专利名称：监控和改进多层pcb制造的尺寸稳定性和配准精度的系统和方法
技术领域：
本发明通常涉及印制电路板的制造。尤其是，本系统涉及在制造期间遇到的印制电路板扭曲的测量和分析以及对于这类扭曲的补偿。
背景技术：
印制电路板(PCB)的制造包括一连串的处理步骤，其中一些步骤将多层的线路设计转换为图像、图案或电路，其将被转置(transpose)到基底材料上以便后续处理成为电连接。设计可直接实施于制造介质或图纸上或者图形表示介质上。通常大部分设计被转换为数字数据表示法。转换为数字数据表示法可用市场上可买到的计算机辅助设计(CAD)软件来实现。CAD程序与计算机辅助制造(CAM)程序协力将设计数据转换为一连串项目(item)的“布局图(layout)”，诸如被设置在基底材料板上的电路、互连孔和阻焊层。布局图通常被转置到一个介质上，称作布线图(artwork)，不过布局图也可以经由激光器而直接转置。项目被称为特征。最终，板的各部分将被合成而制成一个PCB，在很多情况下PCB是多层的。
使用布线图或者直接成像(例如激光成像)，各特征可以经一种照相处理而施加到基底材料板上。在制造期间，基底材料的尺寸变化将导致在一个特征的预期位置和该特征的实际位置之间的偏差。为免短路或者与相邻电路干扰，特征的间隔特别重要。此外，当特征是一个在多层电路板上的互连孔时，这些孔与其上或其下各层中的特征正确对准尤其重要。该特征或孔相对于其它特征的定位被称为其“配准(registration)”。如果在电路板上存在配准不良，则后续处理，诸如钻孔和进一步成像操作可能导致与其它进一步特征的配准不良。在总配准不良的情况下，最终产品将超出允许偏差并且报废。通常设置在板上的单元具有特殊的标记信息或者易于辨认的结构，以便于测量在制造过程中出现的移动。这些单元将被称为“目标”。
制造中的误差校正已经成为大量开发的主题。例如，美国专利第4,890,239号授予Ausschnitt等人的“光刻工艺分析和控制系统”。这个系统是一种当成像具有特定尺寸的图像特征时，用于建模必要的聚焦和所需曝光的系统和方法。该系统具有用于PCB制造的分支机构，但其不涉及如何测量PCB材料的扭曲以及如何校正这些扭曲。
授予Sano等人的美国专利第4,799,175号“用于检查印刷线路板的图案缺陷的系统”。该发明包括很多用于测量PCB缺陷的特殊设备，以利用在PCB上的目标来表示最终PCB的质量特性。其中没有提及如何校正出现的错误。
授予Lane等人的美国专利第4,967,381号“用于管理测量数据的工艺控制接口系统”。该发明是一种用于获得供工艺控制和趋势分析目的的测量数据的系统。虽然可以运用这个发明来取得数据，但该发明未公开所需的校正作用。
授予Ammann等人的美国专利第5,206,820号“分析在板制造过程中板配准不良并提供适当信息以调整板制造过程的计量系统”。该专利描述在玻璃母板上生成被称为“基准点”的目标的过程。目标置于母板的角落并随后被测量。对于制造过程的所有特殊阶段均使误差特性化并受到监控，从而可以尽可能地降低各种不同误差的影响。目标不遍及PCB板设置，因此可能遗漏某些类型的扭曲。此外，未论述校正作用。
授予Smilansky等人的美国专利第5,495,535号“检查物品的方法”。这个系统具有检查物品并检测误差以随后监控工艺的目的，该工艺也可以包括PCB制造。该系统存储各点，并将所存储的点与与实际的点加以比较。但是未描述校正作用。
授予Chang等人的美国专利第5,519,633号“用于多层印制电路板的截面设计的方法和装置”。这个发明涉及电路板的设计和制造，并且努力将与制造有关的误差减到最小。没有论述经由不同类型的目标对上述误差的跟踪。
授予lriki等人的美国专利第5,497,331号“半导体集成电路器件制造方法及其制造装置”。该发明意图在于提高集成电路器件的成品率。在这个特殊的发明的教程中，未使用目标或与之相关的设备。
授予Prein的美国专利第5,495,535号“最大化半导体圆片的芯片成品率的方法”。同样，这是一个涉及集成电路设计的发明。其意图在于能在一个完整的半导体圆片之上最大化芯片成品率。但是，在该过程中没有包括目标，也不试图模型化任何在制造过程期间引入的系统误差。
授予Nguyen的美国专利第5,960,185号“基于系统误差建模的用于圆片配置的方法和装置”。这个系统涉及集成电路，并且用于建模系统性的且可能在集成电路制造过程中引入的误差。但是，这个系统建模不同的误差来源，该误差来源涉及阻焊层的位置而不涉及材料本身的移动。因此，该专利主要涉及阻焊层对准和基于一个已知误差库的误差，该误差可能随阻焊层对准出现。在该过程中没有涉及目标，也没有以任何的方式涉及材料的移动。
