专利名称：用于对准器件的多个层的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于对准器件的多个层的系统和方法。
背景技术：
印刷电路板(PCB)包括若干层，它们被彼此独立地制造然后被层压在一起。层压过程包括通过将元件插入在每一层中钻出的孔来对准不同的层。为了得到所有层之间的良好连接，这些层和所有关键区(例如焊盘、密集的线路和迹线(trace))应该精确地位于彼此上方。如今，最通用的解决方案是在平板(panel)的边缘上定义少量的目标孔，并将每层固定在定位销上。孔由冲孔机产生。每一层被提供至冲孔机，相机识别目标中心并调节冲孔机的冲头的位置，从而穿过目标而钻孔。在理想情况下，目标是彼此对准的，但是实际的平板在制造过程中变形。不同平板的变形可能不同，因此基于理想的非变形制造过程计算出的目标可能导致不对准。变形可以由所谓的拉伸因子来反映。从而，不同的层具有不同的拉伸因子，并且从平板的一个区域到同一平板的另一区域，拉伸因子可能改变。
发明内容
一种用于对准印刷电路板(PCB)的多个层的方法，根据本发明的一个实施例，该方法可以包括为PCB的层集合中的每个层计算该层的关键区域组中的每个关键区域的变形因子，该计算基于该关键区域的感兴趣点与该感兴趣点的期望位置的偏差；为PCB的层集合中的每个层计算关键区域组中的每个关键区域的旋转角；基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，为每个层计算该层的多个孔的期望位置；在所述期望位置冲孔以提供冲出的孔；使用所述冲出的孔来对准PCB的多个层；以及将PCB的多个层彼此连接以提供PCB。该方法可以包括对关键区域的感兴趣点的偏差应用非线性权函数，以提供变形因子。该方法可以包括忽略低于容许偏差的偏差。该方法可以包括计算孔的期望位置以防止PCB发生故障。该方法可以包括计算孔的期望位置以防止期望对准的相邻层的关键区域对的未对准超过容许的关键区容许阈值。该方法可以包括将一个区域定义为关键区域，该定义基于可预期的由于在期望对准的该关键区域与相邻层的另一关键区域之间的未对准而导致的PCB性能降低。该方法可以包括计算孔的期望位置以最小化可预期的由于PCB各层的未对准而导致的性能降低。该方法可以包括基于PCB的每个层的图像来计算变形因子和旋转角。该方法可以包括接收平板的各层的图像，平板的每个层包括多个印刷电路板的在理想情况下完全相同的层的阵列；以及基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，选择将被结合以形成不同印刷电路板的、属于所述平板的不同层的印刷电路板层的多个集合。该方法可以包括基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，为将被结合以形成PCB的每个印刷电路板层集合中的每一层计算该层的多个孔的期望位置。该方法可以包括获取平板的各层的图像，平板的每个层包括多个印刷电路板的在理想情况下完全相同的层的阵列；以及基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，选择将被结合以形成不同印刷电路板的、属于所述平板的不同层的印刷电路板层的多个集合。一种用于对准印刷电路板(PCB)的系统，根据本发明的一个实施例，该系统可以包括处理器，用于为PCB的层集合中的每个层计算该层的关键区域组中的每个关键区域的变形因子，该计算基于该关键区域的感兴趣点与该感兴趣点的期望位置的偏差；其中，所述处理器用于为PCB的层集合中的每个层计算关键区域组中的每个关键区域的旋转角；其中，所述处理器用于基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，为每个层计算该层的多个孔的期望位置；以及冲孔机，用于在所述期望位置冲孔以提供冲出的孔； 其中所述冲出的孔被用于对准PCB的多个层。该系统可以包括连接单元，用于利用所述冲出的孔对准PCB的所述多个层，以及将PCB的所述多个层彼此连接以提供PCB。所述处理器可以用于对所述关键区域的感兴趣点的偏差应用非线性权函数，以提供变形因子。所述处理器可以用于忽略低于容许偏差的偏差。所述处理器可以用于计算孔的期望位置以防止PCB发生故障。所述处理器可以用于计算孔的期望位置以防止期望对准的相邻层的关键区域对的未对准超过容许的关键区容许阈值。所述处理器可以用于将一个区域定义为关键区域，该定义基于可预期的由于在期望对准的该关键区域与相邻层的另一关键区域之间的未对准而导致的PCB性能降低。