一种快速检测LDI设备状态的方法与流程

一种快速检测ldi设备状态的方法
技术领域
1.本发明涉及一种快速检测ldi设备状态的方法，属于pcb板曝光技术领域。


背景技术：

2.激光直写曝光设备ldi(laser direct imaging)是一种可以直接将pcb板的曝光资料传送到专用的图形处理软件中，由图形处理软件对图形进行处理后再发送到ldi曝光软件上通过由dmd数字微镜阵列、激光器和光路组成的曝光系统，然后直接在板材上实现图形转移的设备。
3.ldi设备主要是由高精密运动平台、曝光系统、对准系统等组成，其中高精密运动平台又包括承载平台以及控制承载平台精确移动的控制设备等，曝光系统又包含dmd数字微镜阵列、多个光源及各自对应的光路系统等；对准系统包含对准相机等。其曝光原理是由多个光源配合数字微镜dmd来实现图形的曝光(后续称为曝光系统)，因此存在多个光源形成光斑的拼接，曝光系统可以是运动的或固定的。高精密运动平台上固定有放置产品的承载平台(吸盘)，通过承载平台运动来实现扫描曝光，曝光时可以扫描1次也可以扫描多次。
4.因为ldi设备曝光过程所处环境温度、湿度等不稳定，或者发生一些突发的问题，例如撞镜头、撞相机、卡板等，会导致设备硬件位置或参数变化，会直接影响产品的质量，比如出现层偏问题、拼接问题等，而又因其本身的结构复杂性，当曝光过程中出现层偏问题、拼接问题时很难判断是哪个地方出现了问题，特别是层偏问题，虽然往往是由高精密运动平台异常造成的，但是高精密运动平台的参数也很多，比如yaw、水平直线度、定位精度等等，假如生产时出现了层偏问题，就需要设备停机，采用标定板或干涉仪来量测排查原因进而进行调整以避免后续产生更多的瑕疵件(考虑标定板或干涉仪价格较高的原因，通常不会每台曝光设备都配备)，该过程需要时间很长，也需要专业的人员，而停机时间长自然会影响产出；因而费时费力，且严重减产，对于生产厂家来说会导致成本上升。
5.而针对拼接问题，现有方法中通常是用设备曝光拼接解析图形，然后用线宽量测仪量测拼接数据，而线宽量测仪同样存在着成本高的问题。工件台检测则是用干涉仪或标定板进行标定，那么同样的，也存在的检测时间长、成本高的问题。


