專利名稱：利用顏色檢查印刷電路板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖形表面檢查領域，例如，印刷電路板，特別是涉及利用顏色識別一些類型的狀況，例如，導體氧化。
背景技術：
一種廣泛采用的檢查具有金屬化部分和未金屬化層壓部分的“裸”印刷電路板的方法是(a)用光照亮電路板，這種光似乎來自寬范圍的角度方向；(b)使照亮部分成像；(c)根據電路板的圖象確定金屬化部分；和(d)通過將圖象與一個標準圖象進行一次以上的比較以及用一套標準或者規(guī)則分析圖象，確定電路板的金屬化缺陷，以此確定電路板是否合格。
在描述這類方法的現有技術出版物中有美國專利4,758,888；5,619,429；5,774,572；和5,774,573，這些專利的公開內容在此可結合起來作參考。
進行上述比較的問題之一是如何確定電路板上導體覆蓋的區(qū)域和沒有導體的區(qū)域之間的邊緣。許多出版物，包括，例如，美國專利5,524,152，該專利的公開內容在此可結合起來作參考，已經建議利用顏色來改善這種確定。一般地，這些方法使電路板利用一種顏色成像，在這種顏色下，導體和已經除去導體的區(qū)域之間的反差最大化。這可以通過用使反差最大化的光照亮表面，或者通過過濾在形成圖象之前被反射的光來實現。特別是，上述作參考的美國專利5,524,152產生了一種以上的不同圖象，每一種都基于一種不同的過濾器，以突出不同的材料，例如，金色銅等。
美國專利5,483,603的公開內容可結合起來作參考，該專利限定了在表現為導體特性的RGB空間中的一個區(qū)和在表現為疊層特性的RGB空間中的一個區(qū)。象元被分類為導體或者疊層，取決于該區(qū)包含的RGB值。
理想的情況是，電路板應該只是由兩種類型的區(qū)域組成，即是，金屬和裸露的基底，不幸地是，在電路板上的金屬化有時會被氧化。此外，幾種氧化類型和嚴重程度不同的氧化將存在，使得為了可靠的識別氧化而確定標準是困難的。
因為，在印刷電路板制造中，氧化是一種普遍的現象，特別是，在電路板已經是儲存了相當長的時間和/或儲存在不理想的條件下，能在印刷電路板上可靠地確定氧化區(qū)域是有用的。這樣的識別將是有用的，例如，在避免分類含有缺陷的這種區(qū)域時將是有用的。
發(fā)明的概述在本發(fā)明的一個大的方面，本發(fā)明根據印刷電路板的圖象，確定印刷電路板的導體上的氧化物的存在。
根據本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例，從印刷電路板的表面反射的光的顏色特性被用來確定該區(qū)域是否是一個氧化的導體。本發(fā)明的方法可以用于任何成像系統，在該系統中，能獲得多種顏色的圖象。
根據本發(fā)明的一個大的方面，將一個可疑象元的顏色特性與金屬化部分或者層壓部分的顏色特性，最好是，金屬部分的顏色特性進行比較，由此來確定氧化物的存在(或者象元的另一可確定的方面)。
根據本發(fā)明的第二大的方面，利用一個正常化的標尺，根據金屬化部分或者層壓部分的顏色特性，最好是，金屬部分的顏色特性，比較一個可疑象元的顏色成分，由此來確定氧化物的存在(或者圖象的另一可確定的方面)。
根據本發(fā)明的第三大的方面，首先找到一個具有氧化物特性的顏色空間區(qū)，然后確定象元的顏色值是否在該區(qū)內，由此來確定氧化物的存在。
根據本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例的一個方面，一種氧化物的確定不用直接排除一個疊層的存在就可作出。此外，在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施例中，只有“內部”象元(即不接近邊緣的象元)被分類為氧化物在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，RGB的每一個色標首先在一個低的光級和從純(未氧化)銅的反射之間正?；?。最好是，“黑級”設定在零上的幾個灰級，“銅級”設定在最大灰級以下的幾個灰級。例如，對于光級的8比特定量(quantification)來說，圖象的最黑部分可以設定在10灰級，銅(最亮)灰級設定在230灰級。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，具有一個紅閾級之下的紅強度的象元不會被確定為一種氧化物。對于其它象元，不是所有顏色都具有在表示銅的范圍內的強度，最好是，紅級能與其它顏色的級比較。如果紅(正規(guī)化)級比綠(正規(guī)化)和藍(正規(guī)化)級更大，象元就被識別為棕色氧化物，這是最普通的類型。不同特性的組合可以用于確定其它氧化物類型的存在。
