[发明专利]光学成像系统和模板印刷机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于分配材料的设备和方法，更特别地，涉及用于最优地扫描在例如印刷电路板的电子基板的金属焊盘上分配的焊膏的设备和方法。

背景技术

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。

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开口。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。图1表示现有技术中的成像系统，通常由10指示，其可以位于印刷套(nest)(未显示)附近，或者连接至台架(gantry)(未显示)以使得成像系统在电路板12的模板14之间的印刷套上运动。不管成像系统的特定结构，成像系统10被设计为拍摄电路板12和/或模板14的预定区域的图像，用来例如检查电路板和/或模板，或者校准模板和电路板。

如图1所示，成像系统10包括具有透镜组18的电子相机16，两个照明装置20、22，两个分束器24、26以及另一个分束器28，其包括额外的镜面来将光线重新导向照相机16的透镜组18。为了捕获电路板12的预定区域的图像，操作照明装置20来生成光束，该光束反射离开分束器24朝向电路板。然后光被反射离开电路板12返回并通过分束器24至分束器28，然后分束器28反射光朝向透镜组18，最终至照相机16。然后照相机16捕获电路板12的图像。相似地，为了成像模板14的预定区域，使用照明装置22来生成光束，该光束反射离开另一个分束器26朝向模板。然后反射离开模板14的光被导回并通过分束器26至中间的分束器28，然后到透镜组18以及到照相机16来捕获图像。

通过典型的成像系统，系统10必须在区域上运动，停止以使得照相机16拍摄不模糊的图像，并且运动至下一个需要成像的区域。图2表示成像系统10的运动，其示意地表示成像系统随时间的速度。如图所示，通常成像系统完全停止(即，速度为0)以拍摄图像。当停止成像系统时，需要更多的时间来确保由成像系统台架的停止行动所引起的任何振动和摆动不会不利地影响照相机16拍摄的图像的质量。因此，例如，电路板的检查可能是相对费时的处理，因为通过成像系统停止和运动多次来将电路板的多个区域成像。然后将捕获的图像与模板的对应区域或由模板印刷机的控制器存储的区域比较来确定印刷的精度。结果，电路板的区域的顺序成像可能花费十分长的时间，因为成像系统必须在需要成像的区域上运动、停止来成像区域，然后运动到下一个需要成像的区域。

例如，图3表示需要成像的典型电路板12。如果恰当曝光有兴趣的区间的图像所需要的时间是大约30毫秒，并且将成像系统10运动到相邻的有兴趣的区间所需要的时间是大约100毫秒，那么采集之间的全部时间是大约130毫秒。成像系统10的图像采集速率率部分地受限于在照相机16的焦平面上正确曝光光感电子器件所需要的时间。曝光时间与照明装置产生的光的量、有兴趣的特征的相对亮度以及透镜组18的透镜孔径比或“f数”直接相关。绝大多数由于空间限制而相对小的照明装置仅能够产生相对低的光，因此需要更长的合成时间来获得正确的曝光。为了增加成像速度，已知在一些成像系统中采用两个照相机，一个照相机来成像模板，另一个照相机来成像电路板，因此缩短了用于校准或检测模板和电路板的图像之间的时间。然而，通过持续的努力来缩短在电路板组装的所有阶段的处理时间，对于需要更快的生产率的生产线来说即使提供两台照相机通常还是太慢。当前具有进一步缩短用于成像用于检测和/或校准的电路板和模板的时间的需要。