(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料アプリケーターであって、
フレームと、
前記フレームに結合され電子基板を支持する基板支持体と、
前記フレームに結合され前記電子基板上にアセンブリ材料を堆積させる材料塗布デバイスと、
前記電子基板の３次元画像データを取り込む撮像システムであって、
光のスペクトルを実質的に第１の軸に沿ってある角度で前記電子基板の表面に投影する照明装置と、
視認面を含み、電子基板表面から反射された前記光のスペクトルを検出するイメージセンサー組立体とを備える撮像システムと、
少なくとも前記撮像システムに結合されるコントローラーであって、該コントローラーは前記撮像システムの動きを制御するように構成され、前記イメージセンサー組立体と通信して前記電子基板の表面構造の３次元画像を生成するコントローラーとを具備し、
前記撮像システムは、前記視認面内の前記電子基板上に堆積したハンダペーストの３次元画像データを取り込むように構成され、
前記３次元画像データは、前記視認面に沿って表面及び特徴部分に入射する特定の色相を含み、
前記特定の色相は高さに対応し、
前記照明装置が複数の線形パターンを投影し、
前記複数の線形パターンは反対の角度で投影され、前記線形パターンが前記視認面に沿って交差する場所で測定可能な光を増強し、隣接する表面構造に起因する前記電子基板上の陰影効果を低減し、
前記複数の線形パターンは、類似の色が前記視認面に沿ったある範囲の高さにわたって重なり合うように位置合わせされる材料アプリケーター。
【請求項２】
前記照明装置は、少なくとも１つの発光素子と、前記光のスペクトルを集中させるレンズと、前記照明装置と、前記電子基板と、前記イメージセンサー組立体との間で前記光のスペクトルを投影するようになされる光路とを含む請求項１に記載の材料アプリケーター。
【請求項３】
前記発光素子は、前記光のスペクトルを成分色に分離するプリズムを含む請求項２に記載の材料アプリケーター。
【請求項４】
前記光のスペクトルはＨＳＶ色空間、又は類似の色空間に従って配置される請求項３に記載の材料アプリケーター。
【請求項５】
前記発光素子は少なくとも１つの発光ダイオードを含む請求項２に記載の材料アプリケーター。
【請求項６】
前記少なくとも１つの発光ダイオードは燐光体材料を含む請求項５に記載の材料アプリケーター。
【請求項７】
前記光のスペクトルは連続した色のスペクトルである請求項６に記載の材料アプリケーター。
【請求項８】
前記コントローラーは、前記３次元画像データを解析し、前記電子基板の表面構造を特定し、前記電子基板上の前記ハンダペースト堆積物の精度を判断するようにプログラミングされるプロセッサを備える請求項１に記載の材料アプリケーター。
【請求項９】
前記フレームに結合されるステンシルを更に備え、該ステンシルはその中に形成された複数の開口部を有し、前記撮像システムは、前記ステンシルと前記支持体との間で動作するように構成される請求項１に記載の材料アプリケーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は包括的には、プリント回路基板のような基板上に材料を堆積させるためのシステム及び方法に関し、より詳細には、そのような堆積物を検査するための装置、システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の応用形態において、ハンダのようなアセンブリ材料を堆積させるために幾つかのタイプの従来技術の材料塗布システムが使用されている。
【０００３】
１つのそのような応用形態は、ステンシルプリンタを用いて、回路基板上にハンダペーストを印刷する。通常の表面実装回路基板製造作業では、ステンシルプリンタを用いて、回路基板上にハンダペースト又は何らかの他の材料を印刷し、回路基板は、その上にハンダペーストが堆積することになるパッドのパターン、又は何らかの他の導電性表面を有する。回路基板は、ステンシルプリンタに自動的に送り込まれ、回路基板上にハンダペーストを印刷する前に、フィデューシャルと呼ばれる、回路基板上の１つ又は複数の小孔又はマークを用いて、回路基板をステンシルプリンタのステンシル又はスクリーンと適切に位置合わせする。回路基板がプリンタ内のステンシルと適切に位置合わせされると、回路基板はステンシルまで持ち上げられ、ステンシル上にハンダペーストが分注され、ワイパーブレード（又はスキージ）がステンシルを横断して、ステンシル内に形成された開口部を通して、基板上にハンダペーストを押し込む。ワイパーブレードがステンシルにわたって移動するにつれて、ハンダペーストがブレードの前方で回転する傾向があり、スクリーン又はステンシル内の開口部を充填するのを容易にする望ましい粘性を達成するように、ワイパーブレードがハンダペーストの混合及び剪断を引き起こすことが望ましい。ハンダペーストは通常、標準的なカートリッジからステンシル上に分注される。他の実施形態では、加圧ヘッドを設けて、ハンダペーストをステンシル内の開口部に分注することができる。
【０００４】
回路基板上に集積回路チップ及び他の電子構成要素を組み付ける際の別のそのような応用形態は、ドット又は連続線のような、非常に少ない厳密な量の粘性材料を回路基板上に分注するために自動分注システムを使用する。粘性材料は、液体エポキシ又はハンダペースト、又は何らかの他の関連するアセンブリ材料を含むことができる。
【０００５】
上記のシステムではいずれも、回路基板上にそのような材料が堆積した後に、場合によって、回路基板上の材料の堆積物の精度を検査するために、撮像システムを用いて、回路基板の複数のエリアの画像を撮影するのが一般的である。撮像システムの別の応用形態は、ステンシルの開口部を回路基板の電子パッドと見当合わせするために、印刷する前に、上記のようにステンシルと回路基板とを位置合わせすることを含む。１つのそのような撮像システムが、本開示の譲受人の子会社が所有するPrinceの米国特許第7,458,318号に開示される。
【０００６】
そのようなステンシルプリンタ及び分注システムが直面する１つの課題は、ハンダペーストを一通り堆積させた後に、基板の大きな面積にわたって迅速、かつ包括的な検査を実行する能力である。さらに、既存のエリアスキャン及びラインスキャンフォーマットを通して、基板、例えば、回路基板上でハンダペーストの一貫した２次元モデリングを実行する方法が開発されてきたが、そのような手法は、種々の点で制限される。実施問題として、通常、エリアスキャンフォーマット及びラインスキャンフォーマットはいずれも、撮像システムのレンズと基板との間の距離が相対的に短い結果として、視野が限られる。例えば、エリアスキャンフォーマットにおいて、大きな面積を撮像するには、撮像システムが点から点へと移動して基板の大きな面積を捕捉するので、かなりの時間を要する場合がある。同様に、ラインスキャンフォーマットは、大きな面積を捕捉するのに何度も行き来することを必要とする場合がある。
【発明の概要】
【０００７】
本開示は、添付の図面、詳細な説明及び特許請求の範囲を検討した後に更に十分に理解されよう。
【０００８】
本開示の一態様は、材料アプリケーターに向けられる。材料アプリケーターは、フレームと、フレームに結合される基板支持体とを備え、基板支持体は電子基板を支持するように構成される。材料アプリケーターは、フレームに結合される材料塗布デバイスを更に備え、材料塗布デバイスは電子基板上にアセンブリ材料を堆積させるように構成される。材料アプリケーターは、電子基板の３次元画像データを取り込むように構成される撮像システムを更に備える。撮像システムは、光のスペクトルを実質的に第１の軸に沿ってある角度で電子基板の表面に投影するように構成される１つ又は複数の照明装置を備える。撮像システムは、電子基板表面から反射される光のスペクトルを検出するように構成されるイメージセンサー組立体を更に備え、イメージセンサー組立体は視認面を含む。材料塗布は、少なくとも撮像システムに結合されるコントローラーを更に備え、コントローラーは撮像システムの動きを制御するように構成され、イメージセンサー組立体と通信して、電子基板の表面構造の３次元画像を生成するように構成される。
