用于金属模板印刷机的成像系统及方法

专利名称：用于金属模板印刷机的成像系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于分配材料的设备和方法，更具体地，涉及一种用于通 过筛网或金属模板印刷机向电子基板，例如印刷电路板分配焊膏的设备和方 法。
背景技术：
在典型的表面安装(surface - mount)电路板制造操作中，金属模板印刷 机用于将焊膏印刷到电路板上。通常，具有焊盘图形或一些其他导电表面的电 路板自动供入金属才莫板印刷机，焊膏将沉积到所述焊盘图形或一些其他导电表 面上，并且电路板上的称为基准的一个或多个孔或标记用于在将焊膏印刷到电 路板上之前将电路板与印刷机的金属模板或筛网模板适当对准。在电路板对准 后，所述电路板升高到金属模板(或在一些结构中，金属模板下降到电路板)， 焊膏分配到金属模板上，并且刮板(刮墨刀)横贯金属模板来将焊膏从形成在 金属模板中的孔挤出并且挤到电路板上。在一些现有技术的金属模板印刷机中，分配头将在第一和第二刮板之间分 送焊膏，其中，在印刷行程中，刮板中的一个用于将焊膏移动或滚动经过金属 模板。第一和第二刮板用于交替的电路板上，以连续地使焊膏巻从金属模板的 孔上方经过，来印刷每一个连续的电路板。刮板通常与金属模板成预定角度， 以将向下的压力施加到焊膏上，来将焊膏从金属模板的孔挤出。在焊膏沉积在电路板上后，应用成像系统来对电路板和/或金属模板区域 成像，用于在某些情况下检查焊膏沉积在电路板焊盘上的准确性。成像系统的 另 一个应用涉及前面提到的在印刷之前金属模板和电路板的对准，以将金属模 板的孔与电路板的电子元件焊盘对准。这样的成像系统公开在都授予Freeman 的美国专利Nos.RE34,615和5,060,063，其属于本发明的受让人。图1示出现 有技术成像系统，总体在10处标示，其可与印刷定位装置(printnest)(未显 示)相邻设置，或连接到竖架(gantry)(未显示)，以使成像系统能够在印刷定位装置上方、印刷电路板12和金属模板14之间移动。不管其特定结构，成 像系统IO设计用于对电路板12和/或金属模板14的预限定区域成像，以检查 电路板和/或金属模板或将金属模板与电路板对准。如图1中所示，成像系统10包括电子照相机16，所述电子照相机16具 有透镜组件18，两个照明装置20、 22，两个分光器24、 26和另一个分光器 28,所述另一个分光器28包括附加的镜面，以将光朝向照相机16的透镜组件 18改变方向。为了捕捉电路板12预限定区域的图像，操作照明装置20来产 生光束，所述光束从分光器24朝向电路板反射。然后光从电路板12经过分光 器24反射到分光器28,分光器28依次将光朝向透镜组件18反射，并且最终 到达照相机16。电路板12的图像于是由照相机16捕获。同样地，为了对金 属模板14的预限定区域成像，使用照明装置22来产生光束，所述光束从另一 个分光器26朝向金属模板反射。从金属模板14反射的光经过分光器26引导 回到中间分光器28,然后到达透镜组件18,并且到达照相机16来捕获图像。使用典型的成像系统，系统IO必需在区域上方移动，停止来使照相机16 成像而不模糊，并且移到下一个需要成像的区域。图2显示了成像系统10的 运动，其示意性显示了成像系统速度和时间的关系。如图所示，通常成像系统 完全停止(即速度为零)来获取图像。当停止成像系统时，需要更多的时间来 确保由成像系统竖架停止动作造成的任何振动或震动没有不利地影响照相机 16拍照的图像的质量。因而，例如电路板的检查可能相对时间过长，因为电 路板区域的大量区域必需通过成像系统多次停止和移动来成像。接下来将捕获 的图像与金属模板的相应区域或由金属模板印刷机的控制器存储的区域相比 较，以确定印刷的准确性。因此，由于成像系统必需在需要成像的区域上方移 动，停止来对该区域成像，然后移动到下一个需要成像的区域，因此电路板区 域的连续成像可能花费大量时间。