授予Whitcomb等人的美国专利第6,030,154号“最小化误差算法/编程”。这个专利涉及多层印制电路板并用于将与钻孔(用以将一层上的电路与另一层相连)有关的误差减到最小。该系统包括不同的层采用x射线，并且确定对于在各层之间钻孔来说最佳的位置。虽然这个过程确实包括设法补偿在材料移动中的误差，但未试图以任何系统性的方式测量材料的移动，以便在随后的制造期间将误差减到最小。
在PCB的制造中，为了减少在制造期间定位误差的积累，每个要求图像对产品的配准的工艺都必须对各特征的图像定位施加补偿，以允许材料移动。通过为相似产品所需补偿的历史数据而确定补偿，或通过生产一小批板而确定所需要的补偿。为了监视与控制制造过程，在制造期间测量特征和目标位置。将这些测量结果与技术规格相比较。
如上所述，当前的测量方法使用位于板的四角或者布线图中的目标，并且补偿计算是建立在所测量的各目标之间的间距与所需要的间隔或者间距的差值基础上。
由于温度、湿度、材料内应力的弛豫和由于处理交互作用引入的应力变化，出现材料移动。移动的幅度随所用材料和所制造电路的设计不同而不同。印制电路板制造需要很多处理，诸如热处理或化学处理，它们将导致温度和湿度上的变化。当产品受到机械加工，如焊接或者擦刷的时候，也发生材料移动。
为了保证最终产品满足用户的要求，施加图像补偿以抵销发生的尺寸变化。这是以展开或者收缩用来产生布线图(该布线图用于内层和外层制造)的数据的形式进行的。初始钻孔程序也可受到补偿。
用于成像处理的照相工具是保持配准——即多层PCB的一层对另一层的相互关系——的关键。由此缘故，在布线图或者其它图像转换介质上的目标之间的间距受到测量，以确保在该PCB被投入制造之前该校正补偿已经施加。
一旦计入了线性扭曲和材料移动，就在制造期间的关键点检查PCB，以查验所述补偿已经起作用，并且在样机制造的情况下确定对批量制造所施加的补偿。
当前的系统使用无触点测量机来测量位于板四角的目标之间的间距，并将这些间距与一个标称值比较而计算出补偿值。对新设计的初始补偿根据材料和设计对于以前制造的板的类似性来确定。
这种系统的问题是其没有考虑到非线性扭曲。在边角中目标的测量可能表示该板/布线图从尺寸上是正确的，但事实上，非线性扭曲可能已经导致在各角之间，也就是在板内的特征显著地移动。当受到相同的处理时，不同的材料将表现不同，并且其它处理将以不同方式影响相同的材料。
随着印制电路设计向具有更小特征的更高密度前进，材料扭曲和配准精度对于最终成品率具有更加显著的影响。制造商正在期待新材料和方法，以给配准精度以更大的控制。
因此，需要的是一种用以测量和特性化不同材料和设计的尺寸稳定性以及由PCB制造过程所引起的材料移动的系统。上述的系统将使用遍及PCB制造板的多个目标，以生成一个非线性材料移动的标引。然后这些目标的移动被从数学上建立模型，从而可以在产生布线图的原始数据中产生一个相反的扭曲。
发明概述因此，本发明的一个目的是改进在多层印制电路板制造过程中的配准能力。
因此，本发明的一个目的是改进在印制电路板制造过程中的配准能力。
本方法有另一目的，就是特性化由制造过程所引起的产品和相关布局图两者的材料移动和扭曲。
本发明的再一个目的是能够查看和特性化与PCB制造过程期间材料移动相关的扭曲。
本发明的更进一步的目的是改变特征的定位，以便补偿在生产过程中引入的误差。
本发明的再进一步的目的是改变特征的定位的数字表示法，以便补偿在生产过程中引入的误差。
本发明的又一个目的是能够从数学上特性化与PCB制造期间材料移动相关的扭曲。
本发明再有一个目的是在布局图设计中插入目标，用于随后转换到PCB制造板以使扭曲得以被测量。
本发明的更进一步的目的是在布局图设计中插入目标，用于随后沿着制造板的边缘转换到PCB制造板以使扭曲得以被测量。
本发明的又一个目的是建立在制造期间PCB材料的移动的模型。
本发明的再一个目的是测量出现在PCB范围内的材料移动。
本发明的更进一步的目的是测量PCB材料围绕该PCB边缘的移动。
本发明的更进一步的目的是在PCB制造期间减少废品。
本发明的又一个目的是提高PCB生产的能力。
本发明的再一个目的是测量在PCB工艺中所使用的不同材料的尺寸稳定性。
本发明的更进一步的目的是制造PCB，该PCB在整个大块的多层材料上处于狭窄容限之内。
使用本发明的方法，目标被增加给在制造板上的PCB特征的每层的CAD/CAM数据。CAD/CAM或者等效工具在每一层的布局图中插入易于辨认的目标，其将产生PCB制造板。目标位置可以围绕边缘、遍及整个PCB制造板或者两者都有。使用无触点、非干扰式(non-intrusive)视频或者X射线坐标测量机，在任何需要的制造阶段使目标受到检查，从而确定在二维空间中离开一个预先确定的位置(标称的起始点中心)的实际位置。一般的起始点中心的选择是任意的，并且例如可以是二个目标的中点。