【０００９】
材料アプリケーターの実施形態は、１つ又は複数の照明装置を設けることを含むことができ、照明装置は、少なくとも１つの発光素子と、光のスペクトルを集中させるように構成されるレンズとを備え、或る特定の実施形態では、少なくとも１つの発光ダイオードを備えることができる。或る特定の実施形態では、発光ダイオードは、燐光体材料を含むことができる。１つ又は複数の照明装置は、照明装置と、電子基板と、イメージセンサー組立体との間で光のスペクトルを投影するようになされる光路を更に備える。さらに、１つ又は複数の照明装置は、１つ又は複数の線形パターンを投影し、或る特定の実施形態では、線形パターンは反対の角度で投影され、線形パターンが視認面に沿って交差する場所で測定可能な光を増強し、隣接する表面構造に起因する電子基板上の陰影効果を低減する。幾つかの実施形態では、１つ又は複数の線形パターンは、類似色が視認面に沿ってある範囲の高さにわたって重なり合うように位置合わせすることができる。発光素子は、光のスペクトルを成分色に分離するプリズムを備えることができ、或る特定の実施形態では、光のスペクトルは連続した色のスペクトルであり、ＨＳＶ色空間又は類似の色空間に従って配置される。
【００１０】
別の態様によれば、本開示は、視認面内の電子基板上に堆積したハンダペーストの３次元画像データを取り込むように構成される撮像システムを提供する。さらに、３次元画像データは、視認面に沿って表面及び特徴部分に入射する特定の色相を含む。幾つかの実施形態によれば、特定の色相は高さに対応する。
【００１１】
さらに別の態様によれば、本開示は、３次元画像データを解析し、電子基板の表面構造を特定し、電子基板上のハンダペースト堆積物の精度を判断するようにプログラミングされるプロセッサを備えるコントローラーを提供する。
【００１２】
別の態様によれば、本開示は、フレームに結合されるステンシルを提供し、ステンシルはその中に形成された複数の開口部を有し、撮像システムは、ステンシルと支持体との間で動作するように構成される。
【００１３】
さらに別の態様によれば、本開示は、基板上の材料を撮像する方法を提供し、この方法は、電子基板を材料アプリケーターに送達する動作と、分注動作を実行する動作であって、電子基板上にアセンブリ材料を堆積させる動作と、電子基板の上方に撮像システムを位置決めする動作と、１つ又は複数の光のスペクトルを実質的に第１の軸に沿ってある角度で電子基板の表面に投影する動作と、電子基板表面から反射される１つ又は複数の光のスペクトルを検出する動作と、電子基板の表面構造の３次元画像データを取り込む動作と、を含む。
【００１４】
別の態様によれば、基板上の材料を撮像する方法は、電子基板を印刷位置に位置決めする動作と、電子基板上にステンシルを位置決めする動作とを更に含む。更に別の態様によれば、基板上の材料を撮像する方法は、１つ又は複数の光のスペクトルを線形パターンに投影する動作を更に含む。１つ又は複数の光のスペクトルを線形パターンに投影することは、線形パターンを反対の角度で投影することを含み、それにより、線形パターンが視認面に沿って交差する場所で測定可能な光を増強し、隣接する表面構造に起因する電子基板上の陰影効果を低減し、或る特定の実施形態では、その動作は、類似色が視認面に沿ってある範囲の高さにわたって重なり合うように線形パターンを位置合わせすることを含む。更に別の態様によれば、基板上の材料を撮像する方法は、第１のエリアの表面構造の３次元画像データを取り込む第１の位置から第２のエリアの表面構造の３次元画像データを取り込む第２の位置に撮像システムを移動させる動作を更に含む。別の実施形態によれば、基板上の材料を撮像する方法は、光のスペクトルを成分色に分離することを更に含み、或る特定の実施形態では、連続した色のスペクトルを投影することを更に含む。
【００１５】
基板上の材料を撮像する方法の更に別の態様によれば、その方法は、電子基板の少なくとも１つのエリアの３次元画像データの解析を実行することを更に含み、それにより、電子基板のパッド上のハンダペースト堆積物の精度を求める。他の或る特定の実施形態では、基板上の材料を撮像する方法は、電子基板の表面及び特徴部分に入射する特定の色相に関して３次元画像データを解析することを更に含み、或る特定の実施形態では、特定の色相を高さと相関させることを更に含む。
【００１６】
図面において、同じ参照文字は種々の図を通して同じ、又は類似の部品を指している。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、代わりに、以下に論じられる特定の原理を例示することに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示の一実施形態のステンシルプリンタの前面斜視図である。
【図２】本開示の一実施形態によるスクリーンプリンタ内の撮像システムの概略図である。
【図３】材料堆積又は塗布システムの概略的な側面図である。
【図４】本開示の一実施形態のガントリシステム、２つの材料堆積ヘッド及び他の構成要素を具現する例示的な材料堆積システムの部分斜視図である。
【図５】本開示の一実施形態によるディスペンサーシステム内の撮像システムの概略図である。
【図６】色相、彩度及び明度（輝度）特性によって規定されるＨＳＶ分類表色系（color classification system）を表す図である。
【図７】本開示の一実施形態による、ＨＳＶ色空間の、独立して測定可能な色相を表すＨＳＶ六角柱の図である。
【図８】基板に対してある角度をなし、光学視認面において交差する、右照明器及び左照明器から投影されるスペクトルを表す図である。
【図９】図８に示される光学視認面の断面図である。
【図１０】図８及び図９の投影されたスペクトルの高さ値に対応する色分けされた目盛を表す図である。
【図１１】図８に示される線形カラーコンタクトイメージセンサーからの画像データのラインを表す図である。
【図１２】本開示の一実施形態による、回路基板の電子パッド上にハンダペーストを分注するための方法の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
例示のためだけであり、普遍性を制限するものではないが、ここで、添付の図面を参照しながら本開示が詳細に記述される。本開示は、その応用形態に関して、以下の説明に記載されるか、又は図面に示される構成の細部及び構成要素の配置には限定されない。本開示において記載される原理は、他の実施形態でも使用可能であり、種々の方法において実践又は実行することができる。また、本明細書において用いられる言い回し及び用語は、説明することを目的としており、制限するものと見なされるべきではない。本明細書において「含む（including）」、「備える（comprising）」、「有する（having）」、「含有する（containing）」、「伴う（involving）」及びそれらの変形の用語を使用することは、その対象となるものと、その均等物及び追加のものとを包含することを意味する。
【００１９】
本開示の種々の実施形態は、材料堆積システム、すなわち材料塗布システム、そのような材料堆積システムを備える装置、及び材料を堆積させる方法に関する。説明の目的上、本開示の実施形態は、回路基板上に、はんだペースト等のアセンブリ材料を印刷するのに用いられるステンシル印刷システムを参照しながら説明される。さらに、本開示の実施形態は、プリント回路基板のような電子基板上に、半粘性材料又は粘性材料のような材料を分注するために用いられるディスペンサーシステムを参照しながら説明される。そのような材料は、限定はしないが、はんだペースト、エポキシ樹脂、アンダーフィル材、及び封入材を含み、これらの全ては、プリント回路基板の作製において使用される。導電インク等の、他のより粘性の低い材料も使用してもよい。