例如，如果对一个图像适当曝光所需的时间为约30亳秒，并且将成像系 统IO移动到相邻区域所需的时间约IOO毫秒，则图像采集之间的总时间约130 毫秒。成像系统10的图像采集速率部分受适当曝光照相机16焦平面处光敏电 子元件所需时间限制。曝光时间与由照明装置产生的光量、感兴趣的特征的亮 度和透镜孔径比(lens aperture ratio)或透镜组件18的"光圈(f-stop)"直接相关。由于空间限制，大部分相对小的照明装置只能够产生相对低水平的光, 因而需要更长的累积时间来获得适当的曝光。为了提高成像速度，已知在一些 成像系统中使用两个照相机， 一个照相机对金属模板成像，另一个照相机对电 路板成像，因而减小成像之间的时间来对准或检查金属模板和电路板。但是， 由于一直努力来减小电路板装配的所有步骤的处理时间，因此即使提供两个照 相机对于需要更快产率的流水线来说通常也太慢。目前出于4会查和/或对准目 的，需要进一步缩短对电路板和金属模板成像所花费的时间。 发明内容本发明的一方面涉及一种用于将焊膏沉积在电子基板的多个焊盘上的金 属模板印刷机。所述金属模板印刷机包括机架和结合到所述机架的金属模板。 所述金属模板具有多个形成其中的孔。所述金属模板印刷机还包括结合到所述 机架的支撑组件，所述支撑组件将所述电子基板支撑在印刷位置中。成像系统 构造和布置为用于捕获所述电子基板和所述金属模板之一的多个区域的图像。控制器，结合到所述成像系统，构造和布置为用于控制所述成像系统的运动， 以捕获区域图像，同时，在捕获所述区域图像时保持大于零的最小速度。所述金属模板印刷机的实施例可包括构造所述成像系统来捕获在所述区 域中电子基板焊盘上的焊膏图像。所述成像系统包括至少一个照相机，至少一 个透镜组件，至少一个照明装置和至少一个光学路径，所述光学路径适于在所 述至少一个照明装置、所述金属才莫板和所述电子基板之一、所述至少一个透镜 组件和所述至少一个照相机之间反射光。所述至少一个照明装置包括至少一个 发光二极管。所述光学路径包括反光镜和至少 一个分光器。在另 一个实施例中， 所述成像系统包括第一照相机，第一透镜组件，第一照明装置和第一光学路径， 所述第一光学路径适于在所述第一照明装置、所述电子基板、所述第一透镜组 件和所述第一照相机之间反射光，还包括第二照相机，第二透镜组件，第二照 明装置和第二光学路径，所述第二光学路径适于在所述第二照明装置、所述金 属模板、所述第二透镜组件和所述第二照相机之间反射光。用于捕获图像的所 述时间小于5亳秒。所述控制器包括处理器，编程来进行电子基板紋理识別， 以确定沉积在所述电子基板焊盘上的焊膏的准确性。所述金属模板印刷机还包 括分配器，结合到所述机架，所述分配器构造和布置为用于将焊膏分配到电子基板上。本发明的另一方面涉及一种用于将焊膏分配在电子基板电子元件焊盘上 的方法。所述方法包括将电子基板传送到金属模板印刷机，将所述电子基板定 位在印刷位置中，将金属模板定位在所述电子基板上，进行印刷操作来将焊膏 印刷在所述电子基板的焊盘上，和捕获所述电子基板和所述金属模板之一的至 少一个区域的图像，同时，当捕获所述至少一个图像时，在所述电子基板上部 保持大于零的最小速度。所述方法可包括使用成像系统来捕获所述电子基板和所述金属模板之一 的至少 一个区域的图像。所述方法可还包括将成像系统从捕获第 一 区域图像的 第一位置移动到捕获第二区域图像的第二位置，其中，捕获图像的所述时间小 于5毫秒。所述方法还可包括进行所述至少一个区域的紋理序列识別，以确定 沉积在所述电子基板的焊盘上的所述焊膏的准确性。本发明的又一个方面涉及一种金属模板印刷机，用于将焊膏沉积在电子基 板的多个焊盘上。所述金属模板印刷机包括机架和结合到所述机架的金属模 板。所述金属模板具有多个形成其中的孔。所述金属模板印刷机还包括结合到 所述机架的支撑组件，所述支撑组件将所述电子基板支撑在打印位置中。成像 系统构造并且布置用于捕获所述电子基板和所述金属模板之一的多个区域的 图像。所述金属模板印刷机还包括一种装置，用于控制所述成像系统运动，以 捕获区域图像，同时，在捕获所述图像时，在所述电子基板上方保持大于零的 最小速度。