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Dokumentenidentifikation DE69832102T2 20.07.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001105716
Titel INSPEKTION VON LEITERPLATTEN UNTER VERWENDUNG VON FARBE
Anmelder Orbotech Ltd., Yavne, IL
Erfinder KAMINSKY, F., Ronald, 44351 Kfar Saba, IL;
GROBGELD, Peter, 76285 Rehovot, IL;
SPECTOR, Yuval, 76352 Rehovot, IL;
LIPMAN, Eliezer, 75321 Rishon Lezion, IL
Vertreter Patentanwälte Gesthuysen, von Rohr & Eggert, 45128 Essen
DE-Aktenzeichen 69832102
Vertragsstaaten DE, FI, FR, GB, IE, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 18.08.1998
EP-Aktenzeichen 989398250
WO-Anmeldetag 18.08.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/IL98/00393
WO-Veröffentlichungsnummer 2000011454
WO-Veröffentlichungsdatum 02.03.2000
EP-Offenlegungsdatum 13.06.2001
EP date of grant 26.10.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.07.2006
IPC-Hauptklasse G01N 21/88(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G01R 31/309(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G06T 7/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Inspektion von gemusterten Oberflächen, wie Leiterplatten, und insbesondere die Erkennung von bestimmten Arten von Bedingungen, beispielsweise Leiteroxidation, unter Verwendung von Farbe.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Ein weit verbreitetes Verfahren zur Inspektion von „unbestückten" Leiterplatten mit metallisierten Abschnitten und nicht metallisierten Laminatabschnitten besteht darin:

  • (a) die Leiterplatte mit Licht zu beleuchten, welches aus einer großen Bandbreite an Winkelrichtungen zu kommen scheint;
  • (b) den beleuchteten Abschnitt abzubilden;
  • (c) die metallisierten Abschnitte durch die Abbildung der Leiterplatte zu definieren; und
  • (d) Mängel bei der Metallisierung auf der Leiterplatte durch einen oder mehrere Vergleiche der Abbildung mit einer Standardabbildung und durch Analyse der Abbildung mit einer Gruppe von Standards oder Regeln zu bestimmen, um festzulegen, ob die Leiterplatte den Regeln entspricht.

Zu den Veröffentlichungen des Stands der Technik, die solche Verfahren beschreiben, zählen die US-Patentschriften 4,758,888; 5,619,429; 5,774,572 und 5,774,573.

Eines der Probleme bei der Durchführung des Vergleichs ist die Bestimmung von Rändern zwischen Bereichen, die durch Leiter auf der Leiterplatte bedeckt werden, und Bereichen ohne Leiter. Eine Reihe von Veröffentlichungen, unter anderem zum Beispiel die US-Patentschrift 5,524,152, schlagen die Verwendung von Farbe vor, um diese Bestimmung zu verbessern. Im Allgemeinen bilden diese Verfahren die Leiterplatte unter Verwendung einer Farbe ab, bei welcher der Kontrast zwischen den Leitern und Bereichen, aus denen die Leiter entfernt worden sind, am größten ist. Dies kann durch Beleuchten der Oberfläche mit Licht erreicht werden, welches den Kontrast maximiert, oder durch Filtern des reflektierten Lichtes vor dem Bilden der Abbildung. Insbesondere die oben angeführte US-Patentschrift 5,524,152 erzeugt eine oder mehrere unterschiedliche Abbildungen, die jeweils auf einem unterschiedlichen Filter beruhen, um unterschiedliche Materialien, beispielsweise Gold, Kupfer usw., hervorzuheben.

US 5,483,603 definiert eine Region im RGB-Raum, welcher einen Leiter kennzeichnet, und eine Region im RGB-Raum, die ein Laminat kennzeichnet. Pixel werden in Abhängigkeit von den Regionen, in denen ihre RGB-Werte enthalten sind, als Leiter oder Laminat eingestuft.

Wenngleich die Leiterplatte idealer Weise aus nur zwei Arten von Bereichen besteht, nämlich Metall und blankem Substrat, ist die Metallisierung auf einer Leiterplatte manchmal leider oxidiert. Ferner bestehen verschiedene Arten von Oxidation und unterschiedliche Grade der Oxidationsschwere, wodurch es schwierig ist, Kriterien für eine verlässliche Erkennung von Oxidation festzulegen.