【００２０】
本開示の実施形態が回路基板上にハンダペースト及び他の材料を堆積させるステンシルプリンタ及びディスペンサーに限定されるのではなく、むしろ、回路基板上に電子構成要素を取り付けるのに適した接着剤、封入剤、アンダーフィル及び他のアセンブリ材料のような他の粘性材料の分注を必要とする他の応用形態において用いられる場合があることは当業者には理解されよう。したがって、本明細書におけるハンダペーストへのいかなる参照も、そのような他の材料の使用を意図している。また、「スクリーン」及び「ステンシル」という用語は、基板上に印刷されることになるパターンを画定するプリンタ内のデバイスを示すために本明細書において入替え可能に用いられる場合がある。或る特定の実施形態では、ステンシルプリンタは、マサチューセッツ州、フランクリンのSpeedline Technologies, Inc.によって提供されるＡｃｃｅｌａ（商標）又はＭｏｍｅｎｔｕｍ（商標）シリーズのステンシルプリンタプラットフォームを含むことができる。
【００２１】
ここで図面を、より詳細には図１を参照すると、本開示の実施形態のステンシルプリンタが全体として１０で示される。図示されるように、ステンシルプリンタ１０は、ステンシルプリンタの構成要素を支持するフレーム１２を含む。ステンシルプリンタの構成要素は、一部であるが、コントローラー１４と、ディスプレイ１６と、ステンシル１８と、全体して２０で示され、後に更に詳細に説明されるようにハンダペーストを塗布するように構成されるプリントヘッド組立体又はプリントヘッドとを含むことができる。
【００２２】
図１に示され、後に説明されるように、ステンシル及びプリントヘッドはフレーム１２に適切に結合されるか、又は別の方法で接続することができる。一実施形態では、プリントヘッド２０は、プリントヘッドガントリ２２に取り付けることができ、プリントヘッドガントリはフレーム１２に移動可能に取り付けることができる。プリントヘッドガントリ２２によって、プリントヘッド２０は、コントローラー１４の制御下でｙ軸方向に移動できるようになり、さらに、ステンシル１８に係合するのに応じてプリントヘッドに圧力をかけることができるようになる。一実施形態では、プリントヘッド２０は一対のスキージブレードを含むことができ、一対のスキージブレードは、ステンシル１８の上方に配置され、スキージブレードがステンシルと係合し、シールを作り出すようにｚ軸方向に下げられてステンシルと接触する。係合すると、プリントヘッド２０のスキージブレードは、ガントリ２２を用いてステンシル１８にわたって移動し、ステンシル内に形成された開口部を通して回路基板上にハンダペーストを印刷できるようになる。
【００２３】
ステンシルプリンタ１０は、プリント回路基板（本明細書において、「プリント配線板」、「基板」又は「電子基板」と呼ばれる場合もある）をステンシルプリンタ内の印刷位置に移送するためのレール２４、２６を有するコンベアシステムも含むことができる。レール２４、２６は、本明細書において「トラクタフィード機構」と呼ばれる場合もあり、本明細書において「プリントネスト」と呼ばれる場合もあるステンシルプリンタの作業エリアに回路基板を送給するか、装填するか、又は別の方法で送達し、プリントネストから回路基板を取り出すように構成される。ステンシルプリンタ１０は回路基板を支持する支持組立体２８を有し、支持組立体は、印刷動作中に回路基板が安定しているように、回路基板を持ち上げ、固定する。或る特定の実施形態では、基板支持組立体２８は、特定の基板支持システム、例えば、固体支持体、複数のピン又は可撓性工具を更に含むことができ、基板支持システムは、回路基板が印刷位置にあるときに回路基板の真下に位置決めされる。基板支持システムは、１つには、回路基板の内側領域を支持し、印刷動作中に回路基板の屈曲又は反りを防ぐために用いられる場合がある。
【００２４】
一実施形態では、プリントヘッド２０は、印刷動作中にプリントヘッドにハンダペーストを与えるディスペンサー、例えば、ハンダペーストカートリッジのような供給源からハンダペーストを受け取るように構成することができる。カートリッジの代わりに、ハンダペーストを供給する他の方法を利用することもできる。例えば、ハンダペーストは、ブレード間に手作業で堆積させることができるか、又は外部供給源から堆積させることができる。さらに、或る特定の実施形態では、コントローラー１４は、ステンシルプリンタ１０の動作を制御するアプリケーション特有ソフトウェアとともに、マイクロソフトウインドウズ（商標）オペレーティングシステムのような適切なオペレーティングシステムを有するパーソナルコンピューターを用いるように構成することができる。コントローラー１４は、回路基板を製造するための製造ラインを制御するために用いられるマスターコントローラーとネットワーク接続することができる。
【００２５】
１つの構成では、ステンシルプリンタ１０は、以下のように動作する。コンベアレール２４、２６を用いて、ステンシルプリンタ１０に回路基板が装填される。支持組立体２８は回路基板をプリントネスト内の印刷位置まで持ち上げ、固定する。その後、プリントヘッドのブレードが所望の圧力でステンシル１８と接触するまで、プリントヘッド２０がｚ軸方向に下げられる。その後、プリントヘッド２０は、プリントヘッドガントリ２２によって、ステンシル１８にわたってｙ軸方向に移動する。プリントヘッド２０は、ステンシル１８内の開口部を通して回路基板上にハンダペーストを堆積させる。プリントヘッドが開口部を横切ってステンシル１８を完全に横断すると、プリントヘッドはステンシルから持ち上げられ、回路基板上にハンダペースト堆積物を残したまま、回路基板が下げられ、コンベアレール２４、２６上に戻される。ステンシルプリンタの中に第２の回路基板を装填できるように、回路基板はステンシルプリンタ１０から解放され、移送される。第２の回路基板上に印刷するために、プリントヘッドは、ｚ軸方向に下げられステンシルと接触し、第１の回路基板の場合に用いられたのと反対の方向にステンシル１８にわたって移動する。
【００２６】
図１を更に参照すると、印刷する前にステンシル１８を回路基板と位置合わせするために、かつ印刷後に回路基板を検査するために、全体として３０で示される撮像システム３０が設けられる場合がある。一実施形態では、撮像システム３０は、ステンシル１８と、その上に回路基板が支持される支持組立体２８との間に配置することができる。撮像システム３０は、撮像システムを移動させる撮像ガントリ３２に結合される。一実施形態では、撮像ガントリ３２はフレーム１２に移動可能に結合される場合があり、回路基板にわたってｙ軸方向に撮像システム３０の往復運動を与えるために、フレーム１２のサイドレール間に延在するビームを含む。撮像ガントリ３２は、移動支援ブラケットを更に含むことができ、移動支援ブラケットは撮像システム３０を収容し、ビームの長さに沿ってｘ軸方向に移動するように構成される。撮像システム３０を移動させるために用いられる撮像ガントリ３２の構成は、ハンダペースト印刷の技術分野において周知である。その構成によれば、撮像システム３０はステンシル１８の下方、かつ回路基板の上方の任意の位置に位置し、ステンシル１８又は回路基板の所定のエリアの画像をそれぞれ取り込むことができる。他の実施形態では、撮像システムを印刷位置の外部に位置決めするときに、撮像システムはステンシル及び回路基板の上方又は下方に位置することができる。
【００２７】
