用于電路板的三維成像的多照相機傳感器的制造方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]承載電子集成電路和離散的電子部件的電路板是眾所周知的。電路板基板被制備成具有預(yù)定的導(dǎo)體路徑和用于接收電子部件的引線的墊，所述電子部件例如是集成電路芯片、電阻器或電容器。在電路板組裝過程期間，焊料膏沉積物被放置到電路板基板上的適當(dāng)?shù)奈恢锰帯ＭǔＭㄟ^將模版篩網(wǎng)放置到基板上，將焊料膏施加穿過模版開口以及將模版從基板移除來施加焊料膏沉積物。然后，優(yōu)選地通過拾放機、通過放置在相應(yīng)的焊料膏沉積物上的電子部件的引線，電路板電子部件被定位到基板上。在全部部件都定位在基板上之后，使電路板通過烘箱以將焊料膏沉積物熔化，因此在部件和基板之間產(chǎn)生電的以及機械的連接。
[0002]隨著越來越強調(diào)電子工業(yè)的小型化，焊料膏沉積物和電子部件的尺寸以及它們被放置在基板上時必須具有的精度變得越來越小和越來越嚴格。焊料膏沉積物高度能夠小至50微米，并且焊料膏塊的高度通常必須被測量至設(shè)計高度和尺寸的百分之一的范圍內(nèi)。焊料塊的中心至中心的間距有時小至200微米。過少的焊料膏能夠?qū)е码娮硬考囊€與電路板基板的墊之間沒有電連接。過多的焊料膏能夠?qū)е虏考囊€之間的橋接和短路。諸如電阻器和電容器之類的離散的電子部件能夠小至200x400微米并且微球柵陣列部件上的引線可以具有小于300微米的中心至中心的間距。
[0003]單個電路板能夠花費數(shù)千甚至數(shù)萬美元來制造。制造過程之后的電路板測試能夠檢測焊料膏放置和部件放置以及引線連接方面的錯誤，但是通常對于有缺陷的電路板的僅有的補救方法是廢棄整個電路板。此外，隨著部件的小型化，甚至利用光學(xué)放大來進行的電路板的視覺檢查也是不可靠的。因此，必要的是:在制造過程期間對電路板進行檢查，使得不恰當(dāng)?shù)暮噶细喑练e物能夠在將電子部件放置到基板上之前被檢測到。這樣的過程中的焊料檢查降低了失敗的成本，這是因為昂貴的部件還沒有被放置到電路板上。
[0004]在放置之后，檢查部件以便確保部件的正確放置也是重要的。不恰當(dāng)?shù)胤胖玫牟考?、缺失的部件或者不良的焊料接頭是在放置部件和焊料膏回流期間所引入的典型缺陷。在回流之后，部件的恰當(dāng)放置和回流的焊料接合部的質(zhì)量可以使用自動化光學(xué)檢查系統(tǒng)來檢查，以便確保全部部件被正確地焊接并連接至電路板。當(dāng)前的光學(xué)檢查系統(tǒng)使用電路板的2D視頻圖像來檢測缺陷。但是，檢測電路板的3D高度圖像的光學(xué)檢查系統(tǒng)使得能夠進行或否則改進諸如升高的引線、封裝共面性和部件直立和側(cè)立放置(component tombstonesand billboards)之類的缺陷的檢測。
[0005]使用白光相位輪廓測量術(shù)是用于光學(xué)地獲取電路板的拓撲表面高度圖像的公知技術(shù)。但是，采用相位輪廓測量術(shù)的當(dāng)前的電路板檢查傳感器具有一些限制。用于獲取電路板的拓撲表面高度圖像的典型的相位輪廓測量術(shù)通常使用與結(jié)構(gòu)化光組合的三角測量原理以確定在由傳感器的照相機限定的每個像素處的表面的高度。使用三角測量感測來形成電路板的高度圖像的一個限制是:圖案投射光學(xué)軸線或圖像感測光學(xué)軸線的入射角是不同的。如果電路板具有如下高度特征:該高度特征具有足夠大的邊緣坡度以使得這些高度特征遮擋了與表面上的一些區(qū)域有關(guān)的圖案投射光學(xué)軸線或圖像感測光學(xué)軸線，那么傳感器將不能夠測量電路板的那些區(qū)域。
[0006]參考圖1中的高度圖像傳感器的示意圖，減輕三角測量陰影效應(yīng)的一個方法是使用帶有正交入射的照相機的多個圖案投射源。每個源以不同的入射角將結(jié)構(gòu)化圖案投射到電路板上。如果測試表面的一區(qū)域的一個圖案投射源被遮擋，或被以其他方式阻擋，則存在其它圖案投射源將能夠照亮該區(qū)域的高的可能性。為了獲取不被遮擋的高度圖像，照相機連續(xù)地從每個圖案投射源獲取圖像，然后將多個高度圖像的結(jié)果進行組合，以確保圖像的全部區(qū)域具有合理的高度數(shù)據(jù)。通常地，高度圖像傳感器在獲取來自每個源的多個圖像時保持靜止。這種方法的一個缺點是，它需要一個視場(FOV)的多個圖像獲取循環(huán)以生成單個高度圖像，這與使用單個源的傳感器相比，減慢了整體獲取過程。多個源的白光相位三角測量傳感器的實施需要分別開啟圖案投射源，從而使得可由照相機按順序獲取來自一個源的圖像，隨后獲取來自另一個源的圖像。這種操作通常需要傳感器的兩個或更多個圖像獲取循環(huán)，以便獲取高度圖像數(shù)據(jù)。
