Способ контроля печатных плат и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 1 А 1 ЯО 6 5 0 01 К,; 02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ДЕТЕЛЬСТ АВТОРСКОМ с изготовлением ки, в частности и э обре те ния - и способности и д ля, Устройство, содержит источни электронно печатных п техн т. Ц Р ЗЯ 1. Бюл. вски." по В.В.Куйб йников и .799(088 Японии В 1/02, 19 свидетелС О 1 И ьшение раз товерност шающеи ский литехниышеваК,А,Тих,8)60-15386,контроспособ,и преобенияс усиаризареализующе к излучени но 957 ССР1972 ство 1 /34 ме нде граммл э тоты,тель. 2 с,и относится к дефектобыть использовано в шленности, связанных с обретен опии и мо аслях промь нием электронной техники,гот(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСЛЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к дефект скопии и может быть использовано в отраслях промышленности, связанных в частности, печатных плат.Цель изобретения - повышение разрешающей способности и достоверности контроля.Сущность способа заключается в том, что контролируемую и эталонную поверхность облучают излучением определенного спектрального состава, одновременно охлаждают исследуемую поверхность контролируемого объекта или эталонную, выделяют отраженное и генерированное излучение объекта и эталона в заданном спектральном диапазоне, преобразуют оптическое излучение в электрический сигнал,разователи оптического, иэлучс фильтрами, блок разверткилителями мощности, блоки бинции, блоки линий задержки, эты ИЛИ, блоки определения соний, элементы ИЛИ-НЕ, блок пного управления, предметныйформирователь, умножитель часчетчик, многоканальный усили видеоконтрольные устройств2 з.п.ф-лы, 5 ил,усиливают полученные сигналы обратно пропорционально мощности облучения, сравнивают электрические сигналы, полученные в результате различного распределения отраженного и генерированного излучения контролируемого и эталонного изображений, с этой 4 елью выполняет бинариэацию сигналов эталонного и контролируемого изображений, для чего выполняют бинаризацию сигналов изображений, сравнивая полученные сигналы с их адаптивно выбираемыми пороговыми значениями, затем из сигналов каждого изображения дополнительно формируют (в+1) -1 задержанных один относительно другого сигналоп, причем времена задержек 6 выбираяз условия ь;Л /, ,= К 3 +п(1 +р 81, гре 1 - время, за1684741 елактор Т.Лазорен Пилипенко н ГКНТ СССР стненно 1303 одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О 1 П Заказ 3506 ВНИИПИ Гос у оставител Техреду1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 которое считывают минимальный отдельно регистрируемый элемент изоб -ражения 1 - время развертки однойстроки с длительностью импульса гашения., и, р - коэффициенты, которые могут принимать значения тдо ш а ш определяют как ш = -1р Фгде Д - время, за которое считыва -ется промежуток изображения, соответствующий максимальному суммарномусмещению изображений элементов печатных плат в результате неточностиизготовления проводников, неточностьустановки эталонной и контролируемойпечатных плат под считывающими фотоприемниками и дефектов оптическихсистем, полученные сигналы эталонногоизображения сравнивают с сигналамиконтролируемого изображения и считывают изображения идентичными, еслихотя бы один из полученных сигналовэталонного изображения сравнивается содним из сигналов контролируемого повсем точкам в предепах элементарнойплощадки изображения, большей ( ДЧ)где Ч - скорость считывания изображения, Для этого выполняют матричноекодирование сигналов сравнения, выделяют из них элементарные площадкиизображения со стороной 2 ш+1 точекизображения и регистрируют совпадение изображений только для площадок, в которых во всех точках имеетместо сигнал сравнения хотя бы дляодной пары сигналов, сформированныхиз сигналов эталонного и контролируемого изображений,На фиг. 1 представлена блок-схе -ма устройства, на фиг, 2-5 - схемыотдельных блоков,Устройство содержит источник 1излучения, преобразователи 2 и 3 оптического излучения с устанавливаемыми перед их объективами полосовымифильтрами 4 и 5, блок 6 разверткиподключен через усилители мощности7 и 8 к управляющим входам преобразователей 2 и 3 оптического излучения, выходы которых через блоки 9 и1 О бинаризации подключены соответственно к входам блоков линии 11 и12 задержки, выходы которых попарно,за исключением выходов с одинаковымивременами задержки, подключены к соответствующим входам блока 13 элемен-тов ИСКЛЮЧАЛ 1 ЕЕ ИЛИ, выходы которого подключены к первым входам блока 14 определения совпадений н .