Da Oxidation ein weit verbreitetes Phänomen bei der Herstellung von Leiterplatten ist, insbesondere wenn die Leiterplatten über einen längeren Zeitraum und/oder unter nicht idealen Bedingungen gelagert wurden, wäre es nützlich, in der Lage zu sein, Oxidationsbereiche auf Leiterplatten verlässlich zu bestimmen. Eine solche Erkennung könnte zum Beispiel bei der Vermeidung der Einteilung solcher Bereiche in Bereiche, die Mängel aufweisen, nützlich sein.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

In einem Grundgedanken der Erfindung bestimmt die vorliegende Erfindung die Anwesenheit von Oxid auf einem Leiter auf einer Leiterplatte durch eine Abbildung der Leiterplatte.

Gemäß einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden Farbeigenschaften von Licht, das von der Oberfläche einer Leiterplatte reflektiert wird, verwendet, um zu bestimmen, ob der Bereich ein oxidierter Leiter ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann in einem beliebigen Bilderzeugungssystem verwendet werden, in dem mehrfarbige Abbildungen erzeugt werden.

Gemäß einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird die Anwesenheit eines Oxids (oder eines anderen definierbaren Aspektes des Pixels) durch Vergleichen der Farbeigenschaften eines verdächtigen Pixels mit den Farbeigenschaften der Metallisierungsabschnitte oder der Laminatabschnitte, vorzugsweise der Metallabschnitte, bestimmt.

Gemäß eines zweiten Grundgedankens der vorliegenden Erfindung wird die Anwesenheit eines Oxids (oder eines anderen definierbaren Aspektes der Abbildung) durch Vergleichen der Farbkomponenten eines verdächtigen Pixels unter Verwendung einer Normierungsskala bestimmt, die auf den Farbeigenschaften der Metallisierungs- oder der Laminatabschnitte, vorzugsweise der Metallabschnitte, beruht.

Gemäß eines dritten Grundgedankens der vorliegenden Erfindung wird die Anwesenheit eines Oxids dadurch bestimmt, dass zuerst eine Region des Farbraums gefunden wird, die für Oxid kennzeichnend ist, und dann bestimmt wird, ob die Farbwerte eines Pixels innerhalb dieser Region liegen.

Gemäß einem Aspekt einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Bestimmung eines Oxids ohne direkt die Anwesenheit eines Laminats auszuschließen. Darüber hinaus werden in einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung nur „innere" Pixel (das heißt Pixel, die nicht in der Nähe eines Rands liegen) als Oxid eingestuft.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jede der Farbskalen für RGB zuerst zwischen einem niedrigen hellen Wert und der Reflexion von schönem (nicht oxidierten) Kupfer normiert. Vorzugsweise ist der „dunkle Wert" ein paar Graustufen oberhalb Null und der „Kupferwert" ein paar Graustufen unterhalb der maximalen Graustufe eingestellt. Zum Beispiel kann der dunkelste Abschnitt der Abbildung auf 10 Graustufen und die Kupfer-Graustufe (hellste) bei 230 Graustufen für eine 8-Bit-Quantifizierung des hellen Levels eingestellt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Pixel mit einer Rot-Intensität unterhalb eines Rot-Schwellenwertes nicht als Oxid bestimmt. Bei anderen Pixeln, bei denen nicht alle Farben Intensitäten innerhalb einer für Kupfer kennzeichnenden Bandbreite aufweisen, wird der Rot-Wert vorzugsweise mit dem Wert anderer Farben verglichen. Wenn der (normierte) Rot-Wert größer als der (normierte) Grün- und der (normierte) Blau-Wert ist, wird das Pixel als braunes Oxid gekennzeichnet, das die häufigste Art darstellt. Verschiedene Kombinationen von Eigenschaften können zur Bestimmung der Anwesenheit von anderen Oxidarten verwendet werden.

In anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erfolgt ein Vergleich mit Helligkeitswerten des Laminats.

Ähnliche Vergleiche sind bei der Bestimmung von anderen Arten von Oxidations- und/oder Laminatproblemen nützlich und können bei der Bestimmung der Anwesenheit von anderen Materialien, wie Gold, Zinn-Blei oder doppelt behandelten Kupferleitern, Cyanidester, Polymid- oder Teflonlaminat, fotoresistenten Rückständen oder Staub nützlich sein.

Somit wird ein Verfahren zur Analyse einer Leiterplatte bereitgestellt, umfassend:

das Erzeugen einer Abbildung der Leiterplatte, und

das Bestimmen der Anwesenheit eines Oxids durch eine Analyse der Abbildung.

Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung der Anwesenheit eines Oxids ohne dass bestimmt wird, ob das Pixel ein Pixel eines Laminats ist.