实际位置和标称位置用于计算偏差。在一个实施例中，对偏差值施加回归分析，以对于该实施例产生二个多项式方程，该多项式方程通过最佳拟合在任何层上离开任何位置的标称值的偏差来确定。
计算线性补偿值以进行所有点对于标称值的最佳拟合。利用所计算的多项式方程产生施加这些补偿的效果的图形表示。同样产生一个模型，该模型显示出应用和未应用所计算的补偿时，能够实现所需的位置配准容限的板区域。
在有和没有计算出的补偿情况下所能实现的最好的特征对特征位置配准得到确定。产生了用于整体旋转、在二维空间中抵销平行于板轴线的扭曲和菱形扭曲的系数值。
本方法给出材料移动的图形和数字两种解释，允许对比不同的材料。本方法也允许了解制造过程对于所使用的PCB材料的效果。因此，本发明的系统和方法允许新工艺被特征化。此外，本发明的方法提供实时尺寸分析，从而允许工具的重新标定以拟合产品并在制造的尽可能早的阶段防止超出容限或者报废的产品。使用在此所描述和提出了权利要求的方法以改变特征定位，从而补偿所建模的非线性扭曲且查验在容限条件范围外的制造结果，确保了将配准不良和废品减到最小。
附图简要说明
图1展示一个非线性扭曲的示意图。
图2展示一个菱形扭曲的示意图。
图3展示根据一个实施例围绕板的边缘设置的测量目标的示意图。
图4展示根据一个实施例散布于整个板上的测量目标的示意图。
图5展示本发明的测量过程的流程图。
图6展示本发明的分析方法的流程图。
图7展示一个示意图，其显示出对于轴向扭曲因数的补偿。
图8展示一个示意图，其显示出对于菱形扭曲因数的补偿。
发明详细说明图1举例说明在制造过程期间可能发生的PCB基底的典型非线性扭曲。PCB材料的标称和预定的位置由网格10表示。这个网格表示制造之前PCB材料预定的位置和相关的相互连接特征。但是，如上所述，PCB材料在生产过程期间在其位置和扭曲方面经历变化。因此，相互连接特征诸如在PCB上位置14、16、18、20、22、24、26及28处的各孔，可能相对于以低的错误容限制造PCB的设计布局而言都在期望的位置规格范围之内。但是，位于PCB上位置30、32、34、36、38及40上的相同特征将在相对于设计布局(成像)容限的范围之外，并且因此该PCB将报废，导致低的制造成品率。
因此，图1的整个非线性扭曲被作为网格12举例说明。但重要的是要注意，如果仅在PCB材料的角上设置目标并做测量，当事实上在大多数的其它网格10位置中相互连接特征，诸如孔的位置越出容限范围之外的时候，该PCB将看起来在技术规格范围之内。只有通过在PCB材料上的很多位置做测量可以评价实际的扭曲，并对此加以补偿。
参考图2，举例说明另一种类型的扭曲。在此例中说明菱形扭曲。同样，网格10展示完成的PCB材料相关电路的预定位置。在这种情况下，在制造期间PCB材料的收缩和扭曲导致某些位置处于技术规格的范围之内，诸如在位置42、44、46、48及50。但是，给定所示扭曲，则大多数PCB将越出技术规格的范围之外。这同样导致处理的大量废品和低成品率。
在此例中，网格52表示制造之后的PCB材料。如果仅在位置44和46对扭曲做测量，当实际上大部分PCB材料越出规格范围外的时候，将检测不到扭曲。
因此，重要的是要有一种系统和方法，其检测在PCB制造过程期间可能存在的各种各样的线性的和非线性的扭曲。
增加测量点的数目将给出和PCB材料移动有关的更多信息。为了这种应用起见，用术语“参考点”指定添加到在所需实际电路设计特征范围之外的目标。电路设计特征也可用做本发明分析的目标，这样的特征仅要求是独特的(用于测量精度)，并且具有制造之前已知的位置，以通过大致与参考点相同的方式用做测量点。图3和图4示出目标可以任何增加到所测量的部分。如上所述，特征可以用做目标并且参考点也可以用做目标。例如，处于板范围内的图4中的目标有可能是在原电路设计中的特征。然而，周边的目标或者参考点除了便于扭曲测量以外不会起到任何作用。因此，为了说明起见，“目标”含义包括了设计特征或者参考点。
通常，所用目标的数目越多，精确度越高。但是，存在目标的某个最佳数目或者说密度，在其以上则存在报酬递减。该最佳值随所用的材料、PCB的复杂度和密度，以及在制造中遇到的机械、热、化学和外界条件以及其它条件而变。
目标的这一最佳数目可以最初用实验方法确定。起初，可以在分析中使用大量的目标。然后，用实验方法从分析中一次除去一个目标，直到精确度下降为止。减少目标的数目改善了分析时间。
PCB板材料的材料移动和特征的特性化要求测量目标离开其标称位置的偏差。在PCB板上目标离开其标称位置到其实际位置的偏差被输入用于回归分析。本优选实施例使用对最佳拟合的曲线拟合法以便导出二个多项式方程。