[0007]在圖1所示的傳感器中，結(jié)構(gòu)化光特有地通過將包括固定的鉻在玻璃上的圖案的標(biāo)線片(reticle)成像在電路板上而生成。為了獲取高度圖像，需要一序列的圖案化圖像，每個圖像是前一圖像的一個偏移(shift)版本。典型地，結(jié)構(gòu)化圖案是正弦強度圖案，并且所述序列的圖像是相同的正弦圖案；所述序列的每個圖像相對于所述序列的其它圖像偏移正弦周期的一些已知分數(shù)(部分)。通常，所述序列的圖像中的相移通過在傳感器內(nèi)物理地移動標(biāo)線片來形成。利用鉻在玻璃上的標(biāo)線片的一個缺點是改變結(jié)構(gòu)化光的頻率或定向需要更換標(biāo)線片，從而改變圖案投射光學(xué)器件的放大率或?qū)е略搩煞N后果。另外，在所述傳感器內(nèi)物理地移動玻璃標(biāo)線片需要昂貴的機械運動部件。
[0008]提供下述用于利用相位化的結(jié)構(gòu)化光生成電路板的高度圖像的多視點三角測量傳感器將代表對于電路板的高速三維檢查有用的優(yōu)點，所述多視點三角測量傳感器不具有多個源的相位高度圖像傳感器的領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)中所存在的相關(guān)的成本或速度損失。
[0009]另外，與多視點三角測量傳感器相關(guān)聯(lián)，提供一種實時改變結(jié)構(gòu)化光圖案的頻率、定向和類型而不物理地移動所述標(biāo)線片的方法將允許傳感器改變特征而不改變傳感器的硬件且將增加傳感器的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]提供一種用于感測電路板的三維拓撲結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。照射源以第一入射角投射照射圖案。第一照相機以第二入射角獲取結(jié)構(gòu)化光圖案在電路板上的圖像。第二照相機同時以第三入射角獲取結(jié)構(gòu)化光圖案在電路板上的圖像，第三入射角不同于第二入射角?？刂破髀?lián)接到所述照射源及所述至少兩個照相機裝置?？刂破骰趶慕Y(jié)構(gòu)化光照射器的至少兩個照相機裝置獲取的圖像來生成電路板的高度拓撲結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0011]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于檢查電路板的高度圖像傳感器的示意圖。
[0012]圖2是通常用于照射被測試的電路板的結(jié)構(gòu)化光相位圖案投射系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用相位化的結(jié)構(gòu)化光的多照相機高度圖像傳感器的示意圖。
[0014]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于使用由空間光調(diào)制器(SLM)產(chǎn)生的相位結(jié)構(gòu)化光進行三維成像的多照相機高度圖像傳感器的示意圖。
[0015]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于高度圖像傳感器的四照相機感測系統(tǒng)的示意圖，所述高度圖像傳感器使用由空間光調(diào)制器產(chǎn)生的相位結(jié)構(gòu)化光。
[0016]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的獲取圖像并生成高度圖的方法的流程圖。
[0017]圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于高度圖像傳感器的四照相機感測系統(tǒng)的示意圖，所述高度圖像傳感器使用由空間光調(diào)制器產(chǎn)生的相位結(jié)構(gòu)化光，其中一對照相機提供黑白圖像，而第二對照相機提供彩色圖像。
[0018]圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于高度圖像傳感器的四照相機感測系統(tǒng)的示意圖，所述高度圖像傳感器使用由空間光調(diào)制器產(chǎn)生的相位結(jié)構(gòu)化光，其中每一對照相機被配置有不同的光學(xué)放大率。
[0019]圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于高度圖像傳感器的四照相機感測系統(tǒng)的示意圖，所述高度圖像傳感器使用由空間光調(diào)制器產(chǎn)生的相位結(jié)構(gòu)化光，其中每對照相機提供單獨的三角測量角度。
【具體實施方式】
[0020]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的高度圖像傳感器的示意圖。圖1表示可以很容易地與根據(jù)本發(fā)明的實施例的改進之處進行比較的系統(tǒng)。圖1示出了多投射源高度圖像傳感器10，其包括第一圖案投射源12a、第二圖案投射光源12b和圖像感測照相機16。通過使用成像透鏡22使鉻在玻璃上的標(biāo)線片20成像，每一個圖案投射光源12a、12b將結(jié)構(gòu)化光圖案投射到電路板18上。使用諸如白光LED之類的明亮的光源24將標(biāo)線片從背后照亮。圖2示出圖案投射光源12的配置，以及所產(chǎn)生的投射的正弦強度圖案30。圖像感測照相機16可以采用在機器視覺中使用的多種圖像感測技術(shù)中的任何一種圖像感測技術(shù)，例如與將電路板18