DE4438278C2

DE4438278C2 - Verfahren zum Erzeugen einer Toleranzwertdatenbank und System zum Prüfen von Leiterplatten unter Anwendung der Toleranzwertdatenbank

Info

Publication number: DE4438278C2
Application number: DE4438278A
Authority: DE
Inventors: Heinz Joseph Gerber; Ronald J Straayer; Bruce L Davidson; Scott P Snietka; James P Kohler; Peter M Walsh; Dana W Seniff
Original assignee: Gerber Systems Corp
Current assignee: Gerber Systems Corp
Priority date: 1993-10-26
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2014-10-27
Also published as: GB9421447D0; JPH07182521A; JP2733202B2; US5608453A; GB2283317A; GB2283317B; FR2711820B1; DE4438278A1; FR2711820A1; US5517234A

Description

Die Erfindung betrifft ein Fehlererfassungssystem zur Anwen dung bei der Prüfung gedruckter Schaltungsplatten, sogenann ter Leiterplatten, im engeren Sinne ein System, das eine Übergangs-Datenbank erzeugt, die Toleranzinformationen von Schaltungsmustern enthält, welche bei der Fehlerprüfung her gestellter Leiterplatten verwendet werden, wobei Pixelsignale entsprechend dem Übergangstyp gewichtet werden.

Leiterplatten werden im fast vollständig automatisierten Ver fahren hergestellt. Die Schaltungen werden auf einer CAD-Ma schine (CAD = computer aided design) erzeugt, die nicht nur das Schema der Leiterplatte, sondern auch das Layout für alle darauf vorhandenen Elemente erzeugt. Die Layout-Information wird einem Gerät wie z. B. einem Laserplotter zugeführt, der die zur Herstellung der Leiterplatte erforderliche Anordnung belichtet. Diese besteht aus einer Reihe transparenter und undurchsichtiger Bereiche als Merkmale entsprechend den Ele menten auf der Leiterplatte.

Auf der zu belichtenden Anordnung können aber Fehler vorhan den sein, die die Schaltung unbrauchbar machen würden. Diese Fehler können verschiedene Ursachen haben, beispielsweise Schrumpfung des Materials oder Fehler bei dem Herstellungs prozeß. Viele bekannte Systeme zum Erfassen von Fehlern ge druckter Schaltungen arbeiten oft einfach mit einem Vergleich einer Leiterplatte mit einer Referenz-Leiterplatte, die feh lerfrei ist (sog. goldene Leiterplatte), um während des Her stellungsprozesses erzeugte Fehler zu erfassen. Dieses System erfaßt aber keine Fehler, die auch in der Referenz-Leiter platte sind, bei nachfolgenden Platten.

Ferner sind einige der bekannten optischen Prüfsysteme so aufgebaut, daß Prüfmarken geprüft werden, die neben den ei gentlichen Merkmalen auf der Druckvorlage vorgesehen sind. Die Abmessungen und Positionen der Richtmarken auf der Lei terplatte werden mit einer Referenz verglichen, um den Grad der Schrumpfung zu bestimmen. Wenn dieser einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Leiterplatte in diesem System als fehlerhaft beurteilt.

Um ein Bild der Schaltungsmerkmale zu erzeugen, müssen die CAD-Daten in ein Rasterformat umgesetzt und einem Laser-Di rektbilderzeuger (LDI) wie z. B. dem Gerät LDI 9720 oder 9725 von Gerber Systems Corporation zugeführt werden. Der Ver gleich von Anordnungen auf der Leiterplatte mit Merkmalen des Referenzbildes erfolgt mit einem Gerät wie dem Fehlererfas sungssystem 1850 von Gerber Systems Corporation.

Ein Verfahren zum Generieren einer Übergangs-Datenbank mit drei Zuständen (TDB) ist durch das US-Patent 5 157 762 be kannt. Dieses Verfahren enthält einen Algorithmus, der aus einer Datenbank für zwei Zustände eine solche mit drei Zu ständen (Schwarz, Weiß, Grau) erzeugt, wobei jedes Merkmal eine einzige, gleichbleibende Toleranz hat.

Ein weiteres Verfahren bzw. eine Einrichtung zur Fehlererfas sung bei Leiterplatten ist durch das US-Patent 5 163 128 be kannt. Hierbei wird ein Referenz-Datenbankbild der Leiter platte mit Toleranzen für jedes individuelle Merkmal gene riert und eine Übergangs-Datenbank mit den drei Zuständen Schwarz, Weiß und Grau verwendet, die Bereichen entsprechen, wo die Schaltungsmerkmale jeweils erscheinen müssen, nicht erscheinen dürfen und erscheinen können.

Diese Systeme haben insofern Grenzen, als gewisse Fehler nicht aufgefunden werden. Wenn beispielsweise benachbarte Merkmale durch einen Abstand getrennt sind, der kleiner als die Summe der entsprechenden Merkmalstolerenzen ist, wird mit den bekannten Systemen mit Datenbank für drei Zustände ein Schluß bzw. eine Brücke zwischen diesen Merkmalen nicht er kannt, da dieser Fehler im Toleranzbereich liegt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Generieren einer Toleranzwertdatenbank aus den Original-Raster-CAD-Daten und ein System zur Verwendung bei der Fehlererfassung an Leiterplatten zu schaffen, wobei das Generieren einer gewichteten Übergangs- Datenbank eine genauere Fehlererfassung ermöglicht.

Die Erfindung ist auf ein solches Verfahren bzw. ein System zur Leiterplattenprüfung gerichtet und besteht in den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2. Weiterbildungen des Systems sind in den Ansprüchen 3 bis 24 angegeben.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht, ausgehend von dem Stand der Technik gemäß US-Patent 5 163 128, in der Möglichkeit der Generierung einer Toleranzdatenbank, in der jeder von vier Zuständen gewichtet wird, wobei benachbarte Pixel so gruppiert sind, daß ein Fehler angezeigt wird, wenn die Summe der Über gangsgewichtungen für eine Gruppe einen Schwellenwert über schreitet.

Die Erfindung führt zu einem System, bei dem jedes abge tastete Pixelsignal mit einem entsprechenden Datenbanksignal verglichen und hinsichtlich eines Fehlers entsprechend vor eingestellten Werten für einen vorgegebenen Pixelzustand ge wichtet wird. Dabei werden Pixel einem von vier Zuständen zu geordnet, einem ersten Zustand, einem ersten Übergangszu stand, einem zweiten Übergangszustand und einem zweiten Zu stand.

Es können Pixel in N×N-Anordnungen gruppiert werden, die zu einer Gesamt-Fehlergewichtung führen, wobei Fehlersignale er zeugt werden, wenn die Gesamt-Fehlergewichtung einen Schwel lenwert überschreitet. Ein pixelweiser Vergleich kann mit komprimierten Datensignalen durchgeführt werden. Die Über gangspixel für jedes Merkmal werden direkt bei der Fehlerer fassung genutzt. Mehrere Kameras können ohne genaue Ausrich tung verwendet werden, wobei eine Reihe von Markierungen auf einem Referenzsubstrat bekannter Teilung abgetastet werden und ein Kamera-Teilungskompensationswert erhalten wird.

Das US-Patent 4,748,679 befaßt sich mit einem System zum Er fassen einer Eigenschaft eines Dokuments durch Abtastung, z. B. dessen Lichtdurchlässigkeit, indem eine von einem be stimmten Fensterbereich des Dokuments kommende Strahlung aus gewertet wird. Um eine größere Toleranz der Lage des Fensters oder des Abtasters zu ermöglichen, wird dieses in mehrere Fensterelemente, d. h. Pixel, unterteilt und das im Zentrum des Fensters liegende Pixel höher als die übrigen Pixel be wertet.

Im Gegensatz dazu handelt es sich bei der Herstellung und Prüfung von Leiterplatten aber um das Erfassen der Lage und Breite von Leiterbahnen, die manchmal so eng beieinander lie gen, daß die Toleranzbereiche einander überschneiden.

Die Erfindung sieht eine Toleranz-Übergangsdatenbank mit vier Zuständen vor, die durch Anwenden von Toleranzwerten auf Lei terplatten-Referenzwerte erzeugt werden. Dabei wird jedem Pi xel ein numerischer Wert entsprechend seinem Tönungszustand und entsprechend seiner Lage als Übergangspixel an der Grenze zwischen einem weißen und einem schwarzen Schaltungsmerkmal zugeordnet und hierzu die Toleranz-Übergangsdatenbank in An ordnungen einander benachbarter Pixel konfiguriert. Die Pi xelwerte in der jeweiligen Anordnung werden summiert und der Summenwert der jeweiligen Pixelanordnung als Fehlerschwelle eingerichtet, die bei der Leiterplattenprüfung verwendet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung ver schiedener Einrichtungen bei der Herstellung ei ner Leiterplatte,

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der Arbeitsweise eines Teils eines automatischen optischen Prüf systems als Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 eine genauere schematische Darstellung eines Al gorithmus für die Fehlererfassung,

Fig. 4 eine vereinfachte Darstellung einer Folge von Abtastzeilen mit einem durch Pixel übereinstim mender Farbe wiedergegebenen Schaltungsmerkmal,

Fig. 5 eine Darstellung eines Bildes des Schaltungs merkmals nach Fig. 4 mit zusätzlichen schwarzen, weißen und Übergangspixeln,

Fig. 6 eine schematische perspektivische Darstellung eines Teils eines optischen Prüfsystems als Aus führungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 7 eine Vorderansicht eines Teils des in Fig. 6 ge zeigten Systems,

Fig. 8 eine erste Seitenansicht des Systems nach Fig. 6,

Fig. 9 eine zweite Seitenansicht des Systems nach Fig. 6,

Fig. 10 eine vereinfachte Darstellung einer telezentri schen Optik in dem System nach Fig. 2,

Fig. 11 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Systemsteuerung für das in Fig. 6 gezeigte Sy stem,

Fig. 12 eine schematische Darstellung der Arbeitsweise eines Algorithmus für eine adaptive Belichtung,

Fig. 13 eine vereinfachte Darstellung eines Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels eines automati schen optischen Prüfsystems nach der Erfindung, und

Fig. 14 einen Belichtungssteueralgorithmus für das System nach Fig. 6.

In Fig. 1 ist in vereinfachter schematischer Form eine Anzahl Vorrichtungen in einem Gesamtsystem 10 für die Herstellung einer Leiterplatte dargestellt. Die Schaltungen werden mit einer CAD/CAM-Vorrichtung 12 erzeugt, die eine Datei gene riert, welche ein Schema des Layouts der Schaltungen enthält. Die Schaltungen sind als geometrische Merkmale in der Datei konfiguriert. Diese Merkmale bestehen aus Grundsymbolen wie Kreisen, Dreiecken, Rechtecken usw. Jedes Merkmal wird aus den Original-CAD-Daten durch Interpretation der CAD-Datenbe fehle erzeugt, um in Verbindung mit den CAD-Datenaperturen zu "blitzen" oder zu "zeichnen". Ein "Blitz"-Befehl plaziert ei ne Apertur an einer einzelnen Stelle, während ein "Zeichen"- Befehl eine Apertur von einer Start- zu einer Stop-Position bewegt und diesen Weg ausfüllt. Die CAD-Daten werden daher als vektorielle Daten erzeugt.