这些方程用于建立在PCB上任何位置的每个轴(X，Y)中的材料移动和偏差的模型。
参考图3，举例说明围绕初始布线图的边缘目标的位置。在此例中，布线图54包括一连串围绕布线图边缘设置的目标56、58、60及62，由该布线图来制造PCB。通过使目标围绕边缘，即使当材料的各角处于正确位置时，诸如图1所示类型的误差也可以检测到。使用图3提出的目标方案，可检测到用置于各角的目标所无法检测到的非线性扭曲。从而允许进行补偿——否则的话该补偿是不可进行的。此外，当制造最终的PCB的时候，如果存在附加目标，就更有可能在生产周期以前检测到越出技术要求范围外的条件，从而限制了废品的数量。
现在参考图4，目标的可选位置遍及PCB。使用基于视频的无触点的坐标测量机进行对布线图和外部电路特征的测量。对于板内部的目标则使用基于X射线的无触点的坐标测量机。
图5展示一个用于本发明实施例的测量过程的流程图。首先产生一个包含目标和或目标特征的CAM文件70。该CAM文件然后被转换为测量程序72。然后，板和或布线图被加载进一个用于确定目标位置的测量机74。二个目标被选择和测量76，并且产生一个原点(起始点的中心)——例如在二个目标之间的中点。轴线系统与此点对准以进行测量78。指定原点80。每个目标都被赋予一个与其该起始点中心的标称位置相关的x和y坐标。该目标的标称位置和实际位置然后被输出给一个数据文件84。在制造之后测量目标的实际位置离开原点的位置，结果被连同标称坐标一起存储在一个数据文件中。分析软件将访问这个数据文件。如果一个板的样本正在受到测量，那么对于每个板重复该过程，并将结果添加到该数据文件。
图6展示一个本发明实施例的分析方法的流程图。由分析软件从上述数据文件输入结果(即，标称目标坐标86和实际目标坐标88)。对于每个测量点90计算在x和y轴中的偏差。对这些结果执行非线性回归分析92以确定二个多项式方程，根据每个点在板上的位置，一个方程用于x偏差而另一个用于y偏差。
一旦非线性回归模型被确定，就执行线性回归以产生在每个轴上的线性补偿系数、离开起始点并对应于板的旋转的偏差。假定线性回归补偿被施加于预先制造的布局图，利用多项式方程，建立制造后位置的扭曲模型96。根据一个假定已做了线性回归补偿的模型，并根据一个其中未施加补偿的模型，而确定最佳能实现的配准100。由模型导出能够实现所需配准容限的板的区域102。
利用由非线性回归导出的多项式方程而产生板的线框示意图形式的图形表示。利用非线性分析结果产生而第二个线框示意图，以显示施加计算出的线性补偿的效果。用户可以调整该示意图以除去测量到的偏移和旋转的影响。
图7展示这样的线框示意图。在此例中，图7展示一个示意图，显示出对于轴向扭曲因数计算的需要。比较图7与图1。实线框104是对理论上理想的虚线框106的‘最佳拟合’。请注意，图7中的拟合——其使用了一个非线性回归模型以影响补偿——优于图1中的拟合。
图8展示一个示意图，显示出对于菱形扭曲因数计算的需要。
该板的图形表示显示出用户输入的受测量的板的区域，其中可基于关于起始点的x和y坐标取得最小配准容限，这里通过非线性多项式计算出的偏差小于所要求的容限。能够实现容限L1和L2的区域进一步具有可满足容限的区段108、110及112。其它的区域可能越出容限范围之外。可产生以图形表示出在容限之内和容限之外条件的第二个示意图，其中了忽略偏移和旋转的影响。
一个实施例使用彩色编码以突出显示实现容限(绿色)，以及在容限范围之外(红色)。绿色和红色的使用不意味着是限制性的。可能使用其它可接受的和不可接受的颜色组合。
基于上述这些测量和观察，现在就能够产生CAD/CAM数据和/或原始的主布线图，其包含在初始测量过程期间遇到的误差的反量。在如此进行时，在PCB制造过程期间出现的扭曲将仍然出现，不过代之以将导致材料和特征移动到正确的容限内位置上。
另外，可以在制造中使用本系统和方法。目标将被监控且目标位置将被制成图表。然后，制造位置可以与回归模型的推算位置相比较。当实际位置离开期望位置的偏差超出了某些限度，可能会重新计算回归分析。将改变补偿从而改变制造工具，以便对离开期望的材料移动的改变进行调整。
本发明的装置包括硬件和软件的组合。例如，产生计算机辅助制造(CAM)方面可以使用可得自Frontline公司的GenesisCAM软件产品来实现。得自Router Solution公司的CAD CAM软件可以用于转换CAM文件为本发明的测量功能。用于本发明测量设备的信源包括Videomic，Optek，Inc.，Innervision，Optek，Inc.以及Smartscope，Optical GaugingProducts，Inc.。