ображения, выходы которых подключены на вход элемента ИЛИ-НЕ 15, выход которого подключен на вход блока 16 программного управления, выходы которого подключены на вход привода предметного стола 17, на котором с помощью кондукторов устанавливают эталонную (Э) и контролируемую (К) печатные платы, выход строчной развертки блока 6 развертки подключен через формирователь 18 на К-вход управляющего счетчика 19, дополнительно выход формирователя 18 подключен на вход умно- жителя 20, выход которого подключен на счетный вход управляющего счетчика 19 и, на вход многоканального усилителя 2 1 выходных сигналов, на остальные входы которого подключены через схему И выход умножителя 20 и первый разряд счетчика 19, а затем остальные выходы управляющего счетчика 19Выходы многоканального усилителя 21 обозначены в соответствии с усиливаемыми сигналами от 2 до 2Л и подключены к вторым входам линий задержки блоков 11 и 12 и вторым входам блока 14 определения совпадений изображе ия. Кроме того, выходы преобраэова.;лей оптического излучения 2 и 3 псдкл хны соответственно к входам видеоконтрольного блока, содс жащего мо:снторы 22 и 23.На фиг, 2 изображено построение линии задержки на 1 строку, обозначение 11,1 и 12.1.Линия задержки состоит из последовательно соединенных запоминающего элемента 24.1 и Р-триггера 25, 1. На первый вход запоминаацего элемента 24. 1 подается сигнал, подлежащий задержке, на вход управления записью и считывания 11 - сигнал с выхода умножителя 20 частоты, на вход П-триггера - выходной сигнал первого разряда управляющего счетчика 19, а выходные сигналы остальных разрядов на входы А А, запоминающего элемента 24.1. На фиг.3 изображена функциональная схема блока 14 определения совпадений изображения,Блок 14 определения совпаденийсостоит иэ нескольких каскадов 25,15.п совпадения элементов строк,выходы которых подключены на входблока 14, а входы за исключением первключены друг зя другом через цифровые линии зялержки на строку к первомувходу блока 14 опререлеи сонпяопий.Входы цифровых линий задержки подключены аналогично входам цифровой линии 11,1 задержки. Каждый иэкаскадов совпадения элементов строксостоит из инвертора 14, 1, элементов И 14.2, 14,3, счетчика 14,4,схемы И-НЕ 14.5, второго инверторя14,6. Причем первый вход подключенк входу инверторя 14. 1 и одному иэвходов первой схемы 14.2 И, выходинвертора 14, 1 подключен на входвторогб элемента 14,3 Р, ыхол которподключен на К-вход счетчика 14,4,выходы которого подключены к входам элемента И-НЕ 14,5, выход которого подключен на второй вход элемента И 14,2 и ня вход второго инвертора, выход которого и являетсявыходом блока 14, Кроме того, второй вход блока 14 определения совпадений подключен на второй и третий входы схемы 14,2, выход которойподключен на счетный вход счетчика 14,4,На фиг,4 изображена схема линии 11,2 задержки и аналогичной ей 12,2,Линия задержки состоит иэ последовательно соединенных П-триггеров26, 1-26.3, На 0-вход первого триггера поступает сигнал, который необходимо задержать, я на параллельновключенные С-входы поступает тактирующий импульс с усилителя 21,На фиг,5 представлена функциональная схема блоков 9 и 10 бинаризации,Схема включает компяратор 21,интегратор 28, линию 29 задержкина время, равное периоду строчнойразвертки минус время интегрирования интегратора, масштабный усилитель 30 и выходной усилитель 3 1. Первый вход компараторя непосредственно подключен к входу блока бинаризации, а второй через последовательно включенные интегратор, линию задержки и масштабный усилитель, Выход компаратора через выходной усилитель подключен к выходу блока бинаризации. Сущность способа определяется тем что при контроле печатных плат требуется решать ряд задач по формированию контрастного изображения иссле дуемого объекта и осуществлять срав 6 ч 446нение пэобряжеий в у.чоинх,ото.ьпенис размеров в яланям и д пуске лолжно оцениваться как срявнимье н:ераженчя. Получить контрастное иэбраж яо пиетизмов (например,ко 1 я мстя 3 ц, ( скос 11 крь 1 тпе ня н -ситсн на б., ую пплету диэлектрнческую осн г или сснгяу из другго металла), мо.