Bei Block 14 wird diese Datei einem Prozessor zugeführt, der das physikalische Layout für die Leiterplatte generiert. Die entsprechende Datei ist ziemlich groß, so daß die meisten Systeme eines der bekannten Datenkompressionsverfahren anwen den. Hierzu gehören mehrere durchlauf längenkodierte (RLE) oder äquivalente Formate. Diese Datei wird dann mehreren Vor richtungen zugeführt, zu denen ein Fotoplotter 16 gehört, welcher die für die Herstellung der Leiterplatte erforderli che Druckvorlage herstellt. Der Fotoplotter ist typisch ein Laser-Direktbilderzeuger (LDI). Er bewegt einen Abtastpunkt eines belichtenden Laserstrahls über eine Schreibplatte und schaltet den Strahl modulierend entsprechend zugeführten Da ten ein und aus. Nachdem die Zeile durchgelaufen ist, wird die Platte um einen der Auflösung entsprechenden Betrag von z. B. 0,013 mm bewegt und die nächste Zeile durchlaufen. Der Prozeß setzt sich fort, bis das gesamte Bild auf den Film be lichtet ist. Für ein vollständiges Schaltungsbild sind dann 52000 Abtastungen mit jeweils 40800 Bit, 5000 Byte oder 2500 Worten zu 16 Bit erforderlich. Schließlich wird bei Block 18 die Leiterplatte mit bekannten Einrichtungen hergestellt.

Um die Leiterplatte auf Fehler zu überprüfen, ist auch eine Toleranzversion der CAD-Daten in Form einer komprimierten Da tei in einem Fehlererfassungssystem 20 vorgesehen, das z. B. das oben genannte System 1850 sein kann. Wie noch erläutert wird, dekomprimiert dieses System die Daten zurück zu einem Rasterformat und erzeugt ein Referenzbild der gedruckten Schaltung. Dieses Bild wird mit dem hier beschriebenen System zum Vergleich mit einem abgetasteten Bild der gedruckten Schaltung verwendet, um Fehler zu lokalisieren, die nachfol gend in einer Prüfstation 22 wiedergegeben werden.

In Fig. 2 ist die Betriebsweise eines Fehlererfassungssystems 23 nach der Erfindung dargestellt. Das System empfängt CAD-Daten entsprechend dem Originalaufbau der mit Nenndimensionen versehenen Leiterplattenmerkmale (Block 24). Zwei Datenbanken werden daraus entsprechend den Schaltungsmerkmalen mit maxi malen und minimalen zulässigen Abmessungen generiert (Blocks 26, 28). Diese Datenbanken werden bei Block 30 verglichen und bei Block 32 daraus eine Datenbank mit mehreren Zuständen ge neriert.

Fig. 3 zeigt eine genaue schematische Darstellung eines Algo rithmus 34, der von einem Teil des Fehlererfassungssystems 23 abgearbeitet wird, um Fehler auf Leiterplatten oder Druckvor lagen zu lokalisieren. Bei dem vorzugsweisen Ausführungsbei spiel erzeugt das System eine Übergangs-Datenbank mit vier Zuständen (Schwarz, Schwarz-Übergang, Weiß-Übergang, Weiß) mit Durchlauflängenkodierung aus zwei Zuständen (Schwarz, Weiß) mit Durchlauflängenkodierung in noch zu beschreibender Weise. Der Fachmann wird erkennen, daß die Erfindung auch auf Systeme angewendet werden kann, in denen die Übergangsdaten bank drei Zustände hat, sowie auch auf Systeme, in denen mehr als vier Zustände vorhanden sind.

Bei Block 36 werden von einem CAD-System in einem der Gerber- Datenbank (GDB) äquivalenten Format Daten entsprechend den Nennmerkmalen einer gedruckten Schaltung zugeführt. Die Merk male werden als geometrische Grundmerkmale der oben beschrie benen Art wiedergegeben. Bei Block 38 und 40 werden zwei Rasterdatenbanken (RPD) erzeugt unter Verwendung von Tole ranzdaten einer Toleranzdatei (Block 42) zusätzlich zu einer Rasterdatenbank 44, die die Nennmerkmale enthält. Die Erfin dung liefert unterschiedliche Toleranzen nicht nur für unter schiedliche Merkmale, sondern auch für individuelle Beispiele spezieller Merkmale, falls dies erwünscht ist.

Die Toleranzdatenbank enthält minimale und maximale Toleranz werte für die Schaltungsmerkmale. Die Daten werden dann für jeden Toleranzwert und Nennwert in einer Rasterform dekompri miert (Block 48). Die meisten Rechner haben nicht die Haupt speicherkapazität für ein großes Rasterbild. Beispielsweise benötigt ein Schaltungsbild des Formats 18 Zoll×24 Zoll bei einer Auflösung von 0,013 mm mehr als 200 MB Speicherkapazi tät. Daher setzt das System das durchlauflängenkodierte Bild in ein Hybridrasterformat mit Blöcken aus Abtastzeilen, um, wie es in dem US-Patent 5 163 128 beschrieben ist. Jeder Ab tastzeilenblock wird dann durch eine Liste von Durchläufen und einen Block aus Rasterdaten beschrieben. Die Daten-Tole ranzeinrichtung empfängt bei Block 50 die durchlauflängenko dierten Hybridformatdatenbänke und vergleicht sie untereinan der pixelweise. Eine neue Toleranz-Raster-Datenbank mit vier Zuständen (d. h. Farbe) wird aus den Verglichenen Pixel gene riert.

Die abgetasteten und die Datenbankpixel haben eine der vier Farben Schwarz, Schwarz-Übergang, Weiß-Übergang und Weiß. In der Toleranz-Rasterdatenbank sind unter der Annahme positiver Substratpolarität

Schaltung = Schwarz
Innere Toleranzen = Schwarz-Übergang
Äußere Toleranzen = Weiß-Übergang
Hintergrund = Weiß

In den abgetasteten Daten werden drei Schwellenwerte verwen det. Zunächst wird ein mittlerer Schwellenwert angewendet. Danach werden Schwellenwerte beiderseits des mittleren Schwellenwerts angewendet, um "Übergangspixel" zu kennzeich nen. Unter der Annahme positiver Polarität gilt:

unter unterem Schwellenwert = Schwarz
zwischen unterem und mittlerem Schwellenwert = Schwarz-Übergang
zwischen mittlerem und hohem Schwellenwert = Weiß-Übergang
über hohem Schwellenwert = Weiß

Danach wird die Toleranz-Rasterdatenbank wieder komprimiert, vorzugsweise in Durchlauflängenkodierung, um eine kompri mierte Toleranzdatenbank zur Verwendung in dem System zur Fehlererfassung zu erhalten (Block 53).

Der Effekt dieses Toleranzverfahrens ist besser unter Bezug nahme auf Fig. 4 und 5 zu erkennen. In Fig. 4 ist eine Drauf sicht auf einen Teil eines Druckvorlagenmerkmals 54 darge stellt, das ein Element auf einer Leitungsplatte repräsen tiert. Auf der Druckvorlage sind Abtastzeilen 55 bis 63 zu schreiben. Jede Abtastzeile besteht aus einer linearen Pi xelanordnung. Die Abtastzeilen 55 und 56 liegen außerhalb des Merkmals und haben daher insgesamt "helle" Pixel in der Figur oder "weiße" Pixel in dem Datenbankbild. Die Abtastzeilen 57 bis 61 enthalten das Schaltungsmerkmal, und jede dieser Zei len hat weiße Pixel 64 gefolgt von "schwarzen" Pixeln 65, dann gefolgt von weißen Pixeln 66. Die Abtastzeilen 62 und 63 bestehen insgesamt aus weißen Pixeln, da sie außerhalb des Merkmals liegen.

Wie vorstehend erläutert, ist gemäß der Erfindung eine Über gangsdatenbank vorgesehen, bei der Druckvorlagenmerkmale in einer Referenzdatenbank so modifiziert sind, daß sie Abmes sungstoleranzen enthalten. Für das System 23 kann die Größe einer globalen Innen-/Außenmerkmalstoleranz vorbestimmt wer den. Ein wichtiger Unterschied der Erfindung gegenüber bishe riger Technik besteht in der Möglichkeit, unterschiedliche Toleranzen für Unterschiedliche Merkmale vorzusehen.

Fig. 5 enthält das in Fig. 4 gezeigte Merkmal nach der Verar beitung gemäß der Erfindung unter Verwendung eines vorgewähl ten Toleranzwertes für ein Pixel. Schwarze Pixel zeigen Bild teile, wo das Muster erscheinen muß, weiße Pixel zeigen Bild teile, wo das Muster nicht erscheinen darf. An den Kanten des Merkmals sind zwei "graue" Pixel vorgesehen, die Innen- /Außentoleranzen oder annehmbaren Mustervarianten entspre chen. In Fig. 5 entspricht der Bereich 67 dem Teil des Merk mals, der erscheinen muß. Der Bereich 68 ist ein Nennbereich des Merkmals, während der Bereich 69 die größte Fläche wie dergibt, die das Merkmal haben kann. Die Bereiche 68 und 69 entsprechen dem Schwarz- und dem Weiß-Übergangsbereich.

Wie vorstehend erläutert, ermöglicht die Erfindung die indi viduelle Toleranz für jedes Merkmal. Daher kann das rechteck förmige Merkmal 54 mit einem Toleranzpixel für jeden ins Fig. 5 gezeigten Übergang versehen werden, während ein weiteres Merkmal, beispielsweise ein Kreis, mit einer größeren Zahl von Toleranzpixeln versehen werden kann. Auch kann das Merk mal bei seiner jeweiligen Wiederholung in der Druckvorlage mit einer vom Benutzer wählbaren Zahl von Toleranzpixeln er zeugt werden. Dieses Merkmal der Erfindung wird erreicht durch Zugriff auf die Toleranzdaten in einer Datei (42, Fig. 3) für jedes Merkmal. Bei dem vorzugsweisen Ausführungsbei spiel wird auf die Toleranzdatei während der Erzeugung der überdimensionierten und unterdimensionierten Rasterdatenban ken zugegriffen. Der Toleranzwert für jedes Merkmal wird als Prozentsatz der Abmessung (X oder Y) in einer Suchtabelle ausgedrückt. Beispielsweise ist das Merkmal 54 gleichmäßig mit einer festen prozentualen Toleranz in X- und Y-Richtung zu versehen. Der vorzugsweise Algorithmus greift auf die To leranzdatei während der Erzeugung der Rasterdatenbanken für Über- und Unterdimensionierung zu. Wenn ein Merkmal während des Erzeugungsprozesses erwartet wird, erfolgt eine Abfrage der Toleranzdatenbank, um die Toleranzwerte für dieses Merk mal zu ermitteln. Daher werden die Abmessungen dieses Merk mals um den bzw. die gewählten Prozentwerte geändert. Dassel be Verfahren wird durchgeführt für das nächste oder ein nach folgendes Merkmal mit einem oder mehreren Beträgen der Tole ranzdatei. Wie oben beschrieben, wird das Bild in Abtastzei lenblocks verarbeitet. Der Fachmann wird erkennen, daß die Grenzen zwischen den Blocks besonders zu beachten sind, wobei diese Grenzbedingungen in bekannter Weise gehandhabt werden.

Während des Betriebs wird jedes Pixel mit einem Datenbankpi xel verglichen und erhält eine Fehlgewichtung gemäß der fol genden Tabelle:

Die Gewichtungen sind konfigurabel. Aktuelle Gewichtungen werden gewählt, um die Fehlererfassung zu verbessern und "falschen Alarm" zu minimieren, wenn Fehlersignale beim Ab tasten annehmbarer Substrate erzeugt werden. Um das Datenvo lumen zu minimieren, werden Fehlergewichtungen innerhalb An ordnungen summiert, die durch N×N-Zellen oder Gruppen von Pixeln gebildet sind. Es wird ein Faltungsalgorithmus von der Steuerung angewendet, so daß die Gewichtung einer gegebenen Zelle durch die Gewichtungen ihrer Nachbarn beeinflußt wird. Eine "Fehlerschwelle" wird angewendet, um zu bestimmen, ob eine gegebene Zelle eine ausreichende Gewichtung hat, um als real fehlerbehaftet zu gelten. Zellen, die die Fehlerschwelle überschreiten, werden mit benachbarten Zellen als Realfehler zusammengefaßt.

