DE19946738B4

DE19946738B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Prüfen von elektrischen Verbindungen an einer Schaltungsplatine

Info

Publication number: DE19946738B4
Application number: DE19946738A
Authority: DE
Inventors: Paul A. Ft. Collins Roder
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: US20020015520A1; DE19946738A1; US6490368B2; US6314201B1

Abstract

Vorrichtung zum Prüfen von elektrischen Verbindungen (214, 314, 320, 620, 714) an einer Schaltungsplatine (210, 310, 610, 710), mit folgenden Merkmalen:
einer Quelle (200) von Röntgenstrahlen (282), die Röntgenstrahlen durch die elektrische Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) von einer Mehrzahl von Positionen emittiert;
einem Röntgenstrahldetektorsystem (240), das positioniert ist, um die Röntgenstrahlen (284) zu empfangen, die durch die Quelle (200) von Röntgenstrahlen erzeugt wurden, und die in die elektrische Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) eingedrungen sind, wobei das Röntgenstrahldetektorsystem (240) ferner einen Ausgang aufweist, der Datensignale emittiert, die einem Röntgenstrahlbild der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) entsprechen, das durch die Röntgenstrahlen (284) erzeugt wird, die durch den Röntgenstrahldetektor (240) nach dem Eindringen in die elektrische Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) empfangen und erfaßt werden;
einem Bildspeicher, der die Detektordatensignale kombiniert, um eine Bilddatenbank zu bilden, die Informationen enthält, die ausreichend sind, um...

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die sehr schnelle, hochauflösende Prüfung von Schaltungsplatinen unter Verwendung eines computerisierten Laminographiesystems (Schichtbildaufnahmesystems) und insbesondere auf Systeme, die automatisch den relativen Abstand zwischen einer Lötverbindungshöhe und einer Schaltungsplatinenoberflächenhöhe unter Verwendung eines laminographischen Bildes der Lötverbindung und einer Oberflächenabbildung der Schaltungsplatine bestimmen.
Sehr schnelle und sehr genaue Qualitätskontrollprüfungen des Lötens und der Anordnung von elektronischen Bauelementen sind Hauptprobleme der Elektronikherstellungsindustrie geworden. Die reduzierte Größe von Komponenten und Lötverbindungen, die resultierende erhöhte Dichte von Komponenten auf Schaltungsplatinen und das Auftreten einer Oberflächenbefestigungstechnologie (SMT), die Lötverbindungen unter Bauelementpaketen positioniert, wo dieselben gegenüber einem Blick versperrt sind, haben sehr schnelle und genaue Prüfungen von elektronischen Bauelementen und den elektrischen Verbindungen zwischen Bauelementen in einer Herstellungsumgebung sehr schwer durchführbar gemacht.
Viele existierende Prüfsysteme für elektronische Bauelemente und Verbindungen verwenden eine eindringende Strahlung, um Bilder zu erzeugen, die Merkmale zeigen, die die innere Struktur der Bauelemente und Verbindungen darstellen. Diese Systeme verwenden oftmals herkömmliche röntgenologische Verfahren, bei denen die eindringende Strahlung Röntgenstrahlen aufweist. Medizinische Röntgenstrahldarstellungen von ver schiedenen Teilen des menschlichen Körpers, z. B. der Brust, den Armen, den Beinen, der Wirbelsäule etc., sind vielleicht die bekanntesten Beispiele von herkömmlichen röntgenologischen Bildern. Die Bilder oder Darstellungen, die erzeugt werden, stellen den Röntgenstrahlschattenwurf dar, der durch ein Objekt geworfen wird, das geprüft wird, wenn dasselbe durch ein Bündel von Röntgenstrahlen beleuchtet wird. Der Röntgenstrahlschatten wird erfaßt und durch ein röntgenstrahlempfindliches Material, wie z. B. einen Film oder eine andere geeignete Einrichtung, aufgezeichnet.
Das Erscheinungsbild des Röntgenstrahlschattens oder der Röntgenaufnahme wird nicht nur durch die inneren Strukturcharakteristika des Objekts sondern ferner durch die Richtung bestimmt, aus der die einfallenden Röntgenstrahlen auf das Objekt treffen. Daher erfordert eine vollständige Interpretation und Analyse von Röntgenstrahlschattenbildern, unabhängig davon, ob die Interpretation und Analyse durch eine Person visuell oder durch einen Computer numerisch durchgeführt werden, oftmals, daß bestimmte Annahmen hinsichtlich der Charakteristika des Objekts und der Ausrichtung desselben bezüglich des Röntgenstrahlbündels gemacht werden. Beispielsweise ist es oft notwendig, spezifische Annahmen hinsichtlich der Form, der inneren Struktur etc. des Objekts und der Richtung der einfallenden Röntgenstrahlen auf das Objekt zu machen. Basierend auf diesen Annahmen können Merkmale des Röntgenstrahlbilds analysiert werden, um die Position, die Größe, die Form etc. der entsprechenden strukturellen Charakteristik des Objekts, z. B. eines Defekts in einer Lötverbindung, zu bestimmen, die das Bildmerkmal erzeugt hat. Diese Annahmen erzeugen oftmals Unklarheiten, die die Zuverlässigkeit der Interpretation der Bilder und der Entscheidungen verschlechtern, die auf der Analyse der Röntgenstrahlschattenbilder basieren. Eine der Hauptunklarheiten, die aus der Verwendung von derartigen Annahmen bei der Analyse von herkömmlichen Röntgenaufnahmen resultiert, besteht darin, daß kleine Variationen einer strukturellen Charakteristik innerhalb eines Objekts, wie z. B. der Form, der Dichte und der Größe eines Defekts innerhalb einer Lötverbindung, durch die überschattende Masse der Lötverbindung selbst sowie durch benachbarte Lötverbindungen, elektronische Bauelemente, Schaltungsplatinen und andere Objekte maskiert werden. Da die überschattierende Maske und die benachbarten Objekte sich üblicherweise für jede Lötverbindung unterscheiden, ist es extrem beschwerlich und oftmals nahezu unmöglich, genügend Annahmen zu machen, um genau die Formen, Größen und Positionen von Lötdefekten innerhalb einzelner Lötverbindungen zu bestimmen.
Bei einem Versuch, diese Mängel zu kompensieren, enthalten einige Systeme die Fähigkeit des Betrachtens des Objekts aus einer Mehrzahl von Winkeln. Die zusätzlichen Ansichten ermöglichen es diesen Systemen, teilweise die Unklarheiten aufzulösen, die in den Röntgenstrahlschattenprojektionsbildern vorhanden sind. Die Verwendung von mehreren Sichtwinkeln macht jedoch ein kompliziertes mechanisches Handhabungssystem notwendig, das oftmals bis zu fünf unabhängige, nicht-orthogonale Bewegungsachsen erfordert. Dieser Grad der mechanischen Verkomplizierung führt zu einem erhöhten Aufwand, zu einer erhöhten Größe und einem erhöhten Gewicht, zu längeren Prüfzeiten, zu einem reduzierten Durchsatz, zu einer beeinflußten Positionsgenauigkeit aufgrund der mechanischen Verkomplizierungen und zu Kalibrierungs- und Computersteuer-Komplikationen aufgrund der Nichtorthogonalität der Bewegungsachsen.
Viele der Probleme, die den herkömmlichen Röntgenverfahren zugeordnet sind, die oben erörtert sind, können durch Erzeugen von Querschnittsbildern des geprüften Objekts vermindert werden. Laminographische Verfahren, wie z. B. die Laminographie und die Computertomographie (CT), werden bei medizinischen Anwendungen verwendet, um Querschnitts- oder Körperschnitt-Bilder zu erzeugen. Bei medizinischen Anwendungen haben diese Verfahren einen weit verbreiteten Erfolg zum größten Teil daher gefunden, da eine relativ niedrige Auflösung in der Größenordnung von 1 oder 2 Millimeter (0,04 bis 0,08 Zoll) ausreichend ist, und da die Geschwindigkeits- und Durchsatzerfordernisse nicht so streng sind, wie die entsprechenden Industrieerfordernisse.

Im Fall einer elektronischen Prüfung und insbesondere für die Prüfung von elektrischen Verbindungen, wie z. B. Lötverbindungen, wird eine Bildauflösung in der Größenordnung von mehreren Mikrometern, beispielsweise 20 Mikrometer (0,0008 Zoll) bevorzugt. Außerdem muß ein industrielles Lötverbindungsprüfsystem mehrere Bilder pro Sekunde erzeugen, um für die Anwendung in einer industriellen Produktionslinie praktisch zu sein. Laminographiesysteme, die die notwendigen Geschwindigkeits- und Genauigkeitserfordernisse für eine elektronische Prüfung erreichen können, sind in den folgenden Patenten beschrieben: 1) U.S.-Patent Nr. 4,926,452 mit dem Titel "AUTOMATED LAMINOGRAPHY SYSTEM FOR INSPECTION OF ELECTRONICS", erteilt an Baker u. a.; 2) U.S.-Patent Nr. 5,097,492 mit dem Titel "AUTOMATED LAMINOGRAPHY SYSTEM FOR INSPECTION OF ELECTRONICS", erteilt an Baker u. a.; 3) U.S.-Patent Nr. 5,081,656 mit dem Titel "AUTOMATED LAMINO-GRAPHY SYSTEM FOR INSPECTION OF ELECTRONICS", erteilt an Baker u. a.; 4) U.S.-Patent Nr. 5,291,535 mit dem Titel "METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING EXCESS/INSUFFICIENT SOLDER DEFECTS", erteilt an Baker u. a.; 5) U.S.-Patent Nr. 5,621,811 mit dem Titel "LEARNING METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING AND CONTROLLING SOLDER DEFECTS", erteilt an Roder u. a.; 6) U.S.-Patent Nr. 5,561,696 mit dem Titel "METHOD & APPARATUS FOR INSPECTING ELECTRICAL CONNECTIONS", erteilt an Adams u. a.; 7) U.S.-Patent Nr. 5,199,054 mit dem Titel "METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RESOLUTION INSPECTION OF ELECTRONIC ITEMS", erteilt an Adams u. a.; 8) U.S.-Patent Nr. 5,259,012 mit dem Titel "LAMINOGRAPHY SYSTEM AND METHOD WITH ELECTROMAGNETICALLY DIRECTED MULTIPATH RADIATION SOURCE", erteilt an Baker u. a.; 9) U.S.-Patent Nr. 5,583,904 mit dem Titel "CONTINUOUS LINEAR SCAN LAMINOGRAPHY SYSTEM AND METHOD", erteilt an Adams; und 10) U.S.-Patent Nr. 5,687,209 mit dem Titel "AUTOMATIC WARP COMPENSATION FOR LAMINOGRAPHIC CIRCUIT BOARD INSPECTION", erteilt an Adams.

Die Gesamtheit jedes der Patente, auf die oben Bezug genommen wird, ist hierin durch Bezugnahme aufgenommen.

Bei einem Laminographiesystem, das ein festes Objekt betrachtet und einen Bildbereich aufweist, der kleiner als das zu prüfende Objekt ist, kann es notwendig sein, das Objekt umher zu bewegen, um unterschiedliche Regionen des Objekts innerhalb des Bildbereichs zu positionieren, um folglich mehrere Laminographien zu erzeugen, die, wenn dieselben zusammengestückelt werden, ein Bild des gesamten Objekts bilden. Dies wird häufig durch Tragen des Objekts auf einem mechanischen Handhabungssystem, wie z. B. einem X,Y,Z-Positioniertisch, erreicht. Der Tisch wird dann bewegt, um die gewünschten Regionen des Objekts in den Bildbereich zu bewegen. Die Bewegung in den X- und Y-Richtungen positioniert die Region, die zu untersuchen ist, während die Bewegung in der Z-Richtung das Objekt nach oben und nach unten bewegt, um die Ebene innerhalb des Objekts auszuwählen, in der das Querschnittsbild aufgenommen werden soll.

