CN100401312C

CN100401312C - 自动光学检查系统和方法

Info

Publication number: CN100401312C
Application number: CNB2003801075005A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·莱维; 伯纳德·所罗门; 多伦·阿斯皮尔; 伊拉德·弗里德曼
Original assignee: OVBOTECH Ltd
Current assignee: OVBOTECH Ltd; Orbotech Ltd
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2003-12-21
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2023-12-21
Also published as: CN1732474A; US20070154081A1; US7203355B2; AU2003288508A8; AU2003288508A1; TW200504349A; JP2006515112A; US20040120570A1; TWI333058B; WO2004059567A2; KR20050088416A; WO2004059567A3; US7295696B2

Abstract

一种系统，包括：用于对物品中的缺陷进行自动光学检查(AOI)、核实和校正的自动设备；以及运转以在AOI、核实和校正之间选择以对物品执行的处理器。

Description

自动光学检查系统和方法

技术领域

本发明一般涉及自动光学检查(AOI)系统，更具体涉及用于自动的光学检查、核实和校正的系统和方法。

背景技术

公知自动光学检查(AOI)系统用于印刷电路板(PCB)、平板显示器(FPD)等的检查。AOI系统在这些物品的制作或装配过程中可以用于检查其各个外表和特征，例如但并不局限于，导体完整性(断路、连续性、破裂等)和尺寸、绝缘体或基板的完整性和尺寸、孔的尺寸和布局、导体间距((pitch)、线宽和长度、布线图特征、膏剂、元件布局、焊接点缺陷等。

AOI之后，上述物品通常可以被运送到用于核实在检查中发现的缺陷是否是真实缺陷的核实站。如果缺陷被核实为真实缺陷，则该物品可以传递到用于校正那些可校正的缺陷(并不是所有的缺陷都可以被校正)的校正站。在现有技术中，核实站和校正站包括与AOI单元分离地设置的单元。

发明内容

本发明寻求提供一种用于自动光学检查、核实和校正的系统和方法，其提供了在一个集成站执行检查、核实和校正的可能性。这可以有效地改善AOI系统的吞吐量、在制造过程中提供更大的灵活性，并且减少或消除制造流程中的瓶颈。

这样根据本发明的实施例提供了一种集成系统，它包括：用于对物品中的缺陷进行自动光学检查(AOI)、核实和校正的自动设备；和控制器，运转把将要检查的物品在AOI位置与核实和校正位置之间传输。优选地，对两个分离的物品同时执行AOI与核实和校正。

根据本发明的实施例，自动设备包括含有AOI装置的第一站和含有运转以对物品中的缺陷执行核实和校正中的至少一项的装置的第二站。

进一步根据本发明的实施例，自动设备包括：含有AOI装置的第一站、含有运转以核实物品中的缺陷的核实装置的第二站、以及含有运转以校正物品中的缺陷的校正装置的第三站。

进一步根据本发明的实施例，提供传送机来在第一和第二(及第三)站之间传送物品。

进一步根据本发明的实施例，AOI包括图像获取组件，该图像获取组件包括大致跨将要检查的物品的整个宽度延伸的多个照明器和多个传感器，从而将要检查的物品可以通过单次不间断传送沿第一方向经过图像获取组件而被检查，然后通过沿大致与第一方向相反的第二方向运送被检查的物品而将其从AOI上移走。

根据本发明的实施例，还提供了一种用于对物品的自动光学检查(AOI)的系统，该系统包括：照明器和图像获取子系统；第一支撑面，在第一时间间隔期间运转以支撑将要检查的第一物品，并将第一物品在单次不间断传送中运送经过图像获取子系统，以获取其图像；以及第二支撑表面，在第一时间间隔期间运转以在远离图像获取子系统的位置接收将要检查的第二物品。

进一步根据本发明的实施例，第二表面在第二时间间隔期间运转以支撑第二物品，并在单次不间断传送中将第二物品传送经过所述图像获取子系统，以获取其图像；并且第一表面在第二时间间隔期间运转以使第一物品能够被从其上移走，并在远离图像获取子系统的位置接收将要检查的第三物品。