所述处理器可以用于计算孔的期望位置以最小化可预期的由于PCB各层的未对准导致的性能降低。所述处理器可以用于基于PCB的每个层的图像来计算变形因子和旋转角。所述处理器可以用于接收平板的各层的图像，平板的每个层包括多个印刷电路板的在理想情况下完全相同的层的阵列；以及基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，选择将被结合以形成不同印刷电路板的、属于所述平板的不同层的印刷电路板层的多个集合。所述处理器可以用于基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，为将被结合以形成PCB的每个印刷电路板层集合中的每一层计算该层的多个孔的期望位置。该系统可以包括自动光学检查(AOI)系统，用于获取平板的各层的图像，平板的每个层包括多个印刷电路板的在理想情况下完全相同的层的阵列。所述处理器(其可以包括在AOI中或者不包括在AOI中)可以用于基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，选择将被结合以形成不同印刷电路板的、属于所述平板的不同层的印刷电路板层的多个集合。
在此，仅通过示例的方式，参考附图描述本发明。具体参考附图时，应该强调的是所示的细节是示例性的，用于示出对本发明的各种实施例的讨论。在附图中图1示出了根据本发明的一个实施例的方法；图2示出了根据本发明的一个实施例的系统；图3示出了根据本发明的一个实施例，PCB的多个层的物理对准；以及图4和图5示出了根据本发明的实施例的方法。
具体实施例方式因为实施本发明的设备大部分由本领域技术人员已知的电子器件和电路形成，所以为了理解本发明的基本原理并且不使本发明的教导模糊或转移，将不对电路的细节进行不必要的过多解释。在下面的具体描述中，大量具体细节被描述以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域的技术人员应该理解，没有这些具体细节，也可以实现本发明。在其他情况下，已知的方法、过程和部件没有具体描述，从而不使本发明模糊。所建议的方法和系统可以在层压过程中在层之间提供更好的对准，能够提高层压过程和PCB制造过程的产出，并且能够有助于在平板上制造更密集的导体，这是因为层之间的对准更加准确。导体可以是任意导电元件。图1示出了根据本发明的一个实施例的方法100。方法100从阶段110开始，扫描印刷电路板(PCB)的每一层。阶段110之后是阶段120，为每层或者为该层的至少每个关键区计算变形因子(拉伸因子)，以及另外或作为替换地计算区域(或关键区)相对于平板边缘的旋转角。旋转角可以反映该区域的纵轴与平行于PCB的边缘的坐标系之间的角度。阶段120之后是阶段130，基于拉伸因子和旋转角为每层计算冲孔机的最优冲孔坐标。根据本发明的一个实施例，最优冲孔被定义为使得最大化PCB的产量。尤其是，找到相邻层的关键区的偏差之间的折中以防止偏差超过允许阈值。允许阈值可以被定义为一旦被超过，就发生故障。可替换地，即使允许阈值被稍微超过，也不发生故障。变形因子可以是赋给关键区的感兴趣点与期望位置的偏差的线性权重。该偏差可以代表沿X轴的偏差、沿Y轴的偏差、或其组合。可替换地，变形因子可以对偏差赋予非线性权重。
根据本发明的一个实施例，该方法包括获取或接收平板的各层的图像。平板的每一层包括PCB的多个层。因此，平板的某一层可以包括多个PCB的某一层。在该实施例中， 阶段120之后可以是阶段125，选择哪些PCB层将形成PCB。因此，阶段125可以包括选择可以被成组(group)以形成PCB的PCB层集合。该选择响应于关键区的拉伸因子和旋转角。 阶段125被示出为虚线框，其通过虚线箭头连接到阶段120和130。一旦这些PCB层集合被选择，就针对应当形成一个PCB的每个PCB层集合重复阶段130、150和160。应该注意，如果一些偏差处于基本上不影响PCB功能的范围内，则这些偏差可以被允许。如果例如导体的宽度是2微米，则小于1微米的偏差可以被允许，并且提供给这样的偏差的权重可以相对较小。例如，焊盘直径是20毫米，并且期望10毫米直径的钻头穿过该焊盘。在这种情况下，一定的偏差(例如大约3毫米)可以被容忍。阶段130之后是阶段150，在每层中冲孔。阶段150之后是阶段160，利用冲出的孔对准各个层，并将不同层彼此连接。该对准可以自动完成或由冲孔机的操作者完成。图2示出了根据本发明的实施例的系统200。系统200包括AOI系统210和冲孔机220。