Mehrere der Patente, auf die oben Bezug genommen ist, offenbaren Vorrichtungen und Verfahren zum Erzeugen von Querschnittsansichten von Testobjekten bei einer festen oder auswählbaren Querschnittsbildbrennpunktsebene. Bei diesen Systemen sind ein Röntgenstrahlquellsystem und ein Röntgenstrahldetektorsystem in der "Z"-Achsenrichtung durch einen festen Abstand getrennt, und die Querschnittsbildbrennebene ist in einer vorbestimmten spezifischen Position in der "Z"-Achsenrichtung positioniert, die zwischen den Positionen des Röntgenstrahlquellsystems und des Röntgenstrahldetektorsystems entlang der "Z"-Achse liegt. Das Röntgenstrahldetektorsystem sammelt Daten, aus denen ein Querschnittsbild von Merkmalen in dem Testobjekt, die in der Querschnittsbildbrennebene positioniert sind, erzeugt werden kann. Alle diese Systeme postulieren, daß die Merkmale, die abgebildet werden sollen, in der festen oder auswählbaren Querschnittsbildbrennebene bei der vorbestimmten spezifischen Position entlang der "Z"-Achse positioniert sind. Folglich ist es bei diesen Systemen wesentlich, daß die Positionen der Querschnittsbildbrennebene und der Ebene innerhalb des Objekts, das abgebildet werden soll, konfiguriert sind, um bei derselben Position entlang der "Z"-Achse zusammen zu fallen. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, dann wird das gewünschte Bild des ausgewählten Merkmals innerhalb des Testobjekts nicht erfaßt. Statt dessen wird ein Querschnittsbild einer Ebene innerhalb des Testobjekts, die entweder oberhalb oder unterhalb der Ebene ist, die das ausgewählte Merkmal umfaßt, erfaßt.

Derzeit mißt ein Verfahren, das allgemein zum Positionieren des ausgewählten Merkmals des Testobjekts innerhalb der Querschnittsbildbrennebene verwendet wird, physisch die "Z"-Achsen-Position des ausgewählten Merkmals. Unter Verwendung dieser Messung wird das Testobjekt dann entlang der "Z"-Achse derart positioniert, daß das ausgewählte Merkmal mit der "Z"-Achsen-Position der Querschnittsbildbrennebene zusammenfällt. Beliebige einer Vielzahl von Standardverfahren und Standardvorrichtungen können verwendet werden, um physisch die "Z"-Achsen-Position des ausgewählten Merkmals des Testobjekts zu messen. Es gibt mehrere Typen von kommerziell erhältlichen Z-Vermessungssystemen, die verwendet werden, um den Abstand zwischen einer bekannten Position in "Z" und einem Merkmal auf der Oberfläche oder gerade unterhalb der Oberfläche des Testobjekts zu bestimmen. Derartige Systeme sind ebenso einfach wie die mechanische Befestigung des Testobjekts, eine mechanische Sonde, ein laserbasiertes optisches Triangulierungssystem, ein optisches Interferometriesystem, ein Ultraschallsystem oder jeder beliebige andere Typ einer Meßvorrichtung, der geeignet ist. Eines dieser "Z"-Abstandsmeßsysteme wird typischerweise verwendet, um eine "Z-Abbildung" der Oberfläche des Testobjekts zu erzeugen. Die Z-Abbildung besteht typischerweise aus einem X- und Y-Array von Z-Werten der Oberfläche des Testobjekts. Die (X,Y)-Positionen sind Punkte auf einer Ebene des Testobjekts, die im wesentlichen parallel zu der Querschnittsbildbrennebene ist. Die Systeme, die am häufigsten in Systemen für eine Querschnittsbilderzeugung von Merkmalen auf Schaltungsplatinen verwendet werden, sind laserbasierte Triangulierungsabstandsmesser.

Abstandsmesser werden insbesondere für Querschnittsröntgenstrahlbildsysteme verwendet, die verwendet werden, um Elektronikschaltungsplatinenanordnungen abzubilden. Schaltungsplatinenanordnungen sind typischerweise im Vergleich zu dem Oberflächenbereich, in dem die Komponenten angebracht sind, sehr dünn. Einige Schaltungsanordnungen sind aus abmessungsmäßig sehr stabilem Material, wie z. B. Keramiksubstraten, hergestellt. Die Mehrzahl der Schaltungsplatinenanordnungen ist jedoch mit einem Platinenmaterial aufgebaut, das etwas flexibel oder in manchen Fällen sehr flexibel ist. Diese Flexibilität ermöglicht es, daß die Platine in der Achse, die senkrecht zu den Hauptoberflächenbereichen ist, eine Verkrümmung entwickelt. Zusätzlich besitzen einige Schaltungsplatinenanordnungen Variationen der Platinendicke. Neben den elektronischen Anordnungen gibt es viele andere Objekte, die eine Abmessungsvariation in einem Maßstab besitzen, der im Vergleich zu der Tiefe des Felds der "Z"-Brennebene bei dem Querschnitts-Röntgenstrahl-Bilderzeugen wesentlich ist. Durch Messen der Oberfläche eines verkrümmten Testobjekts können oftmals Einrichtungen verwendet werden, um ordnungsgemäß die Positionsbeziehung des Testobjekts bezüglich der "Z"-Brennebene des Querschnittsbilderzeugungssystems derart einzustellen, daß das gewünschte Bild der interessierenden Merkmale innerhalb des Testobjekts abgebildet werden kann.

Ein derartiges Abstandsmessersystem ist beispielsweise insbesondere zur Verwendung in einem System entworfen, das in dem U.S.-Patent 4,926,452, erteilt an Baker u. a. beschrieben ist. Baker u. a. offenbaren ein Laminographiesystem, bei dem ein röntgenstrahlbasiertes Bilderzeugungssystem mit einer sehr flachen Tiefe des Feldes verwendet wird, um feste Objekte, wie z. B. gedruckte Schaltungskarten, zu untersuchen. Die flache Tiefe des Feldes liefert ein Mittel zum Untersuchen der Unversehrtheit einer Lötverbindung ohne eine Störung durch die Komponenten oberhalb und unterhalb der Lötverbindung. Das Material oberhalb und unterhalb der Lötverbindung liegt nicht im Brennpunkt und trägt daher zu einem mehr oder weniger gleichmäßigen Hintergrund bei. Um die notwendige Selektivität vorzusehen, liegt die Tiefe des Feldes des laminographischen Bilderzeugungssystems in der Größenordnung von weniger als etwa 50,8 μm (= 2 Millizoll). Ungünstigerweise können Oberflächenvariationen an der gedruckten Schaltungskarte oftmals diese Toleranz überschreiten. Um diesen Nachteil zu überwinden, wird die Oberfläche der gedruckten Schaltungskarte unter Verwendung eines Laserentfernungsmessers abgebildet. Die detaillierte Laserabstandsmesserabbildung wird dann verwendet, um die Schaltungskarte bezüglich des Röntgenstrahlbilderzeugungssystems derart zu positionieren, daß sich die interessierende Komponente selbst dann im Brennpunkt befindet, wenn die Karte von einem interessierenden Feld zu einem anderen versetzt wird.

Ein Nachteil der meisten Laservermessungssysteme besteht darin, daß es dieselben erforderlich machen, daß die Oberfläche, die abgebildet wird, frei von Unvollkommenheiten ist, die den Laserstrahl stören können. Es werden oftmals zwei Typen von kommerziell erhältlichen Vermessungssystemen verwendet. Beide Typen werden durch Beleuchten eines Punktes auf der Oberfläche mit einem ausgerichteten Lichtstrahl von einem Laser betrieben. Bei dem ersten Systemtyp trifft der Laserstrahl im rechten Winkel zu der Oberfläche auf die Oberfläche und beleuchtet einen kleinen Fleck auf der Oberfläche. Der beleuchtete Fleck wird auf ein Array von Detektoren durch eine Linse abgebildet. Der Abstand von dem Laser zu der Oberfläche bestimmt den Grad, mit dem der beleuchtete Punkt von der Achse der Linse verschoben ist. Als ein Resultat bewegt sich das Bild des Flecks, sowie sich der Abstand ändert, entlang des Arrays von Detektoren. Die Identität des Detektors, auf den der projizierte Fleck fällt, liefert die Informationen, die benötigt werden, um den Abstand zu dem Punkt auf der Oberfläche zu bestimmen. Bei diesem Systemtyp können Unvollkommenheiten auf der Oberfläche den Laserstrahl an dem Meßpunkt stören, was zu wesentlichen Fehlern der Messung führt. Bei entwickelteren Versionen dieses Systemtyps fällt das Bild des Laserflecks auf mehr als einen Detektor. Die Erfassungsschaltungsanordnung berechnet die Mitte des Bilds, um eine genauere Abstandsbestimmung zu liefern. Hier werden Unvollkommenheiten in der Oberfläche, die das Bild auf dem Detektorarray verzerren, ebenfalls Fehler erzeugen, selbst wenn die Höhe der Unvollkommenheit unzureichend ist, um einen wesentlichen Abstandsfehler zu erzeugen. Der zweite Systemtyp nimmt an, daß die Oberfläche flach und reflektierend ist. Bei diesem Systemtyp wird der Laserstrahl auf die Oberfläche der Schaltungsplatine in einem schiefen Winkel gerichtet, und von der Oberfläche auf das Detektorarray ohne eine Abbildungslinse reflektiert. Der Abstand wird dann durch Identifizieren des Detektors gemessen, der den reflektierten Lichtstrahl empfängt. Die Abstandsmessung basiert auf einer Kenntnis des Einfallswinkels des Laserstrahls bezüglich der Oberfläche. Wenn die Oberfläche eine Unvollkommenheit umfaßt, die Abmessungen aufweist, die ähnlich zu denselben des Laserstrahls sind, wird diese Annahme nicht erfüllt, da die Oberfläche der Unvollkommenheit den Einfallswinkel bestimmen wird. Die resultierenden Fehler können wesentlich größer sein als die Höhe der Unvollkommenheit bei diesem Systemtyp. Im Prinzip können die Probleme, die durch derartige Unvollkommenheiten eingeführt werden, gelindert werden, indem der Durchmesser des Laserstrahls erhöht wird. Ungünstigerweise muß der Durchmesser des Laserstrahls minimal gehalten werden, um die erforderliche Genauigkeit der Abstandsmessung vorzusehen. Laserabstandsmessungen werden ferner unter Verwendung einer CCD-Kamera, die die Oberfläche betrachtet, und einem Bildanalysator durchgeführt, der das Bild analysiert, das durch die CCD-Kamera erfaßt wird.

Ein weiterer Nachteil von existierenden Z-Abbildungssystemen ist die Möglichkeit, daß die gewünschten Merkmale, die gemessen werden sollen, keine strenge mechanische Beziehung zu der Z-Abbildungsoberfläche des Testobjekts besitzen. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn sich das gewünschte Merkmal, das abgebildet werden soll, auf der gegenüberliegenden Seite von der Z-Abbildungsoberfläche einer doppelseitigen Schaltungsplatinenanordnung befindet, die eine wesentliche Variation der Platinendicke aufweist. Um diesen Effekt zu kompensieren, müssen existierende Querschnittsbilderzeugungssysteme eine Z-Abbildung (Z-Tabelle) von beiden Seiten des Testobjekts mit zusätzlichem Zeitaufwand und zusätzlicher Komplexität erzeugen. Es gibt ferner eine Möglichkeit, daß sich das Merkmal, das in dem Testobjekt abgebildet werden soll, in dem Testobjekt in einem Z-Abstand von der Z-Abbildungsoberfläche der Platine mit einer wesentlichen Variation dieses Abstands von Platine zu Platine oder innerhalb der gleichen Platine befindet. Zusätzlich kann die Verkrümmung der Schaltungsplatine durch die Z-Abbildung der Oberfläche der Platine nicht adäquat gemessen werden.