现在已经举例说明了一种用于监控和改进多层PCB制造的尺寸稳定性和配准精度的系统和方法。对于那些本领域技术人员来说在目标位置和数学分析中的其它变化是能够做到的，无需脱离所公开的本发明的范围。
权利要求
1.一种用于在印制电路板(PCB)板上精确定位和配准特征的方法，包括生成一个具有各角的布局图，用以在至少一个基底材料板上定位特征；在该布局图上期望的位置定位多个目标；记录每个目标的制造前标称位置；由该至少一个基底材料板制造至少一个PCB；测量每个目标的制造后实际位置；记录该每个目标的实际位置；计算该每个目标的实际位置离开该每个目标的标称位置的移动；建立在制造期间该多个目标的移动的模型；和运用该模型于制造前特征位置，以补偿在该制造期间的移动。
2.根据权利要求1的方法，其中该布局图取布线图的形式。
3.根据权利要求1的方法，其中记录每个目标的制造前标称位置包括作为一个在该布局图之内的点，建立对应于所有目标的制造前起始点中心；作为相对于该原点中心的横坐标和纵坐标，分配每个目标的标称位置；和存储每个目标的标称位置的横坐标和纵坐标，以用于随后计算制造后移动。
4.根据权利要求3的方法，其中计算每个目标的制造后实际位置的移动包括作为相对于该制造前起始点中心的横坐标和纵坐标，而测量每个目标的实际制造后位置；和作为在该目标的实际横坐标和该目标的标称横坐标之间的差值，而计算出每个目标的横坐标移动；和作为在该目标的实际纵坐标和该目标的标称纵坐标之间的差值，而计算出每个目标的纵坐标移动。
5.根据权利要求4的方法，其中建立在制造期间目标的移动的模型包括分析该目标移动以导出一种最佳拟合非线性回归分析。
6.根据权利要求5的方法，其中分析该最佳拟合非线性回归分析包括产生至少一个多项式方程，由此对于在该至少一个基底材料板上的任何特征所预测的非线性位置是在该布局图上的该特征的标称位置的函数。
7.根据权利要求6的方法，其中分析该最佳拟合非线性回归分析包括产生一个多项式方程，用以推算在板上的每个特征的制造后水平位置；和产生一个独立的多项式方程，用以基于在该布局图上每个特征的标称的纵坐标和横坐标，推算在板上每个特征的制造后垂直位置。
8.根据权利要求1的方法，其中定位多个目标以供测量包括在该布局图的各角上定位目标。
9.根据权利要求1的方法，其中定位多个目标以供测量包括围绕该布局图的边缘定位目标。
10.根据权利要求1的方法，其中该多个目标包括特征。
11.根据权利要求2的方法，其中生成布线图、定位特征以及定位目标以作测量包括使用计算机辅助设计程序生成该布线图。
12.根据权利要求1的方法，其中制造后实际位置的测量包括非干扰式测量。
13.根据权利要求12的方法，其中对于外部PCB特征和目标位置的该非干扰式测量是通过无触点视频坐标测量机完成的。
14.根据权利要求12的方法，其中用于固有的PCB特征和目标定位的该非干扰式测量是通过X射线坐标测量机实现的。
15.根据权利要求5的方法，进一步包括运用线性回归分析以产生在横轴和纵轴上的对于特征的线性补偿系数、离开该原点的偏移和对应于板旋转的偏移。
16.根据权利要求15的方法，其中运用该线性回归分析是通过以线性系数来偏移特征的横坐标和纵坐标、从而定位该特征以补偿在制造期间引入的移动完成的。
17.根据权利要求16的方法，进一步包括施加旋转偏差系数以补偿在制造期间引入的移动。
18.根据权利要求16的方法，进一步包括施加菱形偏差系数以补偿在该制造期间引入的移动。
19.根据权利要求1的方法，进一步包括以图表形式表示所预测的该特征的实际位置。
20.根据权利要求19的方法，其中以图表形式表示所预测的该特征的实际位置包括以线框示意图表示该特征的位置。
21.根据权利要求5的方法，进一步包括以图表形式表示所预测的该特征的实际位置。
22.根据权利要求21的方法，其中以图表形式表示所预测的该特征的实际位置包括以线框示意图表示该特征的位置。
23.根据权利要求22的方法，进一步包括在以利用线框示意图的图表形式表示所预测的该特征的实际位置之前，施加线性补偿给在该布局图上的每个特征位置。
24.根据权利要求5的方法，进一步包括建立对于每个特征推算的实际位置的模型；和呈现以色彩编坐标的图形表示，其以一种颜色表明特征的预期位置越出容限范围之外，而且以第二种颜色表明特征的预期位置处于容限范围之内。
25.根据权利要求24的方法，其中用绿色表示特征位置在容限之内，而且用红色表示特征位置越出容限范围之外。
26.根据权利要求24的方法，进一步包括在使用非线性回归模型建立对于每个特征预期的实际位置的模型之前，施加线性补偿给在该布局图上的每个特征的位置。
27.根据权利要求26的方法，其中用绿色表示所预测的特征位置是处于容限范围之内，而且用红色表示特征所预测的特征位置是越出容限范围之外。
