DE69514016T2

DE69514016T2 - Bohrkoordinaten-Optimierung für mehrschichtige Leiterplatten

Info

Publication number: DE69514016T2
Application number: DE69514016T
Authority: DE
Inventors: Wojciech B. Kosmowski; John M. Rudolph
Original assignee: Dynamotion ABI Corp
Current assignee: Dynamotion ABI Corp
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1995-02-28
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2015-03-01
Also published as: US5529441A; EP0669792A2; EP0669792A3; DE69514016D1; EP0669792B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Bohren von Löchern in Mehrlagenleiterplatten und im besonderen ein Verfahren zum Optimieren der Bohrlochstrukturen zum Ausgleichen von Schichtverschiebungen in den verschiedenen Lagen der Leiterplatte.
Mit der zunehmenden Geschwindigkeit und Komplexität von elektronischen Produkten wachsen auch die Herausforderungen bezüglich der Fertigung dieser Produkte. Die immer kleiner werdenden Linienbreiten der Hightech-Elektronik sind notwendig, um die hohen Taktgeschwindigkeiten der Digitalelektronik zu erzielen. Diese Miniaturisierung wird oft erreicht, indem Leiterplatten mit mehr innere Lagen versehen werden und die Größe der Strukturelemente reduziert wird. Für die Miniaturisierung müssen alle Fertigungsprozeßtoleranzen reduziert werden.
Ursprünglich hatten durchkontaktierte Löcher in Mehrlagenleiterplatten zwei Aufgaben: die Lagen miteinander zu verbinden und die Montage von Bauelementen zu ermöglichen. Die Oberflächenmontagetechnologie beseitigte die Notwendigkeit der Bauelementmontagefunktion. Aus diesem Grund ist der einzige Zweck des durchkontaktierten Lochs die Verbindung der Lagen der Mehrlagenleiterplatte miteinander.
Der Bedarf für hohe Geschwindigkeit in Schaltungen schreibt eine hohe Leiterdichte vor, folglich werden kleinere Leiterbahnen und Kontaktinseln entworfen.
Leiterplattenmaterial ist inhärent unstabil, weshalb kleine Strukturelemente bei der Schichtung driften. Die Schichtungsdrift wird im Verhältnis zum Strukturelement der Schaltung größer. Beispielsweise stellt eine Drift von 0,002 Zoll bei der Schichtung einen kleinen Anteil einer Kontaktinsel mit 0,030 Zoll Durchmesser dar (1 Zoll = 2,54 cm). Die gleiche Drift von 0,002 Zoll ist aber bei einer Kontaktinsel von 0,01 Zoll sehr erheblich. Darüber hinaus beträgt der Ringwulst einer Kontaktinsel mit einem Durchmesser von 0,330 Zoll mit einem Loch mit 0,018 Zoll Durchmesser 0,006 Zoll im Gegensatz zu dem einer 0,010-Zoll-Kontaktinsel mit einem Lochdurchmesser von 0,006 Zoll, der 0,002 Zoll beträgt. Für diesen Zustand wird keine absolute Positionierungsgenauigkeit erfordert, da die Bauelemente nicht durch das Loch montiert werden. Stattdessen ist die einheitliche Drift aller Lagen während der Schichtung notwendig, um alle Lagen der Schaltung aufeinander auszurichten. Die verbleibende Aufgabe ist es, die Kontaktinsel zu finden und die tatsächliche Drift zu bestimmen und das Loch durch sie hindurchzubohren, ohne den Ringwulst zu durchbrechen.
Die Produktion hochdichter Mehrlagenleiterplatten beinhaltet einen Schichtungsprozeß. Während der Schichtung wird der Lagenstapel Prozeßwärme und -druck ausgesetzt, um die Lagen miteinander zu verbinden. Während dieses Vorgangs kommt es in der Position der Schaltung in jeder Lage zu Maßänderungen. In den meisten Fällen sind spezielle Probestücke mit Justiermarken in die Leiterplatten integriert, um den Grad der Bildverschiebung während des Schichtungsprozesses zu bestimmen. Durch Vergleichen von Nennpositionen mit den Istpositionen der Justiermarken kann der Verschiebungsgrad bestimmt werden. Die Verschiebungen aller Punkte können mit dem Computer analysiert werden, um die durchschnittliche Korrektur in der X-, Y- und Theta-Achse zu bestimmen, um die Struktur zu optimieren und die beste Anpassung zwischen den theoretischen und den tatsächlichen Achsen der Leiterplatte zu bestimmen.