но при облучении рисунков монокромятическим излучением с длиной волны, различно отражаемой металлом рис 1 чкя и подложки или придающим отраженному излучению различную поляризацию, Иепольз- вяние 6 ильт. .ов позволяет ослабить влияние боковых эясветок ня контрастность изображения или пропустить ня пребрязпватели оптического излучения только иэлу - чение одной поляризяпии. Использование операций облучения эталонной и контролируемой поверхностей излучением заданного спектрального состава, одновременное создание пе - репада температур зя счет принудительного охлаждения и фильтрации регистрируемого излучения позволяет не только повысить контрастность оптического изображения проводников, но и регистрировать загрязнение проводников материалами, практически не заметными в видимом свете, например тонкие жировые пленки, и регистрировать отслоение проводников от подложки, Это достигается за счет того, что условие теплопередячи проводника при его нагреве и охлаждении подложки зависят от мехя - нического контакта мжеду проводником и подложкой, В зоне плохого сцепления наблюдается перегрев при регистрации в инфракрасном свете, его можно зарегистрировать при нагреве проводника всего на несколько градусов, которое можно осуществить различными способами, например СВЧ- излучением. Операции преобразования оптического излучения в электрический сигнал и биняризация полученного сигнала являются операциями традиционными,отличие заключается только в , том, что порог сравнения при биняризяции выбирается в зависимости от средней интенсивности регистрируемого излучения, которая определяется мощностью облучения, Изменяя рог Рля различных участков контролируемго и эталонйог изображений, исключают влияние неряв 1684 )11)(Р 1 цти Об.1 У 1 Р ц 1 Я и рР ги(тр 111 иир) и Иых уЛ( т кол к) цтр(и руги Го и 1) Р 1 11т 1 и р у ( мо г о и ч о б р аж Р ц 1 ц 1 цл к д ч Р - ство бинарного гигндля.Формирование )лдержлццых олин отц)сительно другого сигналов по.)цоляРт с 4 орюровд ть ИРГолькр Р)о) рджР 1 и 1, сдвинутых относительно друг )руга.Так, если точки .)талонного и контролируемого изображений совпадают, то бупут совмещены цеэлдержанные сигналы двух изобрджеций. Если контролируемое изображение сдвинуть в гторону запаздывания, а при строчной ряэ вертке слева направо, это соответст вует отклонению влево по строке, то Пля совмещения сигналов необходимо задержать гигнап эталонного изображения на время опережения.При смещениях вверх или вниз заРр)(кд должна составлять величину, кратную периоду строчной развертки. Так, при смещециях на один элемент изображения, регистрируемого преобразователем оптического излучения, для совмещения пгрвой точки этллонного иэобрджеция ( ) гмещенным во вторую точку кон тр л ируе мым иэ об. Ражением сонм.(чляигцдлы ) З + Б и к, пля первой и третьей точекси, цллы ) и( Б соответственно, первой и четвертой точек - сигнд - лы ) +1 +Б и ); первой и пятой точек - гигцллы ) В+ 1 и ).1, первой к цестой точек - сигналы 1+1 и( )сигналы э+1 и ) к + о , первой и воГьмой точРк Гигцлль ) Э и 1+ 1 первой и леня Той точек - сигналы ) и )+ 1 + 8 , где )., и )- сигндлы контролир) Рмого и эталонного изображений, л ) и 1 соответственно задержки на время прохождения разверткой элемента строки и период строчной развертки, Таким образом цам упдетг.я сопоставить изображе-, ния при их отклонении в любом напрзвлении нл величину, равную одному элементу изображения. Аналогично можно увеличить в К рлз величину контролируемого отклонения, но в этом случае необходимо в К раз увеличить и величину временных задержгк, а чтобы це пропустить промежуточные гмещеция необходимо иметь ВЕС 1, набор злдеРжек Г крлтНОСтЬю От 1 по К. По го)(пал.