在一个实施例中，用于控制所述成像系统运动的所述装置包括控制器。所 述控制器包括编程来进行所述电子基板紋理识别的处理器，以确定沉积在所述 电子基板的所述焊盘上所述焊膏的准确性。所述成像系统可构造用于捕获在所 述区域中所述电子基板的焊盘上的焊膏的图像。所述图像系统包括至少 一个照 相机，至少一个透镜组件，至少一个照明装置和至少一个光学路径，所述光学 路径适于在所述至少一个照明装置、所述金属才莫纟反和所述电子基板之一、所述 至少一个透镜组件和所述至少一个照相机之间反射光。所述至少一个照明装置 包括至少一个发光二极管。所述光学路径包括反光镜和至少一个分光器。在另 一个实施例中，所述成像系统包括第一照相机，第一透镜组件，第一照明装置和第一光学路径，所述第一光学路径适于在所述第一照明装置、所述电子基板、 所述透镜组件和所述第一照相机之间反射光，还包括第二照相机，第二透镜组 件，第二照明装置和第二光学路径，所述第二光学路径适于在所述第二照明装 置、所述金属模板、所述透镜组件和所述第二照相机之间反射光。用于捕获图 像的所述时间小于5毫秒。所述金属模板印刷机还包括分配器，结合到所述机 架，所述分配器构造且布置用于将焊膏分配在所述电子基板上。


在附图中，贯穿所有不同的视图，相同的参考标记指代相同或相似的部件。附图无需按比例绘制，相反侧重于示出下面讨论的特定原理。附图中 图l是现有技术成像系统的示意视图； 图2是说明现有技术成像系统的速度对时间关系的曲线； 图3是本发明实施例的金属模板印刷机的前视立体视图； 图4是本发明实施例的成像系统的示意视图； 图5是图4中示出的成像系统的照相机和透镜组件的放大示意视图； 图6是显示图4中示出的成像系统的速度对时间关系的曲线； 图7是本发明实施例将焊膏分配到电子基板的电子元件焊盘上的方法的流程图；图8是本发明实施例的用于进行紋理识别的成像系统的示意图； 图9是基板的示意图；和 图IO是具有沉积在基板上的焊膏的基板示意图。
具体实施方式
为了说明，现在将参照用于将焊膏印刷到电路板上的金属模板印刷机描述 本发明的实施例。本领域技术人员应意识到，本发明的实施例不限于将焊膏印 刷到电路板上的金属模板印刷机，而是可以用于需要分配其他例如胶、密封剂 (encapsulents )、底部填充胶(underfills)和其他适于将电子组件连接到电路 板上的装配材料等粘性材料的其他应用中。因而，本文对焊膏的任何引用都可 能使用这样的其他材料。而且，术语"筛网模板，，和"金属模板"在本文可相 互替换来描述将待印刷图案形成在基板上的印刷机中的装置。图3显示了根据本发明一个实施例的金属模板印刷机的前视立体视图，总体由30标示。金属模板印刷机30包括支撑金属模板印刷机部件的机架32, 所述金属模板印刷机的部件包括设置在金属模板印刷机拒架中的控制器34， 金属模板36和总体由38标示的用于分配焊膏的分配头。分配头38在控制器 34的控制下，通过竖架系统(未标示)沿正交轴可移动，以允许在电路板40 上印刷焊膏。金属模板印刷机30还包括运送系统，具有用于将电鴻4反40输送到金属模 板印刷机30中的印刷位置的导轨42、 44。金属模板印刷机30具有当电路板 在其分配位置时设置在电路板40下面的支撑组件46(例如，销、凝胶薄膜等)。 支撑组件46用于将电路板40升离导轨42、 44,以当将要进行印刷时，使电 路板接触金属模板36放置或紧密接近其放置。在一个实施例中，分配头38构造用于容纳至少一个焊膏盒48，所述焊膏 盒48在印刷操作过程中向分配头提供焊膏。在一个实施例中，焊膏盒48以公 知方式结合到气动空气软管的 一端。气动空气软管的另 一端连接到容纳在金属 模板印刷机30的机架32中的压缩机，所述压缩机在控制器34的控制下将加 压空气提供到盒48，以将焊膏挤到分配头38中，并且挤到金属模板36上。 也可使用用于将焊膏分配到金属模板上的其他结构。例如，在另 一个实施例中， 机械装置，例如活塞可另外使用或代替空气压力来将焊膏乂人盒48挤到分配头 38中。