專利名稱：一種內(nèi)層板雙面對(duì)位裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路板制造和圖像處理領(lǐng)域，具體為應(yīng)用于激光直接成像系統(tǒng)的一種內(nèi)層板雙面對(duì)位裝置和方法。
背景技術(shù)：
激光直接成像技術(shù)(Laser direct imaging, LDI)，是利用CAM工作站輸出的數(shù)據(jù)直接驅(qū)動(dòng)激光直接成像裝置，并在涂覆有光致抗蝕劑的電路板基底上進(jìn)行圖像成像(類似于激光光繪機(jī)在聚酯基底片上進(jìn)行的圖形成像)，接著進(jìn)行顯影便得到所要去的圖形了，然后再進(jìn)行蝕刻、去膜(除去剩下的光致抗蝕劑)，則得到在電路板所要求的銅導(dǎo)體圖形了。 顯然，LDI不僅減少了底片制造和應(yīng)用與保存維護(hù)等很多工序并使工藝簡(jiǎn)化的問(wèn)題，而更重要的是消除了由于底片圖像轉(zhuǎn)移帶來(lái)的PCB尺寸精度和誤差問(wèn)題。在電路板制造中，對(duì)位問(wèn)題包括單面對(duì)位、雙面對(duì)位(side-to-side)和層間對(duì)位。其中雙面對(duì)位的目的是為了使曝光在同一片電路板兩面的圖形對(duì)齊。通常外層板上打有很多通孔，因此可以利用這些通孔方便地實(shí)現(xiàn)雙面對(duì)位。而內(nèi)層板基底通常沒有通孔。為了實(shí)現(xiàn)雙面對(duì)位，以色列Orbotech公司設(shè)計(jì)了一種UV-Marker。但是用UV-Marker的方式， UV-Marker對(duì)干膜的適用性有限制，它只能針對(duì)個(gè)別干膜，并且不同的干膜對(duì)位的精度差異較大。利用鉆孔機(jī)對(duì)內(nèi)層板在曝光前先鉆孔，增加工藝流程，增加成本。普通的機(jī)械靠邊定位器的方式，一般機(jī)械定位的對(duì)準(zhǔn)精度不能做到200u以內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足IOu左右定位精度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)層板雙面對(duì)位裝置和方法，只需要在載物臺(tái)下方安裝一套圖像采集裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中電路板內(nèi)層雙面定位需要打孔，并增加UV-Marker 裝置的問(wèn)題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種內(nèi)層板雙面對(duì)位裝置，其特征在于包括有精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)、載物臺(tái)、沿X方向移動(dòng)的一維移動(dòng)平臺(tái)、控制處理單元，所述載物臺(tái)安裝在精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)上隨精密X-Y 移動(dòng)平臺(tái)在X-Y坐標(biāo)面內(nèi)移動(dòng)，載物臺(tái)臺(tái)面邊沿的拐角處沿X方向、Y方向分別設(shè)置有定位條，位于安裝有定位條的載物臺(tái)拐角處還開有檢測(cè)通孔，所述一維移動(dòng)平臺(tái)設(shè)置在安裝有定位條的載物臺(tái)臺(tái)面邊沿的上方，一維移動(dòng)平臺(tái)上安裝有上圖像采集裝置，所述上圖像采集裝置的采集部件以垂直于載物臺(tái)的角度對(duì)準(zhǔn)所述載物臺(tái)，所述精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)的檢測(cè)通孔下方設(shè)置有下圖像采集裝置，所述下圖像采集裝置的采集部件以垂直于載物臺(tái)的角度對(duì)準(zhǔn)所述載物臺(tái)的檢測(cè)通孔，所述控制處理單元輸出端分別與精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)、一維移動(dòng)平臺(tái)的控制端連接，以控制精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)、一維移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)，所述控制處理單元的數(shù)據(jù)輸入端分別與所述上、下圖像采集裝置的數(shù)據(jù)輸出端連接，以接收上、下圖像采集裝置的輸出數(shù)據(jù)。