进一步根据本发明的实施例，照明和图像获取子系统沿着大致垂直于第一和第二支撑表面的运送轴延伸的轴布置。

根据本发明的实施例，还提供了一种用于制造印刷电路板的方法，该方法包括：提供用于对物品中的缺陷进行自动光学检查(AOI)、核实和校正的自动设备；对第一印刷电路板的基板执行AOI；以及大致同时地对第二印刷电路板基板上先前通过AOI发现的疑似缺陷执行核实和校正。

根据本发明的实施例，该方法还包括在执行对物品的AOI、核实和校正中的至少一项之后执行另一个制造步骤。

进一步根据本发明的实施例，该方法还包括在继续对物品执行AOI、核实和校正中的至少一项的同时，将物品传输到另一个工作站。

附图说明

通过下面结合附图的具体描述，将能更全面地明白和理解本发明，其中：

图1是根据本发明的实施例构建并运转的用于物品的自动光学检查、核实和校正的系统的简化的图示说明；

图2A-2I是说明图1的系统的操作的简化的方框图；和

图3是根据本发明的实施例的用于制造印刷电路板的方法的简化的流程图。

具体实施方式

现在参考图1，图1示出了根据本发明的实施例构建并运转的用于一个或多个物品10的自动光学检查、缺陷核实和校正的集成系统。物品10可以包括但不限于，印刷电路板(PCB)、平板显示器(FPD)、芯片互连封装(ICP)等的电路。

上述系统可以包括：例如，具有限定了在其上可以例如通过自动光学检查(AOI)识别物品10的可能缺陷的检查位置16的底盘14的自动设备12，和在其上可以将物品10的可能缺陷评定为真实或虚假缺陷并根据需要进行校正的缺陷核实和校正位置18。

在图1所示的实施例中，自动设备12包括在检查位置16上的AOI装置20和含有成像功能部件的核实装置，标示为22，例如通过在物品11和成像功能部件之间提供足够的工作距离使得例如通过刮掉额外的铜就能手动地校正缺陷，该核实装置被配置以允许缺陷核实和校正位置18上的至少部分缺陷的校正。

AOI装置运转以检查第一物品10来查找其中可能的缺陷，部分可能缺陷可能是真实缺陷而部分可能缺陷可能是虚假缺陷。核实装置22运转以对已经被AOI装置20检查过的已检查物品11提供下述功能中的至少一个：获取并显示已检查物品11的可能缺陷的图像23使得操作者可以确定可能缺陷事实上是真实缺陷还是虚假缺陷，并使操作者能够校正可校正的真实缺陷；例如通过对由核实装置22所获取的相对高分辨率的图像的分析，自动地核实在物品11中发现的可能缺陷是否是可校正的真实缺陷、不可校正的真实缺陷还是虚假缺陷；校正物品11中的可校正的真实缺陷；丢弃有不可校正的真实缺陷的物品11。可校正的真实缺陷的典型例子包括：例如但不限于，具有各种突起的导体(其中一些可能导致短路)、铜溅沫(splash)等。不可校正的真实缺陷的典型例子可以包括：例如但不限于，某些缺失的特征、和具有严重刻痕的导体、非局部的不适当的宽度、沿导体的断线等。

根据本发明的实施例，操作者手动地执行，或者可选地自动执行，与核实装置22关联的校正功能。

根据本发明的实施例，核实装置22运转以使成像功能部件显示缺陷的图像23，缺陷图像23由操作者用来在将已检查的物品从自动设备12上移走之前迅速识别虚假缺陷。另外，在物品11从自动设备12移走之前操作者可以在校正已检查的物品11时使用成像功能部件。

根据本发明的实施例，合适的计算机图像处理器可以提供自动的虚假缺陷过滤功能。具有不可校正的真实缺陷的物品11可能被丢弃。具有可校正的真实缺陷的物品11可以在从自动设备12上移走之前校正，或随物品中的每个可校正真实缺陷的指示一起传递到分离的校正站。虚假缺陷的位置被丢弃，使得在校正站只有可校正的真实缺陷需要被考虑。

