专利名称：电路板面板测试带及其组装方法
技术领域：
本发明通常涉及电路板，更具体地，涉及联于电路板且简化其精确安装的测试带。
许多电子装置，如无线电话，包括其上安装有电子部件的一块或多块电路板。为使制造的这些装置更有竞争力，部件必须通过质量控制的组装过程被安装到板。达到组装过程的质量控制的一个方法包括周期地从过程中取出单个板，以用视频计量系统检查安装到板的部件的对准。
视频系统包括放置台，以接收要检查的板；高放大率摄像机，可移动地位于台上方；下向投射光源，位于台上方以照明接收的板；及耦合到摄像机的处理部分。基于板的接收，摄像机响应存储于处理部分的板设计图中的坐标，捕获第一部件的图像并耦合该图像到处理部分。处理部分用灰阶图像对比检测代表第一部件的边、板标志的边，如部件安装于其上的盘，和接部件到盘的焊料的边的灰阶电平的不同。处理部分从检测的边判定第一部件的对准，并比较该对准与含于板设计图中的预存储的对准值的范围。当该对准不在范围内时，处理部分指示处理失控，或近于失控，且必须调整。检查第一部件后，视频系统继续进到板上的剩余部件。
可惜，安装到例如用于无线电话的电路板的部件数常常超过500个，且检查每个部件花约6秒。因此，单板的检查可占用超过3000秒。如果组装过程在检查期间被停止，导致减少生产量的停机成本产生。如果在检查和发现不对准的部件期间，允许继续进行组装过程，引起分配修理资源返工在检查期间组装的每块电路板的可观成本。
另外，要检查的每块电路板必须有存储于视频系统的对应设计图。不同的设计图必须被存于视频系统中，用于有不同拓扑图的每块电路板。对于建立各种有不同电路板的不同装置的有竞争力的生产者，引起关于产生和保持许多电路设计图的可观成本。
本发明的目的是提供一种电路板面板测试带及其测试方法，以可靠测量高密度电路板的精确性而不检查其中安装的每个部件，和便于管理大量不同电路板拓扑。
本发明提供一种电路板面板，包括电路板，有第一组盘载于其上，所述第一组盘接收一组电子部件，所述第一组盘电耦合，因此，所述接收的电子部件形成电路；测试带，联于所述电路板，所述测试带包括至少一载于其上的盘，所述至少一盘与所述第一组盘隔离。
本发明提供一种电路板面板组装方法，包括步骤提供包括电路板和测试带的电路板面板，所述电路板有一组盘，所述测试带至少有一个与所述一组盘隔离的盘；放置焊料层于所述测试带的所述至少一盘上。
测试带与电路板相关联，以便于在组装过程期间检查电路板。测试带包括少量盘，它们在过程的放置焊料层步骤期间以焊料层填充，且在过程的放置部件步骤期间填充电子部件。放置步骤后，测试带盘和部件被检查放置精度。盘的量和安排使测试带上的放置精度与层和部件放于电路板上的精度很近似。在不精确情况中，在后续的电路板被填充前，调整用于放置焊料层步骤和放置部件步骤的设备。因此，通过用测试带，可避免检查整个电路板。
本发明的优点是不完全检查电路板就能保持组装过程的高质量。
附图简要说明
图1是描绘电路板面板的组装过程的框图；图2是有电路板和关联的测试带的电路板面板的俯视图；图3是图2的电路板和关联的测试带的放大的片段的俯视图；图4是图1的组装过程的放置焊料层步骤后图2的电路板和关联的测试带的放大的片段的俯视图；图5是图4的测试带图的放大的片段的俯视图；图6是图1的组装过程的放置部件步骤后图2的电路板和关联的测试带的放大的片段的俯视图7是在图1的组装过程的第二检查步骤期间，在背光下图6的测试带的灰阶图的放大的片段的俯视图；图8是在前光下图6的测试带的灰阶图的放大的片段的俯视图。
图1的组装过程100组装电子部件到电路板，以形成电路。组装过程100包括装载面板步骤101，放置焊料层步骤102，放置部件步骤104，检查测试带步骤105和回流步骤106。在装载面板步骤101，图2的一个或多个空电路板面板200被插入组装过程100。装载面板步骤101由每次输出一块面板到传送器上的自动板操纵机或其他合适的替代机械执行。
面板200是多层印刷电路板面板，包括印刷电路板材料，如聚酰亚胺，环氧树脂基防燃工业纤维玻璃(G10-FR4)或其他合适材料。面板200是双面的，然而，为避免多余，下面讨论的图1的组装过程100限于图2中描绘的面板200的一面。在描绘的实施方案中，面板200基本是平面，长Lp约115mm，宽Wp约215mm，厚约1mm。
面板200包括电路板201、202和203；环绕电路板201-203的导轨204；一组断线205，可断开地连接板201-203到导轨204。代表板201-203的任一块的板202包括纵轴206，垂直于纵轴206的横轴207，和一组载于其上的金属盘208。盘208被安排和定方向以接收电子部件，和由布置在板202内的金属线路(因此，在图2中不可视)电耦合，这样，基于图1的组装过程100的完成形成电路。图2的盘208和线路包括铜、铝或其他合适的导电材料。