在本發(fā)明的其它優(yōu)選實施例中，用疊層的亮度級來作比較。
類似的比較用于確定氧化和/或疊層問題的其它類型，還可以用于確定其它材料的存在，例如，金，錫-鉛，或雙處理的銅導體，氰化物酯，polymid或特氟隆疊層，光刻殘余物或灰塵。
因此，根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，提供了一種分析印刷電路板的方法，包括產生一種印刷電路板圖象；以及根據對該圖象的分析而確定氧化物的存在。
最好是，不用確定象元是否是一個疊層象元，就能確定氧化物的存在。
最好是，產生一個圖象包括產生一種象元化的圖象，該圖象對于每一象元具有亮度值；以及確定氧化物的存在包括確定對應亮度值的氧化物的存在。
最好是，產生一個圖象包括產生多個圖象，每一個是不同的顏色，在每個圖象中每一個象元具有亮度值；確定氧化物的存在包括根據對在至少兩個圖象中的象元值的分析而進行確定。最好是，多個圖象包括一個紅的、一個綠的和一個藍的圖象。
最好是，確定氧化物的存在包括根據對單種顏色的一個亮度值的考慮，消去象元。最好是，顏色是紅的，具有在給定值之下的一個紅亮度級的象元從作為一種氧化物的考慮中消去。最好是，顏色是紅的；以及，其中，具有在給定值之上的一個紅值的象元從作為一種氧化物的考慮中消去。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，確定氧化物的存在包括根據對兩種顏色的亮度級之間的比較的考慮，消去象元。最好是，兩種顏色是紅的和綠的，其中，如果象元的紅亮度值與銅的對應值相比小于象元的綠亮度值與銅的相比，這種象元被排除。最好是，兩種顏色是紅的和藍的，其中，如果象元的紅亮度值與銅的對應值相比小于象元的藍亮度值與銅的相比，該象元被消去。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，確定氧化物的存在包括根據三種顏色的亮度級的分析的考慮，消去象元。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，確定氧化物的存在包括根據帶銅亮度級的三種顏色的亮度級之間的比較的考慮，消去象元。最好是，當象元的顏色亮度值具有一個比從銅的亮度值的平均值所得到的給定值更大的馬哈朗諾比斯(Mahalanobis)距離時，該象元從作為一種氧化物的考慮中被消去。最好是，馬哈朗諾比斯距離的給定值是在4-8之間，大約為6更好。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，根據一種圖象的亮度值和銅的亮度值特性之間的關系而確定氧化物的存在。
最好是，該方法包括確定氧化物的色域特性；以及將象元的顏色值與確定的值域比較，以確定象元是否是一種氧化物。
根據本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，進一步提供了一種多色圖象處理方法，包括產生多個物體的圖象，所述圖象在不同的波長范圍取得；確定圖象中的梯度值；以及分析該多色圖象，以確定物體的特性；其中，高梯度或者接近高梯度的圖象區(qū)被分析出來，區(qū)別于其它不同的圖象區(qū)。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，高梯度區(qū)是過渡區(qū)，例如，邊緣區(qū)和在導體和疊層之間的特殊邊緣處。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，高梯度區(qū)從分析中被除去。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，該物體是一個印刷電路板。