在又一个实施例中，使用具有适当操作系统(例如微软⑧DOS或 Windows NT系统)的个人计算机，通过使用特定软件来控制本文描述的金 属模板印刷机操作来实现控制器34。金属模板印刷机30按照下述步骤操作。使用运送导轨42、 44将电路板 40装入金属模板印刷机30的印刷位置中。然后将分配头38沿Z轴方向降低， 直到其与金属模板36接触。分配头38在第一印刷行程中完全横贯金属模板 36，以使焊膏穿过金属模板36的孔，并且挤到电路板40上。 一旦分配头38 已经完全穿过金属模板36，则电路板40由运送导轨42、 44从印刷机30输送， 从而第二后序电路板可装入印刷机。为了在第二电路板上印刷，分配头38可 在第二印刷行程中以用于第一电路板中的方向相反的方向移动经过金属模板36。参照图3和4，本发明实施例的成像系统总体由50标示。如图3中所示，成像系统50布置在金属模板36和电路板40之间。成像系统50结合到竖架系 统52，竖架系统52可以是用于移动分配头28的竖架的一部分，或单独设置 在金属模板印刷机30中。用于移动成像系统50的竖架系统52的结构在焊膏 印刷技术领域中公知。该布置是这样的成像系统可设置在金属模板36下面 并且在电路板40上方的任何位置，以分别捕获电路板或金属模板的预限定区 域的图像。在其他实施例中，当将成像系统定位在印刷定位装置外部时，成像 系统可设置在金属^^莫板或电路板上方或下面。如图4所示，成像系统50包括光学组件，所述光学组件具有两个照相机 54、 56,总体由58、 60标示的两个透镜组件，两个照明装置62、 64，两个分 光器66、 68，和反光4竟70。照相一几54、 56可关于纟皮此结构相似，并且在一个 实施例中，每一个照相机可以是可从Opteon Corporation of Cambridge, Massachusetts购买的型号为No. CHEAMDPCACELA010100类型的数字CCD 照相机。而且将在下面参照图5描述照相机54、 56。在一个实施例中，照明装置62、 64可以是一个或多个能够在其各自分光 器66、 68处产生大量光的发光二极管(白光二极管)。照明装置62、 64可以 是由 Nichia Corporation of Detroit , Michigan 出售的型号为 No. NSPW310BSB1B2/ST的类型。分光器66、 68和反光镜70是本领域公知的， 所述反光镜为具有零分光的双面反光镜。在其他实施例中，氙(xenon)和闺 素灯可用于产生所需光。光纤也可用于将光从远光源传送到4吏用位置。分光器66、 68设计用于朝向电路板40和金属模板36反射一部分由其各 自照明装置62、 64产生的光，同时还允许由电路板和金属模板反射的一部分 光通过反光镜70。在照明装置62、 64和其各自照相机54、 56之间通过分光 器66、 68和反光镜70限定的光路对本领域技术人员是公知的。在一个实施例 中，由分光器66、 68和反光镜70形成的光路结构基本上与美国专利No. 5,060,063中公开的路径相似，除了反光镜70为全反射镜(由于设置了两个照 相机54、 56),并且不允许部分光通过之外。参照图5,图中示出照相机54和透镜组件58。如上面所讨论的，照相机 56可以与照相机54结构相似。另外，透镜组件60的结构可以与透镜组件58 的相似。因此，照相机54和透镜组件58的下面的讨论通常分别适用于照相机56和透镜组件60。如示意性示出的，透镜组件58包括外罩72，布置在外罩 内的一对透镜74、 76,和布置在透镜74、 76之间的孔(未显示)。透镜74、 76—起提供透镜组件58的远心能力。聚光透镜组件也可称为"透镜"，其在 本文中特别指代远心透镜组件58或60。该布置是这样的从反光镜70反射 的光引导到透镜组件58。 一旦引导在透镜组件58中，则所述光经过透镜74， 经过孔(未显示)，经过第二透镜76，并且引导到照相机54的图像敏感区域 上。在一个实施例中，照相机54的CCD读出器可包括电子快门。部分由于 远心透镜组件58，照相机54设计用于观察整个预定区域而不会在图像外周或 其附近出现变形。