Für Lötverbindungsprüfungen werden einige der Ungenauigkeiten, die in lasererzeugten Z-Abbildungen der Oberfläche einer Schaltungsplatine inhärent sind, teilweise zum Messen von "Delta-Z"-Werten kompensiert. Die Delta-Z-Werte sollen den Abstand zwischen den tatsächlichen Z-Höhen der Lötanschlußflächen und den Z-Höhenwerten, die durch die Laserlesevorgänge bestimmt werden, darstellen. Derzeit wird Laseroberflächenabbildungspunkten jeweils ein Delta-Z-Wert durch ein langsames und fehleranfälliges Verfahren zugeordnet. Dies betrifft den Versuch des Benutzers, manuell ein Merkmal zu fokussieren, das sich nahe dem Laseroberflächenabbildungspunkt befindet, und die Z-Höhe dieses Merkmals zu bestimmen. Delta-Z wird dann als der Unterschied zwischen der benutzerdefinierten Z-Höhe und der laserbestimmten Z-Höhe für diese Position bestimmt. In vielen Fällen kann es für den Benutzer notwendig sein, dieses Verfahren für zahlreiche Positionen an der Schaltungsplatine zu wiederholen. Es gibt mehrere wesentliche Probleme bei diesem Lösungsansatz, die die folgenden Probleme umfassen. A) Das manuelle Fokussierungsverfahren ist anfällig und neigt zu Fehlern. B) Es muß für den Benutzer etwas geeignetes geben, um sich darauf nahe zu dem Laserabbildungspunkt zu fokussieren. Häufig gibt es dies nicht, so daß der Benutzer weit von dem Laserabbildungspunkt weg wandert, um etwas zu finden, um sich darauf zu fokussieren, was einen ungenauen Delta-Z-Wert ergibt. C) Es wird oft angenommen, daß die Schaltungsplatine innerhalb der Dreiecke, die durch die Laserabbildungspunkte gebildet werden, perfekt flach ist. Häufig ist es schwierig, ausreichend Punkte in bestimmten Bereichen zu liefern, um genau die Verkrümmung der Schaltungsplatine nachzubilden. D) Es gibt keinen Weg bei diesem Verfahren, übereinstimmende Variationen der Schaltungsplatinendicke handzuhaben. Beispielsweise besitzen viele Schaltungsplatinen bestimmte Bereiche, die typischerweise dicker als andere Bereiche der Platine sind. E) Es gibt keine Möglichkeit, die untere Seite der Schaltungsplatine abzubilden, da es keinen unteren Laser gibt.

Zusammenfassend erfordert eine genaue Prüfung einer Lötverbindung unter Verwendung eines Querschnittsbilds (von Querschnittsbildern) der Lötverbindung, daß die vertikale Position, d. h. die Z-Achsen-Position, innerhalb der Lötverbindung, bei der das Querschnittsbild (die Querschnittsbilder) erfaßt werden sollen, genau bekannt ist. Die Oberfläche der Schaltungsplatine, an der die Lötverbindung positioniert ist, sieht oftmals eine zweckmäßige Bezugsebene vor, von der vertikale Positionen innerhalb der Lötverbindung bestimmt werden können. Derzeit wird die Laserabstandsmeßtechnologie oftmals verwendet, um eine Oberflächenabbildung der Schaltungsplatine zu erzeugen. Aufgrund einer Vielfalt von Faktoren, von denen mehrere oben erörtert sind, ermöglichen die laserbestimmten Z-Werte keine genaue Bestimmung der tatsächlichen Z-Achsen-Positionen der Lötverbindungen, die geprüft werden.

Die US-A-4,942,618 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Form eines Drahtes oder eines ähnlichen Artikels, bei dem eine Mehrzahl von Bildaufnahmeeinrichtungen vorgesehen sind, die den Draht durch koaxiale optische Systeme betrachten, wobei deren Focusebenen unterschiedlich voneinander angeordnet sind. Die Drahtbilder, die auf den entsprechenden Aufnahmeeinrichtungen abgebildet werden, werden verarbeitet, um den Kontrast und die Größe der Bilder zu bestimmen, und die erhaltenen Ergebnisse werden herangezogen, um die Form des räumlich angeordneten Drahtes zu bestimmen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen von elektrischen Verbindungen an einer Schaltungsplatine zu schaffen, die eine verbesserte Genauigkeit besitzen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst.

Die vorliegende Erfindung sieht Verbesserungen vor, die die oben aufgelisteten spezifischen Probleme adressieren. Es ist insbesondere wichtig, daß dieselbe das sowohl langsame als auch fehleranfällige Verfahren des manuellen Einstellens der Laser-Delta-Z-Werte entfernt, während dieselbe korrekte Z-Werte für jede Platinenansicht bei Fällen liefert, bei denen eine Platinenverkrümmung innerhalb der Oberflächenabbildungsdreiecke gleichmäßig ist.

Die mehreren Vorteile der vorliegenden Erfindung umfassen eine leichte Anwendung, eine verbesserte Genauigkeit der Z-Höhenbestimmung, die Fähigkeit gleichmäßige Platinendickenvariationen in bestimmen Bereichen der Schaltungsplatine handzuhaben, und die Fähigkeit, die Platinenverkrümmung genauer nachzubilden. Zusätzlich kann dieselbe, da die vorliegende Erfindung mit derzeit verwendeten manuellen Verfahren kompatibel ist, auf einer bedarfsgemäßen Basis verwendet werden. Folglich ist es möglich, die alten manuell eingestellten Delta-Z-Werte bei Fällen zu verwenden, bei denen es nicht gewünscht ist, das neue Verfahren zu verwenden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dieselbe die Genauigkeit von Z-Abbildungssystemen, die im Stand der Technik verwendet werden, beispielsweise von Laserabstandsmeßsystemen mit einem System verbessert, das automatisch die Testobjektverkrümmung kompensiert, ohne eine zusätzliche Systemhardware zusätzlich zu der Hardware zu erfordern, die erforderlich ist, um das Röntgenstrahllaminographiequerschnittsbild zu erzeugen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß dieselbe einen verbesserten weg vorsieht, um Hochauflösungsquerschnittsbilder von elektrischen Verbindungen zu erzeugen.

Wie gesamt hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Platinenansicht" auf ein Bild einer speziellen Region oder eines Bereichs einer Schaltungsplatine, der durch eine spezifische x,y-Koordinate der Schaltungsplatine identifiziert ist. Da der Bereich, der durch ein typisches Laminographiesystem abgebildet wird, kleiner als eine typische Schaltungsplatine ist, umfaßt jede "Platinenansicht" lediglich einen Abschnitt der Schaltungsplatine. Folglich wird die Schaltungsplatine allgemein zu unterschiedlichen Positionen hin und her bewegt, wodurch unterschiedliche Regionen der Schaltungsplatine innerhalb des Abbildungsbereichs des Systems plaziert werden. Eine vollständige Prüfung einer Schaltungsplatine umfaßt mehrere "Platinenansichten", d. h. laminographische Bilder, die, wenn dieselben zusammengestückelt werden, ein Bild der gesamten Schaltungsplatine oder von ausgewählten Regionen der Schaltungsplatine erzeugen, die eine Prüfung erfordern.

Die vorliegende Erfindung weist ein stark verbessertes computerisiertes Laminographiesystem auf, das eine genauere Bestimmung der Z-Höhen von Lötverbindungen, die geprüft werden sollen, liefert.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren zum automatischen Lernen eines Delta-Z-Werts für jede Lötverbindung an einer Schaltungsplatine während einer Anfangsplatineneinrichtung. Dies wird durch eine automatische Analyse eines Röntgenstrahlbildbrennpunkt (Röntgenstrahlbildfokus) oder eines anderen Bildqualitätsparameters durchgeführt. Die Vorrichtung erzeugt mehrere laminographische Bildschnitte durch die ungefähre Platinenoberfläche und bestimmt die Z-Höhe jeder Lötverbindung relativ zu einer Oberflächenab bildung der Platine.

Nachdem jeder Verbindungs-Delta-Z-Wert bestimmt ist, berechnet dann ein Programm ein Delta-Z für jede Platinenansicht unter Verwendung von allen Verbindungs-Delta-Z-Werten innerhalb dieser Platinenansicht. Es gibt mehrere Arten, auf die dies durchgeführt wird, wie z. B. das Mitteln oder das Abwerfen von Ausreißern etc. Dieses Verfahren ist ferner erweiterbar, um tatsächlich zu bestimmen, daß innerhalb einer speziellen Platinenansicht die Platinenverkrümmung derart ist, daß einige Verbindungen einen anderen Schnitt innerhalb der Platinenansicht erfordern.

Alle Verbindungs-Delta-Z-Werte werden vor dem Berechnen eines Delta-Z-Werts für die Platinenansicht, die diese Verbindungen umfaßt, gespeichert. Dies ist bei dem Fall vorteilhaft, bei dem geringfügigere CAD-Änderungen, die Positionen der Platinenansichten ändern. Da das Delta-Z für jede Verbindung bereits gemessen und gesichert wurde, ist es eine einfache Aufgabe, einen neuen Delta-Z-Wert für die neue Platinenansicht unter Verwendung der neuen Platinenansichtverbindungslisten und der gespeicherten Delta-Z-Werte für die Verbindungen zu berechnen, die innerhalb der neuen Platinenansicht positioniert sind.

Die Vorrichtung kann ferner eine Oberflächenabbildungsvorrichtung zum Erzeugen einer Oberflächenabbildung der Schaltungsplatine umfassen. Bei einigen Konfigurationen weist die Oberflächenabbildungsvorrichtung ferner einen Laserabstandsmesser zum Bestimmen der Bezugs-Z-Achsen-Werte für eine Mehrzahl von Punkten an der Schaltungsplatine auf, wodurch eine Laseroberflächenabbildung der Schaltungsplatine erzeugt wird. Der Bildgradient kann über ein K × K-Pixelgitter durch die folgende Beziehung angenähert werden: GMR [f(x, y)] ≈ |f(x-N, y-N) – f (x+M, y+M) + |f(x+M, y-N) – f (x-N, y+M)| f(x,y) stellt einen Grauwert eines Pixels dar, das bei x, y positioniert ist; K ist eine Ganzzahl, die größer oder gleich 2 ist; N = (K-1)/2 abgerundet auf die nächste Ganzzahl; und M = K-N-1. Bei einigen Konfigurationen weist der Komparator ferner eine Einrichtung zum Anpassen der Varianzen der Mehrzahl von Gradienten für jedes der Mehrzahl von Delta-Z-Bildern entweder an eine parabolische Kurve oder an eine Gauss-Kurve auf. Der Komparator kann zusätzlich eine Einrichtung zum Bestimmen eines Delta-Z-Wertes aufweisen, der einem maximalen Wert der parabolischen Kurve oder der Gauss-Kurve entspricht. Bei einigen Konfigurationen weist die Quelle von Röntgenstrahlen eine Mehrzahl von Röntgenstrahlquellen auf, und das Röntgenstrahldetektorsystem weist eine Mehrzahl von Röntgenstrahldetektoren auf. Der Prozessor kann ferner einen Bildabschnitt aufweisen, der das Querschnittsbild einer Schnittebene der elektrischen Verbindung aus der Bilddatenbank erzeugt.