系统200还可以包括处理器230，用于计算孔的期望位置并将冲孔指令发送至冲孔机220。处理器230可以被包括在AOI系统210和冲孔机220中的任意一个中。AOI系统210获取PCB的每层的图像。AOI系统210可以定义关键区或从其他人或机器接收关键区的定义。PCB层的关键区可以包括需要与相邻PCB层的导体或其他结构元件对准的导体或其他结构元件。关键程度可以是由于层之间的未对准导致的性能降低的损害的函数。处理器230可以计算在每个关键区和层旋转中的拉伸因子和/或旋转角，并且基于拉伸因子和/或旋转角确定冲孔位置。冲孔机220接收来自处理器230的冲孔指令(其指出最优冲孔位置)，相应地调整冲头。它基于冲孔指令在每层中冲孔。图3示出了根据本发明的一个实施例，使用定位销进行对准的PCB的四个层11-14 的分解图。图3示出了通过孔被插入的定位销31，这些孔被钻成穿过诸如目标22的目标。在通过图2的方法选择孔之后，进行钻孔。不同的平板可以相对于彼此稍微旋转或移动，以提供最大数量的关键区域容许对准。例如，冲孔机操作者可以将平板放在冲孔机台上，并基于冲孔目标位置将平板固定。在下一阶段，冲孔机从处理器接收附加信息——距冲孔的偏移量。基于该附加信息，冲孔机对平板位置进行微调(移位和旋转)，并移动平板以获得最优冲孔位置。移位和旋转将根据导体和焊盘尺寸而被限制，以使得任何的未对准都将在容许范围内。对于4毫米导体和20毫米焊盘直径技术，该移位可能在X方向和Y方向上都被限制到2毫米，而旋转被限制到大约1度。注意，也可以应用其它数值。图4示出了根据本发明的一个实施例，用于对准印刷电路板(PCB)的多个层的方法 400。
方法400可以由初始化阶段410开始。阶段410可以包括以下操作中的至少一个或其组合(i)将一个区域定义为关键区，该定义基于可预期的由于期望对准的关键区与相邻层的另一关键区之间的未对准而导致的PCB性能降低；(ii)接收关于关键区域的位置的关键区域信息；(iii)获取要对准的各层的图像。关键区域可以是密集区域中的焊盘，可以是与其他区域相比具有更纤细的线路的特殊区域，可以是对于PCB、钻孔等的功能性而言关键的区域。阶段410之后可以是阶段420和430中的至少一个阶段。阶段420包括基于关键区域的感兴趣点与该感兴趣点的期望位置的偏差，为PCB 的层集合中的每一层计算该层的关键区域组中每个关键区域的变形因子。因此，每一层可以包括多个关键区域。关键区域组可以包括所有这些关键区域或仅包括这些关键区域中的一些。关键区域与其期望位置的偏差可以通过评估该关键区域的感兴趣点与其期望位置的偏差来测量。感兴趣点可以位于关键区域的边缘，但是并不必须如此。其可以是关键区域的任意点，尤其是能够被容易识别的点。阶段430包括为PCB的层集合中的每一层计算关键区域组中每个关键区域的旋转角。该旋转角可以是关键区域与能够与该层的边缘对准的坐标集之间的角度。阶段420和430之后是阶段440，基于层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，为每层计算该层的多个孔的期望位置。例如假设在每个PCB中有η (例如η = 4)个关键区，并且在每层上有k(例如k =20)个PCB，从而这多个层可以形成多达20个PCB。期望位置可以被确定为使得在给定一层与另一层之间的允许移动(例如最大旋转、最大χ轴或y轴移动)的情况下，将有最大数量的孔处于容许的对准。阶段440可以包括以下操作中的至少一个或其组合(i)对关键区域的感兴趣点的偏差应用非线性权函数，以提供变形因子；(ii)应用非线性权函数，该非线性权函数在偏差低于第一阈值时与偏差成反比，在偏差在第一阈值与第二阈值之间时固定，并且在偏差大于第二阈值时与偏差成正比；(iii)忽略低于容许偏差的偏差；(iv)计算孔的期望位置，以防止PCB发生故障；(ν)计算孔的期望位置，以防止期望对准的相邻层的关键区域对的未对准超过容许的关键区容许阈值；以及(vi)计算孔的期望位置，以最小化可预期的由于PCB的层的未对准导致的性能降低。阶段440之后是阶段450，在期望位置冲孔以提供冲出的孔。阶段450之后是阶段460，利用冲出的孔使PCB的多个层对准。阶段460之后是阶段470，将PCB的多个层彼此连接以提供PCB。方法400可以由系统200来执行。图5示出了根据本发明的一个实施例，用于对准印刷电路板(PCB)的多个层的方法 900。方法900可以从初始化阶段910开始。阶段910可以包括以下操作中的至少一个或其组合(i)将一个区域定义为关键区域，该定义基于可预期的由于期望对准的该关键区域与相邻层的另一关键区域之间的未对准而导致的PCB性能降低；(ii)接收关于关键区域的位置的关键区域信息；(iii)获取要对准的各层的图像。