專利名稱：一種內層板雙面對位裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電路板制造和圖像處理領域，具體為應用于激光直接成像系統(tǒng)的一種內層板雙面對位裝置和方法。
背景技術：
激光直接成像技術(Laser direct imaging, LDI)，是利用CAM工作站輸出的數據直接驅動激光直接成像裝置，并在涂覆有光致抗蝕劑的電路板基底上進行圖像成像(類似于激光光繪機在聚酯基底片上進行的圖形成像)，接著進行顯影便得到所要去的圖形了，然后再進行蝕刻、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體圖形了。 顯然，LDI不僅減少了底片制造和應用與保存維護等很多工序并使工藝簡化的問題，而更重要的是消除了由于底片圖像轉移帶來的PCB尺寸精度和誤差問題。在電路板制造中，對位問題包括單面對位、雙面對位(side-to-side)和層間對位。其中雙面對位的目的是為了使曝光在同一片電路板兩面的圖形對齊。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現雙面對位。而內層板基底通常沒有通孔。為了實現雙面對位，以色列Orbotech公司設計了一種UV-Marker。但是用UV-Marker的方式， UV-Marker對干膜的適用性有限制，它只能針對個別干膜，并且不同的干膜對位的精度差異較大。利用鉆孔機對內層板在曝光前先鉆孔，增加工藝流程，增加成本。普通的機械靠邊定位器的方式，一般機械定位的對準精度不能做到200u以內，遠遠不能滿足IOu左右定位精度的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種內層板雙面對位裝置和方法，只需要在載物臺下方安裝一套圖像采集裝置，以解決現有技術中電路板內層雙面定位需要打孔，并增加UV-Marker 裝置的問題。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為一種內層板雙面對位裝置，其特征在于包括有精密X-Y移動平臺、載物臺、沿X方向移動的一維移動平臺、控制處理單元，所述載物臺安裝在精密X-Y移動平臺上隨精密X-Y 移動平臺在X-Y坐標面內移動，載物臺臺面邊沿的拐角處沿X方向、Y方向分別設置有定位條，位于安裝有定位條的載物臺拐角處還開有檢測通孔，所述一維移動平臺設置在安裝有定位條的載物臺臺面邊沿的上方，一維移動平臺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的角度對準所述載物臺，所述精密X-Y移動平臺的檢測通孔下方設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的角度對準所述載物臺的檢測通孔，所述控制處理單元輸出端分別與精密X-Y移動平臺、一維移動平臺的控制端連接，以控制精密X-Y移動平臺、一維移動平臺的移動，所述控制處理單元的數據輸入端分別與所述上、下圖像采集裝置的數據輸出端連接，以接收上、下圖像采集裝置的輸出數據。
所述的一種內層板雙面對位裝置，其特征在于所述上、下圖像采集裝置均由相機、鏡頭、光源、圖形采集卡構成，所述上、下圖像采集裝置分別有一個或多個。所述的一種內層板雙面對位裝置，其特征在于所述控制處理單元采用工控機，或者是DSP。一種內層板雙面對位方法，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，用載物臺上的定位條對電路板拐角進行粗定位；(2)調整上、下圖像采集裝置的間距根據電路板的寬度，通過控制處理單元控制一維移動平臺帶動上圖像采集裝置在X方向移動，使上、下圖像采集裝置的間距與電路板的寬度大致相等；(3)采集圖像通過所述控制處理單元控制所述精密X-Y移動平臺帶動載物臺移動，使上、下圖像采集裝置分別對應電路板兩端，并可以采集到載物臺上電路板的拐角，通過下圖像采集裝置透過檢測通孔采集電路板一端B面位于檢測通孔上的拐角處的圖像，通過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，并計算出所述特征點所對應的精密X-Y移動平臺坐標；(5)電路板的A面曝光根據電路板的尺寸，把設計好的矢量圖形通過掃描的方式曝在電路板上，并計算出矢量圖形坐標系和步驟(4)得到的特征點在坐標系中的映射關系。(6)翻板電路板A面曝光結束后，把電路板翻轉180度，B面朝上，A面朝下，并再次通過定位條對電路板粗定位；(7) 二次采集圖像通過所述下圖像采集裝置采集電路板一端A面位于檢測通孔上的拐角的圖像，通過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，并計算出所述特征點所對應的精密X-Y移動平臺坐標；(9)雙面對位由步驟⑶得到的翻板后的特征點坐標，結合步驟(5)得到的映射關系，確定出B面曝光矢量圖形所需變換，實現A、B面的雙面對位。所述的一種內層板雙面對位方法，其特征在于所述步驟O)中，上圖像采集裝置運動后需重新標定。所述的一種內層板雙面對位方法，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。所述的一種內層板雙面對位方法，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和平移。本發(fā)明方法簡單，易于實現，不需要打孔，也不需要增加UV-Marker裝置，只需要在載物臺下方安裝一套圖像采集裝置即可實現電路板內層雙面對位，降低了生產成本，簡化了電路板生產工藝流程，同時也有效地提高了電路板對位精度。


