离轴照明组件及方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2007年2月1日、国际申请号为PCT/US2007/002815、国家申请 号为200780005638. 2、发明名称为"离轴照明组件及方法"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及用于分配材料的装置和处理，更具体地涉及通过丝网或模板印刷机将 焊膏印刷到电子基板（例如，印刷电路板）上的装置和处理。
【背景技术】
[0003] 在通常的表面贴装电路板制造操作中，使用模板印刷机将焊膏印刷到电路板上。 通常，在焊膏可以沉积在其上的具有金属焊盘的图案或具有一些其他导电表面的电路板被 自动进给到模板印刷机，并且被称为基准（fiducials)的电路板上的一个或多个小孔或标 记被用于在焊膏印刷到电路板上之前恰当地校准电路板和模板或印刷机的丝网。在电路板 被校准之后，将该板升至模板（或者在某些配置中，模板降至电路板），焊膏被分配到模板 上，刮片（或刮板）在模板上来回运动以将焊膏通过在模板上形成的缝隙（aperture)压到 板上。
[0004] 在一些现有的模板印刷机中，分配头将焊膏传递到第一和第二刮片之间，其中在 印刷冲程中使用刮片之一来在模板上运动或滚动焊膏。第一和第二刮片用于交替将板在模 板的缝隙上连续地通过焊膏的滚轴以印刷每个连续的电路板。刮片通常与模板具有预定的 角度以对于焊膏向下施加压力来使焊膏通过模板的缝隙。在其它现有模板印刷机中，使用 分配头来在印刷冲程中从模板上刮掉多余的焊膏。
[0005] 在焊膏沉积在电路板之后，在特定情况下为了检查焊膏在电路板的焊盘上的沉积 的精度，应用成像系统来拍摄电路板和/或模板的区域的图像。成像系统的另一个应用 涉及前述在印刷之前模板和电路板的校准，以记录模板与电路板的电子焊盘的缝隙。在 Freeman的US专利号RE34615和5060063中公开了这样的成像系统，这两个专利都由本发 明的受让人拥有并且被并入本文作为参考。在2005年11月10日申请的名称为"IMAGING SYSTEM AND METHOD FOR A STENCIL PRINTER"的专利申请No. 11/272, 192 中揭示了一种改 进的成像系统，该专利由本发明的受让人所拥有并且被并入本文作为参考。
[0006] 需要在基板（例如，电路板）上的焊膏的一致成型以促进视觉系统的最佳二维成 像性能以及基于这些图像的随后的检查，不考虑几何结构、定义、或被成像的沉积的通常质 量的改变。定义明确的焊膏沉积具有几乎垂直的侧面以及与光学观测轴（即，通常与电路 板的平面正交的轴）正交的、相对平坦的顶部表面。单独使用轴上照明可以相对一致地对 具有通常正交方向的、良好质地的膏表面进行成像。通过轴上照明，来自焊膏沉积物的顶部 表面的散射光的最强分量被沿着光学观测路径向后引导并由成像系统收集。
[0007] 相反地，当轴上照明照在通常不与入射角正交的表面时，来自该表面的散射光的 最强分量被从光学或轴上观测路径引导散开或离轴，而不由成像系统收集。特定地，显示出 拙劣形状的焊膏的倾斜侧面和不规则顶部表面没有被有效照明，从而仅使用轴上照明来观 测变得更加困难。
【发明内容】
[0008] 在阅读下面的附图、具体描述和权利要求之后，将更完全地理解本发明。
[0009] 本发明的一个方面集中于一种用于将焊膏沉积到电子基板的表面上的模板印刷 机。模板印刷机包括框架和连接到框架的模板。模板具有多个在模板中形成的缝隙。模板 印刷机进一步包括连接到框架的分配头。该模板和该分配头被构造和布置以将焊膏沉积到 电子基板上。模板印刷机进一步被构造并布置以捕获电子基板的图像的成像系统。该成像 系统包括：照相机组件；适于产生沿着第一轴的光的轴上照明组件，第一轴与电子基板的 表面垂直，及适于产生沿着第二轴的光线的离轴照明组件，第二轴相对于第一轴呈一定角 度地延伸。控制器被连接到成像系统来控制成像系统的运动以捕获图像。
[0010] 模板印刷机的实施例可以包括成像系统的轴上照明组件的提供，成像系统的轴上 照明组件具有适于在轴上照明组件、电子基板及照相机组件之间引导光的光学路径。成像 系统包括适于支撑离轴照明组件的安装托架。离轴照明组件包括由安装托架支撑的光产生 模块，在某些实施例中光产生模块可以包括至少一个发光二极管。离轴照明组件还包括配 置用于引导光线的透镜，该透镜由安装托架固定。透镜包括一个或多个折射表面，该折射表 面适于沿着指定路径引导来自光产生模块的光。照相机组件包括照相机和适于将图像引导 到照相机的透镜组件。光学路径包括分束器和反射镜。轴上照明组件包括至少一个发光二 极管。在某些实施例中，成像系统被构造并布置以捕获区域内的电子基板的焊盘上的焊膏 的图像。控制器包括处理器，该处理器被编程来执行电子基板的结构识别以确定电子基板 的焊盘上的焊膏沉积的精度。
