устройство для использования в трафаретной печати и способ совмещения обрабатываемой подложки и трафарета

Формула изобретения

1. Устройство для использования при трафаретной печати, содержащее координатный стол, станину устройства, устройство визуального контроля, приспособление для закрепления подложки на координатном столе и приспособление для крепления сетчатого трафарета, отличающееся тем, что координатный стол установлен на станине устройства, опорное устройство жестко прикреплено к координатному столу, устройство визуального контроля установлено на опорном устройстве, расположенном так, что устройство визуального контроля просматривает основную часть поверхности координатного стола, причем устройство дополнительно содержит устройство для относительного перемещения между координатным столом и приспособлением для крепления сетчатого трафарета, при этом устройство визуального контроля позиционируется с возможностью наблюдения знаков совмещения, нанесенных на подложку, так, что, когда сетчатый трафарет находится между устройством визуального контроля и подложкой, устройство визуального контроля может наблюдать знаки совмещения, нанесенные на сетчатый трафарет, посредством чего облегчается регулировка относительных положений сетчатого трафарета и подложки для совмещения знаков совмещения на сетчатом трафарете и подложке и таким образом осуществляется совмещение сетчатого трафарета и подложки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что опорное устройство содержит элементы, жестко соединенные в форме опорной рамы, жестко прикрепленной к опорному узлу, на котором устройство визуального контроля установлено посредством средства, которое неподвижно и крепко, но с возможностью регулировки положения, если это необходимо, закрепляет устройство визуального контроля.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что оно содержит устройство для обработки изображения, приспособленное для обработки данных изображения, поступающих от устройства визуального контроля, и для вывода обработанных данных изображения на дисплей.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что обработанные данные изображения вырабатывают изображение, которое просматривается устройством визуального контроля посредством дополнительной накладываемой координатной сетки с плавным позиционированием.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что дополнительно содержит устройство для позиционирования координатной сетки с плавным позиционированием, приспособленное для управления человеком-оператором.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что координатный стол имеет установленную на нем обрабатываемую подложку, а сетчатый трафарет установлен на приспособлении для крепления сетчатого трафарета.

7. Способ совмещения нанесенных на подложку знаков совмещения и сетчатого трафарета, при котором используют устройство, содержащее координатный стол, станину устройства, устройство визуального контроля, приспособление для закрепления подложки на координатном столе и приспособление для крепления сетчатого трафарета, отличающийся тем, что неподвижно закрепляют подложку на координатном столе, отмечают местоположение знаков совмещения подложки при помощи координатной сетки, смещают опорную раму и сетчатый трафарет относительно друг друга так, чтобы знаки совмещения сетчатого трафарета совпали со знаками совмещения координатной сетки, осуществляя совмещение обрабатываемой подложки и трафарета.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что после отметки местоположения знаков совмещения обрабатываемой подложки изменяют местоположение координатной сетки параметрическим коэффициентом коррекции, полученным из предыдущего контрольного опыта трафаретной печати.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам и способам для точного совмещения сетчатого трафарета и обрабатываемой подложки, использующей систему визуального контроля, более конкретно для использования в трафаретной печати при производстве печатных плат.

Известные способы трафаретной печати, некоторые из которых все еще используются, связанные с ручной подгонкой сетчатого трафарета поверх обрабатываемой подложки так, что знаки отметки совмещения, часто называемые координатными метками, расположенные на трафарете и обрабатываемой подложке, совмещались при просмотре сквозь трафарет. Так как это было в сильной степени субъективным выбором, включенным в данный способ совмещения, то это была в основном система проб и ошибок и обычно требовала несколько попыток для того, чтобы достичь нужного результата.

Повторяемость результатов, полученная на основании этого способа совмещения, имела зависимость от совпадения аналогичных элементов подложек, точности размещения каждой обрабатываемой подложки на координатном столе для трафаретной печати и возможности установки трафаретной печати удерживать сетчатый трафарет в первоначально установленном положении.

Использование технологии трафаретной печати для многоцветных графических изображений и для осаждения травленного резиста и материала припоя резиста в технике производства печатных плат привело к все возрастающему спросу более современных способов точного совмещения.

Как реакция на потребность все более малого допуска при совмещении появились системы, включающие одну или несколько видеокамер на ПЗС (приборах с зарядовой связью), оборудованные удобной линзовой системой, которая вводилась в систему, обычно управляемую микропроцессором, которая обеспечивала увеличение изображений знаков совмещения, воспроизводимых на индикаторном устройстве (дисплее), созданном на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Аналогичные индикаторные устройства обычно в дополнение к всему имели создаваемые электронным способом координатные сетки, которые позволяли выполнить высокоточную подгонку сетчатого трафарета и подложки с помощью микрометрических регулировок. Эти регулировки обычно выполнялись вручную, кроме некоторых систем, в которых были опробованы полуавтоматические или автоматические режимы. Патентное описание ЕР 204901 раскрывает полуавтоматическое устройство трафаретной печати, использующее шаговые электроприводы.