図１に加えて、図２を参照すると、撮像システム３０は、ステンシル１８と回路基板９０との間に配置され、回路基板は更に、支持組立体２８のような支持組立体によって支持される。撮像システム３０は、ガントリシステム３２（図１）に結合され、ガントリシステムは、プリントヘッド２０を移動させるために用いられるガントリの一部とすることができるか、又はステンシルプリンタ１０内に別に設けることができる。撮像システム３０を移動させるために用いられるガントリシステム３２の構成は、ステンシル印刷の技術分野において周知である。その構成によれば、撮像システム３０は、ステンシル１８の下方、かつ回路基板９０の上方に、走査軸６６に沿って任意の位置に位置し、回路基板又はステンシルの所定のエリアの表面構造をそれぞれ特定することができる。他の実施形態では、撮像システム３０を印刷ネストの外部に位置決めするとき、撮像システム３０は、ステンシル１８及び回路基板９０の上方又は下方に位置することができる。
【００２８】
図２に示されるように、一実施形態では、撮像システム３０は、ステンシル１８のようなステンシルを撮像する、全体として７４で示されるコンタクトイメージセンサー（ＣＩＳ）集成体を含む。ＣＩＳ集成体７４は、ＣＩＳロッドレンズアレイ７２と、それぞれ７０で示される右側CIS LED照明器及び左側CIS LED照明器と、ＣＩＳピクセルアレイ７６とを有する。或る特定の実施形態では、ＣＩＳピクセルアレイ７６、ロッドレンズアレイ７２、並びに右側照明器及び左側照明器７０は合わせて一体型の撮像集成体として構成することができる。そのような集成体、及び撮像システム３０は、一体のＬＥＤ照明とともに、ＣＩＳ集成体と呼ばれる場合もある。右側CIS LED照明器及び左側CIS LED照明器７０は、互いに同じ構成にすることができる。右側CIS LED照明器及び左側CIS LED照明器７０はそれぞれ、ＬＥＤアレイと、プリズムと、合焦光学系とを含むことができ、光のスペクトル１００をある相対角でステンシル１８上に投影するように構成することができる。図示される実施形態では、ＣＩＳピクセルアレイ７６は単色の種類のピクセルからなり、それにより、ステンシル１８のグレースケール画像を作成するのに輝度値のみが利用可能である。更に別の実施形態では、ＣＩＳピクセルアレイ７６、並びに右側CIS LED照明器及び左側CIS LED照明器７０はそれぞれ、ＣＩＳピクセルアレイ９６、並びに外部の右側CIS LED照明器及び左側CIS LED照明器８４と全く同じように構成することができる。そのような構成によれば、ＣＩＳピクセルアレイ７６は、ステンシル１８の表面に入射するある範囲の色相を検出できるようになり、それゆえ、ステンシル１８の表面形状特徴部分を特定できるようになる。或る特定の実施形態では、光のスペクトル１００は反対の角度で投影することができる。代替的には、単一のCIS LED照明器を用いて、ステンシル１８上に光のスペクトル１００を投影することができる。
【００２９】
図２を更に参照すると、一実施形態では、撮像システム３０は、全体として８０で示される、基板を撮像するＣＩＳ集成体を更に含む。ＣＩＳ集成体８０は、ＣＩＳロッドレンズアレイ９４と、ＣＩＳピクセルアレイ９６と、それぞれ８４で示される外部の右側CIS LED照明器及び左側CIS LED照明器とを有する。或る特定の実施形態では、ピクセルアレイ９６及びロッドレンズアレイ９４は、外部ＬＥＤ照明器とともにＣＳＩ集成体と呼ばれる場合もある。右側CIS LED照明器及び左側CIS LED照明器８４はそれぞれ、ＬＥＤアレイと、プリズムと、合焦光学系とを含むことができ、光のスペクトル９８をある相対角で回路基板９０上に投影するように構成することができる。或る特定の実施形態では、光のスペクトル９８は反対の角度で投影することができる。代替的には、単一のCIS LED照明器を用いて、回路基板９０上に光のスペクトル９８を投影することができる。ＣＩＳピクセルアレイ９６及びＣＩＳロッドレンズアレイ９４は、光学視認面８６内の回路基板９０の表面上に入射する特定の色相を検出することに基づいて、回路基板９０上に設けられる表面形状特徴部分８８を特定するように構成することができ、それは後に更に詳細に説明される。
【００３０】
図３は、本開示の一実施形態による、全体として１１０で示されるディスペンサーを概略的に示す。ディスペンサー１１０は、粘性材料（例えば、接着剤、封入剤、エポキシ、ハンダペースト、アンダーフィル材料など）又は半粘性材料（例えば、ハンダフラックスなど）を、プリント回路基板又は半導体ウェハーのような電子基板１１２上に分注するために用いられる。ディスペンサー１１０は、代替的には、自動車ガスケット用材料を塗布するためなどの他の応用形態において、又は或る特定の医療の応用形態において用いられる場合がある。上記のように、本明細書において用いられるときに、粘性材料又は半粘性材料への参照は例示であり、限定することを意図していないことは理解されたい。ディスペンサー１１０は、全体としてそれぞれ１１４、１１６で示される第１及び第２の分注ユニット又はヘッドと、ディスペンサーの動作を制御するコントローラー１１８とを含む。２つの分注ユニットが示されているが、１つ又は複数の分注ユニットが設けられる場合があることは理解されたい。
【００３１】
また、ディスペンサー１１０は、基板１１２を支持するための土台又は支持体１２２を有するフレーム１２０と、フレーム１２０に移動可能に結合され、分注ユニット１１４、１１６を支持し、移動させるための分注ユニットガントリ１２４と、例えば、較正手順の一部として粘性材料の分注された量を計量し、重量データをコントローラー１１８に与えるための重量測定デバイス又は計量器１２６とを含むことができる。ディスペンサー１１０において、コンベアシステム（図示せず）、又はウォーキングビームのような他の移送機構を用いて、ディスペンサーへの基板の装填及びディスペンサーからの基板の取出しを制御することができる。ガントリ１２４を、コントローラー１１８の制御下にあるモータを用いて移動させて、分注ユニット１１４、１１６を基板上方の所定の場所に位置決めすることができる。ディスペンサー１１０は、コントローラー１１８に接続され、作業者に種々の情報を表示するための表示ユニット１２８を含むことができる。分注ユニットを制御するためにオプションの第２のコントローラーが存在する場合もある。
【００３２】
上記のように、分注動作を実行する前に、基板、例えば、プリント回路基板を、分注システムのディスペンサーと位置合わせするか、又は別の方法で見当合わせしなければならない。ディスペンサーは視覚システム１３０を更に含み、視覚システムは、フレーム１２０に移動可能に結合され、視覚システムを支持し、移動させるための視覚システムガントリ１３２に結合される。分注ユニットガントリ１２４とは別に示されるが、視覚システムガントリ１３２は、分注ユニット１１４、１１６と同じガントリシステム１２４を利用することができる。上記のように、視覚システム１３０を用いて、基板上のフィデューシャル又は他の特徴部分として知られるランドマーク、及び構成要素の場所を確認する。場所が特定されると、コントローラー１１８をプログラミングして、分注ユニット１１４、１１６の一方又は両方の動きを操作し、電子基板上に材料を分注することができる。
【００３３】
本開示のシステム及び方法は、基板１１２の表面形状特徴部分を特定することに向けられる。本明細書において提供されるシステム及び方法の説明は、ディスペンサー１１０の支持体１２２上に支持される例示的な電子基板（例えば、プリント回路基板）を参照する。一実施形態では、分注動作はコントローラー１１８によって制御され、コントローラーは、材料ディスペンサーを制御するように構成されるコンピューターシステムを含むことができる。別の実施形態では、コントローラー１１８は作業者によって操作される場合がある。
【００３４】