Die ständig abnehmende Größe hochdichter Mehrlagenstrukturen stellt höhere Anforderungen an die Überdeckungsgenauigkeit. Festjustageverfahren sind für die Genauigkeiten, die zum Gewährleisten der richtigen Justierung zwischen Schaltungsdetails und gebohrten Löchern bzw. Justierungskanten der hochdichten Mehrlagenlagerplatten benötigt werden, nicht mehr angemessen. Externe Röntgenverfahren zum Bestimmen der Verschiebung sind zeitraubend und nicht sehr genau. Bei derartigen Verfahren kommt gewöhnlich ein alleinbetriebsfähiges, von der Bohrmaschine abgesetzt angeordnetes Röntgensystem zur Anwendung, das erfordert, daß die Leiterplatte von der Bohrmaschine entfernt wird, und keine angemessene Auflösung erbringt. Korrekturzahlen mußten außerdem von Hand in die Steuerung der Bohrmaschine eingegeben werden. Dieses Verfahren ist langsam und nicht genau genug. Außerdem erfordert es die Beförderung der Leiterplatte von der Bohrmaschine weg, was Bearbeitungsfehler in den Prozeß einführt.
EP-A-0506217 beschreibt ein Verfahren zum Optimieren von Bohrkoordinaten in einer Mehrlagenleiterplatte, bei dem ein Periskop verwendet wird, um Bilder der Kanten von Teststrukturen in Seitenwänden von Öffnungen zu erhalten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein praktisches Mittel zum Bestimmen von Schichtungsdrift in den Mehrlagenleiterplatten bereitzustellen und geeignete Korrekturen anzuwenden, um vor dem Bohren die beste Anpassung zwischen der tatsächlichen und der theoretischen Struktur zu erhalten, ohne die Leiterplatte von der Bohrmaschine zu entfernen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es wird ein Verfahren zum Optimieren von Bohrkoordinaten in einer geschichteten Mehrlagenleiterplatte beschrieben, um Verschiebungen zwischen Schichten gegenüber Nennausrichtungen auszugleichen. Dieses Verfahren beinhaltet die folgende Schrittfolge:
Bilden einer oder mehrerer beabstandeter Teststrukturen in wenigstens zwei der Lagen vor dem Schichten der Lagen zum Bilden der Leiterplatte, die an einer oder mehreren vorbestimmten Nennteststrukturstellen in den Lagen angeordnet sind, so daß eine Teststruktur in wenigstens einer Lage eine Teststruktur in einer anderen Lage unter Leiterplattenmontage- Nennbedingungen nominell überdeckt;
Formen einer Öffnung in einer freiliegenden Oberfläche der geschichteten Leiterplatte an jeder der Teststrukturstellen, die eine Tiefe hat, die ausreichend ist, um jede Lage zu durchdringen, in die die Teststrukturen eingeformt sind, und die eine Querschnittsabmessung hat, deren Größe von einer Abmessung an der Leiterplattenoberfläche auf eine kleinere Abmessung abnimmt, wodurch Kanten der Teststrukturen in Seitenwänden der Öffnungen freigelegt werden;
Erzeugen eines einzelnen Bildes jeder Öffnung von oberhalb der Oberfläche, wobei jedes Bild Pixel aufweist, die die freigelegten Kanten der Teststrukturen darstellen;
Verarbeiten der Bilder, um anhand der freigelegten Kanten der Teststrukturen Abweichungen von Nennpositionen der Teststrukturen der Lagen zu bestimmen; und
Verwenden der Abweichungen, um Bohrkoordinaten zum Ausgleichen von Abweichungen zu optimieren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Öffnungen kegelig und werden von einem konischen Schneidwerkzeug geformt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine automatisierte Bohranlage nach der Definition in Anspruch 11.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird im folgenden eine automatisierte Bohranlage beschrieben. Die Anlage weist einen Arbeitstisch mit Einrichtungen zum Justieren einer montierten Position eines Werkstücks auf und eine Bohrspindel, die eine orthogonal zum Arbeitstisch montierte Spindelachse hat. Sie weist eine optische Bildeinrichtung auf zum Erfassen digitalisierter optischer Bilder eines Bereichs des auf dem Arbeitstisch montierten Werkstücks von einer Bildposition, die allgemein orthogonal zum Arbeitstisch und von einer Oberfläche des an der Justierungsposition montierten Werkstücks beabstandet ist. Eine Präzisionspositioniereinrichtung bewirkt die relative Bewegung zwischen dem Arbeitstisch und der Spindel und zwischen dem Arbeitstisch und der Bildposition in einer Ebene, die orthogonal zu einer Spindelachse ist.