В упомянутых известных в технике системах видеокамеры устанавливались прямо над или под углом с помощью дополнительных подрамников по отношению к основной раме устройства трафаретной печати. Это приводит к появлению нескольких источников ошибок позиционирования, а именно: крепление сетчатого трафарета на основной раме устройства трафаретной печати, повторяемость положения "ввода" координатного стола, повторяемость положения "ухода" координатного стола, повторяемость положения подложки на координатном столе и жесткость креплений видеокамер.

Для того чтобы получить улучшенное необходимое абсолютное совмещение, ряд разработок в этой области сконцентрировались на повышении механической целостности устройства трафаретной печати. Более конкретно они нацелены на снижение ошибок смещения подвижных деталей. Исследуя ряд разработок было обнаружено, что, если три самых ответственных параметра контролируются с допуском 0,0025 см, которые в этом случае смещения координатного стола обычно соответствуют погрешности 0,003%, то отсюда общая максимальная погрешность совмещения такой системы будет равна 0,0075 см. Этого недостаточно в отношении степени точности, предпочтительной при некоторых случаях применения.

Известно устройство для использования при трафаретной печати, содержащее координатный стол, станину устройства, устройство визуального контроля, приспособление для закрепления подложки на координатном столе и приспособление для крепления сетчатого трафарета (ЕР 0 137 659).

Известен также способ совмещения нанесенных на подложку знаков совмещения и сетчатого трафарета, при котором используют устройство, содержащее координатный стол, станину устройства, устройство визуального контроля, приспособление для закрепления подложки на координатном столе и приспособление для крепления сетчатого трафарета (ЕР 0 137 659).

Этот патент отличается от настоящего изобретения тем, что он требует одновременного наблюдения знаков совмещения как на изделии, так и на сетчатом трафарете посредством устройства наблюдения, чья связь или с изделием, или с сетчатым трафаретом является неопределенной. Известное устройство регулируется, пока трафарет или маска не окажутся там, где они должны быть относительно трафарета, установленного на координатном столе. При вставлении нового трафарета его необходимо также регулировать до правильного положения, так как не существует никакого способа узнать, находится ли он каждый раз точно в одинаковом положении. Неизбежно будет некоторое относительное движение и, таким образом, при каждом использовании будут вноситься новые ошибки.

Для устранения вышеуказанных недостатков создано устройство для использования при трафаретной печати, содержащее координатный стол, станину устройства, устройство визуального контроля, приспособление для закрепления подложки на координатном столе и приспособление для крепления сетчатого трафарета, в котором согласно изобретению координатный стол установлен на станине устройства, опорное устройство жестко прикреплено к координатному столу, устройство визуального контроля установлено на опорном устройстве, расположенном так, что устройство визуального контроля просматривает основную часть поверхности координатного стола, причем устройство дополнительно содержит устройство для относительного перемещения между координатным столом и приспособлением для крепления сетчатого трафарета, при этом устройство визуального контроля позиционируется с возможностью наблюдения знаков совмещения, нанесенных на подложку, так что, когда сетчатый трафарет находится между устройством визуального контроля и подложкой, устройство визуального контроля может наблюдать знаки совмещения, нанесенные на сетчатый трафарет, посредством чего облегчается регулировка относительных положений сетчатого трафарета и подложки для совмещения знаков совмещения на сетчатом трафарете и подложке и, таким образом, осуществляется совмещение сетчатого трафарета и подложки. Опорное устройство содержит элементы, жестко соединенные в форме опорной рамы, жестко прикрепленной к опорному узлу, на котором устройство визуального контроля установлено посредством средства, которое неподвижно и крепко, но с возможностью регулировки положения, если это необходимо, закрепляет устройство визуального контроля.

Предпочтительно устройство содержит устройство для обработки изображения, приспособленное для обработки данных изображения, поступающих от устройства визуального контроля, и для вывода обработанных данных изображения на дисплей, при этом обработанные данные изображения вырабатывают изображение, которое просматривается устройством визуального контроля посредством дополнительной накладываемой координатной сетки с плавным позиционированием. Устройство может дополнительно содержать устройство для позиционирования координатной сетки с плавным позиционированием, приспособленное для управления человеком-оператором.

Координатный стол имеет установленную на нем обрабатываемую подложку, а сетчатый трафарет установлен на приспособлении для крепления сетчатого трафарета.