Mit diesem System wird nach dem Vergleich der Abtastdaten mit den CAD-Daten ein Konsolidierungsschritt durchgeführt. Die Pixel werden in Bereichen auf der Substratoberfläche grup piert. Bei dem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel werden die Pixel in 32×32-Anordnungen gruppiert, wobei jede Farbe eine bestimmte Gewichtung erhält. Mach dem Konsolidierungsschritt wird bestimmt, ob die Summe der Gewichtungen in dieser be stimmten Pixelgruppe eine vorbestimmte Schwelle überschrei tet, die das Vorhandensein eines Fehlers in dieser Gruppe an zeigt. Der zusätzliche Konsolidierungsschritt und die Pixel anordnung bedeuten einen wichtigen Unterschied der Erfindung gegenüber bisheriger Technik.

In dem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel werden ein Vergleich der CAD-Daten mit den Abtastdaten durchgeführt, die Pixelge wichtungen summiert und diese mit einer Fehlerschwelle nur dann verglichen, wenn durchlauflängenkodierte Formen der CAD- und der Abtastdaten verfügbar sind. Dem Fachmann ist geläu fig, daß die Gewichtung eines jeden Pixels und die Summierung der Gewichtungen in anderen Stufen und anderen Folgen als bei dem Ausführungsbeispiel möglich ist.

Bei den vorbekannten Systemen mit drei Pixelzuständen war es möglich, daß ein Kurzschluß zwischen benachbarten Merkmalen nicht erfaßt wurde, wenn der Abstand zwischen den Merkmalen kleiner als die Breite des Toleranzbereichs war. Dieses Pro blem wird bei der Erfindung vermieden.

Die CAD-Daten werden mit den Abtastdaten verglichen, um eine Vierfarben-Übergangs-Datenbank mit zwei Graufarben zu gene rieren. Im Gegensatz zu vorbekannten Systemen z. B. nach US-Patent 5 163 128 werden die Toleranzabschnitte des Merkmals nicht mehr als unbeachtliche Bereiche betrachtet, in denen die Pixel den Zustand Schwarz oder Weiß haben können. Pixel fehler in Übergangsbereichen werden gewichtet, so daß sie dort aufgefunden werden können.

Die Erfindung sieht einen vollständigen Rastervergleich und eine pixelweise Verarbeitung vor, obwohl der Vergleich in ei nem komprimierten Format erfolgt. Die CAD-Datenbank beruht auf einer Vektor-Merkmalserzeugung an sich bekannter Art. Da nach werden die Toleranzwerte für die beiden zusätzlichen To leranzfarben (hellgrau und dunkelgrau) wie oben beschrieben hinzugefügt. Die CAD-Daten werden dann in durchlauflängenko diertes Format umgesetzt unter Verwendung einer Vektor-Ra ster-Umsetzung, wobei die Folge der Abtastzeilen in kompri mierter Form, vorzugsweise in einem durchlauflängenkodierten Datenformat erzeugt wird.

Als Konsequenz hieraus können unterschiedliche Merkmale un terschiedliche Toleranzen haben. Eine 0,13 mm-Zeile kann eine feinere Toleranz als beispielsweise eine 1,3 mm-Zeile haben. Der Toleranzunterschied wird automatisch in die durchlauflän genkodierte Folge eingefügt, die im wesentlichen einen "Pixelsee" erzeugt. Die Abtastdaten des Substrats werden gleichfalls durchlauflängenkodiert. Das hier beschriebene System vergleicht die CAD-Daten und die Abtastdaten in kom primiertem Format im Gegensatz zu bisherigen Systemen, die mit einer Pixelbit-Mappe und mit pixelweisem Vergleich arbei ten. Das Vergleichsverfahren bei der Erfindung ist ein we sentlicher Unterschied gegenüber bisheriger Technik. Die Ver wendung komprimierter Daten ermöglicht ein sehr schnelles An sprechen und verringert Prozessor- und Speicherbedarf so stark, daß kleinere und billigere Arbeitsstationen und Rech ner verwendet werden können.

Bisherige Einrichtungen arbeiten mit Bitmappenbildern des Substrats und verwenden komplizierte Schaltungen für die Feh lererfassung. In einigen bekannten Systemen werden Videosi gnale einer Kamera über einen Videobus zu mehreren Schal tungskarten geführt, die jeweils auf einen Fehlertyp wie z. B. einen Linienknick usw. abgetastet werden. Fehlersignale wer den einem Hauptrechner zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Diese vorbekannten Systeme benötigen Hardware und Software eigens für jeden Leiterplattentyp, wenn sich der Substratent wurf ändert. Um den Fehlererfassungsprozeß in relativ kurzer Zeit durchzuführen, benötigen bisherige Systeme große Spei cherkapazität und schnelle Prozessoren und damit komplizierte Geräte, weil nicht komprimierte Videodaten verarbeitet wer den.

In Fig. 6 und 7 ist perspektivisch ein Teil des Systems 23 nach der Erfindung dargestellt. Ein Transport-Subsystem ba siert auf einem Fotoplottersystem GSC 44 der Gerber Systems Corporation. Das System enthält eine Basis (nicht darge stellt), an der ein Schlitten 70 mit einem Rahmen 72 mit ho rizontalem Teil 73 und vertikalem Teil 74 befestigt ist. Der Schlitten 70 bewegt sich längs eines stationären Trägers 71 über den Tisch. Ein Substrattisch 75 bewegt sich längs nicht dargestellter Stahlschienen quer zu dem Schlitten 70. X/Y-Servomotoren steuern unabhängig voneinander die Positionie rung des Tisches 75 und des Schlittens 70. Sie werden von ei ner Systemsteuerung (nicht dargestellt) gesteuert, die Schrittimpulse von einer Eingabe/Ausgabe-Steuerkarte erhält, welche der Steuerung zugeordnet ist. Linearkodierer für Tisch 75 und Schlitten 70 liefern Positionssignale an die Steuer karte. Ein Steuerhebel bewirkt mit der Steuerkarte die Posi tionierung des Tisches 75 und des Schlittens 70.

Die vorzugsweise Abtastrichtung ist längs der Achse 88 quer zum Schlitten 70. Die Substratabtastung erfolgt in einer Ser pentinenbewegung. Der Tisch 75 und der Schlitten 70 können einen Prüfbereich von 56×71 cm und ein Substrat von 61×76 cm verarbeiten. Der Tisch 75 hat ein Lenkite-Stiftsystem mit einer Kombination fester Stifte und Schieber. Ein leistungs fähiges Vakuumsystem hält Aufzeichnungsträger mit einer Dicke von 0,1 bis 6,4 mm.

Auf dem horizontalen Teil 73 des Rahmens 72 befindet sich ei ne Kastenanordnung 76, die zwei optische Quellen enthält. An dem vertikalen Teil 74 des Rahmens 72 befindet sich eine op tische Anordnung 78 aus mehreren Fresnel-Linsen 80, 82 und Öffnungen 84, besser erkennbar in Fig. 8 und 9, zum Belichten eines Substrats 86, das auf der Platte oder dem Tisch 75 liegt. Der vertikale Teil 74 hat Schlitze, die Klemmelemente 94 aufnehmen, welche die Verstellung der optischen Einheit relativ zum Substrat durch Drehen einer Höheneinstellung 92 bestimmen. Die aktuelle Verstellung wird auf einer Meßskala 96 angezeigt. Andere Konfigurationen können hier verwendet werden.

Fig. 8 und 9 zeigen eine linke und eine rechte Seitenansicht des Systems 23. Die Lichtkastenanordnung 76 enthält zwei se parate optische Quellen, vorzugsweise Halogenlampen. Eine Lampe liefert eine diffuse Belichtung solcher Substrate wie Film, während die andere eine gerichtete Belichtung für stark reflektierende Substrate wie Kupfer liefert. Jede Lichtquelle richtet ihr Licht auf einen Spiegel 98 und diffuse Faseroptikköpfe 100, 102 über separate Lichtleitfaserkoppler 104, 106. Die Fresnel-Linsen sammeln Licht, bevor es auf das Substrat fällt.

Eine optische Achse 110 definiert den Lichtweg zum Substrat, wenn die gerichtete Belichtung eingeschaltet ist, und vom Substrat für diffuse und gerichtete Belichtung. Auf der op tischen Achse befindet sich eine Kamera 112, die an dem Substrat reflektiertes Licht über die Fresnellinse 82 und die Abtastoptik 114 empfängt. Gerichtete Belichtung längs der optischen Achse erfolgt über den Lichtleitfaserkoppler, der im Ausführungsbeispiel der Kamera zugeordnet ist, welche vor zugsweise der Typ 15005 von Loral Fairchild ist.

Eine Lichtzeigeranordnung 116 ist an dem optischen Belich tungskopf befestigt und unter einem vorbestimmten Abstand zum Substrat und dem Schnittpunkt der optischen Achse mit der Substratfläche angeordnet. Die Lichtzeigeranordnung enthält eine Leuchtdiode oder andere Lichtquelle, die zum Belichten eines Teils des Substrats während des Ausrichtens und der Initialisierung in noch zu beschreibender Weise dient. Ein nicht dargestellter Tintenmarkiermechanismus kann gleichfalls an dem optischen Kopf befestigt sein. Die Ein gabe/Ausgabesteuerkarte steuert diesen Markierer über einen 1 Bit-Ausgangskanal Ein Häutchen 118 dient als Strahlenteiler, wenn der reflektierte und der belichtende Strahl zu trennen sind. Es ist an einer Bewegungsvorrichtung 120 befestigt, die mit einem Elektromagneten 122 arbeitet.

Die Abtastoptik ist vorzugsweise telezentrisch. Wie bekannt, ist eine telezentrische Optik mit einer Blende am vorderen Brennpunkt versehen, wodurch die Hauptstrahlen parallel-zur optischen Achse verlaufen oder die Austrittspupille sich im Unendlichen befindet. Die telezentrische Optik wird verwen det, um zu gewährleisten, daß Änderungen der Dicke in dem zu prüfenden Substratbereich keine Änderungen der Scharfeinstel lung hervorrufen. Ein Beispiel einer telezentrischen Optik 142 ist in Fig. 10 dargestellt. Dort sind Linsen 144 bis 150 gezeigt, die so geschliffen sind, daß Strahlen 152, ausgehend von Punkten 154, 156 des Objekts 158, die gegenüber der opti schen Achse 160 versetzt sind, die Bildebene 162 unter dem selben Winkel 164 schneiden, unabhängig von ihrer Versetzung 166 gegenüber der optischen Achse.