図４を参照すると、全体として２００で示される、例示的な材料堆積システム又はディスペンサーは、マサチューセッツ州、フランクリンのSpeedline Technologies, Inc.によって提供されるＸＹＦＬＥＸＰＲＯ（商標）又はＦＸ−Ｄ（商標）ディスペンサープラットフォームから構成することができる。一実施形態では、材料堆積システム２００は、材料堆積システムの構成要素を支持するフレーム２０２を含み、構成要素は、限定はしないが、材料堆積システムのキャビネット内に位置する、図３に示されるコントローラー１１８のようなコントローラーと、低粘性材料（例えば、５０センチポアズ未満）、半粘性材料（例えば、５０センチポアズ〜１００センチポアズ）、粘性材料（例えば、１００センチポアズ〜１０００センチポアズ）及び／又は高粘性材料（例えば、１０００センチポアズ以上）を堆積させるための、全体として２０６、２０７で示される２つの堆積又は分注ヘッドとを含む。堆積ヘッド２０６、２０７は、上記のように、電子基板又は回路基板と呼ばれる場合もある、図３に示される基板１１２のような回路基板上に材料を分注できるようにするために、コントローラー１１８の制御下で、全体として２０８で示されるガントリシステムによって直交する軸に沿って移動可能にすることができる。カバー（図示せず）が設けられる場合があるが、堆積ヘッド２０６、２０７及びガントリシステム２０８を含む、材料堆積システム２００の内部構成要素を見えるようにするために図示されない。２つの堆積ヘッド２０６、２０７が図示及び説明されるが、任意の数の堆積ヘッドを設けることができ、それも本開示の範囲に入る。
【００３５】
材料堆積システム２００内に送給される基板１１２のような回路基板は通常、その上に材料が堆積することになるパッドのパターン又は他の表面エリアを有する。また、材料堆積システム２００はコンベアシステム２１０も含み、回路基板をｘ軸方向において材料堆積システム内の堆積位置に移送するために、材料堆積システムの各側面に沿って設けられる開口部２１２を通してコンベアシステムに出入りすることができる。材料堆積システム２００のコントローラーによって指示されるとき、コンベアシステム２１０は、回路基板を、堆積ヘッド２０６、２０７下の分注位置に供給する。堆積ヘッド２０６、２０７下の位置に達すると、回路基板は製造作業、例えば、堆積動作のための所定の位置にある。
【００３６】
上記のように、材料堆積システム２００はさらに、回路基板を位置合わせするように、かつ回路基板上に堆積した材料を検査するように構成される、図３に示される視覚検査システム１３０のような、視覚検査システムを含む。一実施形態では、視覚検査システム１３０は、堆積ヘッド２０６、２０７のうちの一方に、又はガントリシステム２０８に固定される。回路基板上への材料の堆積を成功させるために、回路基板及び堆積ヘッド２０６、２０７は、コントローラー１１８によって位置合わせされる。位置合わせは、視覚検査システムからの読み値に基づいて堆積ヘッド２０６、２０７及び／又は回路基板を移動させることによって達成される。堆積ヘッド２０６、２０７及び回路基板が正確に位置合わせされるとき、堆積ヘッドを操作して、堆積動作を実行する。堆積動作後に、視覚検査システムによる回路基板の任意選択的な検査を実行して、適切な量の材料が堆積したことを、そして、材料が回路基板上の適切な場所に堆積したことを確実にすることができる。視覚検査システムは、回路基板上のフィデューシャル、チップ、基板開口部、チップエッジ又は他の認識可能なパターンを用いて、適切な位置合わせを判断することができる。回路基板の検査後に、コントローラーは、コンベアシステムを用いて、回路基板の次の場所への移動を制御し、次の場所において、基板組立工程の次の動作を実行することができ、例えば、回路基板上に電気的構成要素を配置することもできるし、又は基板上に堆積した材料を硬化させることもできる。
【００３７】
幾つかの実施形態において、材料堆積システム２００は以下のように動作することができる。コンベアシステム２１０を用いて、回路基板を材料堆積システム２００内の堆積位置に装填することができる。回路基板は、視覚検査システムを用いることによって堆積ヘッド２０６、２０７と位置合わせされる。その後、コントローラー１１８によって堆積ヘッド２０６、２０７を起動して堆積動作を実行することができ、回路基板上の正確な場所に材料が堆積する。堆積ヘッド２０６、２０７が堆積動作を実行すると、材料堆積システムの中に後続の第２の回路基板を装填できるように、回路基板は、コンベアシステムによって材料堆積システム２００から移送することができる。
【００３８】
図５を参照すると、本開示の一実施形態の撮像システムが全体として５００で示されており、その撮像システムは、例えば、ステンシルを撮像するＣＩＳ集成体７４を備えないことを除いて、図２に示される撮像システム３０と実質的に同じである。他の状況では、撮像システム５００は、図２の撮像システム３０と全く同じように構成することができる。その場合に、ＣＩＳ集成体８０は移動支援ブラケット７８に結合することができ、移動支援ブラケットは更に、ガントリシステム１３２に移動可能に結合される。上記のように、外部照明器を備えるＣＩＳ集成体、又は一体照明を備えるＣＩＳ集成体が図３の視覚検査システム１３０に含まれる場合がある。このために、ＣＩＳ集成体は、光学視認面８６内の回路基板９０の表面上に入射する特定の色相を検出することに基づいて、回路基板９０上に設けられる表面形状特徴部分８８を特定するように構成することができ、それは後に更に詳細に説明される。
【００３９】
概略的に示されるように、図５を参照すると、ＣＩＳ集成体８０は、テレセントリックに機能するように構成されるロッドレンズアレイ９４と、線形ピクセルアレイ９６とを含む。集合的なＣＩＳ集成体８０は「ＣＩＳ光学系」と呼ばれる場合もある。他の実施形態では、ＣＩＳ集成体８０はラインスキャンカメラで置き換えることができる。ＣＩＳ及びラインスキャンカメラは通常、２次元の「視野」を取り込む通常のエリアスキャンカメラに対して、単一の「視線」を有することに留意することが重要である。さらに、エリアスキャンカメラシステムは、レンズと２次元の「視野」との間に３次元（体積測定）光路を有し、一方、ＣＩＳ又はラインスキャンカメラは、レンズとの間に２次元の「光学面」のみを有し、その光学面は、物体が光学面を横切る場合に単一の「視線」を作り出す。このために、「視線」という用語は、２次元エリアを暗示することになる「視野」という用語より、ＣＩＳ又はラインスキャンカメラによって捕捉されるような、対象となる１次元領域を、より正確に表す。それゆえ、本明細書において用いられる「光学面」という用語は、光線が「視線」からレンズまで従う光路を表す。
【００４０】
ＣＩＳ光学系は複数の方法で構成することができる。ここで、少数の一般的な構成が論じられる。以下の構成は例であり、限定されないことを意図している。一実施形態では、３線カラーＣＩＳを用いることができる。この実施形態は、視線に沿って対応する赤ピクセル、緑ピクセル及び青ピクセルのための共通の焦点を可能にするために、レンズ又はプリズムからロッドレンズアレイまでを含むことができる。それにより、赤、緑、青のピクセル値の後続の処理が、正確な色相と、対応する高さ値とを生成することになる。
【００４１】
上記のように、通常のＣＩＳ光学系は、本質的にテレセントリックであり、かつコンパクトである勾配ロッドレンズ（gradient rod lenses）のアレイからなる。通常のロッドレンズアレイを備える３線カラーＣＩＳの場合、赤、緑、青のピクセル行の変位によって、投影される色パターンがそれに応じて横方向に変位することに起因して、各行が異なる視線を取り込み、それゆえ、異なる色相を受光する。このオフセットにもかかわらず、赤、緑、青のピクセル値の後続の処理が、基板の表面の特有の色相と、対応する高さ値とを生成することができる。視線に沿った分解能は、補間が必要とされない場合の名目的なピクセル間隔に対応することになる。
【００４２】