所述的一種內(nèi)層板雙面對(duì)位裝置，其特征在于所述上、下圖像采集裝置均由相機(jī)、鏡頭、光源、圖形采集卡構(gòu)成，所述上、下圖像采集裝置分別有一個(gè)或多個(gè)。所述的一種內(nèi)層板雙面對(duì)位裝置，其特征在于所述控制處理單元采用工控機(jī)，或者是DSP。一種內(nèi)層板雙面對(duì)位方法，其特征在于包括如下步驟(1)上板把待曝光的電路板放在所述載物臺(tái)上，以電路板一面作為A面，另一面作為B面，且電路板的A面朝上，B面朝下，用載物臺(tái)上的定位條對(duì)電路板拐角進(jìn)行粗定位；(2)調(diào)整上、下圖像采集裝置的間距根據(jù)電路板的寬度，通過(guò)控制處理單元控制一維移動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)上圖像采集裝置在X方向移動(dòng)，使上、下圖像采集裝置的間距與電路板的寬度大致相等；(3)采集圖像通過(guò)所述控制處理單元控制所述精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)載物臺(tái)移動(dòng)，使上、下圖像采集裝置分別對(duì)應(yīng)電路板兩端，并可以采集到載物臺(tái)上電路板的拐角，通過(guò)下圖像采集裝置透過(guò)檢測(cè)通孔采集電路板一端B面位于檢測(cè)通孔上的拐角處的圖像，通過(guò)上圖像采集裝置采集電路板另一端A面的拐角處的圖像；(4)特征提取在控制處理單元中利用圖像處理的方法，從步驟C3)上、下圖像采集裝置所采集的電路板拐角處的圖像中提取出亞像素精度的特征點(diǎn)，并計(jì)算出所述特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)；(5)電路板的A面曝光根據(jù)電路板的尺寸，把設(shè)計(jì)好的矢量圖形通過(guò)掃描的方式曝在電路板上，并計(jì)算出矢量圖形坐標(biāo)系和步驟(4)得到的特征點(diǎn)在坐標(biāo)系中的映射關(guān)系。(6)翻板電路板A面曝光結(jié)束后，把電路板翻轉(zhuǎn)180度，B面朝上，A面朝下，并再次通過(guò)定位條對(duì)電路板粗定位；(7) 二次采集圖像通過(guò)所述下圖像采集裝置采集電路板一端A面位于檢測(cè)通孔上的拐角的圖像，通過(guò)所述上圖像采集裝置采集電路板另一端B面拐角的圖像；(8) 二次特征提取在控制處理單元中利用圖像處理的方法，從步驟(7)上、下圖像采集裝置所采集的電路板拐角圖像中提取出亞像素精度的特征點(diǎn)，并計(jì)算出所述特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)；(9)雙面對(duì)位由步驟⑶得到的翻板后的特征點(diǎn)坐標(biāo)，結(jié)合步驟(5)得到的映射關(guān)系，確定出B面曝光矢量圖形所需變換，實(shí)現(xiàn)A、B面的雙面對(duì)位。所述的一種內(nèi)層板雙面對(duì)位方法，其特征在于所述步驟O)中，上圖像采集裝置運(yùn)動(dòng)后需重新標(biāo)定。所述的一種內(nèi)層板雙面對(duì)位方法，其特征在于所述步驟⑷、步驟⑶中，特征提取不限于邊緣線交點(diǎn)特征提取方法，也可以是其他的特征提取方法。所述的一種內(nèi)層板雙面對(duì)位方法，其特征在于所述步驟(9)中，電路板的B面曝光矢量圖形所需變換包括旋轉(zhuǎn)和平移。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，不需要打孔，也不需要增加UV-Marker裝置，只需要在載物臺(tái)下方安裝一套圖像采集裝置即可實(shí)現(xiàn)電路板內(nèi)層雙面對(duì)位，降低了生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化了電路板生產(chǎn)工藝流程，同時(shí)也有效地提高了電路板對(duì)位精度。


圖1為本發(fā)明雙面對(duì)位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為兩個(gè)圖像采集裝置安裝在載物臺(tái)的上方的布局圖，其中圖加為電路板翻板前的布局圖，圖2b為電路板翻板后的布局圖。圖3為本發(fā)明圖像采集裝置的布局圖，其中圖3a為電路板翻版前的布局圖，圖北為電路板翻板后的布局圖。圖4為本發(fā)明雙面對(duì)位方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明內(nèi)層板雙面對(duì)位裝置，包括載物臺(tái)4，由左側(cè)定位條6a、下側(cè)定位條6b構(gòu)成的粗定位裝置6，由X方向的運(yùn)動(dòng)副加和Y方向的運(yùn)動(dòng)副2b構(gòu)成的精密X-Y 移動(dòng)平臺(tái)2，下圖像采集裝置5，上圖像采集裝置8、一維移動(dòng)平臺(tái)3，檢測(cè)通孔7，控制處理單元(圖1中未示)。