根據下面的非限定性的優(yōu)選實施例的描述，將更清楚地理解本發(fā)明。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例的說明在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，印刷電路板(PCB)由多波長的光照亮，并以多種顏色成像，例如，以紅綠藍(RGB)顏色成像。本發(fā)明的方法可應用于能取得多色圖象的任何成像系統，在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施例中，借助在PCT專利申請PCT/IL98/00285中描述的裝置，將PCB照亮，獲得圖象，該專利所公開的內容可結合起來作為參考。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，希望確定棕色氧化物的存在，產生三色圖象，即R,G和B圖象?？蛇x擇的是，正如在PCT/IL98/00285中所公開的，用過濾器來減少圖象之間顏色的任何交叉，這樣，每一圖象就代表不同波長的反射。或者，用白光來照亮，以及采用標準光區(qū)段(division)(和相關的重疊敏感度)。
作為確定過程中的第一優(yōu)選步驟，首先進行安裝，以校準該系統。這種校準最好是利用一個標準制造的、PCB裸板來完成，最好是，PCB裸板上無氧化物。操作者最好選擇電路板的一部分，該部分是內部銅象元、邊緣象元和一些疊層象元的組合。
首先，調整照亮的亮度、照相機和A/D參數，以致于按順序取得圖象的顏色RGB的每一色的灰級將具有一個大約10的黑級和對于8比特數量的光級一個大約230的銅象元的值。
下一步驟是根據分析過渡象元(導體和疊層之間在或者接近過渡區(qū)或者接近過渡區(qū)的象元)確定一個“低可靠(low-sure)”的閾值。這種計算是根據更詳細的在美國專利5,774,573(Caspi等人)的附

圖15中的計算，除了只有灰級值被累加，不會調整成對(灰級，灰級差)。這種閾值的目的是限定其紅級是這樣低，以致于它不能是一種氧化物的象元。其它閾值和限定這些閾值的方法可以被采用，以取代“低可靠”閾值。
安裝的下一步驟是產生一個在有限大小區(qū)域內的所有內部銅象元的顏色的三維直方圖。已經知道700×700象元區(qū)域給出了適當的統計數字。對于該三維直方圖，計算其平均值。平均值也可以根據三種單獨的顏色分布來計算。
最好是，從這些數值形成一個協方差矩陣。該矩陣是Σ(Ri-R-)2(N-1)----Σ(Ri-R-)•(Gi-G-)(N-1)--Σ(Ri-R-)•(Bi-B-)(N-1)]]>Σ(Ri-R-)•(Gi-G-)(N-1)---Σ(Gi-G-)2(N-1)---Σ(Gi-G-)•(Bi-B-)(N-1)]]>Σ(Ri-R-)•(Bi-B-)(N-1)---Σ(Gi-G-)•(Bi-B-)(N-1)---Σ(Bi-B-)2(N-1)]]>該矩陣被反轉形成一個反轉的協方差矩陣。該反轉的矩陣用于確定一個象元是否是一種氧化物。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，下面的規(guī)則用于測試條件下一個PC板中的圖象象元，以確定一個象元是否被氧化。
1)如果象元是在一個強梯度(例如，它是一個邊緣象元)，則它不能被檢測，并不能標為氧化物；2)如果根據銅象元的平均值的馬哈朗諾比斯(Mahlanobis)距離(在下面限定)小于某一給定值，則它就不是氧化物；該數值可以在大約4-8之間變化，6是一個優(yōu)選值；3)如果紅象元值小于對應的紅低可靠閾值，則它不能歸類為一種氧化物(它一定是疊層)；4)可選擇的是，如果對于一個象元，紅的小于綠的，則它不能歸類為一種氧化物；5)可選擇的是，如果對于一個象元，紅的小于藍的，則它不能歸類為一種氧化物；和6)可選擇的是，如果紅的值比某一高值(例如，220)更大，則它不能歸類為一種氧化物。
通過以下過程來確定一個象元的馬哈朗諾比斯距離形成一個矢量并用該矢量乘以反轉協方差矩陣，然后，用該矢量的移項(transpose)右乘(post-multiplying)該積。從該矢量的“修正的內積”得到的標量(scalar)就是馬哈朗諾比斯距離的平方。