28.根据权利要求5的方法，进一步包括计算使用非线性回归分析能取得的最小配准误差；和如果该最小配准误差是在预先确定的容限范围之内则制造该PCB。
29.根据权利要求5的方法，进一步包括对特征定位施加线性补偿以校正由该非线性回归分析所预测[lxs19]的配准不良；在施加该线性补偿之后，施加该非线性回归分析；计算能取得的最小配准误差；且如果该最小配准误差是在预先确定的容限范围之内则制造该PCB。
30.根据权利要求5的方法，进一步包括建立该目标的制造后实际位置的模型，其中该目标的标称位置在该布局图中已经过调整，以便补偿由制造导致的材料移动；测量其标称位置已经过如此调整的该目标的制造后实际位置；比较所测量出的该目标的制造后实际位置与模型得到的制造后目标位置；和调整该布局图，以便进一步补偿通过多个目标的移动所测量的特征布局图位置，由此该特征的定位会减少越出容限范围之外的条件以及配准不良，而否则的话它们未经进一步补偿就可能出现。
31.根据权利要求5的方法，其中制造具有不同基底材料的PCB并且进行该非线性回归分析，从而可以根据配准精度而估计使用替换材料的效果。
32.根据权利要求1的方法，进一步包括测量各该目标在该布局图上的位置；和估计该多个目标离开在该布局图上期望的位置的移动。
33.根据权利要求32的方法，进一步包括补偿在该布局图上特征的布置以抵销由于从设计生成该布局图而导致的扭曲的影响。
34.根据权利要求32的方法，其中测量各该目标在该布局图上的位置是以非干扰式的方式进行的。
35.根据权利要求34的方法，其中测量各该目标在该布局图上的位置是以包括无触点视频坐标测量的非干扰式的方式进行的。
36.一种用于在PCB板上精确定位和配准特征的系统，包括用于生成一个具有各角的布局图，以在至少一个基底材料板上定位特征的装置；用于在该布局图上期望的位置定位多个目标的装置，所述目标被散布于整个该至少一个基底材料板上；用于记录每个目标的制造前标称位置的装置；用于由该至少一个基底材料板而制造至少一个PCB的装置；用于测量每个目标的制造后实际位置的装置；用于记录该每个目标的实际位置的装置；用于计算该每个目标的实际位置离开该每个目标的标称位置的移动的装置；用于建立在制造期间引入的该多个目标的移动的模型的装置；和用于通过在该布局图中补偿特征的位置以补偿在该至少一个PCB的制造中引入的移动，从而优化该特征的位置的装置。
37.根据权利要求36的系统，其中该布局图取布线图的形式。
38.根据权利要求36的系统，进一步包括用于作为一个在该布局图之内的点而建立对应于所有目标的制造前起始点中心的装置；用于作为相对于该起始点中心的横坐标和纵坐标而分配每个目标的标称位置的装置；用于记录每个目标的坐标的装置；用于作为相对于该制造前起始点中心的横坐标和纵坐标，而测量每个目标的实际制造后位置的装置；用于作为离开其起始点中心坐标的在横坐标上的差值和在纵坐标上的差值，而计算每个目标的移动的装置；和用于使用在该布局图上的每个目标的标称坐标作为基础，建立在一个或多个基底材料板上的每个目标的制造后坐标的模型，以分析该移动从而导出一种最佳拟合非线性回归分析的装置。
39.根据权利要求38的系统，其中该最佳拟合非线性回归分析进一步包括至少一个多项式方程，由此对于在该至少一个基底材料板上的每个特征所预测的非线性位置是在该布局图上的该特征的制造前标称位置的函数。
40.根据权利要求39的系统，其中该最佳拟合非线性回归分析结果包括一个第一多项式方程，其用以预测该特征在板上的水平位置，和一个独立的多项式方程，其推算该特征在板上的垂直位置；和一个第二多项式方程，其用以给定在该布局图上该特征的标称纵坐标和横坐标而预测该特征的垂直位置。
41.根据权利要求36的系统，其中该多个供测量的目标包括位于该布局图的各角上的目标。
42.根据权利要求36的系统，其中该多个供测量的目标包括位于围绕该布局图的边缘的目标。
43.根据权利要求36的系统，其中该多个目标包括该PCB的特征。
44.根据权利要求37的系统，进一步包括用于生成该布线图、用于定位特征和目标的CAD/CAM指令。
45.根据权利要求36的系统，其中用于测量制造后目标实际位置的装置是非干扰式的。
46.根据权利要求45的系统，其中用于以非干扰式的方式测量后期制造目标实际位置的装置包括无触点视频坐标测量机。
47.根据权利要求45的系统，其中用于以非干扰式的方式测量制造后目标实际位置的装置包括X射线坐标测量机。
48.根据权利要求38的系统，进一步包括用于施加非线性回归分析的装置，以便产生线性的补偿系数给特征布局图位置的横坐标和纵坐标。
49.根据权利要求48的系统，进一步包括用于施加该线性的补偿系数给该特征布局图位置的装置，以便补偿在该至少一个PCB的制造中引入的移动和扭曲。