如图5中所示，照相机54由外罩78支撑，所述外罩78可以螺紋连接到 透镜组件58的外罩72。透镜组件58的外罩72和照相机54的外罩78彼此沿 轴向对准，从而由直线80以射线形式显示的图像准确地朝向照相机引导。
该布置是这样的当对电路板40照相时，照明装置62朝向其各自的分光 器66产生大量的光。该光由分光器66朝向电路板40反射，并且然后朝向反 光镜70反射回。反光镜70将光引导到照相机54,照相机54捕获电路板40 的预限定区域的图像。所述图像可电子存储或者实时使用，从而图像可由控制 器34操纵并且分析，以检查例如有缺陷的焊锡沉积或电路板40与金属模板 36的对准。
类似地，当对金属才莫板36照相时，照明装置64产生朝向其各自分光器 68引导的光束。所述光然后朝向金属模板36引导，并且通过分光器68反射 回到反光镜70。然后所述光朝向远心透镜组件60引导，并且引导在照相机56 上来捕获金属模板36预限定区域的图像。 一旦捕获到，金属模板36的区域可 出于检查目的(例如，检测如在金属模板中的堵塞孔)由控制器34进行分析， 或出于对准目的与电路板40的区域相比较。该成像系统50的检查能力将在下 面参照紋理识别程序更详细地描述。
通过图4中示出的结构，成像系统50能够从一个预限定区域移动到另一 个预限定区域，同时在约105毫秒中进行照相，约IOO毫秒用于将成像系统从 一个预限定区域移动到另一个预限定区域，并且约5毫秒用于照相，同时保持 最小速度。已经发现，本发明的成像系统能够在保持至少1毫米每秒的最小速度时进行照相而没有明显的变形或模糊。在一个实施例中，成像系统能够保持
至少3毫米每秒的最小速度。虽然保持最小速度，但是成^f象系统50不能移动 经过金属才莫板36和/或电路板40超过等于照相机54和/或56成像平面处1/4 的像素移动的距离。已经发现，在曝光间隔过程中，成像系统50可移动与在 成像平面达1/4像素等同的距离，并且仍可提供可接受的图像。
参照图6，在一个实施例中，当对金属模板36或电路板40进行照相时， 成像系统50减速来捕获图像，但是始终保持最小的正速度。如图所示，当靠 近进行成像的预定区域时，成像系统50减速，通过打开和闭合电子快门等同 物进行成像，并且加速到下一个预限定区域。强光和缩短曝光时间的结合使得 成像系统能够在图像捕获过程中保持最小的正速度。而且，由于成像系统50 保持最小速度，并且没有停止，因此引入较小的振动或震动，并且不需要增加 时间来确保图像系统的振动程度低于一定阈值。在一个实施例中，在成像系统 移动等同于小于成像平面1/4像素的距离时的时间过程中捕荻图像。因此，本 发明的成像系统使金属模板印刷机30能够以比现有技术成像系统明显少的时 间快速对金属模板和/或电路板的预限定区域成像。
现在翻到图7,用于将焊膏分配到电路板的电子元件焊盘上的方法总体由 100标示。如图所示，在102处，印刷电路板例如通过运送系统传送到金属模 板印刷机30。参照图3，电路板40通过运送轨道42、 44传送到印刷定位装置。 一旦传送到印刷定位装置，电路板定位在支架46顶部上的印刷定位装置中， 并且通过所述支架升高，从而将其保持在印刷位置中。这在图7中由104示出。 接下来，在106处，分配头38降低来接合金属模板36,以将焊膏沉积在电路 板40上。 一旦印刷完成，可进行电路板和/或金属模板检查。
具体地，在108处，对电路板或金属模板的预限定区域成像。接着，在 110处，对电路板或者金属模板的连续预限定区域成像。进行电路板的多个预 限定区域的成像，同时，如图6中所示，在从第一预定区域移动到第二预定区 域时，在电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 统50继续移动到另一个预定区域来出于检查或对准目的捕获图像。