Vorzugsweise umfasst das Erzeugen einer Abbildung das Erzeugen einer gepixelten Abbildung, welche Helligkeitswerte für jedes Pixel aufweist, und wobei das Bestimmen der Anwesenheit eines Oxids das Bestimmen der Anwesenheit des Oxids umfasst, das auf die Helligkeitswerte reagiert.

Vorzugsweise umfasst das Erzeugen einer Abbildung das Erzeugen von mehreren Abbildungen, jede in einer anderen Farbe und wobei in jeder Abbildung jedes Pixel Helligkeitswerte aufweist und wobei das Bestimmen der Anwesenheit eines Oxids das Durchführen der Bestimmung auf der Grundlage einer Analyse der Pixelwerte in mindestens zwei der Abbildungen umfasst. Vorzugsweise umfassen die mehreren Abbildungen eine rote, eine grüne und eine blaue Abbildung.

Vorzugsweise umfasst das Bestimmen der Anwesenheit eines Oxides das Außerachtlassen von Pixeln auf der Grundlage eines Helligkeitswertes für eine einzelne Farbe. Vorzugsweise ist die Farbe Rot, wobei Pixel mit einem Rot-Helligkeitswert über einem bestimmten Wert nicht als Oxid gelten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Bestimmen der Anwesenheit eines Oxids das Außerachtlassen von Pixeln auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen den Helligkeitswerten von zwei Farben. Vorzugsweise sind die zwei Farben Rot und Grün, wobei das Pixel außer Acht gelassen wird, wenn sein Rot-Helligkeitswert verglichen mit jenem von Kupfer geringer als sein Grün-Helligkeitswert im Vergleich zu Kupfer ist. Vorzugsweise sind die zwei Farben Rot und Blau, wobei das Pixel außer Acht gelassen wird, wenn der Rot-Helligkeitswert im Vergleich zu jenem von Kupfer geringer als sein Blau-Helligkeitswert im Vergleich zu Kupfer ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Bestimmung der Anwesenheit eines Oxids das Außerachtlassen auf der Grundlage einer Analyse des Helligkeitswertes von drei Farben.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Bestimmen der Anwesenheit eines Oxids das Außerachtlassen von Pixeln auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen dem Helligkeitswert von drei Farben mit Helligkeitswerten für Kupfer. Vorzugsweise wird ein Pixel als Oxid außer Acht gelassen, wenn seine Helligkeitswerte eine Mahalanobis-Distanz aufweisen, die größer als ein bestimmter Wert von den Mittelwerten der Helligkeitswerte für Kupfer ist. Vorzugsweise liegt der bestimmte Wert für die Mahalanobis-Distanz zwischen 4 und 8, insbesondere bei ungefähr 6.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Anwesenheit eines Oxids auf der Grundlage einer Beziehung zwischen den Helligkeitswerten der Abbildung und den Helligkeitswerten, die für Kupfer kennzeichnend sind.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren:

Bestimmen einer Farbpalette, die für Oxid kennzeichnend ist, und

Vergleichen der Farbwerte eines Pixels mit der bestimmten Palette von Werten, um zu bestimmen, ob das Pixel ein Oxid ist.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkenden bevorzugten Ausführungsformen besser verstanden werden.

BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Leiterplatte (PCB) von Licht mit mehreren Wellenlängen beleuchtet und in mehreren Farben, z. B. in RGB, abgebildet. Obwohl die Verfahren der Erfindung auf ein beliebiges Bilderzeugungssystem anwendbar sind, in dem Abbildungen in mehreren Farben bereitgestellt werden, wird die Leiterplatte (PCB) in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch die in der PCT Patentanmeldung PCT/IL98/00285, eingereicht am 15. Juni 1998, beschriebene Vorrichtung beleuchtet und die Abbildungen durch diese Vorrichtung bereitgestellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in welcher gewünscht wird, die Anwesenheit von braunem Oxid zu bestimmen, werden Abbildungen mit drei Farben, nämlich R (Rot), G (Grün) und B (Blau) erzeugt. Wahlweise werden, wie in PCT/IL98/00285 offenbart, Filter verwendet, um Mischung von Farben zwischen den Abbildungen zu verringern, so dass jede Abbildung Reflexionen in einer unterschiedlichen Wellenlänge darstellt. Alternativ dazu wird weißes Licht zur Beleuchtung verwendet und standardmäßige Lichtaufteilung (und dazugehörige Überlappungssensibilität) verwendet.