更に別の実施形態では、赤、緑、青のピクセル値を繰り返す単一の行を有するように構成されるカラーＣＩＳが、共通の視線を可能にする場合がある。それにより、赤、緑、青のピクセル値の後続の処理が、基板の表面の正確な色相及び対応する高さ値を生成することになる。しかしながら、カラーピクセルを順次にグループ化すること、この例では、３個１組にすることに起因して、視線に沿った分解能がわずかに低下する場合があり、ベイヤーパターン変換に類似の後続の補間を必要とする場合がある。
【００４３】
更に別の実施形態では、それぞれが垂直に積重された３つのフォトダイオードからなる、Foveonピクセルの単一の行を有するように構成されるカラーＣＩＳが共通の視線を有することができ、合わせて１つのFoveonダイレクトイメージセンサーとして動作することができる。上記の構成において説明されるFoveonダイレクトイメージセンサーは、従来のイメージセンサーとは異なることは理解されたい。Foveonダイレクトイメージセンサーを利用できるようになる前は、従来のＣＣＤ及びＣＭＯＳイメージセンサーの場合のピクセル（光検出器）の数とピクセル位置の数の間には１：１の関係があったことは理解されたい。この関係を仮定して、「ピクセル」という一般名称は、当該技術分野において、ピクセル（光検出器）とピクセル位置との両方を参照するために使用されてきた。Foveonダイレクトイメージセンサーは新たなタイプのイメージセンサーであり、イメージセンサーのピクセル位置ごとに３つのピクセル（光検出器）を組み込む。したがって、本明細書において用いられるときに、ピクセルの定義は、従来のＣＣＤイメージセンサー、ＣＭＯＳイメージセンサー、及びFoveonダイレクトイメージセンサーを含むことができる。それにより、赤、緑、青のピクセル値の後続の処理が、基板の表面の正確な色相と、対応する高さ値とを生成することができる。視線に沿った分解能は、補間が必要とされない場合の名目的なピクセル間隔に対応することができる。
【００４４】
一実施形態では、CIS LED照明器８４は、アレイに配置され、かなりの量の光を生成することができる１つ又は複数の発光ダイオード（白色光ダイオード）と、白色光を連続した成分色のスペクトルに分離するプリズムと、投影された色を１つのパターンに集中させる合焦光学系とを含むことができ、ＣＩＳ光学系の全幅にわたって、高さ測定が可能である。ＬＥＤを必要に応じて互い違いに配置し、入れ子に配置し、及び／又は「パイプ状に配置」して、パッケージングを容易にするか、又は投影される色パターンの幾何学的形状及び均一性を調整することができる。
【００４５】
投影された成分色のスペクトルは、色純度（彩度）及び相対輝度（明度）から独立して、支配的な色（色相）を測定できるようにする、数多くの色空間のうちの１つとすることができる。図６及び図７は、ＨＳＶ（色相、彩度、明度）と呼ばれる場合もある、１つのそのような色空間を表す。図６において、円錐６００の中心垂直軸６０８の周りの角度は色相６０２に対応する。中央垂直軸６０８から特定の色相６０２までの距離は彩度６０６に対応する。垂直軸６０８に沿った距離は「輝度」又は明度６０４に対応する。
【００４６】
図７は、一実施形態による、ＨＳＶ色空間の、独立して測定可能な（支配的）色相を表すＨＳＶ六角柱を表す。CIS LED照明器８４は、マゼンタ６１０、赤６１２、黄６１４、緑６１６、シアン６１８及び青６２０を含む、１つ又は複数の色を投影することができる。CIS LED照明器は、ＨＳＶ角柱６００の測定可能な値に対応する非反復色相のパターンを投影するように構成することができ、それは０度〜３６０度の値に、又は０〜２５５（８ビット）、０〜１０２４（１０ビット）などの任意の適切な単位に変換することができる。列挙された単位変換は限定することを意図するものではなく、それらの値は、後続の取扱い、処理、記憶にとって、又は所望の分解能を達成するのに最も実用的であるか、又は都合の良い単位に変換できることは明らかであろう。例えば、８ビットは２５６分割を提供し、メモリに効率的、かつコンパクトに記憶できるようにする。さらに、これは１ｍｍの距離にわたって３．９μｍの目盛付けを提供し（１０００μｍ／２５６＝３．９μｍ）、それは応用形態よっては、適切な範囲及び分解能とすることができる。更に別の応用形態は、より小さな（細かい）分割を容易にするために、より高い分解能、それゆえ、より多くのビットを必要とする場合がある。
【００４７】
１つの例示的な実施形態では、CIS LED照明器は、作業スペクトルにわたって特有であり、かつ連続的に推移する色パターンを投影する。色のこの連続的推移は、物体の自然反射が特定の波長を好むときに生じる場合がある見掛け上の色相のシフトを防ぐ。ＨＳＶ色空間において、色相は彩度及び相対明度又は「輝度」から独立している。そのような実施形態において、視線に沿った任意の特定の高さにおいて、１つの色相のみが物体に入射する。その波長において、所与の場所にある所与の物体の反射効率又は相対輝度に関係なく、色相を正確に検出することができる。
【００４８】
図８を参照すると、一実施形態では、全体として８００で示される、撮像システム組立体が、１つ又は複数の投影された光のパターンからなり、その光はＣＩＳ又はラインスキャンカメラの全作業幅に沿った高さ測定の範囲を表す。図示される実施形態では、撮像システム８００は、それぞれ８０３において示される１つ又は複数のCIS LED照明器から投影される、それぞれ８０２において示される投影された色の右側パターン及び左側パターンからなる。構成要素、又はハンダペーストのような供給された特徴部分８１０を備える基板８０８は、基板支持体８２０によって支持され、ＣＩＳ集成体８０４の下方に位置決めされ、ＣＩＳ集成体は更に、光検知ピクセル８１４の線形アレイを備えるイメージセンサーを収容する。イメージセンサー８１４は、赤、緑及び青（ＲＧＢ）の高感度ピクセルを繰り返す単一の行からなり、それらのピクセルは、ロッドレンズアレイ９４（図５）とともに、光学面８０６の全幅にわたって共通の視線を有する。このため、構成要素表面８１８に入射する投影された色８０２の右側パターン及び左側パターンが光学面８０６を通ってロッドレンズアレイ９４（図５）に進行し、線形ピクセルアレイ８１４に達する。これにより、ピクセルアレイに沿った場所８１６において、支配的色相を検出できるようになる。基板構成要素表面８１８の対応する高さ値は、図９及び図１０を参照しながら、後に更に論じられることになる。
【００４９】
図１１に示される一実施形態では、イメージセンサー８１４（図８）からの色画像データのうちの１つのラインが表される。この実施形態では、構成要素８１８（図８）に入射する支配的色相が、場所８１６（図１１）にあるイメージセンサー８１４（図８）によって検出される。ＣＩＳ光学系の幅及び分解能は、イメージセンサー８１４（図８）内の赤、緑、青のピクセル行の配置に基づく。ＣＩＳ光学系のＬＥＤアレイ、プリズム及び合焦光学系の設計は、ＣＩＳカメラの全作業幅に沿って特定の範囲の高さを測定できるように、スペクトルパターンの作業距離、集中及び寸法を設定するために、必要に応じて変更することができる。ロッドレンズアレイ９４（図５）の設計も、作業距離を設定し、それにより、投影された光パターン８０２（図８）のために必要とされるクリアランスを与えるために、必要に応じて変更することができる。
【００５０】
図８に戻ると、撮像システム８００は、基板の表面に入射する色相を検出することによって、特定の範囲の高さ測定値を求めることができるように、合焦した色のスペクトルを、光学面に対してある角度で投影する少なくとも２つのＬＥＤ照明器８０３を含む。そのような構成の利点は、２つ以上のCIS LED照明器が反対の角度で色のスペクトルを投影し、光学面に沿って交差する場所で測定可能な信号を増強し、隣接する表面形状に起因する視線に沿った表面上における任意の陰影効果を更に低減することである。反対からの色スペクトルは視認面に沿ってある高さ範囲にわたって重なり合う。このため、色の混合は、投影された色相の純度を維持し、照明された表面の反射の偏り（本来の色）に起因する、検出された色相内の任意のシフトを最小化する。