圖1為本發(fā)明雙面對位裝置的結構示意圖。圖2為兩個圖像采集裝置安裝在載物臺的上方的布局圖，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)明雙面對位方法的流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明內層板雙面對位裝置，包括載物臺4，由左側定位條6a、下側定位條6b構成的粗定位裝置6，由X方向的運動副加和Y方向的運動副2b構成的精密X-Y 移動平臺2，下圖像采集裝置5，上圖像采集裝置8、一維移動平臺3，檢測通孔7，控制處理單元(圖1中未示)。載物臺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 4上。定位條6a、6b互相垂直，處于同一平面上，安裝在載物臺4上，用于對電路板1進行定位。精密X-Y移動平臺2用于載著電路板1移動到指定位置，包括X方向的運動副加和Y方向的運動副2b。下圖像采集裝置5和上圖像采集裝置8分別由相機、鏡頭、光源、圖像采集卡構成。 下圖像采集裝置5和上圖像采集裝置8的相機均為同一型號的相機，安裝在同一水平線上。 上圖像采集裝置8安裝在載物臺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4的下方，通過載物臺4上的檢測通孔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的內層板在裁板時，可能會在裁切邊緣處產生毛刺，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的上方，如圖2所示， 在圖加中，兩個圖像采集裝置測量的是電路板1的A面，左側圖像采集裝置會看見雙邊緣。 在圖2b中，電路板1翻轉了 180度，兩個圖像采集裝置測量的是電路板1的B面，此時右側圖像采集裝置只能看見單邊緣，這就導致了翻板前后測量對象的不一致，使得雙面對位的精度得不到保證。如圖3所示。當把一個圖像采集裝置安裝在載物臺的下方時，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量對象不一致的問題。一維移動平臺3為一個單自由度的運動平臺，僅能在X方向運動。當上、下圖像采集裝置的間距與電路板1的寬度相差較大時，上、下圖像采集裝置不能看見電路板1的拐角。一維移動平臺3在這種情況下，會帶著上圖像采集裝置8移動，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，負責控制精密X-Y移動平臺2、一維移動平臺3的移動，控制圖像的采集，對圖像進行處理、提取特征，計算矢量圖的變換(旋轉、平移)，對矢量圖進行變換等。如圖4所示，本發(fā)明的對位方法，適用于LDI內層板快速、精確地雙面對位，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4上，A面朝上，使電路板1的左邊緣和下邊緣分別與左側定位條6b和下側定位條6a對齊。步驟(10 檢測上、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，則控制一維移動平臺3移動，調整上、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看見電路板1的拐角。步驟(104)重新標定位置發(fā)生變化的上圖像采集裝置8。步驟(10 下圖像采集裝置5通過載物臺4上的方形的檢測通孔7采集左下B面拐角處的圖像，此時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邊緣檢測的方法提取出電路板1的邊緣并進行亞像素定位，用兩條直線擬合每幅圖像中的兩條邊緣，兩條直線的交點作為特征點。也可采用其他的特征提取方式，如角點特征、SIFT特征等。從兩幅圖像中各得到一個特征點，計算特征點對應的平臺坐標。步驟(107)根據內層電路板1的尺寸和粗定位裝置6的位置確定A面曝光的位置， 并進行A面曝光。計算出曝光位置與2個特征點位置之間的映射關系。步驟(IOS)A面曝光結束后，翻面，此時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定位條6b和下側定位條6a對齊。步驟(109)下圖像采集裝置5通過載物臺4上的檢測通孔7采集左下A面拐角處的圖像，此時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邊緣檢測的方法提取出電路板1的邊緣并進行亞像素定位，用兩條直線擬合每幅圖像中的兩條邊緣，兩條直線的交點作為特征點。也可采用其他的特征提取方式，如角點特征、SIFT特征等。從兩幅圖像中各得到一個特征點，計算特征點對應的平臺坐標。步驟(111)根據步驟(107)中計算出的映射關系和步驟(110)中的兩個特征點的平臺坐標，計算出在B面曝光的矢量圖形需做的變換，該變換包括旋轉和平移，其中，旋轉在矢量圖形中完成，平移由精密X-Y移動平臺2的移動來實現。步驟(11 根據步驟(111)計算出來的變換關系對矢量圖形進行變換后，進行B 面曝光。