Fig. 11 zeigt schematisch eine vereinfachte Darstellung einer Systemsteuerung 168 für das in Fig. 6 gezeigte System. Ein Hauptrechner 170 ist mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 172 über eine Standardschnittstelle RS 232 (Linie 174) verbunden. Die CPU, vorzugsweise vom Typ Intel 80386 oder ei ner nachfolgenden Generation, kommuniziert über einen AT-Signalbus 176 mit anderen elektrischen Komponenten der Steuerung. Hierzu gehören eine Stromversorgung 178 sowie ein Datenkodierer mit Speicher 180. Dieser kommuniziert gleich falls über einen Datenkanal 182 (SCSI-Schnittstelle) mit dem Hauptrechner. Ein Zeilenabtastprozessor 182 gehört gleich falls zu der Systemsteuerung und kommuniziert mit den anderen elektrischen Komponenten über den AT-Bus sowie mit dem Daten kodierer und Speicher über eine Verbindung 186 für direkten Zugriff (DMA). Der Zeilenabtastprozessor wirkt als Kamera steuerung. Die Ausgabe wird mit einer Ein gabe/Ausgabesteuerung 187 gesteuert, deren Ausgänge ein Ab tastsynchronsignal auf der Leitung 188 an den Datenkodierer und Speicher 188 sowie Steuersignale an den Tintenmarkierer 189 und die Lampensteuerung 190 liefern. Eine Servosteuerung 192 und ein Steuerhebel-Treiber 194 liefern Signale an die Eingabe/Ausgabesteuerung 187.

Die Lampensteuerung empfängt in noch zu beschreibender Weise Signale von einer Stromversorgung 196, um Spannungssignale an die Lampe abzugeben, ferner Steuersignale von der Einga be/Ausgabesteuerung 187 zur Aufrechterhaltung eines voreinge stellten Belichtungspegels. Der Zeilenabtastprozessor emp fängt auch Signale von einer CCD-Kamera 197, die von einer Stromversorgung 199 gespeist wird. Die Servosteuerung 192 wird von einer Stromversorgung 201 gespeist und kommuniziert mit der X- und Y-Servoeinheit 198, 200, die an sich bekannt sind und die X- und Y-Bewegung längs der Tischoberfläche be wirken. Die Ausgangssignale von dem Datenkodierer, die Ab tastdaten enthalten, werden auf der Leitung 182 empfangen. Ausgangssignale von dem Prüfsystem werden über ein Ethernet- Netzwerk an die CAM- und die Prüfstation abgegeben. Signale der CAM-Station können auch dem Plotter zugeführt werden, um das Bild der überprüften Leiterplatte wiederzugeben.

Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich hier um ein adap tives Belichtungssystem. Der Zweck der adaptiven Belichtung besteht darin, Prozeßveränderungen wie Unterschiede der Re flexionsfähigkeit des Substrats sowie Änderungen der Belich tung durch Lampenalterung zu kompensieren. Die der Lampe zu geführte Spannung wird durch das Prüfsystem gesteuert, um ei ne voreingestellte Belichtungsstärke beizubehalten. Das adap tive Belichtungssystem kann einen konstanten Helligkeitspe gel, der auf die Zeilenabtastkamera einwirkt, beibehalten.

Eine schematische Darstellung eines Algorithmus 204 des adap tiven Belichtungssystems ist in Fig. 12 dargestellt. Wenn die Schwellenwerte eingestellt sind (Kasten 206), wird bei 208 eine Referenzzeilen-Abtastung der Grauskalendaten durch geführt. Die Schwellenwerte beziehen sich auf diesen Anfangs zustand. Vor einer Prüfoperation sowie während des Inspek tionsprozesses werden Grauskalendaten erhalten und mit den Referenzdaten verglichen (Kasten 210). Die Belichtung wird so eingestellt, daß jeglicher Unterschied zwischen beiden Ver gleichswerten ausgeglichen wird (Kasten 212). Dadurch wird das Signal relativ zu den festen Schwellenwerten adaptiert, und dies ist äquivalent der Adaption der Schwellenwerte für ein sich änderndes Signal, mit dem Unterschied, daß die Be lichtungsadaption eine bessere Ausnutzung des dynamischen Signalbereichs der Zeilenabtastschaltung ermöglicht. Die Be lichtungsadaption vereinfacht auch den Hardwareaufbau, denn die Schwellenwerte müssen während des Abtastprozessor nicht eingestellt werden.

Für die erste und die nachfolgenden Prüfabtastungen werden Grauskalendaten von einer oder mehreren Zeilenabtastungen er halten (Kasten 214). Ein Histogramm dieser Daten wird bei 216 erzeugt. Dies bedeutet, daß 256 Histogrammengen gesammelt werden, um die Intensitätsverteilung zu beschreiben. Die Auf gabe besteht darin, den hellsten Teil des Signals zu bestim men (d. h. Direktreflexion an Kupfer), während es durch norma le Änderungen nicht beeinträchtigt wird. Die höchsten 5% des Histogramms werden festgestellt (Kasten 218), und der numeri sche Mittelwert dieses Teils des Histogramms wird bestimmt (Kasten 220). Dieser Wert wird zum Darstellen der laufenden Belichtungs-/Reflexionseigenschaften benutzt.

Es hat sich gezeigt, daß die Belichtungs- und/oder Kamera empfindlichkeit nichtlinear ist, so daß eine statische Be rechnung einer neuen Belichtungseinstellung deshalb nicht ausreichend genau ist. Wiederholte Anwendung dieser Rechnung führte zu Schwingungserscheinungen der Belichtung. Als Ergeb nis wird eine einfache proportionale, geschlossene Schleifen regelung mit wiederholter Einstellung der Belichtung bei dem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel angewendet und führt zu ei ner beständigen Kompensation. Gute Ergebnisse werden erzielt mit Materialänderungen (Reflexionsfähigkeit) sowie mit Ände rungen der Belichtungseinstellpunkte. Dieses System führt die Belichtung dauernd auf den korrekten Nennwert zurück, der zu sammen mit einem festen Schwellenwert erforderlich ist.

Im Betrieb wird eine belichtete "Probe" durch Ansammeln eines Intensitätshistogramms über mehrere Abtastzeilen hergestellt. Die Ansammlung über mehrere Abtastzeilen vermeidet die Mög lichkeit der Einstellung der Belichtung abhängig von einer Einzelabtastung in einem dunklen Bereich eines Substrats. Bei dem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel werden Daten von mehre ren Ablesungen des Stromes von Grauskalendaten in einem z-Muster oder über eine Gruppe mehrerer Abtastzeilen angesam melt. Das Histogramm wird folgendermaßen analysiert:

1) Die Histogrammwerte werden summiert, um die Gesamtzahl der Pixel, über die das Histogramm angesammelt wurde, zu bestimmen.
2) Ein Schwellenwert wird berechnet, der der Pixelanzahl entspricht, die die obersten 5% des Histogramms ausmacht, d. h. Schwellenwert = (int)(Bruchteil _* (doppelt)n);dabei ist der Bruchteil 0,05 und n die Summe aller Histo grammengen, die in Schritt 1 verglichen werden.
3) Der Grauskalenwert, über dem die obersten 5% der Intensi tätswerte existieren, wird dann gefunden, und die mittlere Intensität über diesem Punkt wird berechnet (max_Mittelwert). Beispiel: Dabei ist "cumm" der Grauskalenwert und "avg" die mittlere Intensität.

Die vorstehende Rechnung wird für die Referenzbedingung und auch während der Prüfoperation durchgeführt. Diese Mittel werte der obersten 5% der Intensität werden in den Regel schleifenrechnungen verwendet, die in Fig. 14 dargestellt sind. Bei Kasten 222 wird die Referenzbelichtung eingestellt, und es wird bei 224 die Histogrammspitze bestimmt. Eine Kor rektur wird berechnet (Kasten 226), in der ein Verhältnis der Referenzsignals zum laufenden Signal berechnet wird. Propor tionale Steuersignale für die Lampenspeisung werden erzeugt (Kasten 228). Der Einstellpunkt für die Lampe wird bei Kasten 230 eingestellt, und die entsprechenden Lampensteuersignale werden erzeugt (Kasten 232), um sie der Lichtquelle (Lampe) bei Kasten 234 zuzuführen. Die Rückkopplung von der Kamera 237 in Form einer nachfolgenden Spitzenerfassung (Kasten 236) wird danach bestimmt. Die in Fig. 14 gezeigten Schritte "Histogrammspitzenerfassung" repräsentieren die Berechnungen, die zuvor beschrieben wurden. Die "Proportionalsteuerung" er zeugt eine neue Lichteinstellung folgendermaßen:

l_t+1 = K _* correction _* l_t + (1-K) _*l_t

Darin ist l_t der laufende Helligkeitssteuersignalwert zum Zeitpunkt t, "correction" entspricht dem Wert des Hellig keitskorrektursignals und K ist eine empirisch bestimmte Kon stante. Die Steuerung und Schleifenschließung erfolgt über eine Folge von Referenzabtastungen. Für jede Gruppe dieser Abtastungen wird ein kumulatives Histogramm erzeugt (Kasten 238) und dann entsprechend dem oben beschriebenen Algorithmus für die geschlossene Schleife angewendet.

Wie vorstehend beschrieben, stellt dieses System ein Produk tionswerkzeug zum Prüfen von Fototools und Innen-/Außen-Lei terplattenschichten bei kritischen Herstellstufen darf. Das System verwendet CAD-Signale als Prüfbasis. Die aus einem ab getasteten Feld erhaltenen Daten werden direkt mit den CAD-Daten verglichen, um das Original-Fototool zu erzeugen. Zu sätzlich werden die Abtastdaten im Sinne einer zweidimensio nalen Dehnung des Bildes hinsichtlich der Prüfdatenbank kom pensiert (rubber sheeted), um globale Verzerrungen und Fehl ausrichtungen der geprüften Leiterplatte zu berücksichtigen. Die Verzerrungskompensation erleichtert einen direkten pixel weisen Vergleich und erfolgt in der in US-Patent 4 783 826 und 8 859 999 beschriebenen Weise. Regionale Pixelvergleichs differenzen werden in Fehler umgesetzt und der Bedienungsper son gemeldet.

Die primären, mit der Erfindung zu erreichenden Ziele beste hen in der Schaffung eines intuitiven, voll funktionalen Systems bei minimalen wiederkehrenden Kosten. Ein sekundäres, jedoch wichtiges Ziel ist der Mengendurchsatz. Das System bietet einen moderaten Durchsatz bei niedrigen Kosten. Im Vergleich zu bekannten Systemen wird ein Leiterplatten substrat langsamer (Faktor etwa 0,75) als bei bekannten Systemen geprüft, jedoch bei einem Drittel der Kosten. Erhöh ter Durchsatz kann auch erreicht werden, indem die Prozeß leistung für die Vorverarbeitung mit schnellerer Hardware und/oder Parallelprozessen erhöht wird. Wahlweise kann eine zweite Kamera und ein Datenkanal zur zusätzlichen Parallel verarbeitung vorgesehen sein.

Im folgenden wird beispielsweise Hardware für das vorzugs weise Ausführungsbeispiel beschrieben. Zur Vorverarbeitung sind eine Prüfstation und wahlweise Prüf-Coprozessoren vorge sehen. Bei einem Zweikamerasystem ist ein Prüf-Coprozessor Standard. Die Prüfstation ist der zentrale Kommunikations punkt für die übrigen Komponenten, die in Fig. 1 gezeigt sind. Sie arbeiten direkt zusammen mit der Benutzerschnitt stelle. In der Prüfstation sind eine Arbeitsstation, ein hochauflösender Monitor, eine Tastatur, eine Steuerkugel, ei ne Magnetspeicherplatte, eine Netzwerkverbindung und zusätz liche Speichermöglichkeiten vorgesehen, die insgesamt durch den Rechner 170 (Fig. 11) dargestellt sind. Dieser kann ein leistungsfähiger Personal Computer oder eine RISC-Arbeitssta tion sein. Zusätzlich kann die Prüfstation zum höheren Durch satz aus zwei physikalischen Arbeitsstationen bestehen. Die eine dient dann zur Prüfeinstellung, während die Leiterplat ten mit der anderen geprüft werden.