載物臺(tái)4用于放置待曝光的電路板1，采用真空吸附使電路板1緊密地附在載物臺(tái) 4上。定位條6a、6b互相垂直，處于同一平面上，安裝在載物臺(tái)4上，用于對(duì)電路板1進(jìn)行定位。精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)2用于載著電路板1移動(dòng)到指定位置，包括X方向的運(yùn)動(dòng)副加和Y方向的運(yùn)動(dòng)副2b。下圖像采集裝置5和上圖像采集裝置8分別由相機(jī)、鏡頭、光源、圖像采集卡構(gòu)成。 下圖像采集裝置5和上圖像采集裝置8的相機(jī)均為同一型號(hào)的相機(jī)，安裝在同一水平線上。 上圖像采集裝置8安裝在載物臺(tái)4的上方，用于采集電路板1上表面右下拐角處的圖像。下圖像采集裝置5安裝在載物臺(tái)4的下方，通過(guò)載物臺(tái)4上的檢測(cè)通孔7采集電路板1下表面左下拐角處的圖像。如圖2所示。由于電路板1的內(nèi)層板在裁板時(shí)，可能會(huì)在裁切邊緣處產(chǎn)生毛刺，也有可能使得切割面與板面不垂直。如果圖像采集裝置都安裝在載物臺(tái)的上方，如圖2所示， 在圖加中，兩個(gè)圖像采集裝置測(cè)量的是電路板1的A面，左側(cè)圖像采集裝置會(huì)看見雙邊緣。 在圖2b中，電路板1翻轉(zhuǎn)了 180度，兩個(gè)圖像采集裝置測(cè)量的是電路板1的B面，此時(shí)右側(cè)圖像采集裝置只能看見單邊緣，這就導(dǎo)致了翻板前后測(cè)量對(duì)象的不一致，使得雙面對(duì)位的精度得不到保證。如圖3所示。當(dāng)把一個(gè)圖像采集裝置安裝在載物臺(tái)的下方時(shí)，翻板后下圖像采集裝置采集的位置與翻版前上圖像采集裝置采集的位置是相同的，翻板后上圖像采集裝置采集的位置與翻板前下圖像采集裝置采集的位置也是相同的，這樣就巧妙地避免了翻板前后測(cè)量對(duì)象不一致的問(wèn)題。一維移動(dòng)平臺(tái)3為一個(gè)單自由度的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，僅能在X方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)上、下圖像采集裝置的間距與電路板1的寬度相差較大時(shí)，上、下圖像采集裝置不能看見電路板1的拐角。一維移動(dòng)平臺(tái)3在這種情況下，會(huì)帶著上圖像采集裝置8移動(dòng)，直至上、下圖像采集裝置的間距與電路板1的寬度大致相等，使得上、下圖像采集裝置能看見電路板1的拐角?？刂铺幚韱卧?采用工控機(jī)，負(fù)責(zé)控制精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)2、一維移動(dòng)平臺(tái)3的移動(dòng)，控制圖像的采集，對(duì)圖像進(jìn)行處理、提取特征，計(jì)算矢量圖的變換(旋轉(zhuǎn)、平移)，對(duì)矢量圖進(jìn)行變換等。如圖4所示，本發(fā)明的對(duì)位方法，適用于LDI內(nèi)層板快速、精確地雙面對(duì)位，包括如下步驟步驟(101)上板，把待曝光的電路板1放在載物臺(tái)4上，A面朝上，使電路板1的左邊緣和下邊緣分別與左側(cè)定位條6b和下側(cè)定位條6a對(duì)齊。步驟(10 檢測(cè)上、下圖像采集裝置的間距與電路板1的寬度是否大致相等。步驟(10 如果上、下圖像采集裝置的間距相差較大，上、下圖像采集裝置有可能不能看見電路板1的拐角，則控制一維移動(dòng)平臺(tái)3移動(dòng)，調(diào)整上、下圖像采集裝置的間距，直至大致相等，使得上、下圖像采集裝置能同時(shí)看見電路板1的拐角。步驟(104)重新標(biāo)定位置發(fā)生變化的上圖像采集裝置8。步驟(10 下圖像采集裝置5通過(guò)載物臺(tái)4上的方形的檢測(cè)通孔7采集左下B面拐角處的圖像，此時(shí)B面在電路板1的下表面。上圖像采集裝置8采集右上A面拐角處的圖像，此時(shí)A面在電路板1的上表面。步驟(106)從步驟(105)采集的2幅圖像中，用Carmy邊緣檢測(cè)的方法提取出電路板1的邊緣并進(jìn)行亞像素定位，用兩條直線擬合每幅圖像中的兩條邊緣，兩條直線的交點(diǎn)作為特征點(diǎn)。也可采用其他的特征提取方式，如角點(diǎn)特征、SIFT特征等。