Bei bestimmen Konfigurationen des Verfahrens wird die Bezugs-Z-Achsen-Position mit einem Abstandsmesser bestimmt, der ferner einen Laserabstandsmesser umfassen kann.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Laminographiesystems, die die Prinzipien des Verfahrens darstellt;
2a ein Objekt, das einen Pfeil, einen Kreis und ein Kreuz aufweist, die in dem Objekt bei drei unterschiedlichen planaren Positionen eingebettet sind;
2b eine Laminographie des Objekts in 2a, die auf die Ebene fokussiert ist, die den Pfeil enthält;
2c eine Laminographie des Objekts in 2a, die auf die Ebene fokussiert ist, die den Kreis enthält;
2d eine Laminographie des Objekts in 2a, die auf die Ebene fokussiert ist, die das Kreuz enthält;
2e ein herkömmliches zweidimensionales Röntgenstrahlprojektionsbild des Objekts in 2a;
3a eine schematische Querschnittsansicht eines Schaltungsplatinenprüflaminographiesystems, die zeigt, wie das Laminographiebild erzeugt und durch eine Kamera betrachtet wird;
3b eine Draufsichtvergrößerung einer Prüfregion, die in 3a gezeigt ist;
3c eine perspektivische Ansicht des Schaltungsplatinenprüflaminographiesystems, das in 3a gezeigt ist;
4a bis 4c Dreiecksnetzlaseroberflächenabbildungen der Schal tungsplatinen;
5 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Schnittes A-A der Schaltungsplatine 310, die in 4a gezeigt ist, und eine Darstellung, wie die Delta-Z-Werte bezüglich der Lötanschlußflächen und einer Z-Achsen-Bezugsebene definiert sind;
6 eine Vergrößerung der Lötanschlußflächen 320a in 5;
7a die Prozedur zum Berechnen des zweidimensionalen diskreten Robert-Gradienten eines Bilds;
7b die Prozedur zum Berechnen des zweidimensionalen modifizierten Robert-Gradienten eines Bilds;
8 ein Flußdiagramm, das die Prozedur zum automatischen Bestimmen eines Delta-Z-Werts für jede Lötanschlußfläche an einer Schaltungsplatine zusammenfaßt;
9 eine graphische Darstellung 500 der Varianzen der Gradienten 504A, 504B, 504C, 504D und 504E von mehreren Querschnittsbildern als eine Funktion der Z-Achsen-Positionen ΔZ_A, ΔZ_B, ΔZ_C, ΔZ_D und ΔZ_E der Bildebene, die jedem Bild entspricht;
10 eine perspektivische Explosionsansicht, die die Art und Weise darstellt, mit der eine BGA-Vorrichtung elektrisch mit Kontaktanschlußflächen an einer Schaltungsplatine verbunden ist, die ein Kugelgitterarray (BGA; BGA = Ball Grid Array) bildet.
11 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Seitenschnitt einer typischen BGA-Lötverbindung zeigt; und
12 eine perspektivische Ansicht der Schaltungsplatine, die Platinenansichten zeigt, die zum Prüfen von Lötverbindungen an der Schaltungsplatine verwendet werden.
Wie in der gesamten Beschreibung verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Strahlung" auf eine elektromagnetische Strahlung, die die Röntgenstrahl-, Gamma- und Ultraviolettabschnitte des elektromagnetischen Strahlungsspektrums umfaßt jedoch nicht darauf begrenzt ist.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer typischen Laminographiegeometrie, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Ein untersuchtes Objekt 10, beispielsweise eine Schaltungsplatine, wird in einer feststehenden Position bezüglich einer Quelle von Röntgenstrahlen 20 und einem Röntgenstrahldetektor 30 gehalten. Eine synchrone Drehung der Röntgenstrahlquelle 20 und des Detektors 30 um eine gemeinsame Achse 40 bewirkt, daß ein Röntgenstrahlbild der Ebene 60 innerhalb des Objekts 10 auf dem Detektor 30 erzeugt wird. Die Bildebene 60 ist im wesentlichen parallel zu den Ebenen 62 und 64, die durch die Drehung der Quelle 20 bzw. des Detektors 30 definiert sind. Die Bildebene 60 ist an dem Schnitt 70 eines Mittelstrahls 50 von der Röntgenstrahlquelle 20 und der gemeinsamen Drehachse 40 positioniert. Dieser Schnittpunkt 70 wirkt als ein Drehpunkt für den Mittelstrahl 50, was folglich bewirkt, daß ein fokussiertes Querschnittsröntgenstrahlbild des Objekts 10 in der Ebene 60 auf dem Detektor 30 erzeugt wird, sowie sich die Quelle und der Detektor synchron um den Schnittpunkt 70 drehen. Die Struktur innerhalb des Objekts 10, die außerhalb der Ebene 60 liegt, bildet ein unscharfes Röntgenstrahlbild auf dem Detektor 30.
In der Laminographiegeometrie, die in 1 gezeigt ist, sind die Drehachse der Strahlungsquelle 20 und die Drehachse des Detektors 30 koaxial. Es ist jedoch nicht notwendig, daß diese Drehachsen der Strahlungsquelle 20 und des Detektors 30 koaxial sind. Die Bedingungen der Laminographie werden erfüllt, und ein Querschnittsbild der Schicht 60 wird solange erzeugt, wie die Drehebenen 62 und 64 gegenseitig parallel sind, und die Drehachsen der Quelle und des Detektors gegenseitig parallel und bezüglich einander fest sind. Die koaxiale Ausrichtung reduziert die Anzahl der Zwänge auf die mechanische Ausrichtung der Vorrichtung.
2a – 2e zeigen Laminographien, die durch das oben beschriebene Laminographieverfahren erzeugt werden. Das Objekt 10, das in 2a gezeigt ist, weist Teststrukturen in der Form eines Pfeils 81, eines Kreises 82 und eines Kreuzes 83 auf, die innerhalb des Objekts 10 in drei unterschiedlichen Ebenen 60a, 60b bzw. 60c eingebettet sind.
2b zeigt eine typische Laminographie des Objekts 10, die auf dem Detektor 30 erzeugt wird, wenn der Schnittpunkt 70 in der Ebene 60a von 2a liegt. Das Bild 100 des Pfeils 81 besitzt einen scharfen Brennpunkt, während die Bilder der anderen Merkmale innerhalb des Objekts 10, wie z. B. des Kreises 82 und des Kreuzes 83, eine verschwommene Region 102 erzeugen, die nicht stark das Pfeilbild 100 verdeckt.
Wenn ähnlich der Schnittpunkt 70 in der Ebene 60b liegt, befindet sich das Bild 110 des Kreises 82 in einem scharfen Brennpunkt, wie es in 2c gezeigt ist. Der Pfeil 81 und das Kreuz 83 erzeugen eine verschwommene Region 112.
2d zeigt ein scharfes Bild 120, das aus dem Kreuz 83 erzeugt wird, wenn der Schnittpunkt 70 in der Ebene 60c liegt. Der Pfeil 81 und der Kreis 82 erzeugen eine verschwommene Region 122.
Zum Vergleich zeigt 2e ein Röntgenstrahlschattenbild des Objekts 10, das durch herkömmliche Projektionsröntgenverfahren erzeugt wird. Diese Verfahren erzeugen scharfe Bilder 130, 132 und 134 des Pfeils 81, des Kreises 82 bzw. des Kreuzes 83, die einander überlappen. 2e stellt deutlich dar, wie mehrere Charakteristika, die innerhalb des Objekts 10 enthalten sind, mehrere überschattende Merkmale in dem Röntgenstrahlbild erzeugen können, die einzelne Merkmale des Bilds verbergen.
3a stellt ein schematisches Diagramm einer typischen Laminographievorrichtung dar, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bei dieser Konfiguration ist ein geprüftes Objekt eine gedruckte Schaltungsplatine 210, die mehrere elektronische Komponenten 212 aufweist, die an der Platine 210 angebracht sind, und die elektrisch über elektrische Verbindungen 214 (siehe 3b) verbunden sind. Typischerweise sind die elektrischen Verbindungen 214 aus Lot gebildet. Verschiedene andere Verfahren zum Erzeugen von elektrischen Verbindungen 214 sind in der Technik gut bekannt, und obwohl die Erfindung hinsichtlich der Lötverbindungen beschrieben ist, ist es offensichtlich, daß andere Typen von elektrischen Verbindungen 214, einschließlich, jedoch nicht darauf begrenzt, von leitfähigem Epoxidharz, mechanischen Verbindungen, Wolframverbindungen und eutektischen Verbindungen, unter Verwendung der Erfindung geprüft werden können. 3b, die eine Draufsichtvergrößerung einer Region 283 der Schaltungsplatine 210 ist, zeigt deutlicher die Komponenten 212 und die Lötverbindungen 214.
Die laminographische Vorrichtung erfaßt Querschnittsbilder der Lötverbindungen 214 unter Verwendung des vorher beschriebenen laminographischen Verfahrens oder anderer Verfahren, die äquivalente Querschnittsbilder erzeugen können. Die Querschnittsbilder der Lötverbindungen 214 werden automatisch beurteilt, um die Qualität derselben zu bestimmen. Basierend auf der Beurteilung wird dem Benutzer ein Bericht der Lötverbindungsqualität gezeigt.
Die laminographische Vorrichtung, wie in 3a gezeigt, weist eine Röntgenstrahlröhre 200 auf, die benachbart zu der gedruckten Schaltungsplatine 210 positioniert ist. Die Schaltungsplatine 210 wird durch eine Befestigung 220 getra gen. Die Befestigung 220 ist an einem Positioniertisch 230 befestigt, der die Befestigung 220 und die Platine 210 entlang drei gegenseitig senkrechten Achsen X, Y und Z bewegen kann. Ein drehbarer Röntgenstrahldetektor 240, der einen Fluoreszenzbildschirm 250, einen ersten Spiegel 252, einen zweiten Spiegel 254 und einen Drehtisch 256 aufweist, ist benachbart zu der Schaltungsplatine 210 an der Seite, die der Röntgenstrahlröhre 200 gegenüber liegt, positioniert. Eine Kamera 258 ist gegenüber dem Spiegel 252 zum Betrachten von Bildern positioniert, die auf die Spiegel 252, 254 von dem Fluoreszenzbildschirm 250 reflektiert werden. Ein Rückkopplungssystem 260 weist eine Eingangsverbindung 262 von einem Sensor 263, der die Winkelposition des Drehtischs 256 erfaßt, und eine Ausgangsverbindung 264 zu den X- und Y-Ablenkspulen 281 an der Röntgenstrahlröhre 200 auf. Ein Positionscodierer 265 ist an dem Drehtisch 256 befestigt. Der Positionssensor 263 ist benachbart zu dem Codierer 265 in einer festen Position relativ zu der Drehachse 40 positioniert. Die Kamera 258 ist mit einem Computer 270 über eine Eingangsleitung 276 verbunden. Der Computer 270 umfaßt die Fähigkeit, eine Hochgeschwindigkeitsbildanalyse durchzuführen. Eine Ausgangsleitung 278 von dem Computer 270 verbindet den Computer mit dem Positioniertisch 230. Ein Laserabstandsmesser 296 ist benachbart zu der Schaltungsplatine 210 zum Erzeugen einer Z-Abbildung der Oberfläche der Schaltungsplatine 210 positioniert.
3c zeigt eine perspektivische Ansicht der laminographischen Vorrichtung. Zusätzlich zu der Röntgenstrahlröhre 200, der Schaltungsplatine 210, dem Fluoreszenzbildschirm 250, dem Drehtisch 256, der Kamera 258, dem Positioniertisch 230 und dem Computer 270, die in 3a gezeigt sind, sind ein Granittragetisch 290, ein Lade/Entlade-Tor 292 und eine Betreiberstation 294 gezeigt. Der Granittisch 290 sieht eine starre, vibrationsfreie Plattform für das strukturelle Integrieren der Hauptfunktionselemente der laminographischen Vorrichtung einschließlich, jedoch nicht darauf begrenzt, der Röntgenstrahlröhre 200, dem Positioniertisch 230 und dem Drehtisch 256, vor. Das Lade/Entlade-Tor 292 sieht eine Einrichtung zum Einbringen und Entfernen der Schaltungsplatinen 210 von der Vorrichtung vor. Die Betreiberstation 294 liefert eine Eingabe/Ausgabe-Fähigkeit zum Steuern der Funktionen der laminographischen Vorrichtung sowie zur Kommunikation von Prüfdaten zu einem Betreiber vor.
Beim Betrieb der laminographischen Vorrichtung, siehe 3a und 3c, werden Hochauflösungsquerschnittsröntgenstrahlbilder der Lötverbindungen 214, die die Komponenten 212 mit der Schaltungsplatine 210 verbinden, unter Verwendung des Röntgenstrahllaminographieverfahrens, das vorher unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben ist, erfaßt. Insbesondere weist eine Röntgenstrahlröhre 200, wie in 3a gezeigt ist, einen drehbaren Elektronenstrahlfleck 285 auf, der eine drehbare Quelle 280 von Röntgenstrahlen 282 erzeugt. Das Röntgenstrahlbündel 282 beleuchtet eine Region 283 der Schaltungsplatine 210, einschließlich der Lötverbindungen 214, die innerhalb der Region 283 positioniert sind. Die Röntgenstrahlen 284, die in die Lötverbindungen 214, die Komponenten 212 und die Platine 210 eindringen, werden durch den drehbaren Fluoreszenzbildschirm 250 abgefangen.
Eine dynamische Ausrichtung der Position der Röntgenstrahlquelle 280 mit der Position des drehbaren Röntgenstrahldetektors 240 wird genau durch das Rückkopplungssystem 260 gesteuert. Das Rückkopplungssystem korreliert die Position des drehbaren Drehtischs 256 mit den kalibrierten X- und Y-Ablenkwerten, die in einer Nachschlagtabelle (LUT; LUT = Look-Up Table) gespeichert sind. Treibsignale, die proportional zu den kalibrierten X- und Y-Ablenkwerten sind, werden zu den Lenkspulen 281 in der Röntgenstrahlröhre 200 übertragen. Ansprechend auf diese Treibsignale lenken die Lenkspulen 281 den Elektronenstrahl 285 zu Positionen auf einer ringförmigen Zielanode 287 ab, derart, daß sich die Position des Röntgenstrahlquellenflecks 280 synchron zu der Drehung des Detektors 240 auf eine Art und Weise dreht, die vorher in Verbindung mit 1 erörtert ist.
Die Röntgenstrahlen 284, die in die Platine 210 eindringen und auf den Fluoreszenzbildschirm 250 auftreffen, werden in sichtbares Licht 286 umgewandelt, was folglich ein sichtbares Bild einer einzigen Ebene innerhalb der Region 283 der Schaltungsplatine 210 erzeugt. Das sichtbare Licht 286 wird durch die Spiegel 252 und 254 in die Kamera 258 reflektiert. Die Kamera 258 weist typischerweise eine Niederlichtpegel-Kamera für nicht-öffentliches Fernsehen (CCTV; CCTV = Closed Circuit TV) auf, die elektronische Videosignale, die den Röntgenstrahlbildern und den sichtbaren Bildern entsprechen, zu dem Computer 270 über die Leitung 276 überträgt. Das Bildanalysemerkmal des Computers 270 analysiert und interpretiert das Bild, um die Qualität der Lötverbindungen 214 zu bestimmen.
Der Computer 270 steuert ferner die Bewegung des Positioniertischs 230 und folglich der Schaltungsplatine 210, so daß unterschiedliche Regionen der Schaltungsplatine 210 automatisch innerhalb der Prüfregion 283 positioniert werden können.
Die laminographische Geometrie und die laminographische Vorrichtung, die unter Bezugnahme auf 1 bis 3 gezeigt und beschrieben sind, sind typischerweise von dem Typ, der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Spezifische Details dieser Systeme sind jedoch für die Praxis der vorliegenden Erfindung nicht kritisch, die das genaue Positionieren der Schaltungsplatine 210 entlang der Z-Achse 40 des Systems adressiert. Beispielsweise kann die Anzahl der Computer und das Delegieren von Aufgaben zu spezifischen Computern beträchtlich von System zu System variieren, wie es die spezifischen Details der Röntgenstrahlquelle, des Röntgenstrahldetektors und der Schaltungsplatinenpositioniervorrichtung etc. können. Fachleute werden ferner erkennen, daß andere Verfahren, z.B. eine computerisierte Laminographie, verwendet werden können, um Querschnittsbilder von spezifischen Ebenen innerhalb einer Löt verbindung zu erzeugen. Außerdem können spezifische Details von verschiedenen Verfahren und verschiedenen Ausrüstungen zum Erzeugen einer Z-Abbildung der Oberfläche der Schaltungsplatine verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist auf einen beliebigen Typ eines Systems anwendbar, der Querschnittsbilder von spezifischen Ebenen innerhalb eines Testobjekts erzeugt, und der eine genaue Bestimmung der Z-Achsen-Position innerhalb des Testobjekts erfordert.