Die Arbeitsstation enthält eine Magnetspeicherplatte zur On- Line-Speicherung der Gerber-AOI-Systemprogramme und deren Um gebung, Arbeitsdateien und Fehlerdateien. Eine Ethernet- Schnittstelle dient zur Netzwerkverbindung mit der CAM-Sta tion, der anschaltbaren Prüfstation usw. Eine wahlweise 4 mm- Magnetbandeinheit dient zur Off-Line-Speicherung. Die Prüf station hat eine serielle RS-232-Schnittstelle für Befehls- und Steuersignale und einen zweiten SCSI-Bus zum Laden von Abtastdaten aus der Datenkodierkarte. Zur Verringerung der Busbelastung während des Ladens wird der primäre SCSI-Bus nur für die Platten- und Bandsteuerung verwendet. Wahlweise kön nen Prüf-Coprozessoren in Netzwerkverbindung mit der Prüfsta tion zum parallelen Prüfprozeß verbunden sein. Bei einem al ternativen Zweikamerasystem sind für einen zweiten Datenkanal das Kamera/Optik-Subsystem, das Belichtungs/Projektions- Subsystem, der Zeilenabtastprozessor und die Datenkodierkarte doppelt vorhanden.

Eine Zeilenabtastkamera 15005 von Loral Fairchild wird vor zugsweise eingesetzt und enthält eine 2048 Elemente-CCD-An ordnung mit einer Teilung von 13 Mikron. Sie hat eine maxima le Videorate von 20 MHz und eine maximale Abtastrate von 9700 Zeilen/Sekunde. Die Kamera hat eine zugeordnete lineare Stromversorgung von ±12V und +5V. Alle Kamerasteuersignale werden von dem Zeilenabtast-Prozessor geliefert. Alternativ ist eine Gruppe von Belichtungs-"Stops" vorgesehen, um den Einfallwinkel des Lichtes auf die Leiterplatte zu steuern. Diese "Stops" erzeugen je nach Erfordernis direkte, diffuse oder kombinierte Belichtung. Eine Gruppe von Spektralfiltern und Polarisierern verbessert den Bildkontrast für einige Substratmaterialien. Die Bedienungsperson stellt diese Teile ggf. manuell längs der optischen Achse ein. Die Lampeninten sität wird entsprechend den vorstehend beschriebenen Algo rithmen moduliert. Diese Regelkarte erhält Spannungswerte von der Eingabe/Ausgabesteuerung über einen 8 Bit-Eingangskanal.

Wie vorstehend beschrieben, steuert eine Intel 80386-CPU den Betrieb der Datenkodierkarte, des Zeilenabtastprozessors und der Eingabe/Ausgabesteuerkarte. Die CPU kommuniziert mit an deren Systemsteuerkomponenten über den ISA (PC-AT)-Bus in ei ner passiven Rückwandkonfiguration Ein Multitasking-Be triebssystem-Kernel und eingebettete Steuersoftware ist der CPU zugeordnet. Es wird der Datenumsetzungs-Zeilenabtastpro zessor DT-2856 verwendet und liefert eine vollständige Steuerung über den Betrieb der Zeilenabtastkamera. Der Pro zessor DT-2856 empfängt analoge Videodaten von der Kamera, digitalisiert sie und gibt 8 Bit-Pixelgraudaten über einen DT/Verbindungskanal an den Datenkodierer und führt eine Offset/Verstärkungskorrektur und zeilenweise DC-Einstellung aus, um die thermische Drift der Kamera zu kompensieren. Alle Operationen werden in Real zeit mit Raten bis zu 20 MHz ausge führt.

Der Datenkodierprozessor verknüpft die Abtastdaten mit Schwellenwerten, komprimiert sie und gibt sie bei bis zu 20 MHz an die Prüfstation ab. Abtast-Synchronsignale werden von der Eingabe/Ausgabesteuerkarte eingegeben. Diese nimmt 8 Bit- Pixelgraudaten von dem Zeilenabtastprozessor über einen schnellen Videobus auf. Die Abtastdaten werden bei diesem Ausführungsbeispiel über eine Verzerrungs-Suchtabelle (LUT) geleitet, um optische Verzerrungen zu kompensieren und Pixel größen von 13 Mikron bis 0,013 mm umzusetzen. Wahlweise kön nen auch 0,0065 mm-Daten durch Unterabtastung von 0,013 mm- Pixeln längs einer Abtastzeile erzeugt werden.

Der Zeilenabtastprozessor arbeitet im Graupegelbetrieb oder im Schwellenbetrieb. Im Graupegelbetrieb werden 8 Bit-Pi xeldatensignale der Prüfstation ohne Verknüpfen mit einem Schwellwert zugeführt. Im Schwellenbetrieb werden die Abtast daten über eine Schwellwert-Suchtabelle (LUT) geführt, um 3 Bit-Pixeldaten über einem Schwellenwert zu erzeugen, die dann in einem Durchlauflängenkodierverfahren komprimiert werden. Jeder Durchlauf von Pixeln wird durch ein 16 Bit-Wort darge stellt, wobei 13 Bit für die Position und 3 Bit für die Farbe verwendet werden. Die Daten werden in einem DRAM gepuffert, das physikalisch auf einer Tochterkarte (nicht dargestellt) vorgesehen ist und eine minimale Konfiguration und Expansion von 32 MB hat. Die Daten werden der Prüfstation in Blöcken über einen SCSI-Bus zugeführt. Eine Zweikanal-FIFO-Speicher architektur überträgt die Daten, sobald die Speicherblöcke gefüllt sind.

Software in der CPU liefert an den Datenkodierer Einstellda ten, Tabellen und SCSI-Durchlaufzeit-Steuerdaten. Zum Unter stützen der adaptiven Belichtungssteuerung speichert der Da tenkodierer den Grauwert periodischer Pixel in einem für die CPU auf dem PC-AT-Bus zugänglichen Register.

Die GAT-2-Karte von Gerber Scientific Corporation dient vor zugsweise zur Eingabe/Ausgabesteuerung. Diese Karte steuert die Bewegung des Substrattisches und des Schlittens sowie den Steuerhebel-Betrieb, die Lampenintensität und den Tintenmar kierer. Die Karte liefert Schrittimpulse an die GTP-310-Ser vokarte zur Positionierung des Tisches und des Schlittens. Sie empfängt Positionsrückführsignale von der GTP-310-Steuer karte und liefert Abtast-Synchronsignale an den Datenkodierer und den Zeilenabtastprozessor Eingabesensoren überwachen die Grenz- und Ausgangsbedingungen und die Steuerhebelbewegung. Ein 8 Bit-Ausgangskanal steht in Schnittstellenverbindung mit einer GTP-367-Spannungsreglerkarte zur Modulation der Lampen intensität. Ein 1 Bit-Ausgabekanal steuert den Betrieb des Tintenmarkierers.

Die Software für die Vorverarbeitungskomponenten ist in der C++ und ANSI-C-Programmiersprache geschrieben. Die Betriebs systeme sind auf UNIX-Basis. Die grafischen Benutzerschnitt stellen (GUI) sind X-Windows. Es gibt ein Programm auf GUI- Basis für die anfängliche Job-Einrichtung, bei der ein Bedie ner CAD- und Bohrdaten für eine Arbeit sowie für andere Funk tionen eingibt, beispielsweise für die Feldbildung, die Prüf parametereingabe und die Initiierung der Prüfdatenbankerzeu gung. Das hier beschriebene System verwendet bekannte Gerber- Plottersteuersoftware (GPC) für die CAD-Dateneingabe und die Feldbildungsfunktionen, die mit zusätzlichen Funktionen für AOI verbessert ist. Die verbesserte Software ermöglicht die Parametereingabe für Aperturtoleranzen, endbearbeitete Boh rungsdurchmesser und -toleranzen, Richtpunkte, Prüfbereich und Nicht-Prüfbereiche. Sie übernimmt auch Bohrdaten als Ein gabesignale und initiiert das Generieren der Prüfdatenbank.

Ein Hintergrund-Programm generiert die Prüfdatenbank. Die Prüfsoftware steuert die Generierung der Prüfdatenbank und liefert Layoutinformationen, Öffnungstoleranzen usw. Ein wei terer der Systemsteuerung zugeordneter Algorithmus identifi ziert automatisch Richtpunkte in den CAD-Daten und sucht aus ihnen geeignete Punkte für die Dehnungs-Kompensation.

Das hier beschiebene System enthält auch einen zweiten Algo rithmus auf GUI-Basis zum Durchführen mit der Prüfung verbun dener Operationen und der Tintenmarkierung sowie für die Da teibearbeitung, Hardwareeichung usw. Dieser Algorithmus kann von dem Bediener mit einer Taste in GIC initiiert werden ana log zu ähnlichen GUI-Schemata für die Plottersteuerung in an deren Systemen. Im Hintergrund der Systemsteuerung arbeiten Algorithmen für Befehle/Steuerung der verschiedenen Funktio nen einschließlich ein Protokoll für die Kommunikation über eine serielle RS-232-Schnittstelle.

Ein "Vergleichs-"Programm ist in dem vorliegenden System und jedem Prüf-Coprozessor enthalten zum Vergleich von Prüf-Da tenbankdateien mit Abtastbild-Dateien und zum Generieren ei ner Substrat-Fehlerliste. Ein "Scheduler"-Programm ist zum Planvergleich des zuvor abgetasteten Substratbereichs oder Streifens auf einem zugänglichen Prozessor vorgesehen. Ein Multitasking-Betriebssystem-Kernel und eine eingebettete Steuersoftware ist in der CPU enthalten. Die Software und das Betriebssystem können in ROM gespeichert sein oder in RAM eingegeben werden, abhängig von der Anwendung und der Kompo nentenauswahl. Das vorzugsweise Kernel ist DOS-kompatibel.

Andere Systemsteuersoftware enthält Einstelldaten und Suchta bellen sowie Durchlaufzeit-SCSI-Steuerung für die Abtastda tenübertragung. Weitere Systemsteuersoftware liefert die Ein gabe/Ausgabesteuerkarte, die Anforderungen ausgibt für die Bewegung von Tisch und Schlitten, Lampenspannungsänderungen und Tintenmarkierbetätigung. Die Position von Tisch und Schlitten und der Steuerhebelbetrieb werden gleichfalls über wacht, wie in Fig. 12 gezeigt. Der Abtastzeilenprozessor wird periodisch Abtastdatensignale von dem zugeordneten Datenre gister an den Datenkodierer übergeben, die die Signalintensi tät analysieren und die Lampenspannung entsprechend modulie ren.

Im folgenden sind die grundlegenden Schritte angegeben, die während einer Prüfung von der Bedienungsperson durchzuführen sind. Die CAD- und Bohrdateien für das Substrat (Platine) werden von der CAM-Station geliefert. Wenn die CAM-Station mit dem Gerber-Steuerprogramm arbeitet, werden auch Einstell dateien, Aperturdateien usw. über Magnetband, flexible Spei cherplatte oder TCP/IP über ein Ethernet-Netzwerk zugeführt. Die Bedienungsperson erzeugt Aperturtabellen für jede CAD- und Bohrdatei für die Platine. Die Bohrdatei-Aaperturtabelle enthält endgültige Lochdurchmesser und nicht Werkzeugabmes sungen. Die Bedienungsperson erzeugt Toleranztabellen für je de Apertur und für jede endgültige Lochgröße, die in den CAD- und Bohrdateien für die Platine verwendet werden. Es werden jeweils eine innere und eine äußere Toleranz eingegeben. Die Bedienungsperson gibt diese Werte direkt in die GIC GUI ähn lich wie die laufende Aperturtabelleneingabe in GPC-Software ein. Zusätzlich können diese Tabellen automatisch erzeugt werden auf der Basis voreingestellter Aperturgrößen und Tole ranzregeln.

