利用阴影莫阿干涉纹技术测量表面平度的系统技术方案

一种用来通过分析阴影莫阿干涉纹图谱来测量电子互连元件比如印刷电路板（３４）的表面特征的系统。印刷电路板（３４）载在一个位于一光栅（３２）下方的连续传送装置（８２）上。对于每一块印刷电路板（３４），依据所述印刷电路板（３４）已正确地定位于一光栅（３２）之下并在一摄像机（１００）的视野范围内的判定，生成一幅阴影莫阿干涉纹图谱。在一条或者多条分析路径上，所述阴影莫阿干涉纹图谱的干涉纹被量化，以判断所述印刷电路板（３４）是否有不可忽略的翘曲，并在该情形下生成一个信号。对于每一块印刷电路板（３４），可以拍摄多幅图像并将它们用图像消减法进行数学合成，以生成增强的阴影莫阿干涉纹图谱，然后由之分析表面翘曲度。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请与1996年1月5日提交的第60/009637号美国临时申请有关。该申请的权益被转让给本受让人以提出本申请。本专利技术总体上涉及一种辨别平整和不平整表面，尤其是利用阴影莫阿干涉纹技术来分析电学互连元件，比如印刷电路板，的表面特征的系统。印刷电路板和其它电子互连器件的制造是一个产值达数十亿美元的全球性产业。对于这些产品继续进行下一个制造步骤的能力，以及它们最终作为计算机、汽车和其它电子系统的部件运行的可靠性，其平度是个关键。但是，在制造过程中，由于电子互连器件比如印刷电路板(它们一般都是含有几种不同材料的复杂的器件)的设计和工艺的不足，不平或者翘曲变形是一般都存在的问题。在电子装配工业中，为进行印刷电路板的翘曲测量，存在三种主要的技术。根据第一种现有技术，是用手工进行测量，即将印刷电路板搁在一个标准平面上，然后用测隙规测量标准平面和印刷电路板底部之间的间隙。这种方法需要人作为操作员，缓慢，而且十分依赖于操作员的技能。第二种现有技术是这样的。用传感器在搁置在一个标准平面上的印刷电路板的表面上进行物理扫描，由该传感器描绘出印刷电路板的轮廓。传感器测量该印刷电路板的上表面在标准平面以上的高度，工作方式可以是对该上表面进行接触的或不接触的检测。该方法比较慢，因为在一个时刻该传感器只能测量印刷电路板表面上的一个点，而为了确认有无翘曲，必须要采大量的样本以确立分辨率足够高的表面轮廓。第三种现有技术是用一个传送装置使平放的印刷电路板从一束光下面通过。如果印刷电路板的翘曲程度足以遮蔽该光束，该印刷电路板就被报废。一种相似的技术系基于一种物理障碍。如果印刷电路板不能从设置在传送装置表面上方一定距离的障碍下通过，就可以阻止该印刷电路板继续进行装配操作。这些技术不提供关于印刷电路板的翘曲的量化信息，对于局部区域的高翘曲不那么敏感，并且，有报告说，因为印刷电路板在传送过程中的移动而容易出错。在光机械学领域，阴影莫阿干涉纹测量技术是众所周知的，此前也已应用于印刷电路板和其它电子装配元件的翘曲测量中。例如，当通过一个光栅来观察印刷电路板而且光栅的阴影被投到印刷电路板的表面上时，阴影和光栅的干涉可以产生阴影莫阿干涉纹图谱，该图谱可以指示印刷电路板表面上的翘曲。例如，阴影莫阿纹测量技术已经被用来生成印刷电路板的三维图像。在附图说明图1中简要描绘了现有的三维成像系统30。现有成像系统30包括一个悬于通常固定的印刷电路板34的上方的光栅32。光栅32通常是一个透明材料36组成的平板，其表面上分布有多道平行而间隔均匀的不透明暗线38。光栅32和印刷电路板34通常相互平行。一束光线48以入射角“A”照射光栅32和印刷电路板34，如图中箭头50所示。该光线将光栅32的阴影(即暗线38的阴影)投到印刷电路板34上。一个电荷耦合摄像机52用来观测光栅32、印刷电路板34和投在印刷电路板34上的阴影，如箭头54所示。摄像机52系通过光栅32来观测印刷电路板34及其上的阴影。如果印刷电路板34有翘曲，投在印刷电路板34上的阴影和光栅32之间的干涉就导致摄像机52接收到的图像含有指示有翘曲的阴影莫阿干涉纹图谱。在摄像机52接收图像期间，印刷电路板34由一固定支承结构固定。图2简要示出了可能由上述条件下的摄像机52(图1)接收到的阴影莫阿干涉纹图谱54的一个例子。该阴影莫阿干涉纹图谱54指示印刷电路板34(图1)存在翘曲。在图2中，每一暗区和亮区都被视为半个干涉纹56。在图2中，为了图面清晰起见，只特别指出了少数几个半干涉纹56。如果印刷电路板34是平的，阴影莫阿干涉纹图谱54只包括几个宽的半干涉纹56。