為了確定一個象元是否是在強梯度(即，它被認為是一個邊緣象元，這樣，不涉及到上面的分析)，一種優(yōu)選的算法是假設I[x,y]是紅圖象在位置(x,y)的灰級值。
為了計算在位置(x,y)的象元是否是一個邊緣象元假設s=ceo(I[x-2,y],I[x-1,y],I[x,y],I[x+1,y],I[x+2,y])+ceo(I[x,y-2],I[x,y-1],I[x,y],I[x,y+1],I[x,y+2])+ced(I[x-2,y-2],I[x-1,y-1],I[x,y],I[x+1,y+1],I[x+2,y+2])+ced(I[x-2,y+2],I[x-1,y+1],I[x,y],I[x+1,y-1],I[x+2,y-2])這里，函數ceo()和ced()由下面的計算機程序段定義。然后，如果s＞=12，在(x,y)的象元是一個邊緣象元。＞typedef unsigned char uchar；＞＞static int sst[4][4]={{1,2,2,2},{2,-1,2,2},＞{2,2,0,0},{2,2,0,0}}＞＞int f(int d)＞{＞return(abs(d)＜4 ？0:(abs(d)＜8 ？1:＞(abs(d)＜12 ？2:(abs(d)＜16 ？3:＞(abs(d)＜24 ？4:(abs(d)＜36 ？5:＞(abs(d)＜128 ？6:7)))))))*(d＜0 ？-1:1)；＞}＞＞void ht(float dl,float d2,int*s,float*v)＞{＞*v=0.375*d1+0.125*d2；＞if(fabs(*v)＜0.3)＞*s=(fabs(d1)＜0.1) ？2:3；＞else{＞*s=(*v＞0) ？0:1；＞}＞*v=fabs(*v)；＞}＞＞{int ct(int d[4])＞{＞int s,s1,s2；＞float vl,v2,ret；＞int t,v；＞＞ht(-d[1],-d
,&s1,&v1)；＞ht(d[2],d[3],&s2,&v2)；＞＞ret=(v1+v2+1)/2；＞if(ret＞3)＞ret=3；＞if(ret＜-3)＞ret=-3＞v=(int)ret；＞＞s=sst[s1][s2]；＞＞if(s=2){＞if(fabs(v1)＞2‖fabs(v2)＞2)＞t=4；＞else＞t=0；＞}＞else＞t=0＞＞return t；＞}＞＞int ceo(uchar g0,uchar g1,uchar g2,uchar g3,uchar g4)＞{＞int d[4]；＞＞d
=f(g1-g0)；＞d[1]=f(g2-g1)；＞d[2]=f(g3-g2)；＞d[3]=f(g4-g3)；＞return ct(d)；＞}＞＞int ced (uchar g0,uchar g1,uchar g2,uchar g3,uchar g4)＞{＞int d[4]；＞＞d
=f((g1-g0)/sgrt(2))；＞d[1]=f((g2-g1)/sqrt(2))；＞d[2]=f((g3-g2)/sqrt(2))；＞d[3]=f((g4-g3)/sqrt(2))；＞return ct(d)；＞}在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施例中，一個其存在可測試的氧化物的顏色空間特性的多維區(qū)能被確定。這樣的確定可以通過下列過程作出，即，使多個氧化物樣本成像，并確定顏色空間內圖象的范圍。在測試過程中，測試象元的顏色值與確定區(qū)中的值相比較。如果數值是在該區(qū)內，該象元就標成氧化物。可選擇的是，邊緣和其它高梯度象元從氧化物類中除去。這樣的顏色圖在過去已經用于確定金屬和疊層，但是，該圖還不能用來確定氧化物的存在，也還沒有與梯度信息結合使用。此外，該方法容易適合測試氧化物的其它類型，甚至可測試導體上灰塵的存在。
一種上述方法確定的信息的優(yōu)先使用是避免分類氧化物或者灰塵象元作為印刷電路板中的故障。因為這些象元的亮度一般在銅和疊層之間，它們有時可以用正常閾值程序歸類為疊層。尋找邊緣的程序還可能在確定接近氧化物的邊緣時遇到困難。這樣，當上述方法確定一個象元是氧化物時，為了故障確定程序的目的，該象元被定義為一個金屬象元。