Die Bedienungsperson gibt die CAD- und Bohrdateien für die zu prüfende Leiterplatte in den GIC-Softwarearbeitsbereich ein. Wenn in der CAM-Station das Gerber-Steuerprogramm (GPC) ver wendet wird und eine Einstelldatei erzeugt wurde, wird diese Datei statt dessen gelesen, um die automatische Einstellung durchzuführen. Das Layout wird mit GIC-Platinenfunktionen be schrieben. Dies organisiert die CAD- und Bohrdaten, so daß sie die zu prüfende Platine genau wiedergeben. Danach verwen det die Bedienungsperson einen Sonderbefehl (Rubber-Band-Box- Befehl) zum Identifizieren des Bereichs der zu prüfenden Pla tine. Dieselbe Technik wird zur Identifizierung wahlweise nicht zu prüfender Bereiche innerhalb des Prüfbereichs ver wendet. Diese nicht zu prüfenden Bereiche werden typisch ver wendet, um die Prüfung von Buchstaben, Coupons usw. zu elimi nieren, welche in der Schaltung funktionslos sind.

Drei Richtpunkte werden an den Platinenecken gekennzeichnet, um sie während der Prüfung zur Positionier- und Verzerrungs korrektur zu verwenden. Drei Betriebsweisen des Systems sind in dem Ausführungsbeispiel vorgesehen. Die erste erlaubt eine automatische Auswahl dieser Punkte während der Generierung der Datenbank. Die zweite ermöglicht es der Bedienungsperson, die Punkte explizit durch manuelle Auswahl in der GUI zu de finieren. Bei der dritten kann die Bedienungsperson eine Richtschablone mit einer Platinendefinition einführen. Um die dritte Option zu verwenden, wird die Bedienungsperson mehrere Schablonen haben (d. h. eine für jedes Platinenstandardfor mat), die die vorbestimmten Richtpunkte enthalten. Mit dieser Option plaziert die Bedienungsperson Richtmarkierungen außer halb der Schaltung, die den Richtpunktanforderungen entspre chen. Diese Hintergrundaufgabe wird initiiert nach der Ein gabe von Einstellparametern durch die Bedienungsperson. Die CAD- und Bohrdaten werden in eine Toleranzdatenbank zur Über prüfung umgesetzt. Wenn die Bedienungsperson die automatische Auffindung der Richtpunkte gewählt hat, werden sie hier iden tifiziert.

Die folgenden Grundschritte dienen zum Prüfen einer Gruppe von Substraten für dieselbe Aufgabe. Zunächst wählt die Be dienungsperson eine Prüfdatenbank aus der Liste verfügbarer Datenbanken und setzt die zur Prüfung der laufenden Platinen menge erforderlichen Parameter (d. h. Materialtyp, Polarität, Tintenmarkierung Ein/Aus, Stiftsetzen Ein/Aus). Die erste Platine wird auf den Tisch gebracht, und die Bedienungsperson benutzt den Steuerhebel zum Ausrichten des Tisches derart, daß der Lichtstrahl über dem ersten Richtpunkt ist, der in der Datenbank identifiziert ist. Der anfängliche Lichtpegel wird automatisch gerade unterhalb der Sättigung eingestellt. Die Bedienungsperson setzt den Prüfschwellwert mit einem rollkugelgetriebenen interaktiven Werkzeug. Dieses stellt die Effekte unterschiedlicher Schwellwerte bei einer Darstellung des abgetasteten Bildes dar. Der Lichtpegel kann während der Prüfung laufend geändert werden, wenn die Bildintensitätsei genschaften sich wesentlich ändern. Das System bestimmt die genaue Plazierung durch Korrelation des abgetasteten Richt punktes mit dem Richtpunktbereich, der in der Datenbank iden tifiziert wird, allgemein wird dieser Schritt nur auf dem er sten Substrat einer Menge ausgeführt. Wenn die Substrate nicht auf Stiften sitzen und die Positionierung sich ändert, wird die Bedienungsperson den ersten Richtpunkt für jede Pla tine lokalisieren.

Danach tastet das System automatisch die anderen Richtpunkte ab und führt dieselbe Korrelation durch, um die Bilddehnungs- Kompensationswerte zu bestimmen. Das System tastet die Pla tine ab und lädt das abgetastete Bild streifenweise in die Prüfstation. Der Prüfvergleich erfolgt an der Prüfstation (oder Prüf-Coprozessoren), wenn die Streifendaten empfangen werden. Fehlerorte werden konsolidiert und in einer Datei auf Platte gespeichert. Wird eine Tintenmarkierung gewählt, so ändert der Tisch zu jedem Fehler und plaziert dort eine Tin tenmarkierung. Die Bedienungsperson entnimmt die Platine. Wenn eine gesonderte Bestätigung nötig ist, wird die Platine zu der Bestätigungsstation gebracht.

Die Primärdatensätze, die in diesem System erzeugt werden, sind die Prüfdatenbank, Abtastdaten und Fehlerdaten. Jedes zu Prüfende Substrat hat eine zugeordnete Prüfdatenbank. Diesel ben Original-CAD-Daten und sie liefernde Software werden für die Plotter-Datenbank und die Prüfdatenbank verwendet. Die für die Prüfdatenbank Verwendeten Bohrdaten sind dieselben wie die zur Steuerung der Bohrmaschine, um die Genauigkeit der Prüfdatenbank zu sichern.

Die Prüfdatenbank wird mit der Systemsteuerung während der Einstellung als durchlauflängenkodierte Repräsentation der zu prüfenden Platine erzeugt. Schaltungsbereiche, Untergrundbe reiche und Toleranzbänder werden durch unterschiedliche Far ben wiedergegeben. Eine individuelle Datenbankdatei wird auf Platte für jeden 1 Zoll breiten Streifen von Platinendaten erzeugt. Der Datenkodierer bewertet mit Schwellwert und kom primiert die Kameraabtastsignale und lädt sie über den SCSI- Bus in die Prüfstation. Wie die Prüfdatenbank sind die Ab tastdaten durchlauflängenkodiert. Schaltungsbereiche, Unter grundbereiche und Übergangsbereiche werden durch unterschied liche Farben dargestellt. Die Abtastdaten für jeden 1 Zoll breiten Streifen werden als separate Gegenstände behandelt. Während des Prüfvergleichs werden "Fehler" identifiziert. Je der Fehler hat eine Zugeordnete Position, Art und Größe. Eine Fehlerdatei wird auf der Magnetspeicherplatte für jede ge prüfte Platine erzeugt. Diese Datei enthält Arbeits-Kopfin formation und die Liste der Fehler. Sie wird zur On-Line-Be tätigung verwendet oder zur gesonderten Bestätigung an eine Prüfstation übertragen.

Wie vorstehend beschrieben, wird jedes abgetastete Bild ge dehnt der entsprechenden Prüfdatenbank zugeführt, so daß ein genauer pixelweiser Vergleich möglich ist. Wenn eine Prüfda tenbank erzeugt wird, werden zusätzliche Datenbanklinien für einen schmalen Bereich um jeden Richtpunkt erzeugt. Vor jeder Platinenprüfung tastet das System jeden Richtpunkt nacheinan der ab. Mit Schwellwert bewertete komprimierte Kameradaten für jeden Richtpunktbereich werden in die Prüfstation über den SCSI-Signalbus eingegeben.

Das System enthält auch einen Korrelationsalgorithmus zum Su chen des Datenbank-Richtpunktes innerhalb des abgetasteten Bereichs. Der abgetastete Bereich ist größer als der Daten bankbereich. Die zweidimensionalen Bilder werden vertikal und horizontal projiziert, so daß eindimensionale Korrelationen durchgeführt werden. Dadurch ergibt sich ein höherer Durch satz. Die horizontalen und vertikalen CAD-Projektionen werden mit ihren abgetasteten Gegenstücken verglichen, um eine Gut auslese zu erhalten. Dieses Programm arbeitet mit jeder aus reichend isolierten und gut definierten Rlchtpunktkonfigura tion. Die X/Y-Offsets zwischen den Richtpunkten der Datenbank und der Abtastung werden zur Berechnung von Dehnungs-Kompen sationswerten verwendet.

Drei Richtpunkte sind erforderlich, um Platinenbewegung, Dre hung und globale Dehnung/Schrumpfung zu berücksichtigen. Die Start- und Endpositionen der Bildabtastung werden modifi ziert, um einen Verlagerungsfehler zu berücksichtigen. Die Tisch/Schlittenbewegung wird geändert, um Streifen längs ei ner Kurve abzutasten, um eine Drehung zu berücksichtigen. Die Streifenstartpositionen werden unter Berücksichtigung von Dehnung/Schrumpfung in X-Richtung eingestellt, während die Abtastzeilen verdoppelt/übersprungen werden, um Deh nung/Schrumpfung in Y-Richtung zu berücksichtigen.

Das vorzugsweise Ausführungsbeispiel ist gekennzeichnet durch Auflösungen von 0,013 mm (2000 Punkte/Inch) und 0,006 mm (4000 Punkte/Inch). Der Datenkodierer ermöglicht auch die Er zeugung einer Subabtastung von 0,013 mm-Pixeln längs einer Abtastzeile, um 0,006 mm-Pixel zu erhalten, wodurch die Auf lösung verdoppelt wird. Die 8 Bit-Grauwerte benachbarter 0,013 mm-Pixel werden gemittelt, um einen 8 Bit-Grauwert für jedes subabgetastete 0,006 mm-Pixel zu erhalten. Zur Erfin dung gehört auch ein Pixelinterpretiergerät, das die Subab tastung mit 4000 Punkten/Inch Auflösung mit einer 2000 Punk te/Inch-Kamera ermöglicht, indem benachbarte Pixelwerte in terpoliert werden. Bekanntlich haben Merkmale auf einem Substrat einen Übergang von einem Einzelzustand Schwarz oder Weiß zum entgegengesetzten Zustand in einer diskreten abge stuften Weise. In einer Kamera wird jedoch eine Gauss′sche Intensitätsverteilung über benachbarte Pixel an der Kante ei nes Merkmals aufgezeichnet, da durch Beugungseffekte eine Kante einen Übergang über mehrere Pixel erzeugt. Das Vierfar bensystem verwendet eine Einrichtung zum Mitteln benachbarter Pixelwerte zum Erzeugen eines Zwischenpixels, das effektiv acht Farben hat und zu einer Verdoppelung der Auflösung führt. Im folgenden werden Beispiele angegeben.