根据本发明的实施例，核实装置22配置为使得在核实和校正位置18可以执行校正。这样根据本发明的实施例，核实装置22被放置在距离物品11的足够远的距离，使得操作者可以访问物品11，从而在同时看物品11正被校正部分的图像23的时候执行缺陷校正。可选地，提供自动功能部件，即标示的校正器24，以自动校正物品11的至少部分缺陷。可以校正的典型的缺陷是额外的铜例如印刷电路板中的铜溅沫26，如图像23所示。

AOI装置20通常包含照明和图像获取设备(没有示出)，例如但不限于，背面照明和/或顶部照明设备，用于在检查物品10的期间对其照明。例如物品10可以用不相干或相干光学检查。适于在AOI装置20中使用的照明设备的优选实施例已在2000年12月13日、作为1998年6月16日提交PCT/IL98/00285的国家阶段申请而提交的题为“Illuminator for InspectingSubstantially Flat Surfaced(用于检查基本平坦的表面的照明器)”的共同待审美国专利申请No.09/719,728中描述，通过引用将该专利申请的公开内容全部合并于此。

AOI装置20还可以包括图像获取设备28，例如但并不限于，至少一个CCD(电荷耦合装置)阵列。在图1所示的实施例中，提供了三个并列的图像获取设备28，每个都与基于CCD或CMOS的成像器相关联，从而随着物品10例如沿箭头30的方向运送过图像设备28，获取物品10的几个图像带(swath)(本例中显示3个，每个与对应的图像获取设备28相关联)。以这种方式，AOI装置20可以从物品10的单次不中断通行中获取到物品10基本上全宽的图像。

物品10的不同特征可以反射不同强度的照明光。例如，导体(典型的铜线)可以以比更为暗淡的基板高的强度反射光。这样，可以通过其反射光的强度来辨认特征(如导体和基板)。

根据本发明的实施例，与AOI装置进行操作通信的计算机图像处理器21可以输出指示物品10的疑似缺陷的报告。计算机图像处理器21可以包括，例如，硬件图像处理元件和在一个或多个计算机工作站上运行的软件图像处理程序。

根据本发明的实施例的可以适配为在系统操作中使用的AOI装置20的例子包括，但不限于，可从以色列的Yavne(亚夫内)的Orbotech(奥博泰克)有限公司商业获得的自动光学检查系统的InSpire-9000^TM、SK-75^TM和InFinex^TM系列。这些系统可以用来检查具有，诸如但不限于，复杂的细线或球栅格阵列(BGA)的特征和组件的PCB基板。

物品11中例如被AOI装置20发现的可能缺陷的图像获取可以在缺陷核实和校正位置18由各种设备实现，例如但不限于，自动聚焦的视频摄像机，例如其被配置为如在2000年6月15日提交的题为“Microscope InspectionSystem(显微镜检查系统)”的未审美国专利申请09/570,972中一般性地描述的自动聚焦视频显微镜39一样，通过引用而将该专利申请的公开内容全部合并于此。视频显微镜39可以与物品11上与位于缺陷核实和校正位置18的诸如电路的零件(item)隔开一距离，该距离使得能够物理地访问电路从而校正电路。

根据本发明的实施例，通常缺陷核实器22的缺陷核实和/或校正功能在物品11上与AOI装置20在检查位置16对物品10的缺陷检查同时操作。因此，见图1中的实施例，提供第一传送机(没有示出)以在各站之间的第一支撑面(或工作台，这些术语可交换使用)44上传送物品例如物品10。也可以提供第二传送机(没有示出)以在各站之间的第二支撑面(或工作台，这些术语可交换使用)46上传送物品例如物品11。与第一和第二支撑面结合的第一和第二支撑传送机也可以被认为是定位器，其运转以选择性地将物品定位到站16和站18中的一个上。根据本发明的实施例，为了适应同时在检查站16检查物品10并在核实和校正站18核实物品11，物品10和物品11各自的传送路径是不同的。

因此，根据本发明的实施例，支撑物品10的第一支撑工作台44在第一传送平面上运送。支撑物品11的第二支撑工作台46在检查站20的第一传送平面上运送，然而从检查站20来回，第二支撑工作台46至少部分在大致平行于第一传送平面的第二运送平面。