本發(fā)明已經結合其優(yōu)選的、非限定性的實施例進行了說明。在由下面的權利要求限定的本發(fā)明的范圍內，對于本領域的普通技術人員來說，很明顯，可以對這些實施例作出各種改變。在下面的權利要求中，使用詞“包括”，意思是該裝置或者方法包括下面的結構或者步驟，但還可以(但不是必須)包括其它的結構或者步驟。
權利要求
1．一種印刷電路板的分析方法，包括產生一個印刷電路板的圖象；和根據對該圖象的分析，確定氧化物的存在。
2．根據權利要求1所述的方法，其中，確定氧化物的存在不用確定該象元是否是一個疊層象元。
3．根據權利要求1或者2所述的方法，其中，產生一種圖象包括產生一個象元化的圖象，該圖象的每一象元具有亮度值；以及其中，確定氧化物的存在包括確定對應亮度值的氧化物的存在。
4．根據權利要求1或者2所述的方法，其中，產生一種圖象包括產生多個圖象，每一圖象的顏色不同，在每一圖象中的每一象元具有亮度值； 以及，其中，確定氧化物的存在包括根據對至少兩個圖象中的象元值的分析而進行確定。
5．根據權利要求4所述的方法，其中，多個圖象包括一個紅的，一個綠的和一個藍的圖象。
6．根據權利要求4或者5所述的方法，其中，確定氧化物的存在包括根據對于單一顏色的一個亮度值的考慮，消去象元。
7．根據權利要求6所述的方法，其中，顏色是紅的；以及，其中，具有一個在給定值之下的紅亮度級的象元從作為一種氧化物考慮中被消去。
8．根據權利要求6或者7所述的方法，其中，顏色是紅的；以及，其中，具有一個在給定值之上的紅值的象元從作為一種氧化物考慮中被消去。
9．根據權利要求6至8中的任何一項所述的方法，其中，確定氧化物的存在包括象元從根據在兩種顏色的亮度級之間的比較的考慮中被消去。
10．根據權利要求9所述的方法，其中，兩種顏色是紅的和綠的；以及，其中，如果象元的紅亮度值與銅的對應值之比小于它的綠亮度值與銅的之比，則該象元被消去。
11．根據權利要求9或者10所述的方法，其中，兩種顏色是紅的和藍的；以及，其中，如果象元的紅亮度值與銅的對應值之比小于它的藍亮度值與銅的之比，該象元被消去。
12．根據權利要求6至11中的任何一項所述的方法，其中，確定氧化物的存在包括根據三種顏色的亮度級的一種分析的考慮，消去象元。
13．根據權利要求6至12中的任何一項所述的方法，其中，確定氧化物的存在包括根據一種在三種顏色亮度級之間與銅的亮度級的比較的考慮，消去象元。
14．根據權利要求13所述的方法，其中，當象元的顏色亮度值具有一個馬哈朗諾比斯距離，該距離比根據銅的亮度值的平均值得到的給定值更大時，從作為一種氧化物考慮，該象元被消去。
15．根據權利要求14所述的方法，其中，馬哈朗諾比斯距離的給定值是4-8。
16．根據權利要求14所述的方法，其中，馬哈朗諾比斯距離的給定值大約是6。
17．根據權利要求2至16中的任何一項所述的方法，其中，根據圖象的亮度值和銅的亮度值特性之間的關系而確定氧化物的存在。
18．根據權利要求4,5或者12中的任何一項所述的方法，包括確定氧化物的色域特性；以及將一個象元的顏色值與確定的值域比較，以確定該象元是否是氧化物。
19．一種多色圖象處理方法，包括產生多個物體的圖象，所說的圖象在不同的波長范圍取得；確定圖象中的梯度值；以及分析該多色圖象，以確定物體的特性，其中，高梯度或者接近高梯度的圖象區(qū)域被分析出來，區(qū)別于其它不同的圖象區(qū)域。
20．根據權利要求19所述的方法，其中，高梯度區(qū)域是過渡區(qū)。
21．根據權利要求19或者20所述的方法，其中，高梯度區(qū)域是邊緣區(qū)。
22．根據權利要求19至21中的任何一項所述的方法，其中，高梯度區(qū)域從分析中被除去。
23．根據權利要求19至22中的任何一項所述的方法，其中，高梯度區(qū)域包括導體和疊層之間的邊緣。
24．根據權利要求19至23中的任何一項所述的方法，其中，該物體是一個印刷電路板。
全文摘要
一種印刷電路板的分析方法,包括:產生一種印刷電路板圖象,最好是一種多色圖象;以及根據對該圖象的分析,最好是根據對該圖象中的象元的亮度值的分析,確定氧化物的存在。
文檔編號H05K1/02GK1304488SQ98814204
公開日2001年7月18日 申請日期1998年8月18日 優(yōu)先權日1998年8月18日
發(fā)明者羅納德·F·卡明斯基, 彼得·格羅布格爾德, 尤瓦爾·斯佩克特, 埃利澤·李普蔓 申請人:奧博泰克有限公司