Также создан способ совмещения нанесенных на подложку знаков совмещения и сетчатого трафарета, при котором используют устройство, содержащее координатный стол, станину устройства, устройство визуального контроля, приспособление для закрепления подложки на координатном столе и приспособление для крепления сетчатого трафарета, в котором согласно изобретению неподвижно закрепляют положку на координатном столе, отмечают местоположение знаков совмещения положки при помощи координатной сетки, смещают опорную раму и сетчатый трафарет друг относительно друга таким образом, что знаки совмещения сетчатого трафарета совпали со знаками совмещения координатной сетки, осуществляя совмещение обрабатываемой подложки и трафарета. После отметки местоположения знаков совмещения обрабатываемой подложки изменяют местоположение координатной сетки параметрическим коэффициентом коррекции, полученным из предыдущего контрольного опыта трафаретной печати.

Обычно устройство трафаретной печати содержит приспособление для крепления сетчатого трафарета, используемого в процессе трафаретной печати, а координатные метки наносятся на сетчатый трафарет.

Устройство для визуального контроля может иметь две видеокамеры на ПЗС, каждая из которых снабжена линзовыми системами.

В одном из примеров осуществления изобретения опорное устройство содержит жесткую опорную раму, имеющую два прямоугольных элемента, жестко соединенных под прямыми углами друг с другом, образуя L-образную часть рамы, а также включающий опорный узел, расположенный в противоположном конце от соединения упомянутых плоских элементов, приспособленных для фиксации с регулировкой устройства визуального контроля.

В примере осуществления настоящего изобретения устройство к тому же включает блок обработки изображений, приспособленный к обработке информации о формируемом изображении, поступающих из устройства визуального контроля и к выводу обработанной информации о изображении на устройство воспроизведения изображения (дисплей). Упомянутый дисплей может иметь ЭЛТ. Блок обработки изображения предпочтительно является микропроцессорной системой. В дополнительном примере осуществления устройство формирует изображение на дисплейном устройстве, которое является изображением, которое просматривается устройством визуального контроля, но также имеет дополнительную изменяемую по положению координатную сетку, нанесенную на него. Координатная сетка может содержать пару перекрещенных линий. В еще одном предпочтительном примере применения человек-оператор контролирует позицию координатной сетки с переменным позицированием.

Устройство, соответствующее настоящему изобретению, далее будет описано со ссылкой на следующие чертежи.

Фиг.1 представляет собой вид спереди всего устройства.

Фиг.2 представляет собой вид сверху Фиг.1.

Жесткая опорная рама, обозначенная в целом 1, имеет два прямоугольных элемента, составленных перпендикулярно друг другу, образуя L-образную жесткую рамочную часть, которая приведена на Фиг.1, а именно элемент основания 2 и вертикальный элемент 3. Элемент основания 2 жестко соединен с обычным координатным столом 4. Координатный стол 4 приспособлен, чтобы установить и сохранить в неподвижном состоянии обрабатываемую подложку 9 способом, который аналогичен используемым в данной области техники, например, гнездовыми пластинами (на чертежах не приведены) или шрифтами 40. Вертикальный элемент 3, кроме того, соединен с противоположного конца с местом соединения элементов 2 и 3 рамы, с опорным узлом, который имеет первую пару параллельных опорных элементов 5, выступающих с противоположных боковых выступов элемента 3, расположенного параллельно по отношению и над боковым элементом 2, как показано на Фиг.2. Опорный узел имеет вторую пару параллельно расположенных опорных элементов 6, ориентированных в продольном направлении по отношению к первой паре опорных элементов 5, и обеспечивает опору соединения между ними. Опорные элементы 6 соединены с элементами 5 кронштейной системой 16, которая позволяет выполнить подгонку в направлении, отмеченном линией С-С.

Координатный стол 4 устанавливается на базовой раме оборудования для изменения положения загрузки и разгрузки относительно положения рабочей печати.

Пара опорных элементов 6 удерживает пару видеокамер на ПЗС и связанные с ними системы, обозначенные в целом позицией 7, площадь обзора которых обычно расположена в направлении координатного стола 4. Видеокамеры 7 снабжены линзами, которые дают достаточное увеличение при дискретной разрешающей способности системы, которая лучше, чем требуется при любой регулировке. Каждая видеокамера 7 устойчива закреплена на опорных элементах 6, используя кронштейны 8, которые допускают ручную, механическую регулировку положений видеокамер 7 вдоль оси, определенной линией В-В. Это вместе с кронштейнами 16 позволяет соответственно регулировать площадь обзора видеокамер 7 в соответствии с общим положением обрабатываемой подложки 9, закрепленной на координатном столе 4. Оба кронштейных набора 8 и 16 могут содержать любую конструкцию, которая будет неподвижно и крепко удерживать видеокамеры 7 и при этом будет позволять легко выполнить регулировку положения, если это требуется.