导轨204在图1的组装过程100期间支持板201-203。如图2所示，导轨204有纵向腿224和225及横向横档226、227、228和229。横档226-229伸展在腿224和225之间，因此，相互分开板201-203。腿224和225包括测试带209、210和211、测试带块跳跃区212、一组板块跳跃标记213和板参考点230。
测试带209-211被用于测量图1的组装过程100的精度。带209-211分别一一对应于板201-203。带209-211分别包括窗215、216和217。窗215-217集成到腿224和225，以与其同平面，并由半透明材料形成，如无线路的印刷电路板材料的裸层。在描绘的实施方案中，窗215-217长约30mm，宽约3mm。窗215形成于在横档226和227之间的腿224中，因此，带209邻近于并联于板201。窗216形成于在横档227和228之间的腿225中，因此，带210邻近于并联于板202。窗217形成于在横档228和229之间的腿224中，因此，带211邻近于并联于板203。图2所示的以三角排列放置带209-211于不同腿224和225上通过保证检查样品穿过整个板区域增加检查精度。然而，由于它们的尺寸所限，带209-211能另外被安排在导轨204或直接放置于板201-203上所有层的均无线路的位置中。
代表带209-211的任一个的带210包括载于窗216左面一半的测试模式218。测试模式218有纵轴219和垂直于之的横轴220。纵轴219垂直于板202的纵轴206。在描绘的实施方案中，图3中较详细示出的测试模式218，长Ls约15mm，宽Ws约3mm。
测试模式218包括参考点302和盘308和310。参考点302和盘308和310优选由与板202的盘208同样材料组成。安排参考点302，以提供用于检查的对准参考。参考点302为圆形且布置于靠近测试模式218的端。参考点302包括一对大直径参考点303和一对小直径参考点304，以在大直径参考点303由焊料层遮蔽的情况下使用。大直径参考点303的每个的中心位于测试模式218的纵轴219。小直径参考点304位于测试模式218的对角。
盘308的尺寸适于接收焊料印刷模式。盘308为“L”型，且整体地连接垂直和水平长方形段312和314。段312有垂直于测试模式218的纵轴219的纵轴316。从段312伸出的段314有垂直于段312的纵轴316并平行于测试模式218的纵轴219的纵轴318。在描绘的实施方案中，段312和314长约3mm(分别沿纵轴316和318)宽约1．5mm。
盘310被安排和定尺寸，以接收电子部件。盘310沿行320和322成对安排。在描绘的实施方案中，行320和322的每个有6对盘，其中，由盘对324和328分别代表。盘对324的每个盘包括垂直于测试模式218的纵轴219的纵轴326。盘对328的每个盘包括平行于测试模式218的纵轴219的纵轴330。在描绘的实施方案中，盘对324和328的每个盘长约0．5mm(分别沿纵轴326和330)，宽约0．4mm，与该对的另一盘分开约0．4mm。
盘310的盘对324和328对应于板202的盘208的盘对340和342。盘对340的每个盘包括平行于盘对324的每个盘的纵轴326的纵轴344。盘对342的每个盘包括平行于盘对328的每个盘的纵轴330的纵轴346。盘对340和342有与盘对324和328近似的尺寸与间隔。
然而，不象板202的盘208，带210的盘310电隔离。没有金属线路内部相互连接盘308或连接任何的盘308到盘208。因此，接收电子部件时，通过盘310不形成电路。
再参照图2，测试带块跳跃区212和一组板块跳跃标记213位于导轨204的腿224上。测试带块跳跃区212分别使能或禁止带209-211。当未占据跳跃区212时，带209-211被禁止，且不被填充或检查。当跳跃区212由标记占据时，如有高对比于导轨204的颜色的带片，带209-211将被填充和检查。板块跳跃标记213组的左、中心、右面的分别使能或禁止板201-203的填充。当跳跃标记213未被触动，将填充对应板201-203。当跳跃标记213被穿孔输出或移去，对应板201-203将不被填充。跳跃标记213由铜、铝或其它高对比于导轨204的颜色的材料构成。为讨论和描绘之目的，板201-203将相关于带209-211的填充而填充。
再参照图1，装载面板步骤101之后，组装过程100进到放置焊料层步骤102，如箭头107所示。在放置焊料层步骤102期间，焊料层400被放置于板201-203的盘208和带209-211的盘308和310上，如图4对应板202和带210所示。焊料层400是已知的铅锡焊料层或合适代替层。由已知的自动丝网印刷机执行焊料层400的放置。丝网印刷机接收面板200；通过读图2的参考点230定位面板200；在面板200上放置丝印网，因此图3的盘208、308和310对准于丝印网中开口之上；且穿过丝印网涂焊料层400，因此布置焊料层400于盘208、308和310上。然而，有时丝印网与面板200未对准，如由于操作者设置错误或正常磨损和划损，和焊料层400被不精确地布置。
