些区域有关的图案投射光学轴线或图像感测光学轴线，那么传感器将不能够测量电路板的那些区域。
[0006]参考图1中的高度图像传感器的示意图，减轻三角测量阴影效应的一个方法是使用带有正交入射的照相机的多个图案投射源。每个源以不同的入射角将结构化图案投射到电路板上。如果测试表面的一区域的一个图案投射源被遮挡，或被以其他方式阻挡，则存在其它图案投射源将能够照亮该区域的高的可能性。为了获取不被遮挡的高度图像，照相机连续地从每个图案投射源获取图像，然后将多个高度图像的结果进行组合，以确保图像的全部区域具有合理的高度数据。通常地，高度图像传感器在获取来自每个源的多个图像时保持静止。这种方法的一个缺点是，它需要一个视场(FOV)的多个图像获取循环以生成单个高度图像，这与使用单个源的传感器相比，减慢了整体获取过程。多个源的白光相位三角测量传感器的实施需要分别开启图案投射源，从而使得可由照相机按顺序获取来自一个源的图像，随后获取来自另一个源的图像。这种操作通常需要传感器的两个或更多个图像获取循环，以便获取高度图像数据。
[0007]在图1所示的传感器中，结构化光特有地通过将包括固定的铬在玻璃上的图案的标线片(reticle)成像在电路板上而生成。为了获取高度图像，需要一序列的图案化图像，每个图像是前一图像的一个偏移(shift)版本。典型地，结构化图案是正弦强度图案，并且所述序列的图像是相同的正弦图案；所述序列的每个图像相对于所述序列的其它图像偏移正弦周期的一些已知分数(部分)。通常，所述序列的图像中的相移通过在传感器内物理地移动标线片来形成。利用铬在玻璃上的标线片的一个缺点是改变结构化光的频率或定向需要更换标线片，从而改变图案投射光学器件的放大率或导致该两种后果。另外，在所述传感器内物理地移动玻璃标线片需要昂贵的机械运动部件。
[0008]提供下述用于利用相位化的结构化光生成电路板的高度图像的多视点三角测量传感器将代表对于电路板的高速三维检查有用的优点，所述多视点三角测量传感器不具有多个源的相位高度图像传感器的领域的现有技术中所存在的相关的成本或速度损失。
[0009]另外，与多视点三角测量传感器相关联，提供一种实时改变结构化光图案的频率、定向和类型而不物理地移动所述标线片的方法将允许传感器改变特征而不改变传感器的硬件且将增加传感器的可靠性。
【发明内容】
[0010]提供一种用于感测电路板的三维拓扑结构的系统。照射源以第一入射角投射照射图案。第一照相机以第二入射角获取结构化光图案在电路板上的图像。第二照相机同时以第三入射角获取结构化光图案在电路板上的图像，第三入射角不同于第二入射角。控制器联接到所述照射源及所述至少两个照相机装置。控制器基于从结构化光照射器的至少两个照相机装置获取的图像来生成电路板的高度拓扑结构。
【附图说明】
[0011]图1是根据现有技术的用于检查电路板的高度图像传感器的示意图。
[0012]图2是通常用于照射被测试的电路板的结构化光相位图案投射系统的示意图。
[0013]图3是根据本发明的实施例的使用相位化的结构化光的多照相机高度图像传感器的示意图。
[0014]图4是根据本发明的实施例的用于使用由空间光调制器(SLM)产生的相位结构化光进行三维成像的多照相机高度图像传感器的示意图。
[0015]图5是根据本发明的实施例的用于高度图像传感器的四照相机感测系统的示意图，所述高度图像传感器使用由空间光调制器产生的相位结构化光。
[0016]图6是根据本发明的实施例的获取图像并生成高度图的方法的流程图。
[0017]图7是根据本发明的实施例的用于高度图像传感器的四照相机感测系统的示意图，所述高度图像传感器使用由空间光调制器产生的相位结构化光，其中一对照相机提供黑白图像，而第二对照相机提供彩色图像。
[0018]图8是根据本发明的实施例的用于高度图像传感器的四照相机感测系统的示意图，所述高度图像传感器使用由空间光调制器产生的相位结构化光，其中每一对照相机被配置有不同的光学放大率。
[0019]图9是根据本发明的实施例的用于高度图像传感器的四照相机感测系统的示意图，所述高度图像传感器使用由空间光调制器产生的相位结构化光，其中每对照相机提供单独的三角测量角度。
【具体实施方式】
[0020]图1是根据现有技术的高度图像传感器的示意图。图1表示可以很容易地与根据本发明的实施例的改进之处进行比较的系统。图1示出了多投射源高度图像传感器10，其包括第一图案投射源12a、第二图案投射光源12b和图像感测照相机16。通过使用成像透镜22使铬在玻璃上的标线片20成像，每一个图案投射光源12a、12b将结构化光图案投射到电路板18上。使用诸如白光LED之类的明亮的光源24将标线片从背后照亮。图2示出图案投射光源12的配置，以及所产生的投射的正弦强度图案30。图像感测照相机16可以采用在机器视觉中使用的多种图像感测技术中的任何一种图像感测技术，例如与将电路板18