In 4a, 4b und 4c sind gedruckte Schaltungsplatinen 310 mit einer Mehrzahl von Laseroberflächenabbildungspunkten 300 gezeigt, die verwendet werden, um Z-Abbildungen der Oberfläche der Schaltungsplatinen 310 zu erzeugen. Bezugnehmend auf 4a sind die Laseroberflächenabbildungspunkte 300a, 300b, 300c etc. verbunden, um eine Serie von einzelnen Oberflächenabbildungsdreiecken 304a, 304b etc. zu erzeugen, die zusammen ein dreieckiges Netz 318 erzeugen, das eine "Hauptstütze" für die Platine 310 darstellt. Zur Klarheit der Darstellung der Oberflächenabbildungsdreiecke 304 und des Dreiecknetzs 318 zeigt die Schaltungsplatine 310, die in 4a gezeigt ist, lediglich zwei Lötanschlußflächen 320a und 320b, die innerhalb einer Platinenansicht 730a positioniert sind. Die Platinenansicht 730a weist eine Mittelposition 302 auf. Andere elektrische Komponenten, die typischerweise an der Platine 310 angebracht sind, sind nicht gezeigt. 4b und 4c stellen Laserabbildungsdreiecksnetze 318 dar, die auf die Schaltungsplatinen 310a und 310b überlagert sind, die eine Vielfalt von elektronischen Komponenten 312 aufweisen, die an der Schaltungsplatine 310 durch Lötverbindungen 314 befestigt sind.
Beim Betrieb bestimmt der Laserabstandsmesser 296 einen Z-Achsen-Abstand für jeden der Laseroberflächenabbildungspunkte 300 an der Oberfläche der Platine 310. Die Positionen der Laseroberflächenabbildungspunkte 300 an der Oberfläche der Schaltungsplatine 310 werden durch den spezifischen Entwurf und den Entwurf der Komponenten 312 an der Platine 310 und die Prüfkriterien für die spezifischen Regionen der Pla tine 310 bestimmt. Es wird bevorzugt, daß die Laserabbildungspunkte 300 nahe der Lötverbindungen 314, die geprüft werden, positioniert sind. Zusätzlich wird die Größe jedes Dreiecks 304, das das Netz erzeugt, durch die Verfügbarkeit von Laserabbildungspunkten 300, die nicht die Komponenten 312 stören, die an der Platine 310 angebracht sind, und durch die gewünschte Genauigkeit der Z-Abbildung für die spezifischen Regionen der Platine 310 bestimmt. Beispielsweise können spezifische Regionen der Platine 310 Charakteristika aufweisen, die ein kleineres Dreieck 304 erfordern, um genau die Z-Höhe der Lötverbindungen 314, die innerhalb dieser Region 304 positioniert sind, widerzuspiegeln.
Typischerweise fällt diese Z-Abbildung der Oberfläche der Schaltungsplatine 310, die durch das Dreiecksnetz 318 dargestellt ist, nicht mit der Oberfläche der Schaltungsplatine 310 zusammen. Tatsächlich besteht ein allgemeines Problem darin, daß die Dreiecksinterpolation nicht sehr genau ist, und daß dieselbe nicht mit der Platinenoberfläche übereinstimmt. Dies ist in 5 dargestellt, die eine vergrößerte Querschnittsansicht des Schnitts A-A der Schaltungsplatine 310 zeigt, die in 4a gezeigt ist. Eine Z-Achsen-Bezugsebene 316, die der Platinenansichtsmitte 302 der Platinenansicht 730a entspricht, ist ebenfalls gezeigt. Bei diesem Beispiel ist die Z-Achsen-Bezugsebene 316 für die Platinenansichtsmitte 302 durch den Bezug auf das Oberflächenabbildungsdreieck 304c (4a) bestimmt. Eine Option wählt eine Z-Achsen-Höhe für die Z-Achsen-Bezugsebene 316 aus, die der Z-Achsen-Höhe des Oberflächenabbildungsdreiecks 304c bei den XY-Koordinaten entspricht, die die Platinenansichtsmitte 302 definieren. Bei diesem Beispiel ist die Z-Achsen-Bezugsebene 316 für die Platinenansicht 730a eine Ebene, die parallel zu der XY-Ebene ist, und ist für jede Position der Platinenansicht 730a konstant. Ferner sind in 5 Lötanschlußflächen 320 an beiden Oberflächen 324a und 324b der Schaltungsplatine 310 gezeigt. Wie in dieser übertriebenen Ansicht sichtbar ist, können die Oberflächen 324a und 324b der Schaltungsplatine 310 nicht flach sein, und dieselben können sogar nicht parallel zu der Z-Achsen-Bezugsebene 316 sein. Die vorliegende Erfindung adressiert dieses Problem durch automatisches Messen und Speichern des Abstands, auf den als "Delta-Z" Bezug genommen wird, zwischen jeder Lötanschlußfläche 320 und der Z-Achsen-Bezugsebene 316. Beispielsweise stellen in 5 ΔZ₁ und ΔZ₂ die Delta-Z-Werte für die Lötanschlußflächen 320a und 320b dar, die auf der Oberfläche 324a der Schaltungsplatine 310 positioniert sind. Für die Lötanschlußflächen auf der gegenüberliegenden Seite der Platine von der lasergemessenen Oberfläche werden die Delta-Z-Werte durch Speichern des Abstands zwischen der Lötanschlußfläche und einer weiteren Z-Achsen-Bezugsebene 317 bestimmt, die durch Addieren einer Nennplatinendicke t_NOM zu der oberen Bezugsebene 316 berechnet wird. Ferner wird das Vorzeichen des Delta-Z-Werts, der der lasergemessenen Oberflächenseite gegenüber liegt, umgekehrt, um eine folgerichtige Vorzeichenkonvention beizubehalten. Folglich beinhalten positive Delta-Z-Werte, daß die Anschlußfläche außerhalb der zwei definierten Bezugsebenen liegt, während negative Delta-Z-Werte beinhalten, daß die Anschlußfläche innerhalb der Bezugsebenen liegt. So stellt ähnlich ΔZ₃ den Delta-Z-Wert für die Lötanschlußflächen 320c dar, die auf der Oberfläche 324b der Schaltungsplatine 310 positioniert wird. Bei den obigen Beispielen weisen ΔZ₁ und ΔZ₂ positive Werte auf, da die Anschlußflächen außerhalb der Bezugsoberflächen liegen, während ΔZ₃ einen negativen Wert aufweist, da die Anschlußfläche innerhalb der Bezugsoberflächen liegt. Obwohl es nicht gezeigt ist, sei bemerkt, daß bei Fällen einer extremen Platinenverkrümmung die Delta-Z-Werte für eine Lötanschlußfläche, die auf der Oberfläche 324a positioniert ist, sowohl positive als auch negative Werte aufweisen. Mit anderen Worten kann die Z-Achsen-Bezugsebene 316 oberhalb der Platinenoberfläche 324a in bestimmten Bereichen und unterhalb der Platinenoberfläche 324a in anderen Bereichen positioniert sein. Es gibt zahlreiche andere Optionen zum Auswählen der Z-Achsen-Bezugshöhen für eine Platinenansicht oder für einzelne Positionen innerhalb einer Platinenansicht. Mehrere Alternativen zum Bestimmen eines Z-Achsen-Bezugs (von Z-Achsen-Bezügen) für eine Platinenansicht bezüglich des Dreiecksnetzes 318 umfassen: 1) die Durchschnitts-Z-Achsen-Höhe des Oberflächenabbildungsdreiecks 304 innerhalb dessen ein Hauptabschnitt einer Platinenansicht 230 positioniert ist; 2) eine interpolierte Z-Achsen-Höhe des Oberflächenabbildungsdreiecks 304, das den XY-Koordinaten entspricht, die die Mitte (oder eine andere ausgewählte Position) einer Platinenansicht 730 definieren; 3) eine Mehrzahl von interpolierten Z-Achsen-Höhen des Oberflächenabbildungsdreiecks 304, die den XY-Koordinaten entsprechen, die spezifische Lötanschlußflächen 320 definieren, die innerhalb einer Platinenansicht 730 etc. positioniert sind.
Alternativ kann eine Z-Abbildung der Oberfläche der Schaltungsplatine durch Messen der Z-Achsen-Koordinaten eines ausgewählten Teilsatzes der Lötverbindungen/Lötanschlußflächen an der Schaltungsplatine unter Verwendung von Röntgenstrahlbildern erzeugt werden. Auf diese Art und Weise wird der Laserabstandsmesser eliminiert, und die Laseroberflächenabbildungspunkte werden durch "Lötverbindungs/Lötanschlußflächen-Oberflächenabbildungspunkte" ersetzt.
Ein Delta-Z-Wert für jede Lötanschlußfläche 320 an der Schaltungsplatine 310 wird auf die folgende Art und Weise bestimmt. Bezugnehmend auf 6, die eine Vergrößerung der Lötanschlußfläche 320a in 5 zeigt, wird eine Serie von laminographischen Querschnittsbildern der Lötanschlußfläche 320a erfaßt. Beispielsweise, wie in 6 gezeigt, werden fünf Querschnittsbilder, die den Bildebenen 340A, 340B, 340C, 340D und 340E entsprechen, bei fünf unterschiedlichen ΔZ-Werten erhalten, die die Z-Achsen-Position der Lötanschlußfläche 320a einklammern. Bei diesem Beispiel ist der Delta-Z-Wert für die Bildebene 340A der Abstand zwischen der Bildebene 340A und der Z-Achsen-Bezugsebene 316 und ist als ΔZ_A bezeichnet. Ähnlich sind die Abstände zwischen den Bildebenen 340B, 340C, 340D und 340E und der Z-Achsen-Bezugsebene 316 als ΔZ_B, ΔZ_C, ΔZ_D bzw. ΔZ_E bezeichnet. Die Bild ebene, die am genauesten den Abstand zwischen der Lötanschlußfläche 320a und der Z-Achsen-Bezugsebene 316 widerspiegelt, ist die Bildebene 340C. Folglich ist für das Beispiel, das in 6 gezeigt ist, das Delta-Z für die Lötanschlußfläche 320a ΔZ_C.
Die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung bestimmen, daß ΔZ_C der genaueste Wert von Delta-Z für die Lötanschlußfläche 320a ist, indem die fünf Querschnittsbilder der Lötanschlußfläche 320a, die bei den Bildebenen 340A, 340B, 340C, 340D und 340E erhalten werden, analysiert werden. Allgemein wird das Bild, das den besten Brennpunkt (Fokus) zeigt, in der Bildebene erzeugt, die am genauesten der Position der Lötanschlußfläche 320a entspricht. Das Bild, das den besten Brennpunkt der Lötanschlußfläche 320a zeigt, kann durch eine Anzahl von unterschiedlichen Brennpunktsqualitätsparametern bestimmt werden. Beispielsweise kann das Bild, das die schärfsten Kanten, d. h. die höchste Varianz der Gradienten des Bilds, zeigt, als das Bild ausgewählt werden, das den besten Brennpunkt (Fokus) zeigt. Bei dem Beispiel, das in 6 gezeigt ist, zeigt, wenn die Varianz der Gradienten der fünf Bilder, die in den Bildebenen 340A, 340B, 340C, 340D und 340E erzeugt werden, berechnet und verglichen wird, das Querschnittsbild der Lötanschlußfläche 320a, das in der Bildebene 340C erzeugt wird, die höchste Varianz des Gradienten. Während das in 6 gezeigte Beispiel fünf Bildebenen zeigt, ist es offensichtlich, daß eine andere Anzahl von Bildebenen, entweder kleiner als oder größer als fünf, beim Praktizieren der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden kann. Zusätzlich kann eine Interpolation zwischen den Brennpunktsqualitätsparametern, z. B. der Schärfe, der Bilder, die den Bildebenen 340A, 340B, 340C, 340D und 340E entsprechen, verwendet werden, um ein interpoliertes Delta-Z für die Lötanschlußfläche 320a zu bestimmen.
Ein Standardweg, um den Gradienten für ein Bild anzunähern, ist als Robert-Gradient bekannt, der durch die folgende Be ziehung gegeben ist: GR[f(x,y)] ≈ |f(x,y) – f (x+1,y+1)| + |f(x+1,y) – f(x,y+1)|f(x, y) stellt den Grauwert für das Pixel dar, das bei x, y in einem IXJ-Pixelgrößenbild positioniert ist. Die Prozedur zum Bestimmen des Robert-Gradienten G_R ist in 7a dargestellt. Eine Verallgemeinerung dieser Prozedur wird tatsächlich für die vorliegende Erfindung bevorzugt. Anstelle des Annäherns des Gradienten über ein 2 × 2-Pixelgitter wird ein modifizierter Robert-Gradient (G_MR) über eine einstellbare Kerngröße K, die größer als oder gleich 2 ist, eingestellt. Der modifizierte Robert-Gradient (G_MR) wird in einem K × K-Pixelgitter durch die folgende Beziehung angenähert: GMR[f(x,y)] ≈ |f(x-N,y-N) – f(x+M,y+M)| + |f(x+M,y-N) – f(x-N,y+M)|K ist eine Ganzzahl, die größer als oder gleich 2 ist; N = (K-1)/2, die auf die nächste Ganzzahl abgerundet ist; und M = K-N-1. Beispielsweise für K = 2, N = 0 und M = 1, für K = 3, N = 1 und M = 1, für K = 4, N = 1 und M = 2, für K = 5, N = 2 und M = 2 etc. Diese Prozedur zum Bestimmen des modifizierten Robert-Gradienten G_MR ist in 7b dargestellt. Die Kantenfrequenz kann durch Einstellen der Kerngröße K eingestellt werden. Der Robert-Gradient und andere Verfahren zum Analysieren von digitalen Bildern sind in einem Buch mit den Autoren Rafael C. Gonzalez und Paul Wintz mit dem Titel "Digital Image Processing", Addison Wesley Publishing Company, Inc., 1987, beschrieben, dessen gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Nach dem Bestimmen des Gradienten für mehrere Pixel, die das Bild für jedes der Querschnittsbilder der Lötanschlußfläche 320a aufweist, die in den Bildebenen 340A, 340B, 340C, 340D und 340E erhalten werden, wird die Varianz der Gradienten für jedes Bild V_A(G), V_B(G), V_C(G), V_D(G) und V_E(G) unter Verwendung von Standardverfahren zum Berechnen von Varianzen berechnet. Die Varianzen werden dann verglichen, um zu bestimmen, welches Bild den größten/maximalen Wert der Varianz der Gradienten V(G) aufweist. Bei dem in 6 gezeigten Beispiel wird die Varianz der Gradienten V_C(G) für das Querschnittsbild der Lötanschlußfläche 320a, das in der Bildebene 340C erhalten wird, maximal. Folglich wird, da ΔZ_C der Delta-Z-Wert dort ist, wo die Bildebene 340C positioniert ist, ΔZ_C als Delta-Z-Wert für die Lötanschlußfläche 320a zugewiesen. Bei diesem idealisierten Beispiel ist die Varianz der Gradienten V_C(G) maximal und symmetrisch zu den benachbarten Bildebenen 340B und 340D desselben. Es ist jedoch wahrscheinlicher, daß dies nicht der Fall ist. Daher kann eine Interpolation zwischen den Varianzen der Gradienten V_A(G), V_B(G), V_C(G), V_D(G) und V_E(G) für benachbarte Bildebenen verwendet werden, um den größten/maximalen Wert der Varianz der Gradienten V(G) zu bestimmen. Delta-Z für die Lötanschlußfläche 320a wird dann gleich einem interpolierten ΔZ eingestellt, das dem interpolierten größten/maximalen Wert der Varianz der Gradienten V(G) entspricht.
Ein verallgemeinerter Umriß der obigen Prozedur zum Bestimmen eines Delta-Z-Werts für jede Lötanschlußfläche 320 an der Schaltungsplatine 310 ist in dem Flußdiagramm 400 von 8 gezeigt. Aktivitätsblöcke 404, 408, 412, 416, 420 und 424 bilden eine iterative Schleife zum A) Erfassen einer Mehrzahl K von Querschnittsbildern der Lötanschlußfläche 320 bei einer Mehrzahl K von Delta-Z-Werten, wobei jeder der Delta-Z-Werte für die Bildebenen, d. h. die Abstände zwischen den Bildebenen und der Z-Achsen-Bezugsebene 316, einen unterschiedlichen Wert (Ativitätsblock 412) aufweist; B) Berechnen und Speichern des Gradienten G[f(x,y)] für mehrere Pixel, die jedes der K-Bilder (Aktivitätsblock 416) aufweisen; und C) Berechnen der Varianz der Gradienten V_I(G) für jedes der K-Bilder (Aktivitätsblock 420). Vorzugsweise wird der Bereich der Delta-Z-Werte ausgewählt, um den Entwurf und/oder den empirisch bestimmten, annähernden Delta-Z-Wert, d. h. die Z-Achsen-Position, der Lötanschlußfläche 320, zu umklammern. In dem Aktivitätsblock 428 werden die Varianzen der Gradienten V_I(G) für die K Bilder analysiert, und eine Interpolation wird verwendet, um einen größten/maximalen Wert V_MAX(G) der Varianzen der Gradienten V_I(G) zu bestimmen. In einem Aktivitätsblock 432 wird das Delta-Z für die Lötanschlußfläche 320 gleich dem interpolierten Wert von Delta-Z gesetzt, der dem größten/maximalen Wert V_MAX(G) der Varianzen der Gradienten V_I(G) entspricht.