在一个实施例中，成像系统50可用于进行紋理识别方法，例如授予Prince 的名称为"用于检测沉积在基板上的焊膏的方法和设备(METHOD ANDAPPARATUS FOR DETECTING SOLDER PASTE DEPOSITE ON SUBSTRATES)"的美国专利No. 6,738,505中描述的方法，所述专利属于本发 明受让人，其通过引用并入本文。授予Prince的名称为"SYSTEMS AND METHODS FOR DETECTING DEFECTS IN PRINTED SOLDER PASTE"的美 国专利No. 6,891,967进一步改进了美国专利No. 6,738,505的教导，所述专利 No. 6,891,967也属于本发明受让人，其通过引入并入本文。具体地，这些专利 教导了用于确定是否焊膏适当沉积在设置在印刷电路板上的例如铜接触焊盘 的预定区域上的紋理识别方法。
参照图8，在一个实施例中，丝网印刷机30显示为正在检查将物质202 沉积在其上的基板200。基板200可具体化为印刷电路板、晶片(wafer)或类 似的平直表面，并且物质202可具体化为坪膏或其他粘性材料，例如胶、密封 剂、底部填充胶和其他适于将电子部件连接到印刷电路板或晶片上的装配材 料。如图9和10中所示，基板200具有感兴趣的区域204和接触区域206。 基板200还包括走线208和通孔210，其用于例如将安装在基板上的部件相互 连接。图9示出没有物质沉积在任何接触区域206上的基板200。图10示出 具有分布在接触区域206上的例如焊膏沉积等物质202的基板200。在基板200 中，接触区域206賴-跨整个标示的感兴趣区域204分布。
图10显示出焊膏沉积物202与接触区域206不重合。如图所示，每一个 焊膏沉积物202部分接触每一个接触区域206。为了确保良好的电接触，并且 防止在相邻的接触区域，例如铜接触焊盘之间形成桥接，所述焊膏沉积物应与 各自的接触区域在特定的公差内对准。美国专利Nos. 6,738,505和6,891,967 中公开类型的紋理识别方法检测接触区域上焊膏沉积物的不重合，并且由此，
通常提高基板的产量。
返回参照图8，在一个实施例中，用于焊膏紋理识别的方法包括使用成像 系统50来捕获具有沉积在基板上的物质202的基板200的图像。成像系统50 可构造用于将实时信号212传送到适当的数字通讯端口或专用帧捕获器(frame grabber) 214。 ^t字端口可以包括通常已知为USB,以太网或火线(firewire ) (IEEE 1394)的类型。实时信号212对应于其上具有沉积物的基板200的图 像。 一旦信号被接收，所述端口或帧捕获器214形成图像数据216,其可显示在监视器218上。在一个实施例中，图像数据216分为预定^:量的像素，每一 个具有从0到255灰度的亮度值。在一个实施例中，信号212代表基板200 和沉积其上的物质202的实时图像信号。但是，在其他实施例中，图像存储在 本地存储器中，并且根据需要经请求传送到控制器34。
端口或帧捕获器214电连接到控制器34，所述控制器34包括处理器220。 处理器220计算物质202的图像216中的紋理中的统计振动。物质202的图像 216中的紋理振动与基板200上非物质背景结构的相对亮度无关，由此使处理 器220能够确定基板上物质的位置，并且比较物质位置与期望位置。在一个实 施例中，如果物质202的期望位置和实际位置之间的比较显示出超过预限定阈 值的不重合，则处理器220响应适当的测量来减小或消除误差，并且可通过控 制器34拒绝所述基板或触发警报。控制器34电连接到金属模板印刷机30的 驱动电机222，以利于金属才莫板36和基板40对准和与印刷过程相关的其他运 动。
控制器34为包括金属模板印刷机30的驱动电机222、成像系统50、帧捕 获器214和处理器220的控制环224的一部分。如果物质202与接触区域26 不重合，则控制器34发送信号来调节金属模板36对准。
因而，应观察到，由于成像系统能够快速对感兴趣区域(预限定区域)进 行成像，从而数据能够被快速分析，因此本发明的成像系统50特别适于根据 需要进行紋理识别方法来捕获锐聚焦并且不模糊的图像，同时提供有效的实时 闭环控制。