如果印刷电路板34有翘曲(即，印刷电路板34的表面35(图1)被扭曲而与光栅32不平行)，阴影莫阿干涉纹图谱54就包括一系列间隔紧缩的、窄的暗半干涉纹56和亮半干涉纹56。一般，印刷电路板34的翘曲越严重，半干涉纹56的数目就越多。参图1和图2，与在等高线图上确定高差的方式相似，可以利用阴影莫阿干涉纹图谱54来确定表面上两点间的高差。例如，印刷电路板34表面35上的第一点和该表面35上的第二点之间的高差，是该两点所确定的半干涉纹56的数目、光栅32的栅距以及摄像机52和光源48相对于表面35的入射角的函数。现有成像系统30还包括一个计算机58，后者与摄像机52相连，并将摄像机52拍摄到的阴影莫阿干涉纹图谱54的图像数字化。计算机58对图像进行处理，以辅助印刷电路板34的三维图像的生成，后者的分辨率一般为千分之几英寸。生成的三维图像可以在与计算机58相连的显示器60上显示。阴影莫阿干涉纹图谱54可以用来确定印刷电路板34的详细三维轮廓，但这种分析需要拍摄多幅图像，需要进行大量的计算机计算，在实践中还需要某种程度的人工介入。因此，这种分析难以以生产线速度进行，后者一般大约为每秒钟一块印刷电路板。当被分析表面存在背景图案，比如印刷电路板的特征图案时，这种分析还有一些麻烦。例如，印刷电路板表面一般都包括反射性的金属区和反射性较弱的区域。因此，为获取印刷电路板的阴影莫阿像，通常要向印刷电路板喷涂一层白色颜料。但是，可以理解，当印刷电路板还在生产线上时，是不希望对之喷涂颜料的。鉴于测量印刷电路板翘曲的现有技术的缺点，需要有一种改进的测量印刷电路板翘曲的方法和设备。本专利技术提供一种测量表面平度的方法和设备，测量对象比如是印刷电路板。特别地，本专利技术提供一种迅速生成、拍摄和鉴定阴影莫阿干涉纹图谱，从而顺序检测一系列在生产线上或生产线下游移动的印刷电路板的方法和设备。本专利技术还提供一种方法和设备，用来算术合成图像，以获得高对比度的阴影莫阿干涉纹图谱。这种高对比度图谱可以加快鉴定过程。根据本专利技术的特定实施例，测量对象比如印刷电路板被依次载在位于一个光栅下方的传送系统上。对于每一块印刷电路板，用一个脉冲光源来生成一个阴影莫阿干涉纹图谱的图像，一个探测器(例如摄像机)则被用来拍摄该图像。阴影莫阿干涉纹图谱是由光线、印刷电路板和光栅的干涉形成的。当印刷电路板被确认位于光栅之下的合适位置并位于摄像机的视野之内时，脉冲光源和摄像机被启动。所述确认部分地是由一个探测印刷电路板的传感器来完成的。当生成和拍摄阴影莫阿干涉纹图谱时，印刷电路板最好在传送装置上处于移动状态。对于每一印刷电路板，有关的阴影莫阿干涉纹图谱由一计算机来进行数字化，该计算机分析所述图谱，给出一个该印刷电路板是否有不可忽略的翘曲的信号。具体地，沿一条或多条分析路径，阴影莫阿干涉纹图谱的半干涉纹之间的转换被量化(即被计数)，从而确定出一个与所述路径穿过的干涉纹数目有关的参数。该参数指示出印刷电路板表面的平度。将这个参数与一个阈值相比较，以确定印刷电路板的翘曲是否不可忽略，如果是，就生成一个信号。根据本专利技术的特定实施例，对于每一印刷电路板，拍摄一系列图像，将它们数学合成，以生成增强的阴影莫阿干涉纹图谱。这种增强是为了消除印刷电路板特有的背景图案的影响，后者有时可能干扰对阴影莫阿干涉纹图谱的分析。所述数学合成最好包括图像消减。所谓图像消减是一种用计算机进行的方法计算机取得两幅印刷电路板的图像(例如一幅是带有干涉纹的，一幅是没有干涉纹的)的数字化像素值，将一组数字化值从另一组中减去而生成一幅新图像，就可以大大消除永久表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种量化被测量对象的表面平度的方法，包括下列步骤： 将一个测量对象传送到一个光栅下； 生成指示被测量对象表面平度的阴影莫阿干涉纹图谱的图像，包括下列步骤： 透过所述光栅照射被测量对象，生成阴影莫阿干涉纹图谱，和 用一个探测器观测所述阴影莫阿干涉纹图谱；和 确定出一个与所述阴影莫阿干涉纹图谱的图像的至少一个区域所限定的干涉纹数目有关的参数，从而由该参数指示被测量对象的表面平度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：德克A兹韦默，帕特里克B哈塞尔，
申请(专利权)人：阿克罗米特里克斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]