关键区域可以是密集区域中的焊盘，可以是与其它区域相比具有更纤细的线路的特殊区域，可以是对于PCB、钻孔等的功能性而言关键的区域。阶段910可以包括获取或接收平板的各层的图像。平板的每一层包括PCB的多个层。从而，平板的某一层可以包括多个印刷电路板(PCB)的某一层。因此，为多个平板成像可以等同于为多个PCB的多个层成像。阶段910之后可以是阶段920和930中的至少一个阶段。阶段920包括基于关键区域的感兴趣点与该感兴趣点的期望位置的偏差，为PCB 的层集合中的每一层计算该层的关键区域组中每个关键区域的变形因子。因此，每一层可以包括多个关键区域。关键区域组可以包括所有这些关键区域或仅包括这些关键区域中的一些。关键区域与其期望位置的偏差可以通过评估该关键区域的感兴趣点与其期望位置的偏差来测量。感兴趣点可以位于关键区域的边缘，但是并不必须如此。其可以是关键区域的任意点，尤其是能够被容易识别的点。阶段930包括为多个PCB的层集合中的每一层计算关键区域组中每个关键区域的旋转角。该旋转角可以是关键区域与能够与该层的边缘对准的坐标集之间的角度。阶段920和930之后是阶段940，响应于关键区的拉伸因子和旋转角，选择可以被成组以形成PCB的PCB层集合，以及基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，为每层计算该层的多个孔的期望位置。下面提供选择过程的一个非限制性示例。简言之，选择可以包括选择不是位于平板的相同位置处的层的集合。这种选择可以包括选择具有类似偏差(例如，位于相同方向上的偏差)的平板部分。假设平板的每层包括7个部分，每个部分能够形成PCB的一层，并且有四层Li， L2-3，L4。平板层Ll和L4是外部平板层，平板层L2-3可以是内部层。下表示出了对部分的选择，每个部分集合(来自4个不同平板层)可以被组装以提供单个PCB。列Ll、L2-3和 L4中的每个数字代表一个部分的编号。从而第一部分集合包括层Ll的第3部分，层L2-3 的第6部分，和层L4的第1部分。
权利要求
1.一种用于对准印刷电路板(PCB)的多个层的方法，所述方法包括为PCB的层集合中的每个层计算该层的关键区域组中的每个关键区域的变形因子，该计算基于该关键区域的感兴趣点与该感兴趣点的期望位置的偏差；为PCB的层集合中的每个层计算关键区域组中的每个关键区域的旋转角；基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，为每个层计算该层的多个孔的期望位置；在所述期望位置冲孔以提供冲出的孔；使用所述冲出的孔来对准PCB的多个层；以及将PCB的多个层彼此连接以提供PCB。
2.根据权利要求1所述的方法，包括对关键区域的感兴趣点的偏差应用非线性权函数，以提供变形因子。
3.根据权利要求1所述的方法，包括忽略低于容许偏差的偏差。
4.根据权利要求1所述的方法，包括计算孔的期望位置以防止PCB发生故障。
5.根据权利要求1所述的方法，包括计算孔的期望位置以防止期望对准的相邻层的关键区域对的未对准超过容许的关键区容许阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，包括将一个区域定义为关键区域，该定义基于可预期的由于在期望对准的该关键区域与相邻层的另一关键区域之间的未对准而导致的PCB性能降低。
7.根据权利要求1所述的方法，包括计算孔的期望位置以最小化可预期的由于PCB 各层的未对准而导致的性能降低。
8.根据权利要求1所述的方法，包括基于PCB的每个层的图像来计算变形因子和旋角。
9.根据权利要求1所述的方法，包括接收平板的各层的图像，平板的每个层包括多个印刷电路板的在理想情况下完全相同的层的阵列；以及基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，选择多个属于所述平板的不同的层的印刷电路板层的集合，以结合形成多个不同的印刷电路板。
10.根据权利要求9所述的方法，包括基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，为将被结合以形成PCB的每个印刷电路板层集合中的每一层计算该层的多个孔的期望位置。
11.根据权利要求1所述的方法，包括获取平板的各层的图像，平板的每个层包括多个印刷电路板的在理想情况下完全相同的层的阵列；以及基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，选择多个属于所述平板的不同的层的印刷电路板层的集合，以结合形成多个不同的印刷电路板。