Obwohl die obige Beschreibung über Querschnittsbilder der Lötanschlußfläche 320a die tatsächliche Z-Achsen-Position der Lötanschlußfläche 320a durch Analysieren des Brennpunkts (Fokus), d. h. der Schärfe, der Bilder bestimmt, ist es Fachleuten offensichtlich, daß alternative Verfahren verwendet werden können, um ferner über Querschnittsbilder einer Lötanschlußfläche 320/einer Lötverbindung 314 die tatsächliche Z-Achsen-Position der Lötanschlußfläche 320/der Lötverbindung 314 zu bestimmen. Zahlreiche andere Parameter, die andere Bildqualitätsparameter, geometrische Parameter etc. umfassen, können verwendet werden, um die tatsächlichen Z-Achsen-Positionen der Lötanschlußfläche 320/der Lötverbindung 314 zu bestimmen. Außerdem kann es vorteilhaft sein, zusätzliche Bildverarbeitungsverfahren bei den Bildern durchzuführen, die das Glätten, Unscharf machen etc. während der Analyse der Bilder umfassen.
Bei dem in 6 gezeigten Beispiel ist die Bildebene 340C den Mittelpunkt der Lötanschlußfläche 320a einschließend gezeigt, und wird folglich den maximalen Wert der Varianz der Gradienten der mehreren Bilder zeigen, die in den Bildebenen 340A, 340B, 340C, 340D und 340E erzeugt werden. In der Praxis ist es jedoch unwahrscheinlich, daß eine derartig idealisierte Situation vorherrscht. Eine Alternative besteht darin, daß eine oder mehrere Bildebenen die Lötanschlußfläche jedoch nicht an dem Mittelpunkt der Lötanschlußfläche einschließen, während die verbleibenden Bildebenen oberhalb und unterhalb die Lötanschlußfläche fallen. Eine weitere Alternative besteht darin, daß keine der Bildebenen die Lötanschlußfläche einschließt, dieselben jedoch oberhalb und unterhalb der Lötanschlußfläche verteilt sind. Eine noch weitere Alternative besteht darin, daß alle Bildebenen oberhalb der Anschlußfläche oder alle Bildebenen unterhalb der Anschlußfläche verteilt sind. Es ist oftmals vorteilhaft, die Varianzen der Gradienten der mehreren Bilder zu analysieren und/oder zu interpolieren, um den besten Wert von ΔZ für eine spezielle Familie von Querschnittsbildern zu bestimmen.
Ein derartiges Analyseverfahren ist in 9 dargestellt, die einen Graphen 500 der Varianzen der Gradienten 504A, 504B, 504C, 504D und 504E von mehreren Querschnittsbildern als eine Funktion der Z-Achsen-Positionen ΔZ_A, ΔZ_B, ΔZ_C, ΔZ_D und ΔZ_E der Bildebene zeigt, die jedem Bild entspricht. Bei diesem Beispiel ist eine parabolische Kurve 508 an drei oder mehrere Varianzen der Gradienten 504A, 504B, 504C, 504D und 504E angepaßt. Die ΔZ-Koordinate, die der Spitze 512 der parabolischen Kurve 508 entspricht, ΔZ_P, ist als der beste Wert von ΔZ für die Familie von Querschnittsbildern ausgewählt, die den Varianzen der Gradienten 504A, 504B, 504C, 504D und 504E entsprechen. Andere Verfahren zum Bestimmen des besten Werts von ΔZ für eine spezielle Familie von Querschnittsbildern werden Fachleuten offensichtlich sein und sind selbstverständlich innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung umfaßt. Beispielsweise können die Varianzen der Gradienten 504A, 504B, 504C, 504D und 504E an eine andere Kurve abweichend von einer Parabel, z. B. an eine Hyperbel, eine Gauss-Kurve etc., angepaßt werden.
Das oben beschriebene Verfahren kann Modifikationen erfordern, wenn dasselbe bei spezifischen Typen von elektronischen Vorrichtungen und Lötverbindungen angewandt wird. Beispielsweise weist ein Bauelement, wie es in 10 gezeigt ist, auf das allgemein als BGA-Bauelement Bezug genommen wird, Lötverbindungen auf, die unter Verwendung einer Modifikation des oben beschriebenen Verfahrens zum Bestimmen von Delta-Z-Werten analysiert werden können. Bei einem BGA-Bauelement sind die Kontaktanschlußflächen in einem Gitter an der Unterseite des Bauelements gebildet. Ein entsprechendes Gitter von Kontaktanschlußflächen ist auf der Oberfläche der Schaltungsplatine vorgesehen. Lötkugeln sind an den Schaltungsplatinenkontaktanschlußflächen gebildet. Sowie das Kontaktanschlußflächengitter auf der Unterseite des BGA-Bauelements mit dem Kontaktanschlußflächengitter auf der Oberfläche der Schaltungsplatine ausgerichtet ist, und das BGA-Bauelement an der Schaltungsplatinenoberfläche angebracht ist, sehen die Lotkugeln eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktanschlußflächen an der Schaltungsplatine und den Kontaktanschlußflächen an dem BGA-Bauelement vor. Folglich werden die Lötverbindungen zwischen die untere Oberfläche des BGA-Bauelements und die Schaltungsplatine geschichtet. Auf diese Lötverbindungen wird als Kugelgitterarray (BGA) Bezug genommen.
10 stellt ein BGA-Bauelement 612 mit Kontaktanschlußflächen 616 an der Unterseite desselben dar. Das BGA-Bauelement 612 ist an einer Schaltungsplatine 610 mit Kontaktflächen 620 angebracht. In 10 sind ferner Lötkugeln 614 dargestellt, die elektrische Verbindungen zwischen den Kontaktanschlußflächen 616 und den Kontaktanschlußflächen 620 derart vorsehen, daß eine Lötverbindung zwischen jedem Paar von Kontaktanschlußflächen gebildet wird. Es sei bemerkt, daß die meisten Lötverbindungen, die geprüft werden sollen, verdeckt sind, so daß dieselben weder visuell noch unter Verwendung einer herkömmlichen Röntgenstrahlprüfung geprüft werden können. Durch Verwenden des Laminographieverfahrens, das hierin beschrieben ist, kann jedoch eine Querschnittsansicht auf oder nahe der Oberfläche der Schaltungsplatine 610 vorgenommen werden, die es ermöglicht, daß die Lötverbindungen eines BGA-Bauelements analysiert werden können.
11 ist eine vergrößerte Querschnittsseitenansicht einer Lötverbindung 614 zwischen der Lötanschlußfläche 616 an dem BGA-Bauelement 612 und der Lötanschlußfläche 620 an der Schaltungsplatine 610, die typische Charakteristika der BGA-Lötverbindung 614 zeigt. Wie im vorhergehenden erörtert (siehe 6), wird eine Serie von laminographischen Querschnittsbildern der Lötanschlußfläche 620 erfaßt. Beispielsweise, wie in 11 gezeigt, werden fünf Querschnittsbilder, die den Bildebenen 640A, 640B, 640C, 640D und 640E entsprechen, bei fünf unterschiedlichen ΔZ-Werten erhalten, die die Z-Achsen-Position der Lötverbindung 614 einklammern. Wie im vorhergehenden ist der Delta-Z-Wert für die Bildebene 640A der Abstand zwischen der Bildebene 640A und der Z-Achsen-Bezugsebene 316 und wird als ΔZ_A bezeichnet. Ähnlich werden die Abstände zwischen den Bildebenen 640B, 640C, 640D und 640E und der Z-Achsen-Bezugsebene 316 als ΔZ_B, ΔZ_C, ΔZ_D bzw. ΔZ_E bezeichnet. Die Bildebene, die am genauesten den Abstand zwischen der Lötanschlußfläche 620 und der Z-Achsen-Bezugsebene 316 widerspiegelt, ist die Bildebene 640B. Eine Analyse der Bilder, die in den Bildebenen 640A, 640B, 640C, 640D und 640E erzeugt werden, wie im vorhergehenden beschrieben, d. h. die Bestimmung des maximalen Werts der Varianzen der Gradienten der Bilder, die in den Bildebenen 640A, 640B, 640C, 640D und 640E erzeugt werden, ergibt nicht dieses Resultat. Das Resultat der vorher beschriebenen Analyse besteht darin, daß die Bildebene 640D, die annähernd dem Mittelpunkt der Lötverbindung 614 entspricht, das Bild ist, das den maximalen Wert der Varianzen der Gradienten dieser Serie von Bildern zeigt. Dies liegt an der Struktur, die die BGA-Lötverbindung umgibt, d. h. an der BGA-Bauelementstruktur 612 und der Schaltungsplatinenstruktur 610, zusätzlich zu der Lötverbindung 614. Da jedoch die Durchschnittsdicke der Lötverbindung 614 allgemein bekannt ist oder ohne weiteres bestimmt werden kann, kann der Abstand von dem Mittelpunkt der Lötverbindung 614 zu der Lötanschlußfläche 620 von dem Delta-Z-Wert (ΔZ_D) für die Bildebene 640D abgezogen werden, um den korrekten Delta-Z-Wert für die Lötanschlußfläche 620 zu bestimmen.
Wie im vorhergehenden bestimmen die Vorrichtung und das Ver fahren der vorliegenden Erfindung das ΔZ_D, das der genaueste Wert von Delta-Z für den Mittelpunkt der Lötverbindung 614 ist, indem die fünf Querschnittsbilder analysiert werden, die in den Bildebenen 640A, 640B, 640C, 640D und 640E erhalten werden. Das Bild, das die schärfsten Kanten, d. h. die höchste Varianz der Gradienten des Bilds, aufweist, wird in der Bildebene erzeugt, die am genauesten der Position des Mittelpunkts der Lötverbindung 614 entspricht. Bei dem Beispiel, das in 11 gezeigt ist, zeigt, wenn die Varianzen der Gradienten der fünf Bilder, die in den Bildebenen 640A, 640B, 640C, 640D und 640E erzeugt werden, berechnet und verglichen werden, das Querschnittsbild, das in der Bildebene 640D erzeugt wird, die höchste Varianz des Gradienten. Obwohl das in 11 gezeigte Beispiel fünf Bildebenen zeigt, ist es offensichtlich, daß eine andere Anzahl von Bildebenen, entweder kleiner oder größer als fünf, beim Praktizieren der vorliegenden Erfindung ausgewählt werden kann.
Es gibt einen weiteren Weg, den Mittelpunkt der Lötverbindung 614 aus den Bildern zu identifizieren, die in den Bildebenen 640A, 640B, 640C, 640D und 640E erzeugt werden. Dies wird durch Analysieren der Abmessungen des Abschnitts jedes Bilds erreicht, der der Lötverbindung 614 entspricht. Das Bild, das den maximalen Durchmesser des Abschnitts zeigt, der der Lötverbindung 614 entspricht, identifiziert den Mittelpunkt der Lötverbindung 614. Dieses Verfahren kann zusätzlich zu oder als Alternative zu der Analyse verwendet werden, die den Mittelpunkt der Lötverbindung 614 bestimmt, indem bestimmt wird, welches Bild die höchste Varianz der Gradienten zeigt, d. h. das schärfste Bild ist. Wie im vorhergehenden können Interpolationsverfahren, wie z. B. dieselben, die im vorhergehenden unter Bezugnahme auf 9 erörtert sind, verwendet werden, um einen Delta-Z-Wert über den Mittelpunktwert zu bestimmen, der zwischen die diskreten Bildebenen 640A, 640B, 640C, 640D und 640E fällt.
Die oben beschriebenen Verfahren werden verwendet, um Schaltungsplatinen auf die folgende Art und Weise zu prüfen.
Typischerweise ist der Bildbereich, d. h. die Platinenansicht, des Laminographiesystems oder anderer Bilderzeugungssysteme, die die Querschnittsbilder der Verbindungen an der Schaltungsplatine erfassen, wesentlich kleiner als die Schaltungsplatine, die geprüft wird. Folglich sind mehrere Bilder der Schaltungsplatine erforderlich, um eine vollständige Prüfung der Schaltungsplatine durchzuführen. 12 zeigt eine Schaltungsplatine 710 mit mehreren Komponenten 712, die an derselben über Verbindungen 714 angebracht sind. Mehrere Platinenansichten 730 sind dargestellt. Beispielsweise umfaßt eine Platinenansicht 730a Komponenten 712a und 712b und entsprechende Verbindungen 714a, 714b, 714c und 714d. Eine Platinenansicht 730b umfaßt eine Komponente 712c und die entsprechenden Verbindungen 714 derselben. Eine Platinenansicht 730c umfaßt Komponenten 712d, 712e, 712f, 712g und 712h und die entsprechenden Verbindungen 714 derselben. In der Zeit vor der vorliegenden Erfindung mußte ein Betreiber einen Delta-Z-Wert für jeden Laseroberflächenabbildungspunkt 300 (siehe 4a, 4b und 4c) manuell bestimmen. Die vorliegende Erfindung eliminiert dieses fehleranfällige und zeitaufwendige Verfahren.
Unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren wird ein Delta-Z-Wert für JEDE Lötverbindung 714 an der Schaltungsplatine 710 automatisch bestimmt und gespeichert. Unter Verwendung dieser gespeicherten Delta-Z-Werte für jede Lötverbindung 714 wird dann ein Delta-Z-Wert für jede Platinenansicht berechnet. Beispielsweise kann ein einfacher Durchschnitt von allen Delta-Z für jeden Stift in der Platinenansicht geeignet sein. Entwickeltere Verfahren können für einige Situationen jedoch geeigneter sein. Es kann beispielsweise bestimmt werden, daß eine spezielle Platinenansicht mit mehr als einem Wert von Delta-Z, d. h. mehreren Querschnittsbildschnitten, besser überprüft werden kann. Dies kann auftreten, wenn eine Platinenverkrümmung, eine Platinendicke etc. bewirkt, daß die Lötanschlußflächen innerhalb einer Platinenansicht in unterschiedlichen Z-Achsen-Höhen positioniert sind.
Bei der Anwendung ist es eine einfache Angelegenheit, den Delta-Z für jede Platinenansicht unter Verwendung der gespeicherten Datendatei von Delta-Z-Werten für jede einzelne Verbindung an der Schaltungsplatine zu berechnen, nachdem eine Struktur von Platinenansichten für eine spezielle Schaltungsplatine bestimmt wurde. Beispielsweise wird der Delta-Z-Wert für die Platinenansicht 730a an der Schaltungsplatine 710, die in 12 gezeigt ist, durch Wiederaufrufen der Delta-Z-Werte für die Verbindungen 714a, 714b, 714c und 714d und durch Bestimmen des Durchschnitts derselben erhalten. Ähnlich wird der Delta-Z-Wert für die Platinenansicht 730d durch Wiederaufrufen der Delta-Z-Werte für alle Verbindungen 714, die an den Komponenten 712d, 712e, 712f, 712g und 712h umfaßt sind, und durch Bestimmen ihres Durchschnitts erhalten. In einigen Situationen kann es bestimmt werden, daß nicht alle Delta-Z-Werte der Verbindung 714 in dem Durchschnitt für diese spezielle Platinenansicht umfaßt sein müssen.
Ein Vorteil dieses Lösungsansatzes zum Bestimmen der Delta-Z-Werte für eine Platinenansicht ist offensichtlich, wenn sich die Platinenansicht ändert. Vorher hat eine Änderung der Platinenansichten eine Neuinterpolation des Dreiecksnetzes 318 erfordert. Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung wird das Delta-Z für die neu definierte Platinenansicht ohne weiteres durch einfaches Wiederaufrufen der Delta-Z-Werte für die Verbindungen 714, die in der neu definierten Platinenansicht umfaßt sind, und dann durch Bestimmen des Durchschnitts derselben bestimmt.
Dementsprechend wird es dem Leser offensichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung viele der spezifischen Probleme löst, die angetroffen werden, wenn Lötverbindungen an Schaltungsplatinen geprüft werden. Es ist inbesondere wichtig, daß dieselbe sowohl das langsame als auch fehleranfällige Verfahren des manuellen Einstellens der Laser-Delta-Z-Werte entfernt, während dieselbe korrekte Ansicht-Delta-Z-Werte bei Fällen liefert, bei denen eine Platinenverkrümmung mit den Oberflächenabbildungsdreiecken übereinstimmt.
Zusätzliche Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen weiterhin darin, daß dieselbe