Ein Nennbohrstrukturprogramm gibt die Nennbohrgröße und die Koordinaten einer in die Leiterplatte zu bohrenden Bohrstruktur an. Die Anlage weist des weiteren eine Bohrkoordinaten-Optimierungseinrichtung zum Ausgleichen der Nennbohrkoordinaten für Zwischenlagenverschiebungen von die Leiterplatte bildenden Lagen aus Nennpositionen auf. Dabei umfaßt die Optimierungseinrichtung (ein) Mittel, um an den Nennteststrukturstellen eine Öffnung in die Leiterplatte zu schneiden, wobei die Öffnung eine Öffnungstiefe und eine Querschnittsabmessung hat, die von der genannten Leiterplattenoberfläche bis zu der Tiefe kleiner wird, um Teile der Teststrukturen in den genannten verschiedenen Lagen von oberhalb der Oberfläche aus zu betrachten.
Die Optimierungseinrichtung hat des weiteren Einrichtungen zum Betreiben des Positioniersystems für jede Teststrukturstelle, um die Öffnung im Verhältnis zur Bildposition zu positionieren, so daß ein optisches Bild der Öffnung von der Bildstelle sichtbar ist, sowie Einrichtungen zum Betreiben der Bildeinrichtung zum Erfassen eines Einzelbilds der Öffnung und der sichtbaren Teile der Teststrukturen. Ein Prozessor verarbeitet die Bilder, um Abweichungen von Nennlagenpositionen der betreffenden Lagen zu bestimmen und Ausgleichwerte zu berechnen, und ändert die Nennlochkoordinaten um die Ausgleichwerte. Die Systemsteuerung betätigt dann die Positioniereinrichtung und die Bohrspindel, um die Löcher gemäß ausgeglichener Lochkoordinaten in die Leiterplatte zu bohren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung einer beispielhaften Ausgestaltung von ihr offensichtlicher, die in den Begleitzeichnungen veranschaulicht wird. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht der Oberseite einer beispielhaften Mehrlagenleiterplatte mit einer in jeder Lage definierten Mehrzahl von Teststrukturen gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnittansicht entlang Linie 2-2 von Fig. 1;
Fig. 3 eine beispielhafte Teststruktur gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Bohranlage;
Fig. 5 eine Frontansicht eines Teils der Bohranlage von Fig. 4;
Fig. 6 eine Querschnittansicht einer Leiterplatte durch eine konische Öffnung, die in sie geschnitten wurde, um Teststrukturen erfindungsgemäß freizulegen;
Fig. 7 und 8 sind beispielhafte, von oberhalb der konischen Leiterplattenöffnung von Fig. 6 aufgenommene Kamerabilder;
Fig. 9A und 9B ein Ablaufdiagramm des Optimierungsverfahrens der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine andere Form einer in die Leiterplatte geformten Teststrukturöffnung, die durch sequentielle Verwendung nach und nach kleinerer Bohrwerkzeuge gebildet wurde;
Fig. 11 eine Eichstation zum Eichen der Beziehung der Schneidwerkzeugspitze zum Spindeldruckfuß zum Ermöglichen der präzisen Steuerung der Tiefe eines Bohrhubs;
Fig. 12 eine Teststruktur, die eine Matrix von Kreuzen umfaßt;
Fig. 13 ein beispielhaftes Koordinatensystem für Ausgleichkalkulationen in einem beispielhaften Algorithmus "bester Anpassung, kleinster Quadrate".