焊料层400布置在列和行的印刷模式401中带210的盘308上，如图4所示。盘308将被下印刷，因此，印刷模式401占据小于盘308的全部表面区域的区域。印刷模式401以长列402和短列403布置在盘308的段312上。列402和403位于段312的纵轴316之上，或平行于段312的纵轴316。印刷模式401以长行404和短行405的模式布置于盘308的段314上。行404和405位于段314的纵轴318之上或平行于段314的纵轴318。在描绘的实施方案中，长列402和行404与短列403和行405分别分开约0．4mm，且列和行402-405的每个相互分开约0．25mm。
再参照图1，放置焊料层步骤102后，组装过程100进到放置部件步骤104，如箭头108所示。在放置部件步骤104期间，电子部件600被放置为与板201-203的盘208和带209-211的盘310上的焊料层400接触，如图6参照板202和带210所示。部件600的放置由已知的自动部件放置机执行。部件放置机接收面板200；通过读图2的参考点230和图6的参考点302分别定位面板200和带209-211；定位和读跳跃区212和跳跃标记213；且当跳跃区212被占满和跳跃标记213未被触动时，放置部件600于盘208和310上。然而，有时部件放置机对不准，如由于操作者设置错误或正常磨损和划损，部件600被不精确放置。在描绘的实施方案中，在放置部件步骤104期间，用三个部件放置机，以填充板201-203和带209-211。
部件600放置为与盘310上的焊料层400接触以形成部件模式602。在放置部件模式602的部件600中，部件放置机被编程，以进行所有四个可能的部件旋转-0度、90度、180度、270度。代表占据盘310的行320的部件600的任一个且特别位于行320的盘对324之上的部件604，有平行于带210的测试模式218的纵轴219的横轴605。代表占据盘310的行322的部件600的任一个且特别位于行322的盘对328上的部件606有垂直于带210的测试模式218的纵轴219的横轴607。在描绘的实施方案中，部件模式602包括十二部件，其中，每个部件是在放置部件步骤104中使用的三个部件放置机的每个的不同部件旋转(0度、90度、180度、270度)的样品。然而，可用较多或较少部件，取决于希望的过程控制水平和使用部件放置机的数量。部件604和606是放在板202上的部件600的最小者，如部件610和612分别位于盘208的盘对340和342之上。在描绘的实施方案中，部件610和612是有约0．5mm乘约1．0mm尺寸的芯片电阻。
再参照图1，放置部件步骤104之后，组装过程100进到检查测试带步骤105，如箭头111所示。在检查测试带步骤105期间，检查图4的印刷模式401以判定丝网印刷机的精度；检查图6的部件模式602，以判定部件放置机或机组的精度。在描绘的实施方案中，印刷模式401和部件模式602的检查由分立于的精度。在描绘的实施方案中，印刷模式401和部件模式602的检查由分立于丝网印刷机和部件放置机的机器执行，如View Bazic12视频计量系统。然而，本领域技术人员将认识到检查可另外由安装于丝网印刷机或部件放置机中的电荷耦合装置摄像机和图像处理单元或其他合适视觉或激光系统执行。
印刷模式401的检查始于捕获盘308的图像500，如图5所示。图像500用灰阶图像对比处理，以检测长列402的中心列504的边502和503，并检测长行404的中心行508的边506和507。为清楚起见，印刷模式401的剩余行和列402-405示为点线。列和行的焊料层400与盘308露出的材料之间的灰阶电平的明显不同简化检测并产生强的恒定边。因为在丝网印刷机的丝印网非常不准情况中这些边(边502、503、506、和507)将在盘308的周边内的可能性极大，选择边502、503、506和507用于检测。线510、511、512和513分别用从边502、503、506和507共线发射和相合的象素回归线构成。在优选的实施方案中，短列403的中间一列516和短行405的中间一行517的边也被分别检测，以提高精度和线510-513的平直投射。线510-513的交叉形成长方形514。长方形的中心515的位置用已知的等分线分析方法或其他类似方法计算。位置被定义为印刷模式401的实际位置。实际位置与含于测试带设计图的印刷模式401的预存位置(如存储于联于视频系统的存储器中)比较。如果实际位置与预存位置不同，丝网印刷机上的丝印网被视为未对准。如图1的反馈箭头109所示，通过调整丝印网修正误对准，因此，焊料层400被精确地放于图2的面板200的下个面板上。