– sehr leicht anzuwenden ist und keine wesentlichen Modifikationen an der Prüfausrüstung erfordert;
– automatisch ist, wodurch die Anfälligkeit, die manuellen Verfahren zugeordnet ist, entfernt wird;
– die Genauigkeit der Z-Höhen-Bestimmung verbessert;
– die Fähigkeit besitzt, Platinendickenvariationen handzuhaben;
– die Fähigkeit besitzt, den Durchsatz zu verbessern, da die Anzahl der Abbildungspunkte für bestimmte Anwendungen reduziert werden kann;
– die Fähigkeit besitzt, die Platinenverkrümmung genauer nachzubilden; und
– mit dem derzeit verwendeten manuellen Verfahren kompatibel ist und folglich je nach Bedarf verwendet werden kann.

Obwohl die obige Beschreibung viele Spezifitäten enthält, soll dies lediglich als Darstellung von derzeit bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung aufgefaßt werden. Beispielsweise können alternative Verfahren und Bildparameter verwendet werden, um zu bestimmen, welches Bild der ordnungsgemäßen Z-Achsen-Position entspricht; alternative Interpolationsverfahren können verwendet werden; alternative Verfahren können verwendet werden, um die Querschnittsbilder zu erfassen; alternative Laserabbildungs- oder Bezugsabbil dungsverfahren können verwendet werden; alternative Verfahren zum Bestimmen eines Platinenansicht-Delta-Z aus den einzelnen Verbindungs-Delta-Z-Werten können verwendet werden; alternative Verfahren zum Bestimmen der Delta-Z-Werte für spezielle Verbindungen können verwendet werden; etc.