Geprüfte Materialien:
Druckvorlage
- Diazo
- Silberhalid
Innenschichten
- Reinkupfer
- Entwickeltes Fotoresist auf Kupfer
Außenschichten
- Reinkupfer
- Reinkupfer mit Löchern
Prüfauflösung: 0,013 mm oder 0,006 mm, wählbar
Kamerazahl: 1 oder 2
Maximalformat: 24′′ x 30′′
Maximalprüfformat: 22′′ x 28′′
Plattendicke: 0,1 bis 6,35 mm
minimal erfaßbare: 0,013 mm bei 0,006 mm Auflösung
Fehlergröße: 0,03 mm bei 0,013 mm Auflösung
Prüfzeit (18′′ x 24′′)
<3,5 Min. (1 Kamera, 2000 Punkte/Inch)
<2,0 Min. (2 Kameras, 2000 Punkte/Inch)
<5,0 Min. (1 Kamera, 4000 Punkte/Inch)
<3,0 Min. (2 Kameras, 4000 Punkte/Inch)

Die Erfindung enthält auch Ausführungsbeispiele mit mehr als einer Abtastkamera. Bisherige automatische optische Prüf systeme für gedruckte Schaltungen verwenden mehrere Abtastka meras, jedoch erfordern diese Systeme extreme Sorgfalt bei der Montage und Ausrichtung der Kameras zum Vermeiden der Überlappung der Abtastbänder oder von Abständen zwischen be nachbarten Bändern. Die Erfindung macht ein sorgfältiges Aus richten der Abtastkameras überflüssig.

In Fig. 13 ist ein Teil eines automatischen optischen Prüf systems 239 mit mehreren Kameras dargestellt. Es sind Kameras 240 und 242 über einem Referenzsubstrat 244 dargestellt. Die Abtastkameras sind so montiert, daß die benachbarten Abtast bänder 246, 248 sich erkenntlich überlappen. Periodische Mar kierungen 250 sind auf dem abzutastenden Referenzsubstrat an geordnet und haben beispielsweise eine oder mehrere Reihen Referenzpunkte in der Mitte des Mediums. Die Lokalisierung der Punkte in überlappenden Teilen der Abtastdaten werden dann verglichen, um einen Korrekturfaktor für das benachbarte Band zu erzeugen.

Wenn nur eine axiale Verlagerung vorhanden ist, ist der Kor rekturfaktor einfach additiv zu den Pixelpositionen des nach folgenden Bandes. Wenn mehr als zwei Kameras verwendet wer den, sind die Korrekturfaktoren kumulativ additiv für die Ka meras. Beispielsweise sei angenommen, daß die in dem ersten Band mit der ersten Kamera vorhandenen Pixel in den korrekten Positionen sind. Der Korrekturfaktor X1, der für die zweite Kamera berechnet wird, ist einfach die Differenz zwischen der axialen Position eines Referenzpunktes im ersten Band und der Position desselben Referenzpunktes im zweiten Band. Der Kor rekturfaktor X1 wird der X-Position eines Referenzpunktes im zweiten Band und entsprechenden Position im dritten Band hin zugefügt. Der Korrekturfaktor für eine dritte Kamera ist dann X1 und X2 und wird der X-Position eines jeden Pixels im drit ten Band hinzugefügt. Eine vierte Kamera würde einen Korrek turfaktor X1 + X2 + X3 haben, usw.

Ähnliche Korrekturen werden leicht in Y-Richtung erzeugt, und die Korrekturen können für Winkelverlagerungen gemacht wer den. Die Korrekturen können in den Daten nach der Abtastung gemacht werden, so daß ein Realzeitverfahren nicht nötig ist. Das System hat einen erhöhten Durchsatz wegen der zusätzli chen Abtastkameras ohne das Erfordernis einer umständlichen Ausrichtung bei der Herstellung und während des nachfolgenden Betriebs. Das System könnte Korrekturfaktoren bei jeder Ab tastung eines Werkstücks oder periodisch erzeugen, abhängig von der Umgebung, in der die Maschine arbeitet.

Das System enthält auch eine Einrichtung zum Kompensieren ei nes wiederholbaren Bewegungssteuerfehlers. Wie bekannt, sind die mechanischen Komponenten eines jeden Systems durch einen Genauigkeitswert charakterisiert, der wiederholbar ist und sich aus der Summe der Änderungen und der Genauigkeit der verschiedenen mechanischen Komponenten wie Schienen, Führun gen usw. ableiten läßt. Die Erfindung ermöglicht eine Kompen sation mit einer Tabelle von Kompensationswerten, die während der anfänglichen Eichung erzeugt wird. Ein Referenzsubstrat mit Merkmalen mit einem bekannten gegenseitigen Abstand zu einander wird mit diesem System abgetastet. Die Steuerung be rechnet die Abstände und vergleicht die jeweiligen Merkmals trennungen, gemessen mit den korrekten Werten, und bestimmt die Anwendung einer Korrekturtabelle für die abgerufenen Werte aktueller Substratmerkmale, um eine korrekte Plazierung zu gewährleisten.

Die Kompensationseinrichtung kann auch auf verzerrtes Mate rial oder Platinen angewendet werden, bei denen die Verzer rung wiederholbar ist, und wenn die Substrate durch Stifte oder äquivalente Elemente derart ausgerichtet werden, daß ih re Orientierung einheitlich und eindeutig ist. Für diese Fälle wird die regelmäßige Verzerrung wie oben beschrieben ermittelt, wobei die Referenzmarken beispielsweise als ein Gitter ausgebildet sind. Danach führt das System eine Korrek tur speziell für diese Substrate (d. h. produziert in demsel ben Bildgerät) zusätzlich zu jeder anderen Kompensation durch.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen einer Toleranzwertdatenbank aus einer Nenndatenbank (36) mit Signalen, die eine Druckvor lage für eine Leiterplatte mit Schaltungsmerkmalen je weils mit Nennabmessungen in Form von Tönungswerten ange ben, wobei die Nenndatenbank Pixelanordnungen aus Pixeln mit einem ersten Tönungszustand (Schwarz) oder einem zweiten Tönungszustand (Weiß) enthält und die Pixel des ersten Zustandes die Schaltungsmerkmale bilden, mit fol genden Schritten:
Generieren einer Datenbank (42) mit Signalen entsprechend mindestens einem Satz Minimal- und Maximaltoleranzwerte für mindestens ein ausgewähltes Schaltungsmerkmal;
Erzeugen einer Minimalwert-Datenbank (38) aus der Nenn- und der Toleranzwertdatenbank derart, daß die Nennabmes sungen des ausgewählten Schaltungsmerkmals um den Mini mal-Toleranzwert verringert sind;
Erzeugen einer Maximalwert-Datenbank (40) aus der Nenn- und der Toleranzwertdatenbank derart, daß die Nennabmes sungen des ausgewählten Schaltungsmerkmals um den Maxi mal-Toleranzwert vergrößert sind;
Vergleichen des Tönungszustandes eines jeden Pixels der Minimalwert-Datenbank mit dem Nennzustand;
Vergleichen des Tönungszustandes eines jeden Pixel der Maximalwert-Datenbank mit dem Nennzustand;
Eingeben eines Pixels des ersten Tönungszustandes in eine Toleranz-Übergangsdatenbank, wenn der Minimalwert- und Maximalwert-Pixelzustand der erste Tönungszustand ist;
Eingeben eines Pixels des zweiten Tönungszustandes in die Toleranz-Übergangsdatenbank, wenn der Minimalwert- und der Maximalwert-Pixelzustand der zweite Tönungszustand ist;
Eingeben eines Pixels mit einem Übergangs-Tönungszustand in die Toleranz-Übergangsdatenbank, wenn das Minimal wert- bzw. das Maximalwertpixel und das Nennwert-Pixel unterschiedlichen Tönungszustand haben;
gekennzeichnet durch
Eingeben eines Pixels mit einem ersten Übergangszustand (Schwarz-Übergang) in die Toleranz-Übergangsdatenbank, wenn das Minimalwert- und das Nennwert-Pixel unterschied lichen Tönungszustand haben;
Eingeben eines Pixels mit einem zweiten Übergangszustand (Weiß-Übergang) in die Toleranz-Übergangsdatenbank, wenn das Maximalwert- und das Nennwertpixel unterschiedlichen Tönungszustand haben;
Zuordnen einer numerischen Gewichtung zu einem jeden Pi xel entsprechend seinem Tönungszustand;
Konfiguration der Toleranz-Übergangsdatenbank in Anord nungen benachbarter Pixel;
Summieren der Pixelgewichtungen in einer der Pixelanord nungen;
Einrichten des Wertes der summierten Pixelgewichtungen der Anordnung als Fehlerschwelle für die Prüfung nach der Druckvorlage erzeugter Leiterplatten.

2. System (23) zum Prüfen von Leiterplatten unter Anwendung einer gemäß Anspruch 1 erzeugten Toleranzwertdatenbank für die Herstellung von Leiterplatten-Druckvorlagen, mit einer Platte (75) zur Aufnahme eines Substrats (86), ei nem relativ zu dem Substrat (86) bewegbaren Schlitten (70), einer Vorrichtung (198, 200) zum Bewegen des Schlittens (70) relativ zu dem Substrat (86) abhängig von empfangenen Signalen einer Steuerung (168), einer opti schen Quelle (76) zur Abgabe eines optischen Belichtungs strahls, einer optischen Subanordnung (78) an dem Schlit ten (70) zum Richten des optischen Belichtungsstrahls auf das Substrat (86), einer Kamera (112) bei der optischen Subanordnung (78) zur Aufnahme eines Teils des an dem Substrat (86) reflektierten optischen Belichtungsstrahls und zur Abgabe entsprechender elektrischer Signale; einer Signalverarbeitungseinrichtung (184) zum Verarbeiten der Kamerasignale zu einer Abtastdatenbank aus Pixelsignalen, wobei die Pixel entweder einen schwarzen oder einen wei ßen Tönungszustand entsprechend dem Vorhandensein oder Fehlen eines Schaltungsmerkmals auf dem Substrat haben, gekennzeichnet durch
Mittel zum Zuordnen einer numerischen Gewichtung zu einem jedem Abtastdatenbank-Pixel entsprechend seinem Tönungs zustand;
Mittel zum Konfigurieren der Abtastdatenbank in Anordnun gen benachbarter Pixel;
Mittel zum Summieren der Pixelgewichtungen der Abtastda tenbank-Pixel in der jeweiligen Pixelanordnung; Mittel zum Vergleich der summierten Gewichtungen mit der Fehlerschwelle; und
Mittel zum Erzeugen eines Fehleranzeigesignals, wenn die summierte Bewertung die Fehlerschwelle überschreitet.

3. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (12) zum Erzeugen einer Nenndatenbank aus Signalen eines Bildes einer Druckvorlage für Leiterplatten mit Schaltungsmerkmalen jeweils mit Nennabmessungen, die aus einer Anordnung von Pixeln mit einem ersten Tönungszustand (Schwarz) oder einem zweiten Tönungszustand (Weiß) besteht und wobei die Pixel des ersten Tönungszustandes den Schaltungsmerkmalen entsprechen, durch eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Datenbank mit Signalen entsprechend mindestens einem Satz minimaler und maximaler Toleranzwerte für mindestens ein ausgewähltes Schaltungsmerkmal der Leiterplatte, durch eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Minimalwert-Datenbank (38) aus der Nenn- und der Tole ranzwertdatenbank derart, daß die Nennabmessungen des ausgewählten Schaltungsmerkmals um den minimalen Toleranzwert ver ringert sind, durch eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Maximalwert- Datenbank (40) aus der Nenn- und der Toleranzwertdatenbank derart, daß die Nennabmessungen des ausgewählten Schaltungsmerkmals durch den maximalen Toleranzwert vergrößert sind, durch eine Vorrichtung zum Vergleich des Zustandes eines jeden Pixels der Minimalwert-Datenbank (38) mit dem Nennzustand; durch eine Vorrichtung zum Vergleich des Zustandes eines jeden Pixels der Maximalwert-Datenbank (40) mit dem Nennzustand, durch eine Vorrichtung zum Eingeben eines Pixels des ersten Zustandes in eine Toleranz-Übergangsdatenbank, wenn der Zustand des Minimalwert- und des Maximalwert-Pixels der erste Zustand ist, durch eine Vorrichtung zum Eingeben eines Pixels des zweiten Zustandes in die Toleranz-Übergangsdatenbank, wenn der Zustand des Minimalwert- und des Maximalwert-Pixels der zweite Zustand ist, durch eine Vorrichtung zum Eingeben eines Pixels mit einem ersten Übergangszustand in die Toleranz-Übergangsdatenbank, wenn das Minimalwert- und das Nennwert-Pixel unterschiedliche Zustände haben, und durch eine Vorrichtung zum Eingeben eines Pixels mit einem zweiten Über gangszustand in die Toleranz-Übergangsdatenbank, wenn das Maximalwert- und das Nennwert-Pixel unterschiedliche Zustände haben.

4. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Umsetzen der Toleranz-Übergangsdatenbank und der Abtast datenbank in ein komprimiertes Format und durch eine Vorrichtung zum Vergleich der komprimierten Abtast-Datenbank mit der komprimierten Toleranz-Übergangsdatenbank und zum Erzeu gen eines Fehlersignals aus dem Vergleich.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Toleranz-Übergangsdatenbank und die Abtast-Datenbank in ein durchlauflängenkodiertes Format komprimiert werden.

6. System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die optische Subanordnung ferner eine tele zentrische Optik (114) zum Richten des optischen Belich tungsstrahls auf das Substrat (86) enthält.

7. System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuerung ferner eine Vorrichtung zum Bewegen des Schlittens (70) relativ zu dem Substrat (86) in einer Folge von Positionen einer Serpentinenbewegung ent hält, und daß die Kamera entsprechende Sätze von Pixelsi gnalen zur Eingabe in die Abtast-Datenbank erzeugt.

8. System nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das optische Subsystem eine erste und eine zweite Kamera (240, 242) mit festem Abstand zueinander in Richtung einer Abtastlinie auf dem Substrat (244) in je weiligen Abtastbändern enthält, so daß ein Überlappungsbereich (250) des Substrats (244) mit beiden Kameras (240, 242) abgebildet wird, daß eine Identifiziervorrichtung zum Bestimmen von Pixelsignalen aus beiden Kameras (240, 242) vorgesehen ist, die in dem Überlappungsbereich (250) auftreten, und daß eine Kompensationseinrichtung zum Entfernen redundanter Pixelsignale des Überlappungsbereichs (250) aus der Abtast-Datenbank vorgesehen ist.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifiziervorrichtung eine Schaltung zum Erzeugen von Kor rektursignalen durch Vergleich des Ortes abgetasteter Referenz marken in dem Überlappungsbereich mit ihren entsprechenden bekannten Orten enthält, und daß die Kompensationseinrichtung die Pixelsignale in der Abtast-Datenbank durch Vergleich mit den Korrektursignalen als redundant identifiziert.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifiziervorrichtung eine Schaltung zum Erzeugen von Korrektur signalen durch Berechnung des Unterschiedes einer Referenz punktposition (250) in einem ersten Abtastband und einer entsprechenden Referenzpunktposition in einem zweiten Abtastband enthält, und daß die Kompensationseinrichtung ein ent sprechendes Korrektursignal der Position eines jeden Pixelsignals hinzufügt.

11. System nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß das optische Subsystem eine adaptive Belichtungs einrichtung (190) zum Beibehalten einer konstanten Helligkeit und eine Belichtungssteuerung (212) für die optische Quelle (234) enthält, daß eine Vorrichtung (216) zum Erzeugen eines Histogramms aus Pixelsignalintensitäten bei einer Referenzhelligkeit des Belichtungsstrahls vorgesehen ist, daß eine Vorrichtung zum Be stimmen der Gesamtzahl der Pixel in dem Histogramm vorge sehen ist, daß eine Schwellwert-Recheneinrichtung (218) zum Berechnen der Zahl der Histogrammpixel vorgesehen ist, die einen gewählten Prozentsatz der maximalen Pixelsignalintensitäten und einen Pixelintensitäts-Grau skalenwert enthalten, über dem die maximalen Pixelsignal intensitäten liegen, daß eine Mittelungsvorrichtung (220) zum Bestimmen der mittleren Intensität des aus gewählten Prozentsatzes der maximalen Pixelsignalintensitäten vorgesehen ist und daß eine Vorrichtung (210) zum Ver gleichen der Referenzhelligkeit des Belichtungsstrahls mit einer laufenden Helligkeit des Belichtungsstrahls sowie zum Berechnen eines Helligkeitskorrektursignals daraus vorgesehen ist, mit dem die Belichtungssteuerung (212) angesteuert wird.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwert-Recheneinrichtung (218) Rechenmittel für folgende Rechnung enthält: Schwellenwert = (int) (Bruchteil _* (doppelt)n);wobei "Bruchteil" gleich 0,05 und n die Summe aller Hi stogrammintervalle ist.

13. System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelungsvorrichtung (220) Mittel zum Berechnen der mittleren Intensität oberhalb des gewählten Prozentwertes folgendermaßen enthält (C-Programmcode): wobei "cumm" der Grauskalenwert und "avg" die mittlere Intensität sind.

14. System nach Anspruch 11, 12 oder 13, gekennzeichnet durch Mittel zum Berechnen eines jeweils neuen Helligkeitssteuersignals in der Belichtungssteuerung (212) entsprechend der folgenden Formel l_t+1 = K _* correction _* l_t + (1-K) _* l_twobei l_t der Wert des laufenden Helligkeitssteuersignals zur Zeit t ist, "correction" dem Wert des Helligkeitskor rektursignals entspricht und K eine empirisch bestimmte Konstante ist.

15. System nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (172) eine Vorrichtung zum Kompensieren von Substratverzerrungen mit Mitteln zur Identifizierung eines Abtastdatenbank-Pixelsignals entsprechend Richtmarken auf dem Substrat (86), eine Vorrichtung zum Berechnen der Position der abgetasteten Richtmarken relativ zueinander, eine Vorrichtung zum Vergleich der berechneten relativen Positionen mit idealen relativen Positionen, eine Vorrichtung zum Berechnen von Kompensationssignalen für die Substratverzerrung-Pixelplazierung abhängig von dem Vergleich und eine Vorrichtung zum Kombinieren der berechneten Kompensationssignale für die Verzerrung mit den Abtast-Datenbanksignalen enthält, um jegliche Unterschiede der Pixelplazierung, verglichen mit den idealen Orten und damit Substratverzerrungen zu beseitigen.

16. System nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekenn zeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (172) eine Probeninterpolationsvorrichtung, eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Intensitätswertes für benachbarte Paare der Abtast-Pixelsignale, eine Vorrichtung zum Berechnen eines mittleren Intensitätswertes der benachbarten Signalpaare und eine Vorrichtung zum Berechnen eines Zwischenpixelsignals zwischen dem abgeta steten Pixelpaar mit einem Intensitätswert entsprechend dem mittleren Intensitätswert enthält, wodurch die Abtast- Datenbank-Pixeldichte erhöht wird.

17. System nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekenn zeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (172) eine Vorrichtung zur Kompensation wiederholbarer Bewegungssteuer fehler mit Mitteln zum Erzeugen einer Abtast-Pi xeldatenbank eines Richtsubstrats mit einer Folge von Richtmarken, zum Messen der relativen Positionen der Richtmarken auf dem Richtsubstrat, zum Ver gleichen der gemessenen relativen Positionen mit idealen relativen Positionen, zum Berechnen der Bewe gungssteuer-Pixelplazierungs-Kompensationssignale abhän gig von dem Vergleich, und zum Kombinieren der berechneten Kompensationssignale für die Bewegungssteue rung mit Datenbanksignalen aus der Abtastung eines Substrats enthält.

18. System nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekenn zeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (172) eine Vorrichtung zur Kompensation von Fehlern des optischen Subsy stems mit Mitteln zum Erzeugen einer Pixel-Da tenbank einer Eich-Druckvorlage, die mit dem Subsystem belichtet wird, zum Messen der relativen Positio nen der Richtmarken in der Eich-Druckvorlagendatenbank, zum Vergleich der relativen Positionen der gemes senen Richtmarken mit idealen relativen Positionen, zum Berechnen von Kompensationssignalen für optische Fehler abhängig von dem Vergleich, zum Kompensie ren von Substratverzerrungen mit Mitteln zum Identifizie ren von Pixelsignalen in einer Datenbank entsprechend Richtmarken, die auf das Substrat belichtet wurden, zum Berechnen der Position der abgetasteten Richt marken relativ zueinander, zum Vergleichen der berechneten relativen Positionen mit idealen relativen Positionen, zum Berechnen von Kompensationssigna len von Substratverzerrungs-Pixelplazierungen abhängig von dem Vergleich, zum Kompensieren wiederholba rer Bewegungssteuerfehler und Erzeugen einer Abtast-Pixeldatenbank eines Richtsubstrats mit einer Folge von Richtmarken, zum Messen der relativen Positionen der Richtmarken auf dem Richtsubstrat, zum Vergleichen der gemessenen relativen Positionen mit idealen relativen Positionen, zum Berechnen der Kompensationssignale für die Pixelplazierung abhängig von dem Vergleich und zum Kombinieren der berechneten Kompensationssignale für die Bewegungssteuerung, der be rechneten Kompensationssignale für optische Fehler und der berechneten Kompensationssignale für Substratverzer rungen mit den Abstastdatenbanksignalen zur Entfernung von Differenzen der Pixelplazierung gegenüber idealen Orten enthält.

19. System nach einem der Ansprüche 2 bis 18, gekennzeichnet durch eine Markiervorrichtung (189) an dem Schlitten (70) zum Er zeugen einer Markierung neben jedem identifizierten Feh ler.

20. System nach einem der Ansprüche 2 bis 19, gekennzeichnet durch einen Steuerhebel zum Erzeugen von Steuersignalen (194) zur Bewegung des Schlittens (70) und des optischen Systems relativ zu der Leiterplatte.

21. System nach einem der Ansprüche 2 bis 20, gekennzeichnet durch eine Video-Schwellwerteinrichtung zum Empfang der Kamerasignale und zum Erzeugen entsprechender Videosigna le daraus, durch ein Video-Sichtgerät zur visuellen Dar stellung der eingestellten Videosignale für eine Bedie nungsperson und zum Empfang von Befehlssignalen daraus zur Einstellung der Größe der Videoanzeigesignale, wo durch die Pixel-Darstellungsschwelle eingestellt wird.

22. System nach einem der Ansprüche 2 bis 21, gekennzeichnet durch Mittel zum Falten der Summe der Fehlergewichtungen für eine Anordnung mit den Fehlergewichtungen einer jeden benachbarten Anordnung, wenn die Pixel der Anordnungen einheitlich sind.

23. System nach einem der Ansprüche 2 bis 22, gekennzeichnet durch Mittel zum Konsolidieren der Fehlergewichtung be nachbarter Zellen zur Bildung einer einzigen großen Zelle mit einer aggregierten Fehlerbewertung.

24. System nach einem der Ansprüche 2 bis 23, dadurch gekenn zeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (172) eine Vorrichtung zum Klassieren der Pixelsignale durch Vergleich der Pixelsignale mit einem mittleren Schwellenpegel zur Unterteilung der Pixeldatenbank in obere und untere Pi xelsignalwertklassen und nachfolgenden Vergleich der oberen Wertklasse mit einem oberen Schwellenwert und der unteren Wertklasse mit einem unteren Schwellenwert zur Klassierung eines jeden Pixels in einen von vier Zustän den enthält.