[0011] 本发明的另一方面集中于一种用于捕获电子基板的表面的图像的成像系统。成像 系统包括机壳和连接到机壳的照相机组件。照相机组件适于捕获电子基板的图像。轴上照 明组件被连接到机壳，该轴上照明组件适于产生沿着第一轴的光的轴上照明组件，第一轴 与电子基板的表面垂直。离轴照明组件被连接到机壳，离轴照明组件适于产生沿着第二轴 的光线的离轴照明组件，第二轴相对于第一轴呈一定角度地延伸。
[0012] 成像系统的实施例可以包括适于在轴上照明组件、电子基板及照相机组件之间引 导光的光学路径。成像系统的机壳包括适于支撑离轴照明组件的安装托架。离轴照明组件 包括由安装托架支撑的光产生模块。在某些实施例中，光产生模块包括至少一个发光二极 管。离轴照明组件还包括配置用于引导光线的透镜，该透镜由安装托架固定。该透镜包括 一个或多个折射表面，该折射表面适于引导来自光产生模块的光以产生光线。光学路径包 括至少一个分束器以及反射镜。照相机组件可以包括照相机和适于将图像引导到照相机的 透镜组件。轴上照明组件包括至少一个发光二极管。成像系统被构造并布置以捕获电子基 板的焊盘上的焊膏的图像。
[0013] 本发明的又一方面集中于一种用于将焊膏分配到电子基板的表面上的方法。该 方法包括：将电子基板传送到模板印刷机；执行印刷操作以将焊膏印刷到电子基板的表面 上；使用轴上光照亮电子基板的至少一个区域，该轴上光沿着第一轴延伸，第一轴与电子基 板的表面垂直；使用离轴光照亮电子基板的至少一个区域，离轴光沿着第二轴延伸，第二轴 相对于第一轴呈一定角度地延伸；以及捕获电子基板的至少一个区域的图像。
[0014] 方法的实施例可以进一步包括将电子基板定位到印刷位置；以及将模板定位到电 子基板上。捕获电子基板的至少一个区域的图像可以使用成像系统。方法可以进一步包括 将成像系统从捕获第一区域的图像的第一位置运动到捕获第二区域的图像的第二位置。另 外，方法可以进一步包括执行电子基板的至少一个区域的结构识别序列，以确定电子基板 的焊盘上的焊膏沉积的精度。在某些实施例中，方法进一步包括使用离轴光照亮电子基板 的至少一个区域，离轴光沿着第三轴延伸，第三轴相对于第一轴呈一定角度地延伸。
[0015] 本发明的另一方面集中于一种用于将焊膏沉积到电子基板的表面上的模板印刷 机。该模板印刷机包括框架和连接到框架的模板。在一个实施例中，模板具有多个在模板 中形成的缝隙。分配头被连接到框架，该模板和该分配头被构造和布置以将焊膏沉积到电 子基板上。成像系统被构造并布置以捕获电子基板的图像。成像系统包括：照相机组件；适 于产生沿着第一轴的光的轴上照明组件，第一轴与电子基板的表面垂直。轴上照明组件包 括适于在轴上照明组件、电子基板及照相机组件之间反射光的光学路径。成像系统进一步 包括用于产生沿着第二轴的光线的部件，第二轴相对于第一轴呈一定角度地延伸。控制器 被连接到成像系统，该控制器被构造和布置来控制成像系统的运动以捕获图像。
[0016] 模板印刷机的实施例可以进一步包括用于产生光线的、包括离轴照明组件的部 件。成像系统还应包括适于支撑离轴照明组件的安装托架。离轴照明组件包括由安装托架 支撑的光产生模块，并且在某些实施例中，光产生模块包括发光二极管。离轴照明组件包括 配置用于引导光线的透镜，该透镜由安装托架固定并且包括至少一个适于引导来自光产生 模块的光以产生光线的表面。在其它实施例中，照相机组件包括照相机和适于将图像引导 到照相机的透镜组件。
【附图说明】
[0017] 在附图中，相同的参考标记指全部不同视图中的相同或相似的部件。下面说明的 附图不必是按比例的，而重点是说明特定的原理。
[0018] 图1是本发明实施例的模板印刷机的前视图；
[0019] 图2是本发明实施例的成像系统的示意图；
[0020] 图3是图2说明的成像系统的照相机和透镜组件的放大的示意图；
[0021] 图4是加入本发明实施例的离轴照明组件的本发明实施例的成像系统的示意图；
[0022] 图5是加入与图4示出的离轴照明组件相同的离轴照明组件的本发明另一实施例 的成像系统的示意图；
[0023] 图6是图4示出的离轴照明组件的剖面示图；
[0024] 图7A是离轴照明组件的安装托架的底平面示图；