【００５１】
図８を更に参照しながら、図９に示されるように、垂直光学面に沿って両方の照明器８０３からの投影される色８０２（図８）の１次元断面が全体として９００で示される。垂直光学面８０６の底部には、投影される基本色相９０４と、最大色相値９０６とがある。一実施形態では、投影される色は、ＨＳＶ表色系に関して配置され、漸進的に、かつ適切に順序付けられる。例えば、基本色９０４は、赤色相の値に対応することになり、最大色相値は、青色相の値になるであろう。したがって、投影される色は、基本色相値９０４と最大色相値９０６との間の垂直パターン９０２内にあり、この例では、赤から、黄、緑、シアンに、そして最終的には青に滑らかにかつ連続して移行することになる。
【００５２】
図８及び図９に加えて、ここで図１０を参照すると、対応する色分けされた高さの目盛が全体として６４０で示される。図示される実施形態では、目盛６４０はＨＳＶ表色系に基づいており、垂直方向にパターン化された漸進的な色からなる。図示される実施形態によれば、最小目盛及び最大目盛に対応する色相はそれぞれ６５８、６５０として示される。図示される実施形態では、基板８０８から基板支持体８２０までの高さのオフセットを考慮に入れるために、基準色相６５６を反復パターンにおいて投影することができる。このために、６５４、６５２、６５０として示される、基準色相６５６の上方にある色相は高さ値に直接対応することができる。例えば、主に赤であるイメージセンサー８１４（図８）に達する色相は、その後、図１０の目盛上に６５６に位置することができる。したがって、検出された色相は作業基準を表し、視線に沿った対応する場所にベア基板８０８（図８）のみが存在することを指示する。同様に、基準色相６５６より上方にある支配的色相は、高い特徴部分の存在を指示する場合がある。例えば、８１８（図８）において黄が支配的色相であり、その特定の色相がイメージセンサー８１６（図８）によって検出される場合には、これは高い表面構造を指示する場合がある。基準色相６５６と色相６５４との間の色相の違い又は変化は、基板８０８の表面構造に起因する。この変化は、工学単位に変換した後に、そのような表面構造の、基準の上方の相対的な高さに対応する。
【００５３】
１つの代替的な実施形態では、図６に示される「輝度」又は明度６０４を、或る特定の実施形態において測定することができる。図２に戻ると、左側ＬＥＤ照明器及び右側ＬＥＤ照明器７０は、ステンシル１８に対してある角度で単色色相１００を投影するように構成することができる。一実施形態によれば、「輝度」値６０４は、印刷動作又は分注動作前又は後に、物体を識別するか、位置合わせするか、又は検査するためにコントローラー（例えば、図１に示されるコントローラー１４）によって独立して使用される場合がある。
【００５４】
ここで図１２を参照すると、回路基板の電子回路パッド上にハンダペーストを分注するための方法が全体として１５０で示される。図示されるように、１５４において、材料塗布動作が実行される。一実施形態では、プリント回路基板が、例えば、印刷動作を実行するために、コンベアシステムを介してステンシルプリンタに送達される。図１を参照すると、回路基板が、コンベアレールを介してプリントネストに送達される。送達されると、回路基板は、支持組立体上でプリントネスト内に位置決めされ、その後、撮像システムを用いてステンシルと正確に位置合わせされ、印刷位置に保持されるように支持組立体によって持ち上げられる。次に、ステンシルと係合するように分注ヘッドを下げて、回路基板上にハンダペーストを堆積させる。印刷が完了すると、回路基板及び／又はステンシルの検査を行うことができる。ステンシル検査は、回路基板がプリントネストエリアに、及びプリントネストエリアから移送されるのに応じて、独立して、かつ同時に実行することもできる。
【００５５】
次に、回路基板のあるエリアが、ＣＩＳ光学系の視線に入れられる。１５６において、色のスペクトルで視線を照明することによって、回路基板（又はステンシル）が撮像される。色のスペクトルは反対の角度において投影することができる。回路基板（又はステンシル）が十分に照明されると、１５８において、テレセントリックレンズの全幅にわたって、ＣＩＳ光学系が回路基板（又はステンシル）の表面に入射する１つ又は複数の色相を検出することができる。検出された特有の色相は、回路基板（又はステンシル）の高さに対応する。その後、色相は、高さを表すスカラー値に変換され、コントローラーによって記憶される。
【００５６】
次に、回路基板又はステンシルの後続のエリアが撮像される。１６２において、所望の分解能に応じて、回路基板を１画素分だけ、又は任意の数の画素分だけ移動させることによって、回路基板の全長の撮像が実行される。コントローラーの指示のもとで、撮像システムはｘ軸に沿って回路基板を順次に移動させて、例えば、検査のために回路基板の表面に入射する色相を検出する。他の実施形態では、方法１５０は、回路基板の表面に入射する色相を取り込む代わりに、又は取り込むことに加えて、ステンシルの表面に入射する色相を取り込むことを含むことができる。
【００５７】
回路基板が処理され、１６０において、回路基板の表面に入射する一連の色相が記憶されると、１６４において、ユーザに対して回路基板の３Ｄ表現を表示することができる。他の実施形態では、３Ｄ表現は、コントローラーによって更に処理することができ、回路基板の解析を実行するために用いることができる。
【００５８】
一実施形態では、視覚システム３０（図１）を用いて、本開示の譲受人の子会社が所有する本願と一体をなすものとして引用するPrinceの米国特許第6,738,505号「METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING SOLDER PAST DEPOSITS ON SUBSTRATES」において開示される方法のようなテクスチャ認識方法を実行することができる。同じく本開示の譲受人の子会社によって所有され、本願と一体をなすものとして引用するPrinceの米国特許第6,891,967号「SYSTEMS AND METHODS FOR DETECTING DEFECTS IN PRINTED SOLDER PASTE」は、米国特許第6,738,505号の教示を前進させる。具体的には、これらの特許は、ハンダペーストがプリント回路基板上に位置する所定の領域、例えば、銅コンタクトパッド上に適切に堆積したか否かを判断するためのテクスチャ認識方法を教示する。
【００５９】
本開示の種々の実施形態によれば、幾つかの利点を実現することができる。例えば、開示される装置及び方法は、基板の表面の１００％の検査を迅速に実行することができる。この検査は、１次元技術を用いて基板の３Ｄ表現を生成することを含むことができる。別の利点は、ＣＩＳ集成体及びＬＥＤ照明器がコンパクトなことであり、それにより、検査ハードウェアのための空間が限られているシステム内に配置できるようになる。しかしながら、本開示の種々の実施形態の態様は、スタンドアロンの検査システムに含まれる場合もあることは理解されたい。更なる利点を実現することもできる。
【００６０】
本開示は特定の実施形態を参照しながら図示及び説明されてきたが、添付の特許請求の範囲によってのみ制限される本開示の範囲から逸脱することなく、形態及び細部に関して種々の変更を加えることができることは当業者には理解されよう。
なお、本発明は以下の特徴を以って実施することができる。
［特徴１］
材料アプリケーターであって、
フレームと、
前記フレームに結合され電子基板を支持する基板支持体と、
前記フレームに結合され前記電子基板上にアセンブリ材料を堆積させる材料塗布デバイスと、