在操作过程中，当将物质沉积在基板上时，捕获物质沉积的图像。在一个 实施例中，所述物质为焊膏，并且所述基板为印刷电路板。具有所述物质的基 板的图像可实时捕获或从控制器的存储器获取。图像发送到控制器的处理器， 在其中检测图像中的紋理振动。这些紋理振动用于确定物质在基板上的位置。 编程处理器来将物质的特定位置和基板的预定位置相比较。如果变化在预定限 定值范围内，那么处理器可响应适当的措施来改善所述处理。如果变化在预定 限定值范围外，那么可采用适当的恢复措施，其中基板被拒绝，所述过程终止， 或警报被触发。如果冲企测到缺陷，则编程控制器来执行这些功能中的一个或多 厶在一个实施例中，金属模板和/或电路板可相对于照相才几移动来分别对金 属模板和电路板照相。例如，金属模板可从印刷定位装置平移离开，并且在照 相机上方或下面移动，所述照相机可以是静止的。同样地，电路板可从印刷定 位装置往复移动，并且在照相机上方或下面移动。于是照相机可对金属才莫板和 /或电路板以上述方式照相，电路板和/或金属模板保持最小速度。
在另一个实施例中，成像系统可用在设计用于将例如焊膏、胶、密封剂、 底部填充胶及其他装配材料的粘性或半粘性材料分配到例如印刷电路板等基
板上。这样的分配器为Speedline Technologies , Inc.出售的商标名称为 CAMALCT^的类型。
本发明提供的改善的光学效率、机械稳定性和并行操作将获得电子基板和 金属模板上成像所需的时间减小到小于使用现有成像系统时所需时间的四分 之一。
虽然本发明已经参照其具体实施例进行了显示和描述，^f旦是本领域技术人 员应理解，可在其中进行各种形式上的变化和细节的改变而不偏离本发明仅由 下面权利要求限定的范围。
权利要求
1.一种用于将焊膏沉积在电子基板的多个焊盘上的金属模板印刷机，所述金属模板印刷机包括机架；金属模板，结合到所述机架，所述金属模板具有多个形成于其中的孔；支撑组件，结合到所述机架，所述支撑组件将所述电子基板支撑在印刷位置；成像系统，构造和布置为用于捕获所述电子基板和所述金属模板之一的多个区域的图像；和控制器，结合到所述成像系统，所述控制器构造且布置为用于控制所述成像系统的移动，以捕获区域图像，同时，在捕获所述区域的图像时，保持大于零的最小速度。
2. 根据权利要求1所述的金属模板印刷机，其中，所述成像系统构造并 且布置为用于捕获在所述区域中电子基板的焊盘上的焊膏图像。
3. 根据权利要求1所述的金属模板印刷机，其中，所述成像系统包括至 少一个照相机，至少一个透镜组件，至少一个照明装置和至少一个光学路径， 所述光学路径适于在所述至少一个照明装置、所述金属模板和所述电子基板之 一、所述至少一个透镜组件和所述至少一个照相机之间反射光。
4. 根据权利要求3所述的金属模板印刷机，其中，所述至少一个照明装 置包括至少 一个发光二极管。
5. 根据权利要求3所述的金属模板印刷机，其中，所述光学路径包括反 光镜和至少一个分光器。
6. 根据权利要求1所述的金属模板印刷机，其中，所述成像系统包括 第一照相机，第一透镜组件，第一照明装置和第一光学路径，所述第一光学路径适于在所述第一照明装置、所述电子基板、所述第一透镜组件和所述第 一照相机之间反射光，和第二照相机，第二透镜组件，第二照明装置和第二光学路径，所述第二光 学路径适于在所述第二照明装置、所述金属模板、所述第二透镜组件和所述第二照相机之间反射光。
7. 根据权利要求1所述的金属模板印刷机，其中，用于捕获图像的所述时间小于5毫秒。
8. 根据权利要求1所述的金属模板印刷机，其中，所述控制器包括处理 器，编程所述处理器来进行电子基板的紋理识别，以确定沉积在所述电子基板 焊盘上的焊膏的准确性。
9. 根据权利要求1所述的金属模板印刷机，还包括分配器，结合到所述 机架，所述分配器构造和布置为用于将焊膏分配到所述电子基板上。