Als erster bevorzugter Schritt bei der Bestimmung wird ein Set-up ausgeführt, um das System zu kalibrieren. Diese Kalibrierung wird vorzugsweise unter Verwendung einer standardmäßig hergestellten, unbestückten Leiterplatte (PCB) ausgeführt, die vorzugsweise keine Oxide aufweist. Vorzugsweise wählt ein Benutzer einen Abschnitt der Leiterplatte, der eine Mischung aus inneren Kupferpixeln, Randpixeln und einigen Pixeln des Laminats aufweist.

Zuerst werden die Helligkeit der Beleuchtung und der Kamera sowie die A/D-Parameter eingestellt, so dass die Graustufe für jede der Farben RGB für nachfolgend erhaltene Abbildungen einen dunklen Wert von ungefähr 10 und einen Wert für ein Kupferpixel von ungefähr 230 für eine 8-Bit-Quantifizierung der Lichtstufe aufweist.

Der nächste Schritt besteht darin, eine „niedrige sichere" Schwelle durch eine Analyse von Übergangspixeln (Pixeln auf oder in der Nähe von Übergängen zwischen dem Leiter und dem Laminat) zu definieren. Diese Berechnung wird gemäß der in 15, der US 5,774,573 (Caspi et al.), dargestellten Rechnung berechnet, mit dem Unterschied, dass nur der Graustufenwert akkumuliert wird, nicht geordnete Paare (Graustufe, Graustufenunterschied). Die Aufgabe dieser Schwelle besteht darin, die Pixel zu definieren, deren Rot-Wert so niedrig ist, dass es sich bei ihnen um kein Oxid handeln kann. Andere Schwellen und Verfahren zur Definition solcher Schwellen können anstatt der „niedrigen sicheren" Schwelle verwendet werden.

Der nächste Schritt bei der Einstellung besteht darin, ein 3-D-Histogramm der Farben aller inneren Kupferpixeln in der Region mit begrenzter Größe zu erzeugen. Es wurde festgestellt, dass eine Region von 700 mal 700 Pixeln eine ausreichende Statistik ergibt. Für das 3-D-Histogramm wird der Mittelwert berechnet. Dieser Mittelwert kann auch aus den drei getrennten Farbverteilungen berechnet werden.

Vorzugsweise wird eine Covarianz-Matrix aus den Werten gebildet. Die Matrix sieht folgendermaßen aus:

Diese Matrix wird invertiert, um eine invertierte Covarianz-Matrix zu ergeben. Diese invertierte Matrix wird verwendet, um zu bestimmen, ob ein Pixel ein Oxid ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden folgende Regeln angewendet, um Pixel in einer PC-Leiterplatte, die getestet wird, abzubilden, um zu bestimmen, ob ein Pixel oxidiert ist.

  • 1) Wenn das Pixel einen starken Gradienten aufweist (zum Beispiel, wenn es sich um ein Randpixel handelt), wird es nicht überprüft und nicht als ein Oxid markiert;
  • 2) wenn seine Mahalanobis-Distanz (wie unten definiert) vom Mittelwert der Kupferpixel geringer als ein bestimmter Wert ist, handelt es sich um kein Oxid. Dieser Wert kann zwischen ungefähr 4 und 8 variieren, wobei 6 ein bevorzugter Wert ist;
  • 3) wenn der Rot-Pixelwert geringer als die niedrige sichere Schwelle für Rot ist, wird es nicht als Oxid eingestuft (es handelt sich sicher um ein Laminat);
  • 4) wahlweise wird, wenn bei einem Pixel Rot geringer als Grün ist, das Pixel nicht als Oxid eingestuft;
  • 5) wahlweise wird, wenn bei einem Pixel Rot geringer als Blau ist, das Pixel nicht als Oxid eingestuft; und
  • 6) wahlweise wird, wenn der Rot-Wert größer als ein bestimmter hoher We (zum Beispiel 220) ist, das Pixel nicht als Oxid eingestuft.

Die Mahalanobis-Distanz für ein Pixel wird durch Bilden eines Vektors und durch Vormultiplizieren der invertierten Covarianz-Matrix durch den Vektor und anschließendes Nachmultiplizieren des Produktes durch die Transponierte des Vektors bestimmt. Der Skalar, der sich aus diesem „modifizierten inneren Produkt" des Vektors ergibt, ist das Quadrat der Mahalanobis-Distanz.