前記電子基板の３次元画像データを取り込む撮像システムであって、
光のスペクトルを実質的に第１の軸に沿ってある角度で前記電子基板の表面に投影する１つ又は複数の照明装置と、
視認面を含み、電子基板表面から反射された前記光のスペクトルを検出するイメージセンサー組立体とを備える撮像システムと、
少なくとも１つの前記撮像システムに結合されるコントローラーであって、該コントローラーは前記撮像システムの動きを制御するように構成され、前記イメージセンサー組立体と通信して前記電子基板の表面構造の３次元画像を生成するコントローラーとを備える材料アプリケーター。
［特徴２］
前記１つ又は複数の照明装置のうちの１つは、少なくとも１つの発光素子と、前記光のスペクトルを集中させるレンズと、前記照明装置と、前記電子基板と、前記イメージセンサー組立体との間で前記光のスペクトルを投影するようになされる光路とを含む特徴１に記載の材料アプリケーター。
［特徴３］
前記発光素子は少なくとも１つの発光ダイオードを含む特徴２に記載の材料アプリケーター。
［特徴４］
前記少なくとも１つの発光ダイオードは燐光体材料を含む特徴３に記載の材料アプリケーター。
［特徴５］
前記発光素子は、前記光のスペクトルを成分色に分離するプリズムを含む特徴２に記載の材料アプリケーター。
［特徴６］
前記光のスペクトルは連続した色のスペクトルである特徴５に記載の材料アプリケーター。
［特徴７］
前記光のスペクトルはＨＳＶ色空間、又は類似の色空間に従って配置される特徴５に記載の材料アプリケーター。
［特徴８］
前記１つ又は複数の照明装置は１つ又は複数の線形パターンを投影する特徴１に記載の材料アプリケーター。
［特徴９］
前記１つ又は複数の線形パターンは反対の角度で投影され、前記線形パターンが前記視認面に沿って交差する場所で測定可能な光を増強し、隣接する表面構造に起因する前記電子基板上の陰影効果を低減する特徴８に記載の材料アプリケーター。
［特徴１０］
前記１つ又は複数の線形パターンは、類似の色が前記視認面に沿ったある範囲の高さにわたって重なり合うように位置合わせされる特徴９に記載の材料アプリケーター。
［特徴１１］
前記撮像システムは、前記視認面内の前記電子基板上に堆積したハンダペーストの３次元画像データを取り込むように構成される特徴１に記載の材料アプリケーター。
［特徴１２］
前記３次元画像データは、前記視認面に沿って表面及び特徴部分に入射する特定の色相を含む特徴１１に記載の材料アプリケーター。
［特徴１３］
前記特定の色相は高さに対応する特徴１２に記載の材料アプリケーター。
［特徴１４］
前記コントローラーは、前記３次元画像データを解析し、前記電子基板の表面構造を特定し、前記電子基板上の前記ハンダペースト堆積物の精度を判断するようにプログラミングされるプロセッサを備える特徴１に記載の材料アプリケーター。
［特徴１５］
前記フレームに結合されるステンシルを更に備え、該ステンシルはその中に形成された複数の開口部を有し、前記撮像システムは、前記ステンシルと前記支持体との間で動作するように構成される特徴１に記載の材料アプリケーター。
［特徴１６］
基板上の材料を撮像する方法であって、
電子基板を材料アプリケーターに送達することと、
分注動作を実行して、前記電子基板上にアセンブリ材料を堆積させることと、
前記電子基板の上方に撮像システムを位置決めすることと、
１つ又は複数の光のスペクトルを実質的に第１の軸に沿ってある角度で前記電子基板の表面に投影することと、
電子基板表面から反射される前記１つ又は複数の光のスペクトルを検出することと、
前記電子基板の表面構造の３次元画像データを取り込むこととを含む基板上の材料を撮像する方法。
［特徴１７］
前記電子基板を印刷位置に位置決めすることと、
前記電子基板上にステンシルを位置決めすることとを更に含む特徴１６に記載の方法。
［特徴１８］
前記１つ又は複数の光のスペクトルを線形パターンにおいて投影することを更に含む特徴１６に記載の方法。
［特徴１９］
反対の角度において前記線形パターンを投影することであって、該線形パターンが視認面に沿って交差する場所で測定可能な光を増強し、隣接する表面構造に起因する前記電子基板上の陰影効果を低減することを更に含む特徴１８に記載の方法。
［特徴２０］
類似の色が前記視認面に沿ってある範囲の高さにわたって重なり合うように前記線形パターンを位置合わせすることを更に含む特徴１９に記載の方法。
［特徴２１］
前記撮像システムを第１のエリアの表面構造の３次元画像データを取り込む第１の位置から第２のエリアの表面構造の３次元画像データを取り込む第２の位置まで移動させることを更に含む特徴１６に記載の方法。
［特徴２２］
前記基板を、第１のエリアの表面構造の３次元画像データとして前記撮像システムによって取り込まれる第１の位置から、第２のエリアの表面構造の３次元画像データとして前記撮像システムによって取り込まれる第２の位置まで移動させることを更に含む特徴１６に記載の方法。
［特徴２３］
１つの光路に沿って前記光のスペクトルを投影することを更に含む特徴１６に記載の方法。
［特徴２４］
前記光のスペクトルを成分色に分離することを更に含む特徴１６に記載の方法。
［特徴２５］
連続した色のスペクトルを投影することを更に含む特徴２４に記載の方法。
［特徴２６］
前記電子基板の前記少なくとも１つのエリアの３次元画像データの解析を実行することであって、前記電子基板のパッド上のハンダペースト堆積物の精度を判断することを更に含む特徴１６に記載の方法。
［特徴２７］
前記電子基板の表面及び特徴部分に入射する特定の色相に関して前記３次元画像データを解析することを更に含む特徴１６に記載の方法。
［特徴２８］
前記特定の色相を高さと相関させることを更に含む特徴２７に記載の方法。
【符号の説明】
【００６１】
１０    ステンシルプリンタ
１２    フレーム
１４    コントローラー
１６    ディスプレイ
１８    ステンシル
２０    プリントヘッド
２２    プリントヘッドガントリ
２４    コンベアレール
２６    コンベアレール
２８    基板支持組立体
３０    撮像システム
３２    撮像ガントリ
６６    走査軸
７０    左側CIS LED照明器
７２    ロッドレンズアレイ
７４    集成体
７６    ピクセルアレイ
７８    移動支援ブラケット
８０    集成体
８４    左側CIS LED照明器
８６    光学視認面
８８    表面形状フィーチャ
９０    回路基板
９４    ロッドレンズアレイ
９６    線形ピクセルアレイ
９８    スペクトル
１００    スペクトル
１１０    ディスペンサー
１１２    電子基板
１１４    分注ユニット
１１６    分注ユニット
１１８    コントローラー
１２０    フレーム
１２２    支持体
１２４    分注ユニットガントリ
１２４    ガントリ
１２６    計量器
１２８    表示ユニット
１３０    視覚検査システム
１３２    視覚システムガントリ
２００    材料堆積システム
２０２    フレーム
２０６    堆積ヘッド
２０７    堆積ヘッド
２０８    ガントリシステム
２１０    コンベアシステム
２１２    開口部
５００    撮像システム
８００    撮像システム
８０２    光パターン
８０３    照明器
８０４    ＣＩＳ集成体
８０６    垂直光学面
８０６    光学面
８０８    ベア基板
８１０    特徴部分
８１４    線形ピクセルアレイ
８１６    イメージセンサー
８１８    基板構成要素表面
８２０    基板支持体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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