现在参考图2A-2I，它们是根据本发明的实施例来图示用于物品的检查、核实和校正的集成系统的操作的示意性侧视图。图2A-2I中的每个示意性地示出了底盘114、检查位置116、缺陷核实和校正位置118、AOI装置120、核实装置122、第一支撑工作台144和第二支撑工作台146。第一支撑工作台144和第二支撑工作台146分别在检查和随后的核实和校正期间支撑将要检查的物品。

在图2A中，标示为150的将被检查的第一物品由支撑工作台144支撑，并示出在由AOI装置120进行自动光学检查期间被沿箭头160的方向运送。通常，在AOI装置自动光学检查第一物品150的缺陷所需要的时间间隔期间，当核实装置122运转以按照箭头162所指示移动到疑似缺陷的位置的时候，第二物品152在核实位置118由第二支撑工作台146支撑。核实装置122运转以获取通常显示给操作者的疑似缺陷(没有示出)的图像。要注意的是在核实位置118对核实功能的执行是可选的。在本发明的一些实施例中，核实位置118仅用于在用来检查装载到其它支撑工作台上的物品的时间间隔内从支撑工作台144和146中的一个装载和卸载物品，而不在那里执行核实和校正功能。

如图2B所示，一旦AOI装置的自动光学检查完成，或一旦核实器122对第二物品152的所有疑似缺陷进行检查和/或校正，已经被检查且其中的缺陷至少部分地被核实的第二物品152已经被从第二支撑工作台(在图2B中没有示出)移开，并且第三物品154(在图2C中没有示出)被放置到第二支撑工作台146。沿着箭头162的方向向核实和校正位置118运送载有正被自动光学检查的第一物品150的第一支撑工作台144。

接下来，见图2C，继续沿箭头162的方向运送保持安置在第一水平面的第一支撑工作台144。现在载有第三物品154的第二支撑工作台146沿着箭头164所指示的方向下降到布置在第一支撑工作台144的水平面下面的第二水平面，并以箭头166指示的方向朝检查位置116运送。

如图2D所示，一旦第二支撑工作台146移过第一支撑工作台144，但是通常在到达检查位置116之前，其沿着箭头166的方向上升到AOI装置进行自动地光学检查所要求的水平面。

如分别由图2E和图2F所示，一旦第一支撑工作台144到达核实和校正位置118，且一旦第二支撑工作台146到达AOI位置116，第三物品154被AOI装置120自动检查疑似缺陷，并大致同时地核实和校正第一物品150上的疑似缺陷。

如图2G和图2H分别所示，一旦完成了对第一物品150上所选择的疑似缺陷的核实和校正，第一物品150被从第一支撑工作台144移走，并由第四物品156(图2H)替换。然后沿箭头170的方向将第一支撑工作台144运送到检查位置116。一旦完成了对第三物品154的自动光学检查，第二支撑工作台146沿着如箭头172所示的方向下降到在第一支撑工作台144之下的水平面，以移过第一支撑工作台144，并沿箭头174指示的方向被运送离开检查位置116。

上述周期的完成如图2I所示，其中第二支撑工作台145被沿着如箭头176所指示提高到适合于在核实位置118处对疑似缺陷进行核实和校正的水平面。通常在对第三物品154上的疑似缺陷的核实和矫正的同时，第一支撑工作台144被沿箭头170的方向运送经过检查位置118的AOI装置120，以检查第四物品156的疑似缺陷。

需要注意的是，根据本发明的实施例，用于检查和用于核实和校正的相对时间间隔是互相依赖的，且可以被调整以例如适应检查过程约束。因此，根据本发明的具体实施例，可以使核实和校正在时间上取决于在检查位置116检查物品的缺陷所需要的时间间隔。在这样的配置中，仅处理可以在执行AOI所需要的时间间隔期间核实和校正的疑似缺陷。如果在AOI完成之后剩有未核实的疑似缺陷，则将一些疑似缺陷已经被核实而其它的还没有被核实的物品传递到离线的核实和校正站，在那里核实任何剩余的疑似缺陷。应该理解，在该模式的操作中，尽管可能没有完全地消除，但大幅减少了独立的核实和校正站的负载。