50.根据权利要求49的系统，进一步包括用于施加一个旋转偏差系数给该特征布局图位置的装置，以便补偿在PCB的制造中引入的移动和扭曲。
51.根据权利要求49的系统，进一步包括用于施加一个菱形偏差和移动系数给该特征布局图位置的装置，以便补偿在PCB的制造中引入的移动和扭曲。
52.根据权利要求36的系统，进一步包括用于以图表形式表示所预测的特征的实际位置的装置。
53.根据权利要求52的系统，其中用于以图表形式表示所预测的特征的实际位置的装置包括用于产生线框示意图的装置。
54.根据权利要求38的系统，进一步包括用于使用该最佳拟合非线性回归分析以预测实际的特征位置的装置；和用于以图表形式表示所预测特征的实际位置的装置。
55.根据权利要求54的系统，其中用于以图表形式表示所预测的特征的实际位置的装置是线框示意图。
56.根据权利要求55的系统，进一步包括在以利用线框示意图的图表形式表示所预测的特征的实际位置之前，用于施加线性的补偿给在该布局图上的特征位置的装置。
57.根据权利要求38的系统，进一步包括用于建立对于每个特征的预期实际位置的模型的装置；和用于生成以色彩编坐标的图形表示的装置，其以第一种颜色表明每个特征的预期布置越出容限范围之外，而以第二种颜色表明特征的预期布置在容限范围之内。
58.根据权利要求57的系统，其中该第二种颜色是绿色，并且该第一种颜色是红色。
59.根据权利要求57的系统，进一步包括在使用非线性回归模型进行对每个特征的预期的实际位置的预测之前，用于施加线性补偿给在该布局图上的每个特征的位置的装置。
60.根据权利要求59的系统，其中该第二种颜色是绿色，并且该第一种颜色是红色。
61.根据权利要求38的系统，进一步包括用于计算使用非线性回归分析能取得的最小配准误差的装置；和用于当该最小配准误差处于预先确定的容限范围之内时制造该PCB的装置。
62.根据权利要求38的系统，进一步包括用于对特征定位施加线性补偿以校正由非线性回归分析所预测的配准不良的装置；用于在施加该线性补偿之后，施加该非线性回归分析的装置；用于计算能取得的最小配准误差的装置；和用于当该最小配准误差处于预先确定的容限范围之内时制造该PCB的装置。
63.根据权利要求38的系统，进一步包括该多个目标的制造后实际位置的模型，该多个目标在该布局图中的标称位置已经过调整，以便补偿由于制造导致的材料移动；用于测量其标称位置已经过如此调整的该多个目标的制造后实际位置的装置；用于比较所测量出的实际目标制造后位置与模型得到的制造后目标位置的装置；用于进一步调整特征的制造布局图的装置，以便进一步补偿意外的材料移动，使得特征的定位会减少越出容限范围之外的条件以及配准不良，而否则的话它们未经进一步补偿就可能出现。
64.根据权利要求36的系统，其中该基底板材料彼此不同，并且进一步包括用于根据所使用的基底板材料估计该最小配准误差的装置，以便根据配准精度而估计使用替换材料的效果。
65.根据权利要求36的系统，进一步包括用于测量在布局图上该多个目标位置的装置，以便估计在布局图中该目标的坐标离开该多个目标期望的位置的偏差。
66.根据权利要求65的系统，进一步包括用于补偿在该布局图上特征的布置的装置，以便抵销由于生成该布局图而导致的扭曲的影响。
67.根据权利要求65的系统，其中用于测量各该目标在该布局图上位置的装置是非干扰式的。
68.根据权利要求67的系统，其中用于以非干扰式的方式测量各该目标在该布局图上位置的装置包括无触点视频坐标测量机。
69.一种以根据权利要求1的方法生产的印制电路板(PCB)，包括生成一个具有各角的布局图，用以在至少一个基底材料板上定位特征；在该布局图上施加多个目标，所述目标将散布于整个该至少一个板上的期望的位置，所述目标用于测量在制造期间任何的尺寸变化；记录每个目标的制造前标称位置；测量每个目标的制造后实际位置；记录该每个目标的实际位置；计算该每个目标的实际位置离开该每个目标的标称位置的移动；导出一个模型以表示在制造过程中引入的该目标的移动；和运用所述模型，以便通过在该布局图中对于在PCB制造过程中引入的移动补偿特征的位置，从而优化特征的定位。
70.根据权利要求69的方法生产的PCB，其中在生产过程中使用的该布局图取布线图的形式。
71.根据权利要求69的方法生产的PCB，进一步包括作为一个在该布局图之内的点，建立用于所有目标的制造前起始点中心；作为相对于该起始点中心的横坐标和纵坐标，分配每个目标的标称位置；和记录用于每个目标的所述坐标；作为相对于该制造前起始点中心的横坐标和纵坐标，而测量每个目标的实际的制造后位置；和作为离开其起始点中心坐标的在横坐标上的差值和在纵坐标上的差值，计算出每个目标的移动；和使用在该布局图上的目标的标称制造前坐标，作为基础以建立在该基底材料板上目标的制造后坐标的模型，分析所述移动以导出一种最佳拟合非线性回归分析。