技术实现要素：

6.为了能够解决上述问题，本发明提供了一种快速检测ldi设备状态的方法，所述方法包括：
7.利用ldi设备曝光预先设定的检测图形，所述预先设定的检测图形包含m行*n列的矩阵点；
8.利用ldi设备的对准相机采集曝光后检测图形上各矩阵点的实际坐标值；
9.根据各矩阵点的实际坐标值与理论值的差别确定ldi设备各部件是否处于正常状态。
10.可选的，所述根据各矩阵点的实际坐标值与理论值的差别确定ldi设备各部件是
否处于正常状态，包括：
11.分别获取各矩阵点的实际坐标值与理论值的横坐标差值δx和纵坐标差值δy；
12.若同一行的矩阵点的横坐标差值δx≥5μm，则判断ldi设备中各dmd位置关系处于异常状态；
13.若同一列的矩阵点的横坐标差值δx≥10μm，则判断ldi设备中自己高精密运动平台y轴水平直线度处于异常状态；
14.若同一列的矩阵点的纵坐标差值δy≥15μm，则判断ldi设备中高精密运动平台y轴的定位精度处于异常状态；
15.若同一行的矩阵点的纵坐标差值δy≥5μm，则判断ldi设备中拼接的调试状态处于异常状态。
16.可选的，所述方法还包括：
17.通过检测图形上多行矩阵点纵坐标y1～yn的曲线差异判断平台yaw的状态。
18.可选的，所述方法包括：
19.若检测图形上多行矩阵点纵坐标y1～yn的曲线差异超过10μm，则判断平台yaw的状态出现异常。
20.可选的，所述矩阵点采用实心圆或者圆环。
21.可选的，所述方法用于检测曝光图形的正确性时，矩阵点采用实心圆。
22.可选的，所述方法用于检测曝光图形的对准结果时，矩阵点采用圆环。
23.本发明有益效果是：
24.通过软件自带工具曝光一张包含m行*n列的矩阵点的检测图形，用对准相机测试其曝光点的位置与理论位置比对，并自动对测试数据进行分析，检测设备是否存在问题，快速定位问题点，例如光路是否存在问题、工件台的定位精度、水平直线度、yaw等是否存在问题，节省停机检查的时间；进一步的，通过将矩阵点设置为实心圆或者圆环，分别实现对于图形正确性以及图形对准结果的检测。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1是本发明一个实施例中采用的检测图形示意图；
27.图2是本发明一个实施例中采用的检测图形中圆环的示意图；
28.图3a是本发明一个实施例中公开的检测图形上多行矩阵点纵坐标y1～yn的曲线差异大的示意图；
29.图3b是本发明一个实施例中公开的检测图形上多行矩阵点纵坐标y1～yn的曲线差异小的示意图；
30.图4a是本发明一个实施例中公开的ldi设备拼接调试前dmd所投图形的状态示意图；
31.图4b是本发明一个实施例中公开的ldi设备拼接调试后dmd所投图形的状态示意
图；
32.图5a是本发明一个实施例中公开的ldi设备运动模式下若y轴正常沿直线运动曝光出来的图形示意图；
33.图5b是本发明一个实施例中公开的ldi设备运动模式下若y轴未沿直线运动曝光出来的图形示意图；
34.图6是ldi设备拼接调试不合格扫描曝光出来的图形示意图；
35.图7a是ldi设备运动模式下yaw值正常曝光出来的图形示意图；
36.图7b是ldi设备运动模式下yaw值异常时曝光出来的图形示意图。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
38.为便于理解本技术技术方案，对本技术涉及的部分技术名词解释如下：
39.标定板(calibration board)，即带有固定间距图案阵列的平板；为校正镜头畸变需确定物理尺寸和像素间的换算关系；以及确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，通过相机拍摄标定板、经过标定算法的计算，可以得出相机的几何模型，从而得到高精度的测量和重建结果。
40.拼接：指扫描过程中相邻条带之间的连接。
41.拼接错位：本技术中特指dmd扫描时，不同的扫描条带间连接处y方向存在断差。
42.拼接重合：指拼接处x方向的异常，两个条带重合到了一起。
43.拼接撕裂：指拼接处x方向的异常，两个条带中间有距离。
44.内层对准：在重氮片上压膜后，使用mark在a面打上靶点并曝光图形，在曝光b面时抓取smark在b面点亮的2个对位靶点并曝光，此时两面图像的偏差即为内层对准。
45.外层对准：曝光时，印刷电路板的两层，使用相同对位靶孔，一般为4点对位，此时两层曝光图像的偏差值，即为外层对准。
46.高精密运动平台stage：本系统中通指电控平移台，载着基板移动曝光使用。通常为方形，两轴，可以实现x轴向前、向后，y轴向前、向后；
47.正交度：工件台x&y轴的正交；
48.yaw：工件台y轴在直线运动过程中的偏摆角度。
49.定位精度：从基准点(端点)起朝一个方向以一定间隔依次进行定位，在工作台的移动范围内测量各定位点的测量值(实际从基准点移动的位置)与指令值(发出指令后应实际移动的位置)之差，将其最大差值作为累积误差(定位精度)。
50.水平直线度：从基准位置起朝一个方向依次进行定位，测量各处垂直方向(vertical)、水平方向(horizontal)的偏移量与基准位置之差，连接测量值的起点和终点得一条直线，将相距该直线的偏移的最大差作为直线度。直线度有垂直分量和水平分量。将各分量的最大值作为平台的直线度。
51.实施例一：
52.本实施例提供一种快速检测ldi设备状态的方法，所述方法通过曝光软件控制曝光系统在带干膜的pcb板上曝光出一张检测图形，该检测图形如图1所示包含m行*n列的矩
阵点；矩阵点采用实心圆或者圆环，分别用于检测不同的项目，比如当检测曝光图形的正确性时，矩阵点采用实心圆，用于比较实际曝光图形与原图之间的差异，差异越小认为图形正确性越好；检测曝光图形的对准结果时，矩阵点采用圆环，将实心圆作为上一层，圆环作为曝光层，检测实心圆和圆环之间圆心的偏差值，确认对准效果。圆环示意图如图2所示。