可替换地，集成系统可以被配置为取决于核实和校正物品上的所有的疑似缺陷所需要的时间间隔。在这种工作模式下，如果核实和校正缺陷并将新的物品放在支撑工作台上所需要的时间间隔超过了在检查位置116检查物品的缺陷所需要的时间间隔，则可以延迟已检查的物品从检查站到核实站120的返回运送。因此，该操作模式可能会比由AOI约束集成系统的操作的操作模式慢，但是由该系统处理的每个物品都被检查、核实和校正，从而消除了对独立的核实和校正站的需求。

现在再参考图3，图3图示了根据本发明的实施例利用用于物品的自动光学检查、核实和校正的集成系统来制造印刷电路板的方法

控制器280(图1)可以与第一和第二位置16和18以及工作台44和46进行通信，并且可以控制该系统的操作流程。处理器280可以在AOI、核实和校正操作之间进行选择来为物品10的检查、核实和校正的完成提供约束，也就是从该系统卸载的物品是部分还是全部地被核实和校正。

根据本发明的实施例，部分电路图被沉积到基板如印刷电路板基板上。典型的基板成批准备，且为该批中的每个基板提供电路图的相同部分。

一批基板中的每个基板连续地提供给集成的检查、核实和校正系统如系统12(图1)，在那里基板被运送到检查位置，并进行自动光学检查以确定被怀疑为缺陷的异常处的存在性和各自的位置。根据本发明的实施例，在第一基板正被自动光学检查的至少部分时间期间，将新基板装载到集成系统上。

在对基板的自动光学检查完成之后，经自动光学检查的基板被传输到位于集成系统上的缺陷核实和校正位置，在那里核实其疑似缺陷为真实缺陷或者确定为虚假缺陷，且校正可校正的真实缺陷。根据本发明的实施例，对已检查的基板上的疑似缺陷的核实和校正大致与对新基板的检查同时地执行。

如果至少一些疑似缺陷还没有被核实或校正，则将该基板传递到独立的核实和校正站，例如从以色列Yavne的Orbotech有限公司商业可得的VRS-4核实站，在那里最终核实并根据需要校正基板上的疑似缺陷。丢弃具有不可校正的缺陷的基板。应当理解，与传统的检查、核实和校正方法相比，数量明显减少了的缺陷到达了独立的核实和校正站。

一旦所有疑似缺陷都被核实和校正，就将基板从集成系统中移走。如果所有的疑似缺陷都已经被核实和校正，则该基板可以与其它基板结合，而且可以执行附加的印刷电路板处理的步骤，例如焊剂掩膜的施加，以生成完整的印刷电路板。

本领域的技术人员应该理解，本发明并不限于这里具体地示出和描述的内容。相反，本发明的范围仅由所附权利要求限定。

Claims

1.一种系统，包括：

底盘，限定了这样的位置，在所述位置上执行以下处理：用于标识所处理的物品中的可能缺陷的自动光学检查AOI、对所述可能缺陷的核实和对所述物品中的缺陷的校正而无需从所述底盘上去除所述物品；以及

控制器，运转以在AOI、核实和校正之间选择以对所述物品执行。

2.根据权利要求1的系统，其中所述底盘包括含有AOI装置的第一位置和含有运转以对物品中的缺陷执行核实和校正中的至少一项的装置的第二位置。

3.根据权利要求2的系统，还包括用于在所述第一和第二站之间传送物品的传送机。

4.根据权利要求1的系统，其中所述集成AOI、核实和校正设备运转以对第一物品执行AOI，并且大致同时地对第二物品执行核实和校正之一。

5.根据权利要求4的系统，其中用于对第一物品的疑似缺陷执行核实和校正操作的时间间隔受对第二物品执行AOI所需要的时间的约束。

6.根据权利要求5的系统，其中从所述底盘移走的包括未被核实的疑似缺陷的物品被提供到独立的核实和校正站，并且其中所述核实和校正站运转以对所述未被核实的疑似缺陷提供核实和校正功能。