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG

Die vorliegende Erfindung bestimmt Korrekturen, die auf ein Leiterplattenbohrprogramm anzuwenden sind, um die Bohrlochstrukturen in bezug auf die verzerrten Lagen zu optimieren. Eine Optimierungseinrichtung bestimmt mathematisch die Ausgleichwerte (X-Versatz, Y-Versatz, X-Dehnung, Y-Dehnung und Drehung), so daß Ringwulste mit kreisförmigem Querschnitt auf ausgewählten Lagen keinen Durchbruch aufweisen, wenn ein Loch gebohrt wird. "Durchbruch" bezieht sich auf den Teil eines Bohrlochbereichs, der sich außerhalb des Kontaktinselumfangs erstreckt. Diese Methode überprüft auch die Lagenüberdeckung und verhindert Bohren einer übermäßig verzerrten Platte, die die endgültigen Entwurfsziele nicht erfüllen kann. Dieses Verfahren zeigt gegenüber konventionellen Methoden hinsichtlich Geschwindigkeit, Genauigkeit, Justiermarkenbereich und Einfachheit Vorteile auf.
Fig. 1 ist eine Ansicht auf die Oberseite einer beispielhaften geschichten Mehrlagenleiterplatte 40. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zu jeder der vier Ecken jeder Lagenvorlage für die Leiterplatte 40 eine Justierkreuzstruktur 30, die zwei orthogonale 5 bis 10 Milli- Inch lange Linien 32 und 34 aufweist, hinzugefügt (1 Milli- Inch entspricht 25,4 um). Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Struktur, Jede Kreuzstruktur ist auf jeder Lage genau an der gleichen Nennkoordinatenposition angeordnet, und die Nennkoordinaten aller Justiermarkenstrukturen sind bekannt. Jede Lage weist gewöhnlich eine Oberflächenschicht aus leitfähigem Material, wie z. B. Kupfer, auf einem dielektrischen Substrat auf. Die leitfähige Schicht wird mit Hilfe konventioneller Leiterplattenherstellungsverfahren selektiv weggeätzt, um die Justiermarke zu bilden. Die Strukturen 30 können in einen 0,125-Zoll-Ringwulst plaziert werden, wobei keine Linien über den Ring hinausverlaufen (1 Zoll = 2,54 cm). Der Ring ist wahlfrei, demonstriert aber die kleine erforderliche Fläche, die zur Anwendung dieser Methode benötigt wird. Die verschiedenen Lagen werden dann zum Bilden der Mehrlagenleiterplatte in der konventionellen Weise miteinander geschichtet. Und es ist während dieses Schichtungsprozesses, daß es als Folge der angewendeten Wärme und des ausgeübten Drucks zu Verschiebungen der verschiedenen Lagen von den fluchtenden Nennpositionen kommt. Die vorliegende Erfindung soll derartige unerwünschte Verschiebungen ausgleichen.
Die nächste Stufe im Fertigungsprozeß einer fertigen Leiterplatte ist das Bohren der vielen Löcher, die typisch für Verbindungen zwischen Punkten auf den Lagen verwendet werden.
Die Mehrlagenleiterplatte 40 mit der in jeder Lage definierten Justierkreuzstruktur 30 wird auf der Aufspannplatte 52a einer Bohranlage 50 befestigt, wie in Fig. 4 gezeigt, die mit einem maschinellen Sichtsystem ausgerüstet ist, das ein Bildsystem 62 mit einem telezentrischen Objektiv 64 und einen Bildverarbeitungsrechner 66 aufweist. Das System 50 wird von einer Systemsteuerung 70 gesteuert und weist einen Arbeitstisch 52 auf, auf dem die Aufspannplatte 52A montiert ist. Ein Präzisions-X-Y-Positionierer 54 positioniert den Arbeitstisch 52 im Verhältnis zu einer Bohrspindel 56, die ein Bohrwerkzeug 58 antreibt, und im Verhältnis zu dem Bildsystem 62 und dem Objektiv 64 präzise. In einer beispielhaften Ausgestaltung bewegt der X-Y-Positionierer 54 den Tisch 52 an der Y-Achse entlang und bewegt die Spindel und das Objektiv an der X-Achse entlang, um das Werkstück 40 im Verhältnis zur Spindel und zum Objektiv zu positionieren, die an einem beweglichen Schlitten montiert sind, der an der X-Achse entlang gefahren werden kann und an einem obenliegenden Träger angebracht ist, der sich ebenfalls an der X-Achse entlang erstreckt. Die Spindel bewegt das Bohrwerkzeug zum Durchführen von Bohrsequenzen auf der Z-Achse. Derartige Positioniersysteme mit Achsenteilung sind im Fach gut bekannt.