從兩幅圖像中各得到一個(gè)特征點(diǎn)，計(jì)算特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平臺(tái)坐標(biāo)。步驟(107)根據(jù)內(nèi)層電路板1的尺寸和粗定位裝置6的位置確定A面曝光的位置， 并進(jìn)行A面曝光。計(jì)算出曝光位置與2個(gè)特征點(diǎn)位置之間的映射關(guān)系。步驟(IOS)A面曝光結(jié)束后，翻面，此時(shí)B面在上，A面在下。使電路板1的左邊緣和下邊緣分別與左側(cè)定位條6b和下側(cè)定位條6a對(duì)齊。步驟(109)下圖像采集裝置5通過(guò)載物臺(tái)4上的檢測(cè)通孔7采集左下A面拐角處的圖像，此時(shí)A面在電路板1的下表面。上圖像采集裝置8采集右上B面拐角處的圖像，此時(shí)B面在電路板1的上表面。步驟(110)從步驟(109)采集的2幅圖像中，用Carmy邊緣檢測(cè)的方法提取出電路板1的邊緣并進(jìn)行亞像素定位，用兩條直線擬合每幅圖像中的兩條邊緣，兩條直線的交點(diǎn)作為特征點(diǎn)。也可采用其他的特征提取方式，如角點(diǎn)特征、SIFT特征等。從兩幅圖像中各得到一個(gè)特征點(diǎn)，計(jì)算特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平臺(tái)坐標(biāo)。步驟(111)根據(jù)步驟(107)中計(jì)算出的映射關(guān)系和步驟(110)中的兩個(gè)特征點(diǎn)的平臺(tái)坐標(biāo)，計(jì)算出在B面曝光的矢量圖形需做的變換，該變換包括旋轉(zhuǎn)和平移，其中，旋轉(zhuǎn)在矢量圖形中完成，平移由精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)2的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。步驟(11 根據(jù)步驟(111)計(jì)算出來(lái)的變換關(guān)系對(duì)矢量圖形進(jìn)行變換后，進(jìn)行B 面曝光。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)層板雙面對(duì)位裝置，其特征在于包括有精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)、載物臺(tái)、沿X方向移動(dòng)的一維移動(dòng)平臺(tái)、控制處理單元，所述載物臺(tái)安裝在精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)上隨精密X-Y 移動(dòng)平臺(tái)在X-Y坐標(biāo)面內(nèi)移動(dòng)，載物臺(tái)臺(tái)面邊沿的拐角處沿X方向、Y方向分別設(shè)置有定位條，位于安裝有定位條的載物臺(tái)拐角處還開有檢測(cè)通孔，所述一維移動(dòng)平臺(tái)設(shè)置在安裝有定位條的載物臺(tái)臺(tái)面邊沿的上方，一維移動(dòng)平臺(tái)上安裝有上圖像采集裝置，所述上圖像采集裝置的采集部件以垂直于載物臺(tái)的角度對(duì)準(zhǔn)所述載物臺(tái)，所述精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)的檢測(cè)通孔下方設(shè)置有下圖像采集裝置，所述下圖像采集裝置的采集部件以垂直于載物臺(tái)的角度對(duì)準(zhǔn)所述載物臺(tái)的檢測(cè)通孔，所述控制處理單元輸出端分別與精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)、一維移動(dòng)平臺(tái)的控制端連接，以控制精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)、一維移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)，所述控制處理單元的數(shù)據(jù)輸入端分別與所述上、下圖像采集裝置的數(shù)據(jù)輸出端連接，以接收上、下圖像采集裝置的輸出數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)層板雙面對(duì)位裝置，其特征在于所述上、下圖像采集裝置均由相機(jī)、鏡頭、光源、圖形采集卡構(gòu)成，所述上、下圖像采集裝置分別有一個(gè)或多個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)層板雙面對(duì)位裝置，其特征在于所述控制處理單元采用工控機(jī)，或者是DSP。