ций отдельных г чек Р)н ИР;гтлточно лля прин)ти) 1)Р ция о ГовплпРци 11 иб 1)джР ци 11.,)впадением мо(цо гчитлть 1 И)11, гцу -Л 1, КОГ)Я ГИ 1 ЦДЦЫОДПЛЯЕЦИЯ Р -гигтрируютгя нгпргрыв)го цл плошалииз( брджеция, го тцетгтвующ й пло)цяпичлксимлльцо воэмож Ог Откл)цс ция )талонного и контролируемо) о и )обрлжеций.1 Э Устройство работает глелующим об -разом,Предварительно опргуРяют по гпектральным характерис гикам коэЖд)ипиентыпоглощения для материалов проводникаподложки, выбирают диапазон частот,в котором разница ме)хду коэффициентами поглощения имеет максимальное значение. После этого генерируют излучение в выбранном диапазоне частот2 О источникм 1 излучения и облучлй)т эталонную (Э) и контролируемую 1,К) левчатную платы. Отраженное от плат из -лучение проходит через полосовыефильтры 4 и 5 и регистрируется скани 25 рующими преобразователями 2 и 3, которл)е синхронно управляются сигналами блока 6 разверток, усиленными усилителями 7 и 8 мощности, выполненнымив виде электронных повторителей. Вы 30 ходные сигналы преобразователей 2 и3 оптического излучения поступают соответственно на входь) блоков 9 и 10бицдризации, где из них формируютсядвух ровневые сигналы, Особенностьюуказанных блоков является тот факт,что для адаптивного формирования порогового уровня используется не среднее значение сигнала предыдущей части строки, а среднее значение сиг 40 цала строки, непосредственно проходящей над строкой, бинарный сигналкоторой формируется, Так клк сигны соседних строк мало отличаютсядруг от друга, то для формирования45 среднего значения используется сигнал, подобный сигналу, подлежащемубицаризации. Время интегрирования выбирается равным только части плительности строки, Это важно в тех50 случаях, когда в качестве преобразователей 2 и 3 оптического излученияиспользуются видиконы, постояннаясоставляющая сигналов которых сильно изменяется в течение длительности ОднОи строки,Бинарные сигналы погтуци т лгх)лы линий 11, 1, 11.2, 1 . 1 ) 12,2д,)Р 1)жи.1684741 И-НЕ 14,5 формируют сигнал, запрещающий прохождение подсчнтюваемыхнмпу,нь".Ов ярея схему И 14.2, В тоже п-,ема,.нгнал схемы И-НЕ 14,5 черезинвертор 4. ,. являясь сиг еиломсон палс ни я 1 ", :л ь одной с тороки поступает на . од блока 14 Обье диняющей все сиг,".;лы совпадения по отдельным стро,ам. Таким образом, выхоцной сигнал блока 14 будет равен1, только в том случае, если совпадут иэображения, вдоль несколькихпоследовательных строк. Следовательно .размер элментарной сравниваемойповерхности по горизонтали опреде -ляется разрядностью счетчика, подключенной к схеме И-НЕ 14.5, а по вертикали - числом каскадов совпадения предыдущих строк 25,0, 25,п. На счетный вход и вход обнуления счетчиков поступает один и тот же тактирующий сигнал через схеме Г 14.2 и 14,3, но управляющий сигнал поступает на схему И 14,3 и через инвертор 14,1, поэтому при несовпадении сигналов исходных иэображений сигнал проходит через схему 14.3 и обнуляет счетчик 14.4, а это приводит к формированию сигнала несовпадения на выходе блока 14 совпадений,Согласно способу сравнимыми иэображениями считают такие изображения, сигналы которых могут сдюрмировать сигнал совпадения блока 14 совпадений, поэтому все выходы блокасовпадения объединены элементом 11 ЛИ - НЕ 15. Выходной сигнал элемента ИЛЕ 1-НЕ 15 поступает на вход остановки блока 16 программного управления. Шаг перемещений выбирается меньшим регистрируемого преобразователем оптического изображения на величину двойного результирующего допуска на изготовление проводников, установку печатных плат и смещений,вызванных искажениями оптической системы,Сигналы управления и тактирукщие сигналы формируются из сигналов строчной развертки, С помощью формерователя 18 согласуют уровень сигнала гашения с уровнем "1" цифровых микросхем и подают этот сигнал на К-вход сигнал поступает на вход умножителя20 частоты, коэффициент умножениякоторого определяется числом элементарных точек иэображения в строке и 9Работа линий задержки осен 1 ванана том, что перезапись в триггер производится по фронту тактирукеце"о импульса и хранится на выходе триггерадо прихода следующего импульса. Таким образом входной сигнал, поданный на П-вход первого триггера, пе -редается от первого триггера 26,1 квторому триггеру 26,2 и так далее 10с каждым новым тактирующим импульсом,Так работают линии 11.2 и 12.2 эалерж,ки, Линии 11,1 и 12,1 задержки настроку работают подобным образом,но задержка на строку осуществляется эа счет того, что прежде чем информационный сигнал поступит на входР-триггера 25,1 должны последовательно пройти все сигналы, эаписанеыеячейки запоминающего элемента 24.1. 