Alternativ könnte auch ein X-Y-Positionierer verwendet werden, wie er im US-Patent 4,761,876 beschrieben wird.
Die Bohranlage 50 weist des weiteren einen Werkzeugwechsler 60 zum Ausgeben verschiedener Werkzeuge auf, die beim Einsatz der Anlage verwendet werden. Ein geeigneter Werkzeugwechsler und ein geeignetes Betriebsverfahren werden z. B. in US-Patent 5,068,958 beschrieben.
Fig. 5 veranschaulicht eine beispielhafte Anordnung von Elementen der Bohranlage 50 detaillierter. Die Spindel 56 weist einen Z-Achsen-Motor 56A, ein Gehäuse 56B und einen Rotationsspindelantriebsmotor 56C mit einem Rotor auf, an dem ein Werkzeugspannfutter 56D befestigt ist, das das Werkzeug 58 befestigt. Das Spindelgehäuse 56B ist an einem Schlitten 84 befestigt, der zur Translation an einem horizontalen Träger 80 entlang angeordnet ist, der von vertikalen Stützen 82 über dem Arbeitstisch 52 fixiert ist. Die Kamera 62 ist ebenfalls am Schlitten 84 befestigt und bewegt sich mit der Spindel entlang der X-Achse. Die Kamera 62 weist in einer bevorzugten Form ein CCD-Array zum Erzeugen eines digitalisierten Bildes der durch das Meßobjektiv 64 betrachteten Szene. Für diesen Zweck geeignete Kameras sind im Handel erhältlich, z. B. die hochauflösende Miniatur-CCD-Kamera TM-7CN, die von PULNix America Inc., 770 Lucerne Drive, Sunnyvale CA 94806 vertrieben wird. Das maschinelle Sichtsystem weist des weiteren einen LED-Lichtring 62A auf, der einen Ring von um den Umfang des Objektivs 64 herum angeordneten LED-Dioden umfaßt, um für die Beleuchtung der in der Leiterplatte 40 eingeformten konischen Bohrungen zu sorgen. Es wurde festgestellt, daß die Verwendung einer roten Beleuchtungsquelle zum Bereitstellen detaillierter Bilder von der Leiterplatte gut funktioniert. Der Werkzeugwechsler 60 weist ein Werkzeugmagazin 60A auf, das am Schlitten 84 montiert ist, sowie einen an einer Seite des Arbeitstischs 52 montierten Werkzeugwechslergreifer 60B. Die Nennkoordinaten und Lochgrößen für das betreffende Werkstück 40 werden von einem Werkstückbohrprogramm 72 definiert. Die Bohrkoordinaten und Programmspezifikationen werden selbstverständlich auf den jeweiligen Werkstücktyp abgestimmt. Das Bohrprogramm kann von der Systemsteuerung 70, z. B. durch ein Diskettenlaufwerk oder eine andere konventionelle Dateneingabevorrichtung, aufgerufen werden.
Die Genauigkeit ist besser, wenn die Bohranlage 50 zum Messen und Bohren der Leiterplatte verwendet wird, ohne daß sie von den Fixierstiften 52B abgenommen werden. In einer typischen Bohranlage kann schon das einfache Abnehmen der Leiterplatte von den Fixierstiften und ihr Wiederanbringen einen Positionsversatz von 0,0004 Zoll ausmachen. Dieser Fehler kann in einer typischen Anwendung ein Drittel der gesamten zulässigen Toleranzen aufbrauchen.
Zum Optimieren der Bohrkoordinaten für die betreffende Leiterplatte 40 wird die Bohranlage 50 dann unter Computersteuerung betrieben, um in jedem Eckjustiermarkenbereich eine kegelförmige Öffnung in die Leiterplatte zu schneiden, wobei Kanten der 5- bis 10-Milli- Inch-Linien jeder Lage freigelegt werden. Die Öffnung kann beispielsweise mit Hilfe eines konventionellen Senkwerkzeugs 45 geschnitten werden, das eine Spitze hat, die einen eingeschlossenen Winkel von ungefähr 100 Grad definiert, obwohl auch andere Winkel zufriedenstellende Sicht der Lagen ergeben.