4.基于權(quán)利要求1的一種內(nèi)層板雙面對(duì)位方法，其特征在于包括如下步驟(1)上板把待曝光的電路板放在所述載物臺(tái)上，以電路板一面作為A面，另一面作為B 面，且電路板的A面朝上，B面朝下，用載物臺(tái)上的定位條對(duì)電路板拐角進(jìn)行粗定位；(2)調(diào)整上、下圖像采集裝置的間距根據(jù)電路板的寬度，通過(guò)控制處理單元控制一維移動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)上圖像采集裝置在X方向移動(dòng)，使上、下圖像采集裝置的間距與電路板的寬度大致相等；(3)采集圖像通過(guò)所述控制處理單元控制所述精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)載物臺(tái)移動(dòng)，使上、下圖像采集裝置分別對(duì)應(yīng)電路板兩端，并可以采集到載物臺(tái)上電路板的拐角，通過(guò)下圖像采集裝置透過(guò)檢測(cè)通孔采集電路板一端B面位于檢測(cè)通孔上的拐角處的圖像，通過(guò)上圖像采集裝置采集電路板另一端A面的拐角處的圖像；(4)特征提取在控制處理單元中利用圖像處理的方法，從步驟(3)上、下圖像采集裝置所采集的電路板拐角處的圖像中提取出亞像素精度的特征點(diǎn)，并計(jì)算出所述特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)；(5)電路板的A面曝光根據(jù)電路板的尺寸，把設(shè)計(jì)好的矢量圖形通過(guò)掃描的方式曝在電路板上，并計(jì)算出矢量圖形坐標(biāo)系和步驟(4)得到的特征點(diǎn)在坐標(biāo)系中的映射關(guān)系。(6)翻板電路板A面曝光結(jié)束后，把電路板翻轉(zhuǎn)180度，B面朝上，A面朝下，并再次通過(guò)定位條對(duì)電路板粗定位；(7)二次采集圖像通過(guò)所述下圖像采集裝置采集電路板一端A面位于檢測(cè)通孔上的拐角的圖像，通過(guò)所述上圖像采集裝置采集電路板另一端B面拐角的圖像；(8)二次特征提取在控制處理單元中利用圖像處理的方法，從步驟(7)上、下圖像采集裝置所采集的電路板拐角圖像中提取出亞像素精度的特征點(diǎn)，并計(jì)算出所述特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的精密X-Y移動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)；(9)雙面對(duì)位由步驟(8)得到的翻板后的特征點(diǎn)坐標(biāo)，結(jié)合步驟(5)得到的映射關(guān)系，確定出B面曝光矢量圖形所需變換，實(shí)現(xiàn)A、B面的雙面對(duì)位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)層板雙面對(duì)位方法，其特征在于所述步驟(2)中，上圖像采集裝置運(yùn)動(dòng)后需重新標(biāo)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)層板雙面對(duì)位方法，其特征在于所述步驟(4)、步驟 (8)中，特征提取不限于邊緣線交點(diǎn)特征提取方法，也可以是其他的特征提取方法。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)層板雙面對(duì)位方法，其特征在于所述步驟(9)中，電路板的B面曝光矢量圖形所需變換包括旋轉(zhuǎn)和平移。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)層板雙面對(duì)位裝置和方法，適用于激光直接成像系統(tǒng)(LDI)。為了減少對(duì)位所需的時(shí)間，采用至少兩套圖像采集裝置同時(shí)測(cè)量對(duì)位標(biāo)記，其中一個(gè)圖像采集裝置安裝在載物臺(tái)的上方，另一個(gè)圖像采集裝置安裝在載物臺(tái)的下方。為了能滿足不同尺寸的內(nèi)層板的快速對(duì)位的需求，使一個(gè)圖像采集裝置固定，另外一個(gè)圖像采集裝置安裝在單軸移動(dòng)的移動(dòng)平臺(tái)上。用圖像處理的方法，提取內(nèi)層板拐角處的特征點(diǎn)，用于雙面對(duì)位。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102262358SQ20111009164
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者何少鋒, 徐玉華, 蔣興華 申請(qǐng)人:合肥芯碩半導(dǎo)體有限公司