10. —种用于将焊膏分配在电子基板的电子元件焊盘上的方法，所述方法 包括将电子基板传送到金属模板印刷机；将所述电子基板定位在印刷位置中；将金属模板定位在所述电子基板上；进行印刷操作来将焊膏印刷在所述电子基板的焊盘上；和捕获所述电子基板和所述金属模板之一的至少一个区域的图像，同时，当 捕获所述至少一个区域的图像时，在所述电子基板上部保持大于零的最小速 度。
11. 根据权利要求IO所述的方法，其中，使用成像系统来捕获所述电子 基板和所述金属模板之一 的至少 一个区域的图像。
12. 根据权利要求11所述的方法，还包括将所述成像系统从捕获第一区 域图像的第一位置移动到捕获第二区域图像的第二位置。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，捕获图像的所述时间小于5毫秒。
14. 根据权利要求10所述的方法，还包括进行所述至少一个区域的紋理 序列的识别，以确定沉积在所述电子基板焊盘上的所述焊膏的准确性。
15. —种金属模板印刷机，用于将焊膏沉积在电子基板的多个焊盘上，所 述金属模板印刷机包括机架；金属模板，结合到所述机架，所述金属模板具有多个形成于其中的孔；支撑组件，结合到所述机架，所述支撑组件将所述电子基板支撑在打印位置；成像系统，构造并且布置为用于捕获所述电子基板和所述金属模板之一的多个区域的图像；和装置，用于控制所述成像系统运动，以捕获区域图像，同时，在捕获所述 图像时，在所述电子基板上方保持大于零的最小速度。
16. 根据权利要求15所述的金属模板印刷机，其中，用于控制所述成像 系统运动的所述装置包括控制器。
17. 根据权利要求16所述的金属模板印刷机，其中，所述控制器包括编 程来进行所述电子基板紋理识别的处理器，以确定沉积在所述电子基板的所述 焊盘上的所述焊膏的准确性。
18. 根据权利要求15所述的金属模板印刷机，其中，所述成像系统构造 并且布置为用于捕荻在所述区域中在所述电子基板焊盘上的焊膏的图像。
19. 根据权利要求15所述的金属模板印刷机，其中，所述成像系统包括 至少一个照相机，至少一个透镜组件，至少一个照明装置和至少一个光学路径， 所述光学路径适于在所述至少一个照明装置、所述金属模板和所述电子基板之 一、所述至少一个透镜组件和所述至少一个照相机之间反射光。
20. 才艮据权利要求19所述的金属模板印刷机，其中，所述至少一个照明 装置包括至少 一个发光二极管。
21. 根据权利要求19所述的金属模板印刷机，其中，所述光学路径包括 反光镜和至少一个分光器。
22. 根据权利要求15所述的金属模板印刷机，其中，所述成像系统包括 第一照相机，第一透镜組件，第一照明装置和第一光学路径，所述第一光学路径适于在所述第一照明装置、所述电子基板、所述第一透镜组件和所述第 一照相机之间反射光，和第二照相机，第二透镜组件，第二照明装置和第二光学路径，所述第二 光学路径适于在所述第二照明装置、所述金属模板、所述第二透镜组件和所述 第二照相机之间反射光。
23. 根据权利要求15所述的金属模板印刷机，其中，用于捕获图像的所述时间小于5毫秒。
24.根据权利要求15所述的金属模板印刷机，还包括分配器，结合到所 述机架，所述分配器构造且布置为用于将焊膏分配在所述电子基板上。
全文摘要
一种金属模板印刷机，用于将焊膏沉积在电子基板的多个焊盘上，所述金属模板印刷机包括机架和结合到所述机架的金属模板。所述金属模板具有多个形成于其中的孔。所述金属模板印刷机还包括结合到所述机架的支撑组件，所述支撑组件将所述电子基板支撑在印刷位置中。一种成像系统，适于捕获所述电子基板和所述金属模板之一的多个区域的图像。控制器，结合到所述成像系统，适于控制所述成像系统的运动，以捕获区域图像，同时，在捕获所述区域图像时，保持大于零的最小速度。还公开了一种用于将焊膏分配在基板上并且用于检查所述基板的方法。
文档编号H05K3/12GK101322446SQ200680045310
公开日2008年12月10日 申请日期2006年11月6日 优先权日2005年11月10日
发明者大卫·P.·普林斯 申请人:斯皮德莱恩技术公司