12.一种用于对准印刷电路板(PCB)的系统，所述系统包括处理器，用于为PCB的层集合中的每个层计算该层的关键区域组中的每个关键区域的变形因子，该计算基于该关键区域的感兴趣点与该感兴趣点的期望位置的偏差；其中，所述处理器用于为PCB的层集合中的每个层计算关键区域组中的每个关键区域的旋转角；其中，所述处理器用于基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，为每个层计算该层的多个孔的期望位置；以及冲孔机，用于在所述期望位置冲孔以提供冲出的孔；其中所述冲出的孔被用于对准 PCB的多个层。
13.根据权利要求12所述的系统，包括连接单元，用于利用所述冲出的孔对准PCB的所述多个层，以及将PCB的所述多个层彼此连接以提供PCB。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器用于对所述关键区域的感兴趣点的偏差应用非线性权函数，以提供变形因子。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器用于忽略低于容许偏差的偏差。
16.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器用于计算孔的期望位置以防止PCB 发生故障。
17.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器用于计算孔的期望位置以防止期望对准的相邻层的关键区域对的未对准超过容许的关键区容许阈值。
18.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器用于将一个区域定义为关键区域， 该定义基于可预期的由于在期望对准的该关键区域与相邻层的另一关键区域之间的未对准而导致的PCB性能降低。
19.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器用于计算孔的期望位置以最小化可预期的由于PCB各层的未对准导致的性能降低。
20.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器用于基于PCB的每个层的图像来计算变形因子和旋转角。
21.根据权利要求12所述的系统，其中所述处理器还用于接收平板的各层的图像，平板的每个层包括多个印刷电路板的在理想情况下完全相同的层的阵列；以及基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，选择多个属于所述平板的不同的层的印刷电路板层的集合，以结合形成多个不同的印刷电路板。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述处理器还用于基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，为将被结合以形成PCB的每个印刷电路板层集合中的每一层计算该层的多个孔的期望位置。
23.根据权利要求12所述的系统，包括自动光学检查(AOI)系统，用于获取平板的各层的图像，平板的每个层包括多个印刷电路板的在理想情况下完全相同的层的阵列；并且其中所述处理器用于基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，选择多个属于所述平板的不同的层的印刷电路板层的集合，以结合形成多个不同的印刷电路板。
全文摘要
本发明涉及用于对准器件的多个层的系统和方法。提供一种用于对准印刷电路板(PCB)的多个层的系统和方法，所述方法包括为PCB的层集合中的每个层计算该层的关键区域组中的每个关键区域的变形因子，该计算基于该关键区域的感兴趣点与该感兴趣点的期望位置的偏差；为PCB的层集合中的每个层计算关键区域组中的每个关键区域的旋转角；基于各层的关键区域组中的关键区域的变形因子和旋转角，为每个层计算该层的多个孔的期望位置；在所述期望位置冲孔以提供冲出的孔；使用所述冲出的孔来对准PCB的多个层；以及将PCB的多个层彼此连接以提供PCB。
文档编号H05K3/46GK102291950SQ20111010998
公开日2011年12月21日 申请日期2011年4月29日 优先权日2010年6月15日
发明者R·波拉特, S·佩雷斯 申请人:卡姆特有限公司