7.根据权利要求5的系统，其中从所述底盘移走的包括未被校正的疑似缺陷的物品被提供到独立的核实和校正站，并且其中所述核实和校正站运转以对所述未被校正的疑似缺陷提供核实和校正功能。

8.一种用于制造印刷电路板的方法，包括：

在基板上形成部分电路；

提供用于处理所述基板的处理设备底盘，所述底盘限定了这样的位置，在所述位置上执行以下功能：用于标识在所述基板上形成的所述部分电路中的可能缺陷的自动光学检查AOI、对所述可能缺陷的核实和对在所述基板上形成的所述部分电路中的缺陷的校正而无需从所述底盘上去除所述物品；和

在AOI、核实和校正功能之间选择以对基板执行。

9.根据权利要求8的方法，还包括在所述底盘中的检查位置上对基板执行AOI，并核实在AOI期间所发现的任何疑似缺陷，同时所述基板在所述底盘上。

10.根据权利要求9的方法，还包括校正在AOI期间已经被发现的任何缺陷并核实，同时所述基板在所述底盘上。

11.根据权利要求9的方法，还包括校正已经被核实的任何真实缺陷，同时所述基板在所述底盘上。

12.根据权利要求8的方法，还包括在所述底盘上的检查位置处对基板执行AOI，并在校正位置处校正在AOI期间所发现的任何缺陷。

13.根据权利要求8的方法，还包括对基板至少执行AOI和校正之后执行另一个制作步骤。

14.根据权利要求8的方法，还包括在所述集成自动设备上对第一基板执行AOI，并且在所述集成自动设备上大致同时地对第二基板执行核实和校正中的至少一个。

15.一种对于电路的集成检查、缺陷核实和校正系统，包括：

电路处理设备底盘，其上限定了检查位置和与所述检查位置分离的缺陷核实和校正位置；以及

电路定位器，运转以自动地将要处理的电路初始定位于所述底盘上的所述检查位置，并然后自动地将所述电路定位于所述底盘上的所述缺陷核实和校正位置。

16.根据权利要求15的对于电路的集成检查、缺陷核实和校正系统，还包括：位于所述检查位置的光学检查组件和位于所述缺陷核实和校正位置的视频摄像机。

17.根据权利要求16的对于电路的集成检查、缺陷核实和校正系统，其中所述视频摄像机包括视频显微镜。

18.根据权利要求17的对于电路的集成检查、缺陷核实和校正系统，其中所述视频显微镜与位于所述缺陷核实和校正位置的电路隔开一距离，该距离使得能够物理地访问所述电路以对其进行校正。

19.根据权利要求15的对于电路的集成检查、缺陷核实和校正系统，其中所述电路定位器至少包括第一和第二电路支撑器，所述电路定位器运转以将所述第一电路支撑器定位于所述检查位置，而将所述第二电路支撑器定位于所述缺陷核实和校正位置，并在此之后将所述第二电路支撑器定位于所述检查位置，而将所述第一电路支撑器定位于所述缺陷核实和校正位置。

20.根据权利要求16的对于电路的集成检查、缺陷核实和校正系统，其中所述光学检查组件是静止的，且运转以在电路相对于其平移时检查所述电路，而所述视频摄像机是可移动的，且可操作以在电路静止在所述缺陷核实和校正位置时核实所述电路。

21.一种对于电路的集成检查和缺陷核实系统，包括：

底盘，限定了检查位置和缺陷核实位置；

电路定位器，运转以自动将电路初始定位于所述检查位置，并在其后定位于所述缺陷核实位置；

位于所述检查位置的光学检查组件、和位于所述缺陷核实位置的缺陷核实组件；以及

操作模式选择器，运转以使所述光学检查组件和所述缺陷核实组件的操作能够以至少两种不同的操作模式可选择地在时间上协调，该两种模式包括：

第一模式，其中光学检查组件的操作所需时间决定缺陷核实组件的操作的最大持续时间；和

第二模式，其中缺陷核实组件的操作所需时间决定缺陷核实组件的操作的最大持续时间。