Ein bevorzugter Algorithmus zum Bestimmen, ob ein Pixel einen starken Gradienten aufweist (d. h. ob es als ein Randpixel gilt und somit nicht der oben genannten Analyse unterliegt) lautet wie folgt:

Angenommen I[x, y] ist der Graustufenwert der Rot-Abbildung an dem Ort (x, y).

Um zu berechnen, ob das Pixel an dem Ort (x, y) ein Randpixel ist, wird angenommen, dass s = ceo(I[x – 2, y], I[x – 1, y], I[x, y], I[x + 1, y], I[x + 2, y])

+ ceo(I[x, y – 2], I[x, y – 1], I[x, y], I[x, y + 1], I[x, y + 2])

+ ced(I[x – 2, y – 2], I[x – 1, y – 1], I[x, y], I[x + 1, y + 1], I[x + 2, y + 2])

+ ced(I[x – 2, y + 2], I[x – 1, y + 1], I[x, y], I[x + 1, y – 1], I[x + 2, y – 2])
wobei die Funktionen ceo() und ced() durch das unten angeführte Computerprogrammfragment definiert werden.

Somit gilt, dass wenn s >=12 ist, das Pixel bei (x, y) ein Randpixel ist.

In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine mehrdimensionale Region des Farbraums, die für ein Oxid kennzeichnend ist, dessen Anwesenheit geprüft werden soll, bestimmt. Eine derartige Bestimmung kann durch Abbilden einer Reihe von Oxidproben und Bestimmen der Bandbreite – im Farbraum – der Abbildungen erfolgen. Während des Testverfahrens werden die Farbwerte von Testpixeln mit den Werten in der bestimmten Region verglichen. Wenn die Werte innerhalb der Region liegen, wird das Pixel als Oxid eingestuft. Wahlweise werden Randpixel und andere Pixel mit hohem Gradienten aus der Einstufung als Oxide ausgenommen. Obwohl solche Farbkarten in der Vergangenheit verwendet wurden, um Metall und Laminat zu bestimmen, wurden sie nicht verwendet, um die Anwesenheit von Oxid zu bestimmen, und wurden nicht in Verbindung mit Gradienten-Informationen verwendet.

Eine bevorzugte Verwendung der Information, die durch das oben beschriebene Verfahren bestimmt wird, besteht darin, zu vermeiden, dass Oxidpixel als Mängel in einer Leiterplatte eingestuft werden. Da diese Pixel im Allgemeinen eine Helligkeit zwischen jener von Kupfer und Laminat aufweisen, können sie manchmal durch normale Schwellenprogramme als Laminat eingestuft werden. Programme, die Ränder finden, können manchmal auch Schwierigkeiten bei der Bestimmung von Rändern in der Nähe von Oxid haben. Wenn das oben genannte Verfahren bestimmt, dass ein Pixel ein Oxid ist, wird es somit für die Zwecke eines Mängelbestimmungsprogrammes als ein Metallpixel definiert.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Analyse einer Leiterplatte, umfassend: das Erzeugen der Abbildung einer Leiterplatte, gekennzeichnet durch das Bestimmen der Anwesenheit eines Oxids durch eine Analyse der Abbildung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Anwesenheit eines Oxids erfolgt, ohne zu bestimmen, ob das Pixel ein Pixel des Basismaterials ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Erzeugen einer Abbildung das Erzeugen einer gepixelten Abbildung umfasst, welche Helligkeitswerte für jedes Pixel aufweist, und wobei das Bestimmen der Anwesenheit eines Oxids das Bestimmen der Anwesenheit des Oxids umfasst, das auf die Helligkeitswerte reagiert.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Erzeugen einer Abbildung das Erzeugen von mehreren Abbildungen umfasst, jede in einer anderen Farbe und wobei in jeder Abbildung jedes Pixel Helligkeitswerte aufweist und wobei das Bestimmen der Anwesenheit eines Oxids das Durchführen der Bestimmung auf der Grundlage einer Analyse der Pixelwerte in mindestens zwei der Abbildungen umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die mehreren Abbildungen eine rote, eine grüne und eine blaue Abbildung umfassen.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Bestimmen der Anwesenheit eines Oxids das Außerachtlassen von Pixeln auf der Grundlage eines Helligkeitswertes für eine einzelne Farbe umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Farbe Rot ist und wobei Pixel mit einem Rot-Helligkeitswert unterhalb eines bestimmten Wertes nicht als Oxid gelten.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Farbe Rot ist und wobei Pixel mit einem Rot-Wert über einem bestimmten Wert nicht als Oxid gelten.
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