В этом предпочтительном примере воплощения изобретения видеокамеры и комбинации линз подсоединяются к блоку обработки изображения 10, который обычно имеет микропроцессорное управление через каналы связи 12, причем этот блок 10, в свою очередь, соединен с дисплеем 11 через канал связи 13. Дисплей обычно имеет электронно-лучевую трубку. Блок обработки изображения 10 принимает данные о формируемом изображении через канал 12 и соответственно обрабатывает их так, что, когда данные обработанного изображения 13 используются, чтобы запустить дисплей 11 через канал связи 13, координатная сетка накладывается на первоначальное изображение, которое просматривается видеокамерой 7. Абсолютно неподвижное положение координатной сетки на экране дисплея 11 регулируется оператором через блок обработки изображения 10. Лучше всего, если оператор воспользуется механическим манипулятором (джойстиком), чтобы отрегулировать положение координатной сетки. Очевидно, что, поскольку координатная сетка может быть получена программным способом, то возможно будет легче изменять конфигурацию геометрических размеров координатной сетки, чтобы приспособить к конкретному случаю применения.

Сетчатый трафарет 15 на Фиг.1 является хорошо известным типовым трафаретом, применяемым в области трафаретной печати.

В рабочем положении обрабатываемая подложка 9 неподвижно закрепляется на координатном столе 4. Видеокамеры 7 юстируются механическим способом, используя кронштейные приспособления 8 и 16, чтобы визуально проконтролировать примерное положение обрабатываемой подложки поверх поверхности, имеющей координатные метки, которые в тексте далее названы "знаками совмещения" обрабатываемой подложки. Затем оператор пользуется блоком обработки изображения 10, чтобы электронным способом совместить данные координатных сеток с центрированием знаков совмещения обрабатываемой подложки. Подобное электронное совмещение заменяет сложность механических манипуляций, свойственных прежней технике конструкций фиксации. Затем вся установка 1 перемещается к месту печати вместе с сетчатым трафаретом 15 таким образом, что сетчатый трафарет находится между подложкой 9 и камерами 7, позволяя камерам 7 просматривать сетчатый трафарет 15. Знаки совмещения трафарета 15 совмещаются регулировкой положения сетчатого трафарета с координатными сетками, которые все еще направлены к знакам совмещения обрабатываемой подложки 9, тем самым совмещая трафарет 15 с обрабатываемой подложкой 9. Координатные положения знаков совмещения подложки хранятся в памяти как положения координатных сеток оптоэлектронной системы.

Контрольная печать выполняется с помощью ракеля в соответствии с процессом трафаретной печати аналогично уже известной технике печати, и вся установка убирается так, что надпечатываемые обрабатываемые знаки совмещения просматриваются видеокамерами 7. Координатные сетки совмещаются с напечатанными знаками совмещения на обрабатываемой подложке 9 и, если они не совпадают с хранимыми в памяти первоначальными данными знаков совмещения, вычисляется параметрический коэффициент коррекции. Погрешности подобного типа обычно появляются после перемещения ракеля или из-за других параметрических причин системы. Этот коэффициент коррекции хранится в памяти и используется как смещение для последовательных циклов печати. Во время последовательных циклов печати подложка 9 закрепляется на координатном столе, используя систему локализации, например штифты 40, координатные сетки совмещаются со знаками совмещения подложки, координатный стол 4 перемещается в положение печати и знаки совмещения сетчатого трафарета выравниваются по координатным сеткам и выполняется операция печати. Точность контролируется проверкой знаков совмещения, напечатанных во время процессов трафаретной печати после того, как координатный стол 4 был удален с места печати.

Поскольку видеокамеры 7 действительно являются составной частью координатного стола 4, то точность выбора позиции "входа" и "ухода" координатного стола не является существенной. Поскольку координатные сетки видеокамеры совмещаются со знаком совмещения подложки и проходом подложки, то потребность в точном позиционировании подложек на координатном столе исключается, и поскольку трафарет совмещается с координатной сеткой как раз перед печатью, то необходимость точного повторения механического позиционирования трафарета, требуемого для уже известных систем, исключается.

Это пример воплощения настоящего изобретения обеспечивает повторно демонстрируемые совмещения с 0,0025 см или лучше без потребности установки трафаретной печати в очень высокоточном механизме позиционирования.

Для специалиста в данной области техники очевидно, что полуавтоматический вариант реализации настоящего изобретения, описанный ранее, можно было бы заменить полностью автоматическим вариантом исполнения установки в соответствии с настоящим изобретением, в которой соответствующие программные средства обработки изображения могут исполнять функцию оператора. Таким образом, их функция заключается в позиционировании соответствующих знаков совмещения и совмещения сетчатого трафарета и положки с помощью привода на базе шаговых электродвигателей или других высокоточных устройств позиционирования.