72.根据权利要求71的方法生产的PCB，其中分析该最佳拟合非线性回归分析进一步包括产生多个多项式方程，从而对于在一个基底材料板上的特征所预测的位置是在该布局图上该特征的标称位置的函数。
73.根据权利要求72的方法生产的PCB，其中该多个多项式方程预测该特征在板上的水平位置和在板上的垂直位置。
74.根据权利要求69的方法生产的PCB，其中该插入多个用于测量的目标包括插入位于布局图的各角的目标。
75.根据权利要求69的方法生产的PCB，其中该插入多个用于测量的目标包括位于围绕该布局图的边缘的目标。
76.根据权利要求69的方法生产的PCB，其中该目标包括特征。
77.根据权利要求70的方法生产的PCB，其中该生成布线图和插入目标是使用计算机辅助设计程序完成的。
78.根据权利要求69的方法生产的PCB，其中该测量制造后实际位置包括非干扰式测量。
79.根据权利要求78的方法生产的PCB，其中非干扰式测量包括无触点视频坐标测量。
80.根据权利要求68的方法生产的PCB，其中该非干扰式测量包括X射线坐标测量。
81.根据权利要求71的方法生产的PCB，进一步包括运用线性回归分析以产生在横轴和纵轴上的对于每个特征的线性补偿系数、离开该原点的偏移和对应于板旋转的偏移。
82.根据权利要求81的方法生产的PCB，其中运用该线性回归分析包括通过线性系数来偏移在该布局图上该特征的水平位置和垂直位置坐标，以补偿在该PCB制造期间引入的移动和扭曲，从而定位特征。
83.根据权利要求82的方法生产的PCB，进一步包括施加旋转偏差系数以补偿在该PCB的制造期间引入的移动。
84.根据权利要求82的方法生产的PCB，进一步包括施加菱形偏差系数以补偿在该PCB制造期间引入的移动。
85.根据权利要求71的方法生产的PCB，进一步包括计算使用非线性回归分析能取得的最小配准误差；和如果该最小配准误差是在预先确定的容限范围之内则制造该PCB。
86.根据权利要求71的方法生产的PCB，包括对特征定位施加线性补偿给以校正由非线性回归分析所预测的配准不良；在施加该线性补偿之后，施加该非线性回归分析；计算能取得的最小配准误差；和如果该最小配准误差是在预先确定的容限范围之内则制造该PCB。
87.根据权利要求71的方法生产的PCB，进一步包括建立该目标的制造后实际位置的模型，其中该目标的标称位置在该布局图中已经过调整，以便补偿由制造所导致的材料移动；测量其标称位置已经过如此调整的该目标的制造后实际位置；比较所测量出的该目标的制造后实际位置与模型得到的制造后目标位置；和调整该布局图，以便进一步补偿通过该多个目标的移动所测量的特征布局图位置，由此该特征的定位会减少越出容限范围之外的条件以及配准不良，而否则的话它们未经进一步补偿就可能出现。
88.根据权利要求69的方法生产的PCB，进一步包括测量在该布局图上离开所期望的位置的该多个目标的位置。
89.根据权利要求88的方法生产的PCB，进一步包括补偿在该布局图上特征的位置以抵销由于从设计生成该布局图而导致的扭曲的影响。
90.根据权利要求88的方法生产的PCB，其中在该布局图上对于该目标位置的测量包括非干扰式测量。
91.根据权利要求88的方法生产的PCB，其中该非干扰式测量包括无触点视频坐标视频测量。
92.根据权利要求71的方法生产的PCB，进一步包括在该PCB制造中使用不同的基底材料；并且使用该非线性回归分析，从而可以根据配准精度而估计替换材料的效果。
全文摘要
目标被插入在PCB布局图的各处。目标的制造后测量与制造前位置相比，以计算出非线性回归分析最佳拟合模型。该模型用于在布局图上给出特征位置的PCB上或之内生成一个特征的位置。该非线性回归分析产生一组x和y多项式方程。这些多项式方程允许一个线性的补偿被施加于在布局图上的特征位置，以便将在PCB制造过程中特征的配准不良减到最小。在对于该特征在制造前的定位进行线性补偿之前和之后建立该特征在制造后的定位的模型。因此，可以估计特征位置补偿的效果。使用线框示意图和彩色编码示意图的图形表示有助于标识板的那些区域，即相对于技术要求被预测处于容限之内和之外的区域。此外，本发明可应用于测试不同材料的效果。以此方式，根据使对配准条件的超出减到最小，可以识别用于特定PCB的最佳材料。
文档编号G06F17/50GK1481535SQ01820798
公开日2004年3月10日 申请日期2001年10月25日 优先权日2000年11月10日
发明者J·托尔内, A·凯利, S·琼斯, J 托尔内 申请人:惠亚集团公司