在长列402和短列403各自的中心列504和516和长行404和短行405各自的中心行508和517不能为射线提供所需恒定边的情况中，如由于印刷模式401的模糊，列402和403中的其他列及行404和405中的其他行可替代地经历联系图5描绘的检查过程。
印刷模式401的检查始于在背光下捕获带210的图像700，如图7所示。带210的窗216的半透明材料被从下面照明，以产生盘对324和部件604的轮廓702，它们代表任何盘对310和位于其上的部件600。轮廓702提供易于检测部件604关于盘324的边的明显的亮暗交界。与此相比，顶光照明带210，如图8所示，产生许多不利部件604的边的精确检测的灰阶电平，因此，这不是希望的。再参照图7，一旦检测到部件604关于盘324的边，执行已知的计算部件604的实际位置的方法。如果实际位置落在存储于测试带设计图中的部件604的预存位置的范围外，部件放置机被视为未对准。例如，图7中，部件604有不可接受量的偏斜704，它引起部件604落在预存位置的范围外。如图1的反馈箭头112所示，通过调整部件放置机修正误对准，以便部件600被精确地放置于图2的面板200的下个面板上。
再参照图1，检查测试带步骤105之后，组装过程100进到回流步骤106，如箭头113所示。在回流步骤106期间，图2的面板200被加热到足以熔化图6的焊料层400的温度。熔化的焊料层附着于部件600，以在冷却后形成部件600和盘208和310之间的金属间的电传导节。一旦冷却，图2的断线205通过相对板201-202上下弯导轨204而折断。一旦折断，导轨204从板201-202移去，板201-202被安装到壳内，以形成电子装置。导轨204被放弃，包括其上填充的带209-211。
因此，可以看到，如果用测试带，不完全检查由过程组装的电路板能保持组装过程的高质量。测试带被填充有少量焊料层和少量电部件，且用于检查精度。在测试带的填充中发现的不精确度指示可能发生在电路板的填充期间的不精确度。能够修正过程，以在以较大量的焊料层和较大量的电子部件填充下一电路板之前，解决不精确度。这样，测试带提供统计过程控制数据，以统计地推知在电路板上焊料层和电子部件的放置精度。虽然上文示出关联于有特定拓扑的电路板，人们知道，测试带和其用于任何实际电路板的通用性。
权利要求
1.电路板面板，包括电路板，有第一组盘载于其上，所述第一组盘接收一组电子部件，所述第一组盘电耦合，因此，所述接收的电子部件形成电路；测试带，联于所述电路板，所述测试带包括至少一载于其上的盘，所述至少一盘与所述第一组盘隔离。
2.如权利要求1所述的电路板面板，其中，所述至少一盘包括第二组盘，所述第二组盘的至少两个接收所述一组电子部件之一。
3.如权利要求1所述的电路板面板，其中所述测试带还包括半透明材料。
4.如权利要求1所述的电路板面板还包括导轨，环绕所述电路板，所述导轨由所述导轨和所述电路板之间伸展的一组断线连接到所述电路板；其中，所述测试带载于所述导轨上。
5.如权利要求1所述的电路板面板，其中，所述至少一盘是“L”形。
6.电路板面板组装方法，包括步骤提供包括电路板和测试带的电路板面板，所述电路板有一组盘，所述测试带至少有一个与所述一组盘隔离的盘；放置焊料层于所述测试带的所述至少一盘上。
7.如权利要求6所述的方法，还包括步骤检查所述测试带的所述至少一盘，用于发现其上的所述焊料层的误放置。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述放置焊料层于所述测试带的所述至少一盘上的步骤包括步骤用焊料层下印刷所述至少一盘。
9.如权利要求6所述的方法，还包括步骤放置至少一电子部件与在所述测试带的所述至少一盘上的所述焊料层接触；和检查所述至少一电子部件，用于发现所述测试带的所述至少一盘上的误对准。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述检查步骤包括步骤背光所述测试带。
全文摘要
测试带联于电路板,以便于在组装过程期间检查电路板。板有一组盘,以接收焊料层和电子部件。盘被电耦合,因此,一旦组装,接收的部件形成电子线路。带有至少一盘,与盘电隔离,以接收焊料层和/或部件。接收的焊料层和/或带的部件的检查指示该板的盘上的接收的焊料层和部件的精度。
文档编号H05K1/00GK1205609SQ9811605
公开日1999年1月20日 申请日期1998年7月14日 优先权日1998年7月14日
发明者迈克尔·A·克里斯特, 戴维·S·德哈安, 罗纳德·J·施米特 申请人:摩托罗拉公司