20Это достигается тем, что в моментпоступления тактирующего импульсапереписывается в Р-триггер уже записанная информации, а затем в нее заносится сигнал, поступающий с блока 25бинаризации. Это происходит потому,что управляющий воспроизведением изаписью сигнал, поступающий на Увход запоминающего элемента 241,имеет частоту в два раза более высокую чем частота информационныхсигналов, Задержанные и неэадержанные сигналы эталонного и контролируемого изображений попарно сравниваются элемен таки 13 ИСКЛЮЧАЛЕЕИЛИ, выходные сигналы которых поступают на входы блока 14 определениясовпадений. Поскольку сове 1 адениемизображений можно считать совпадение распределений отраженного света 40контролируемых поверхностей, а неотдельных точек, то для регистрациисовпадений иэображений необходимоне только зарегистрировать отдельные совпадения, но и набрать из точек совпадения заданную поверхность. Ее размер должен быть равенили больше размера проекции площадки, образованной максимально допустимым отклонением размеров контролируемой детали по всем направлениям. Эту цель реализует блок 14совпадений, в нем из поступающих последовательно сигналов совпадения набирается поверхность совпадения, Для 55,счетчика 19. Кроме того, этот жеэтого подсчитывают число совпаденийвдоль одной строки счетчиком 14.4 ипри достижении заданного числа совпадений в строке с помощью схемылсговые фильтры, уг.танонлениые перелОптическими вхдами первого и второго преобра зопателей оптического новлуцения, блок программного упрпя 1 с ния5два блока линий задгржки, премет 11 йстсл с кондукторами для крепленияпечатных плат, формирователь, управлякций счетчик, умножитель частоты,блок элементов ИСКЛЮЧЛКРЕЕ ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, н нидеоконтрольный блоквведен второй монитор, управляющиевходи преобразователей оптическогоизлучения соответственно соединены свыходами первого и второго усилителей 15мощности, входы которых соединены свыходами блока разнерток, выходы пре -обраэователей оптического излучениячерез первый и второй блоки бинаризации соединены с первыми входами бло Оков линий задержки, вторые выходыблоков бинаризации соединены с выходами блоков линий задержки, подключены попарно к соответствующим входамблока элементов ИСКЛЗИИЯЕЕ ИЛИ, выходы которого соединены с соответствующими входами блока определениясовпадений, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ, нтороймонитор видеоконтрольного блока соеди-Зонен с выходом второго преобразователяоптического излучения, вход аварийной остановки предметного стола соединен с выходом элемента %ЛИ-НЕ, выход строчной развертки блока развертки соединен с входом установки в 035управляющего счетчика, выход дюрмирователя через умножитель частотысоединен с первым входом многоканальНОГО усиЛИТеля И гчетнЪчс ВХОДОМ управ4 Оляющего счетчика, выходъ 1 которого соединены с соответствующими входамимногоканального усилителя, выходы которого соединены с вторыми входамиблока сравнения и блоков линий задержки,3.ТР.1 ГРЮ Щ Е Г Г Л ТОЛ, ТО, 1 , 11 И 1 О;1 Г ГРИТ К ОМ 1 и Т, 11111 1, 1.ЧГ ,Т аПС +11 МаГГ;111.11 ь 111- тел л и н 1 х , Я Й. о 11.11 111111 первый нхоу ., мпар;т,:, иГрст ин с и Рд к л сч ек н хчу1к а б 1111;1 П 11 и - ЦИИ Я ВТОРПХ КЛ 11;1 Р,1 ТП Г - ДИНЕН С ПЕР ЬМ ЧЕР 1 ОСП У 1 аТСЛ 1ключнные 111 Теграт 1 р, липин ад 1 вки и масштабнлй угилит ль, 1 лхгпкомпаратора через нлжодной угил 11 тель подключен к ньиоду блока б 11 на -риъации.4. Устроигтно по и. 2, о т л ич а ю 1 е е г я " " то, блок Г 11 г -деления совпалени 1, нлн.:1,и н 1 и 1.каскадов совпадения строк, нъжодыкоторых подключены к входам злемсита И, а входы каскалон совпаденийстрок, за исключением первого, последовательно подключены друг задругом через элементы задержки кпервому входу блока Гпределг 1 пя совпадений, каждый из каскадон голпадения элементов строк согтоит из двухиннерторон, двух элементов И, гчетчика, элемента И-НЕ, причем первпвход подключен к входу первого инвертора и одному из входон первогоэлемента И, выход первого иннертора подключен на вход второго элемента И, выход которого подключен нанход "Установка н нуль счетчика,выходы которого подклнчены к входамэлемента И-НЕ, выход которого подключен на второй вход первого элементаИ и на нход второго иняертора, выходкоторого и является нлж 1 лом каскадасовпадения, кроме того, второй входблока определения совпадений подключен на второй вход второго элемента И и третий вход первого элемента И, выход которого подключен насчетный вход счетчика,