權利要求
1.一種內層板雙面對位裝置，其特征在于包括有精密X-Y移動平臺、載物臺、沿X方向移動的一維移動平臺、控制處理單元，所述載物臺安裝在精密X-Y移動平臺上隨精密X-Y 移動平臺在X-Y坐標面內移動，載物臺臺面邊沿的拐角處沿X方向、Y方向分別設置有定位條，位于安裝有定位條的載物臺拐角處還開有檢測通孔，所述一維移動平臺設置在安裝有定位條的載物臺臺面邊沿的上方，一維移動平臺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的角度對準所述載物臺，所述精密X-Y移動平臺的檢測通孔下方設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的角度對準所述載物臺的檢測通孔，所述控制處理單元輸出端分別與精密X-Y移動平臺、一維移動平臺的控制端連接，以控制精密X-Y移動平臺、一維移動平臺的移動，所述控制處理單元的數據輸入端分別與所述上、下圖像采集裝置的數據輸出端連接，以接收上、下圖像采集裝置的輸出數據。
2.根據權利要求1所述的一種內層板雙面對位裝置，其特征在于所述上、下圖像采集裝置均由相機、鏡頭、光源、圖形采集卡構成，所述上、下圖像采集裝置分別有一個或多個。
3.根據權利要求1所述的一種內層板雙面對位裝置，其特征在于所述控制處理單元采用工控機，或者是DSP。
4.基于權利要求1的一種內層板雙面對位方法，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，用載物臺上的定位條對電路板拐角進行粗定位；(2)調整上、下圖像采集裝置的間距根據電路板的寬度，通過控制處理單元控制一維移動平臺帶動上圖像采集裝置在X方向移動，使上、下圖像采集裝置的間距與電路板的寬度大致相等；(3)采集圖像通過所述控制處理單元控制所述精密X-Y移動平臺帶動載物臺移動，使上、下圖像采集裝置分別對應電路板兩端，并可以采集到載物臺上電路板的拐角，通過下圖像采集裝置透過檢測通孔采集電路板一端B面位于檢測通孔上的拐角處的圖像，通過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，并計算出所述特征點所對應的精密X-Y移動平臺坐標；(5)電路板的A面曝光根據電路板的尺寸，把設計好的矢量圖形通過掃描的方式曝在電路板上，并計算出矢量圖形坐標系和步驟(4)得到的特征點在坐標系中的映射關系。(6)翻板電路板A面曝光結束后，把電路板翻轉180度，B面朝上，A面朝下，并再次通過定位條對電路板粗定位；(7)二次采集圖像通過所述下圖像采集裝置采集電路板一端A面位于檢測通孔上的拐角的圖像，通過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，并計算出所述特征點所對應的精密X-Y移動平臺坐標；(9)雙面對位由步驟(8)得到的翻板后的特征點坐標，結合步驟(5)得到的映射關系，確定出B面曝光矢量圖形所需變換，實現A、B面的雙面對位。
5.根據權利要求4所述的一種內層板雙面對位方法，其特征在于所述步驟(2)中，上圖像采集裝置運動后需重新標定。
6.根據權利要求4所述的一種內層板雙面對位方法，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特征提取方法，也可以是其他的特征提取方法。
7.根據權利要求4所述的一種內層板雙面對位方法，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和平移。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內層板雙面對位裝置和方法，適用于激光直接成像系統(tǒng)(LDI)。為了減少對位所需的時間，采用至少兩套圖像采集裝置同時測量對位標記，其中一個圖像采集裝置安裝在載物臺的上方，另一個圖像采集裝置安裝在載物臺的下方。為了能滿足不同尺寸的內層板的快速對位的需求，使一個圖像采集裝置固定，另外一個圖像采集裝置安裝在單軸移動的移動平臺上。用圖像處理的方法，提取內層板拐角處的特征點，用于雙面對位。
文檔編號G03F7/20GK102262358SQ20111009164
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權日2011年4月13日
發(fā)明者何少鋒, 徐玉華, 蔣興華 申請人:合肥芯碩半導體有限公司