53.图形的大小、矩阵点的数量都可以根据实际需要进行配置，可以控制曝光的层别，对准的类型等。配置好参数后软件工具自动生成gds格式的图形，并根据配置的曝光条件进行曝光。
54.用ldi设备的对准相机采集图上矩阵点的实际坐标，并利用坐标比较方法与gds格式的原图中的坐标进行比较，对得出的数据进行行和列的分析，借此判定目前设备的状态是否正常。
55.根据实际需要配置检测图形的大小、矩阵点的数量可采用曝光软件中包含的小工具，可以配置各项参数，能够控制曝光系统、图形资料数据库等实现图形生成和曝光，控制对准相机进行数据采集并对数据进行处理和分析。
56.所述的坐标比较方法是指在生成gds图形时，其每一个矩阵点的坐标是已知的(即x理论值、y理论值)，曝光完成后干膜曝光过的地方颜色变深，与周围未曝光的地方形成明显的色差，对比度很高，通过对准相机和现有已公开的图像识别算法计算其实际位置(x实际值、y实际值)。软件自动计算这两个坐标位置之间的差异，将计算出的差异数据自动输出。
57.根据检测图形上各矩阵点曝光后的实际值和理论值的差异确定ldi设备各硬件是否出现故障：
58.1、通过检测图形上各行矩阵点横坐标x1～xn的坐标差异判断dmd位置关系的状态；
59.2、通过检测图形上各列矩阵点横坐标x1～xm的坐标差异判断高精密运动平台y轴水平直线度状态；
60.3、通过检测图形上各列矩阵点纵坐标y1～ym的坐标差异判断高精密运动平台y轴的定位精度状态；
61.4、通过检测图形上各行矩阵点纵坐标y1～yn的坐标差异判断拼接的调试状态；
62.5、通过检测图形上多行矩阵点纵坐标y1～yn的曲线差异判断平台yaw的状态。
63.具体的，分别获取各矩阵点的实际坐标值与理论值的横坐标差值δx和纵坐标差值δy；
64.若同一行的矩阵点的横坐标差值δx≥5μm，则判断ldi设备中各dmd位置关系处于异常状态；
65.若同一列的矩阵点的横坐标差值δx≥10μm，则判断ldi设备中自己高精密运动平台y轴水平直线度处于异常状态；
66.若同一列的矩阵点的纵坐标差值δy≥15μm，则判断ldi设备中高精密运动平台y轴的定位精度处于异常状态；
67.若同一行的矩阵点的纵坐标差值δy≥5μm，则判断ldi设备中拼接的调试状态处于异常状态。
68.进一步的，通过检测图形上多行矩阵点纵坐标y1～yn的曲线差异判断平台yaw的
状态；所述曲线指y轴不同位置处x&y正交曲线，若多行矩阵点纵坐标y1～yn的曲线差异超过10μm，则判断平台yaw的状态出现异常，如图3a和图3b分别给出了曲线差异超过10μm和未超过10μm的情形。
69.判定原理分别介绍如下：
70.1、曝光系统是由多个dmd配合成像光路组成的，多个光路的光斑拼接组合成曝光的光路，不管是一次扫描还是多次扫描，都存在光路间的拼接。图4a为拼接调试前dmd的状态，存在y方向的错位或x方向的撕裂和重合，图4b为调整好的拼接状态，x方向的重合和撕裂、y方向的错位都控制在一定的范围内。在持续生产时拼接需要一直保持这种合格的状态，若出现了x、y方向的错位，则会造成产品的品质问题。
71.通过曝光密集的矩阵点，每个光源可以曝光n(n≥1)个点，用来代表该光源的位置，在调整好拼接后，相邻光源可曝光的点之间的距离是固定的，因此曝光系统软件获得每个光源可曝光的n个点的坐标后与理论值相比较，即可确认目前的dmd位置关系是否正常，若测试出来实际位置与理论位置相差超过设定的阈值，曝光系统软件会给出提示检查拼接状态。
72.2、ldi设备曝光时运动模式如图5a和图5b所示，放置有pcb板的吸盘沿y轴方向移动，与曝光的光路(固定的或移动的)方向垂直，对准相机所在的对准轴也与y轴垂直。因曝光时吸盘沿y轴直线运动，因此曝光出来的图形x坐标应保持在一定范围内，即曝光出来的图形为矩形。若吸盘未沿直线运动，则曝光出来的图形为平行四边形，与原图差异过大，会导致对准层偏问题、图形尺寸不符等品质问题。因此可以从矩阵点坐标差异来判定平台的运动情况，若x1～xm坐标差异未超过设定的阈值，则认为y轴的水平直线度在正常状态，若超出阈值则软件会给出提示专业人员检查平台的状态。
73.3、工件台的定位精度是保证曝光图形正确的重要保证，其精度是由工件台的光栅尺决定的，工作环境的温湿度对光栅尺会产生影响，造成定位精度不准确。曝光矩阵点后可以从每列y坐标y1～ym的确定其定位精度是否发生了改变，若实际曝光位置与理论位置差异在设定的阈值范围内则认为平台y轴定位精度正常，若是超出了阈值则曝光系统软件会给出提示检查平台的定位精度并根据测试数据进行补偿。
74.4、多光路间的拼接存在x和y两个方向，曝光时工件台y轴运动方向与曝光光路所在的轴垂直，进行扫描曝光。为了保证曝光出来的图形是一个矩形，需要注意拼接y方向的调试，要保证每行的y坐标y1～yn差异不大，即扫描出来是一条与y轴垂直的直线，而不是斜线。如果有倾斜的话会导致曝光出来的图形变形，如图6所示。若测试坐标y1～yn的差异过大超过了阈值，则曝光系统软件给出提示检查拼接，重新调试。
75.5、yaw是平台在运动过程中的左右偏摆，这种偏摆会导致图形变形，常规做法是用激光干涉仪或标定板加相机来测试yaw的情况，但激光干涉仪造价很高且需要专业的人员架设和测试，无法快速得到结果，而标定板加相机的方案则需要在曝光系统上增加一个相机和移动轴，成本上比较高。因为这种偏摆会导致y轴与x轴的正交发生变化，如图7a和图7b所示，因此可以利用这一特点，通过曝光图形来反向判定yaw的状态。若yaw在合格的状态，则每行的y坐标之间差异不大，若yaw值超标，则每行的y坐标之间差异很大。可以通过测试整版矩阵点坐标，从中提取出每一行的y坐标，对比每行y坐标之间的差异是否超过阈值，若超过设定的阈值则曝光系统软件给出提示判定工件台yaw值异常，需要进一步确认或进行
调试。
76.本发明实施例中的部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。
77.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。