Claims

Vorrichtung zum Prüfen von elektrischen Verbindungen (214, 314, 320, 620, 714) an einer Schaltungsplatine (210, 310, 610, 710), mit folgenden Merkmalen: einer Quelle (200) von Röntgenstrahlen (282), die Röntgenstrahlen durch die elektrische Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) von einer Mehrzahl von Positionen emittiert; einem Röntgenstrahldetektorsystem (240), das positioniert ist, um die Röntgenstrahlen (284) zu empfangen, die durch die Quelle (200) von Röntgenstrahlen erzeugt wurden, und die in die elektrische Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) eingedrungen sind, wobei das Röntgenstrahldetektorsystem (240) ferner einen Ausgang aufweist, der Datensignale emittiert, die einem Röntgenstrahlbild der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) entsprechen, das durch die Röntgenstrahlen (284) erzeugt wird, die durch den Röntgenstrahldetektor (240) nach dem Eindringen in die elektrische Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) empfangen und erfaßt werden; einem Bildspeicher, der die Detektordatensignale kombiniert, um eine Bilddatenbank zu bilden, die Informationen enthält, die ausreichend sind, um ein Querschnittsbild einer Schnittebene der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) in einer Bildebene zu erzeugen; und einem Prozessor, der die Erfassung des Querschnittsbilds steuert und das Querschnittsbild analysiert, wobei der Bildprozessor ferner folgende Merkmale aufweist: eine Z-Achsen-Steuerung zum Variieren eines Delta-Z-Werts, d. h. des Z-Achsen-Abstands zwischen der Bildebene und einer Bezugs-Z-Achsen-Position, und zum Erfassen einer Mehrzahl von Delta-Z-Bildern der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) bei einer Mehrzahl von Delta-Z-Werten; einen Bildgradientenabschnitt, der eine Mehrzahl von Gradienten für jedes der Mehrzahl von Delta-Z-Bildern berechnet und speichert; einen Varianzrechnerabschnitt, der eine Varianz der Mehrzahl von Gradienten für jedes der Mehrzahl von Delta-Z-Bildern bestimmt; und einen Komparator, der die Varianzen der Gradienten für jedes der Mehrzahl von Delta-Z-Bildern vergleicht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Oberflächenabbildungsvorrichtung zum Erzeugen einer Oberflächenabbildung der Schaltungsplatine (210, 310, 610, 710) aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die Oberflächenabbildungsvorrichtung ferner einen Laserabstandsmesser (296) zum Bestimmen der Bezugs-Z-Achsen-Werte für eine Mehrzahl von Punkten an der Schaltungsplatine (210, 310, 610, 710) aufweist, wodurch eine Laseroberflächenabbildung der Schaltungsplatine (210, 310, 610, 710) erzeugt wird.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Bildgradient über ein K × K-Pixelgitter durch die folgende Beziehung angenähert wird: GMR[f(x, y)] ≈ |f(x-N, y-N) – f (x+M, y+M)| + |f(x+M, y-N) – f (x-N, y+M)|wobei f(x,y) einen Grauwert eines Pixels darstellt, das bei x, y positioniert ist, wobei K eine Ganzzahl ist, die größer oder gleich 2 ist, wobei N = (K-1)/2 auf die nächste Ganzzahl abgerundet ist, und wobei M = K-N-1 gilt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Komparator ferner eine Einrichtung zum Anpassen der Varianzen der Mehrzahl von Gradienten für jedes der Mehrzahl von Delta-Z-Bildern entweder an eine parabolische Kurve oder an eine Gauss-Kurve aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der der Komparator ferner eine Einrichtung zum Bestimmen eines Delta-Z-Werts aufweist, der einem Maximalwert der parabolischen Kurve oder der Gauss-Kurve entspricht.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Quelle (200) von Röntgenstrahlen (282) eine Mehrzahl von Röntgenstrahlquellen aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Röntgenstrahldetektorsystem (240) eine Mehrzahl von Röntgenstrahldetektoren aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der Prozessor ferner einen Bildabschnitt aufweist, der das Querschnittsbild einer Schnittebene der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) aus der Bilddatenbank erzeugt.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Z-Achsen-Steuerung des Prozessors eine Einrichtung zum Bestimmen einer Bezugs-Z-Achsen-Position (316) Z_RF und eine Einrichtung zum Erfassen eines ersten Querschnittsbilds der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) bei einer ersten Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ₁, eines zweiten Querschnittsbilds der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) bei einer zweiten Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ₂, und eines dritten Querschnittsbilds der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) bei einer dritten Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ₃ aufweist; der Bildgradientenabschnitt des Prozessors eine Einrichtung zum Bestimmen einer ersten Mehrzahl von Gradienten für das erste Querschnittsbild, einer zweiten Mehrzahl von Gradienten für das zweite Querschnittsbild und einer dritten Mehrzahl von Gradienten für das dritte Querschnittsbild aufweist; der Varianzrechnerabschnitt des Prozessors eine Einrichtung zum Berechnen einer ersten Varianz (504) für die erste Mehrzahl von Gradienten, die dem ersten Querschnittsbild bei der ersten Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ₁ entspricht, einer zweiten Varianz (504) für die zweite Mehrzahl von Gradienten, die dem zweiten Querschnittsbild bei der zweiten Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ₂ entspricht, und einer dritten Varianz (504) für die dritte Mehrzahl von Gradienten, die dem dritten Querschnittsbild bei der dritten Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ₃ entspricht ausweist; und der Komparator des Prozessors eine Einrichtung zum Bestimmen eines maximalen Varianzwerts (504), der aus der ersten, der zweiten und der dritten Varianz (504) abgeleitet wird, und zum Auswählen einer entsprechenden Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ_MAX, die dem maximalen Varianzwert (504) entspricht, als die Z- Achsen-Position (340, 640) der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) ausweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, die ferner eine Einrichtung zum Bestimmen einer mathematischen Funktion aufweist, die Punkte aufweist, die die Werte der ersten, der zweiten und der dritten Varianz (504) annähern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ_MAX, die dem maximalen Varianzwert (504) entspricht, einer Z-Achsen-Position gleicht, die einem maximalen Wert (512) der mathematischen Funktion entspricht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, bei der die mathematische Funktion eine Parabel oder eine Gauss-Kurve ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, bei der die Einrichtung zum Bestimmen der Bezugs-Z-Achsen-Position (316) ferner einen Laserabstandsmesser (296) aufweist.
Verfahren zum Prüfen von elektrischen Verbindungen (214, 314, 320, 620, 714) an einer Schaltungsplatine (210, 310, 610, 710) aus Röntgenstrahlen-Querschnittsbildern von Schnittebenen der elektrischen Verbindung, mit folgenden Schritten: (a) Bestimmen einer Bezugs-Z-Achsen-Position (316) Z_RF; (b) Erfassen eines ersten Röntgenstrahlen-Querschnittsbilds einer Schnittebene der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) bei einer ersten Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ₁ und eines zweiten Röntgenstrahlen-Querschnittsbilds einer Schnittebene der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) bei einer zweiten Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ₂; (c) Bestimmen einer ersten Mehrzahl von Gradienten für das erste Röntgenstrahlen-Querschnittsbild einer Schnittebene und einer zweiten Mehrzahl von Gradienten für das zweite Röntgenstrahlen-Querschnittsbild einer Schnittebene; (d) Berechnen einer ersten Varianz (504) für die erste Mehrzahl von Gradienten, die dem ersten Röntgenstrahlen-Querschnittsbild einer Schnittebene entspricht, bei der ersten Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ₁, und einer zweiten Varianz (504) für die zweite Mehrzahl von Gradienten, die dem zweiten Röntgenstrahlen-Querschnittsbild einer Schnittebene entspricht, bei der zweiten Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ₂; und (e) Analysieren der ersten und der zweiten Varianz (504) und Ableiten der Z-Achsen-Position (340C, 640B) der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) aus denselben.
Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem die Bezugs-Z-Achsen-Position (316) mit einem Abstandsmesser bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem die Abstandsmessung mit einem Laserabstandsmesser (296) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem im Schritt (b) ferner ein drittes Röntgenstrahlen-Querschnittsbilds einer Schnittebene der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) bei einer dritten Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ₃ erfaßt wird;; im Schritt (c) ferner eine dritte Mehrzahl von Gradienten für das dritte Röntgenstrahlen-Querschnittsbild einer Schnittebene bestimmt wird; im Schritt (d) ferner eine dritte Varianz für die dritte Mehrzahl von Gradienten, die dem dritten Röntgenstrahlen-Querschnittsbild einer Schnittebene entspricht, bei der dritten Z-Achsen-Position (340, 640) Z_RF + ΔZ₃ berechnet wird; und im Schritt (e) ein maximaler Varianzwert (504) bestimmt wird, der aus der ersten, der zweiten und der dritten Varianz (504) bestimmt wird, und eine entsprechende Z-Achsen-Position (340C, 640B) Z_RF + ΔZ_MAX, die dem maximalen Varianzwert (504) entspricht, als die Z-Achsen-Position der elektrischen Verbindung (214, 314, 320, 620, 714) ausgewählt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, das ferner den Schritt des Bestimmens einer mathematischen Funktion aufweist, die Punkte umfaßt, die die Werte der ersten, der zweiten und der dritten Varianz (504) annähern.
Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem die mathematische Funktion eine Parabel ist.
Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem die mathematische Funktion eine Gauss-Kurve ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, das ferner eine Oberflächenabbildungsvorrichtung zum Erzeugen einer Oberflächenabbildung der Schaltungsplatine (210, 310, 610, 710) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem die Bildgradienten über ein K × K-Pixelgitter durch die folgende Beziehung angenähert werden: GMR [f(x, y)] ≈ |f(x-N, y-N) – f (x+M, y+M)| + |f(x+M, y-N) – f (x-N, y+M)|wobei f(x,y) einen Grauwert eines Pixels darstellt, das bei x, y positioniert ist, wobei K eine Ganzzahl ist, die größer als 2 oder gleich 2 ist, wobei N = (K-1)/2 auf die nächste Ganzzahl abgerundet wird, und wobei M = K-N-1 gilt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 23, das ferner folgende Schritte umfaßt: Erhalten einer Mehrzahl von Röntgenstrahlen-Querschnittsbildern von Schnittebenen für im wesentlichen alle elektrischen Verbindungen auf der Schaltungsplatine; Bestimmen der Z-Achsen-Positionen für im wesentlichen alle elektrischen Verbindungen auf der Schaltungsplatine aus der Mehrzahl von Röntgenstrahlen-Querschnittsbildern der Schnittebenen der elektrischen Verbindungen; Speichern der Z-Achsen-Positionen für im wesentlichen alle elektrischen Verbindungen auf der Schaltungsplatine in einer Datenbank; Auswählen einer ersten Platinenansicht, welche einen ersten Abschnitt der Schaltungsplatine einschließt; und Ableiten einer Z-Achsen-Position der ersten Platinenansicht aus den gespeicherten Werten der Z-Achsen-Positionen für die elektrischen Verbindungen, die innerhalb der ersten Platinenansicht eingeschlossen sind.
Verfahren nach Anspruch 24, das ferner folgende Schritte umfaßt: Auswählen einer zweiten Platinenansicht, welche einen zweiten Abschnitt der Schaltungsplatine umfaßt; und Ableiten einer Z-Achsen-Position der zweiten Platinenansicht aus den gespeicherten Werten der Z-Achsen-Positionen für die elektrischen Verbindungen, die in der zweiten Platinenansicht eingeschlossen sind.