Die Bohranlage 50 steuert die Tiefe des den Öffnungsbereich 42 bildenden Schneidvorgangs präzise. Zum Gewährleisten einer präzisen Tiefensteuerung wird die Position der Spitze des Schneidwerkzeugs im Verhältnis zum Spindeldruckfuß jedesmal, wenn das Schneidwerkzeug aus dem Werkzeugwechsler entnommen wird, geeicht. Eine beispielhafte Methode für diese Eichung ist in Fig. 11 veranschaulicht. Die Anlage 50 weist eine Eichstation 90 auf, die an der Seite des Arbeitstisches 52 neben dem Werkzeugwechslergreifer 60B montiert ist. Die Station hat eine Oberfläche 90A und einen Lichtsensor, der einen Halbleiterlaser 90B zum Erzeugen eines Sensorstrahls 90C eine genau bekannte Entfernung unter der Oberfläche 90A und einen auf die Laserwellenlänge abgestimmten Lichtempfänger zum Erfassen des Strahls aufweist. In die Oberfläche 90A ist eine Öffnung 90E eingeformt. Die Spindel mit dem Schneidwerkzeug im Spindelspannfutter wird über die Eichoberflächenöffnung 90E bewegt, wie in Fig. 11 gezeigt, und der Z-Achsenantrieb der Spindel wird aktiviert, um das Werkzeug behutsam zur Eichstation zu senken. Wenn das Werkzeug gesenkt wird, berührt der Druckfuß die Oberfläche 90A, was zu einer relativen Bewegung zwischen dem Druckfuß und dem Spindelkörper in der konventionellen Weise führt. Positionssensoren 56F und 56 G verfolgen die Bewegung des Spindelkörpers an der Z-Achse entlang bzw. die Bewegung des. Druckfußes relativ zum Spindelkörper. Das Werkzeug wird gesenkt, bis seine Spitze den Laserstrahl durchbricht, wodurch der Sensor ausgelöst wird. Die relative Bewegung des Druckfußes wird von dem hochauflösenden (0,000020 Zoll) Linearskalensensor 56 G überwacht. Die Entfernung, um die sich der Spindelkörper, nachdem der Druckfuß die Oberfläche 90A berührt hat, nach unten bewegt, bis der Sensordetektor 90D ausgelöst wird, ergibt eine Messung, die, mit der Entfernung des Strahls von der Oberfläche 90A, dazu verwendet werden kann, die genaue Beziehung der Bohrerspitze zu dem Druckfuß zu berechnen. Dies wiederum erlaubt es der Anlage, jeden Bohrhub auf eine sehr präzise Tiefe, z. B. innerhalb ±1,5 Milli-Inch, präzise zu steuern.
Fig. 6 illustriert eine Querschnittansicht eines Teils einer beispielhaften Leiterplatte 40, in die entlang einer Kernachse 33 ein kegelförmiger Öffnungsbereich 42 geschnitten wurde, um Ränder der Linien der Teststruktur jeder Lage freizulegen. Die beispielhafte Leiterplatte 40 in Fig. 6 hat somit vier dielektrische Lagen 40A bis 40D, auf denen Justierstrukturlinien 32A-32D und 34A-34D vor der Schichtung der Lagen gebildet wurden.
Anstatt eines glatt kegelförmigen Öffnungsbereichs 42, wie z. B. einer konischen Konfiguration, kann der Öffnungsbereich 42 auch durch sequentielles Verwenden konventioneller Bohrer mit zunehmend kleinerem Durchmesser geformt werden, indem jeweils die Werkzeuggröße gewechselt wird, wenn die nächste Querlage freigelegt wird, wodurch eine Öffnung mit gestuften Durchmessern produziert wird, die beim Freilegen jeder weiteren Lage jeweils kleiner werden. Mit diesem Vorgang kann der Sichtcomputer die Tiefe jeder Lage genau überwachen. Darüber hinaus kann diese Art von Öffnung in einigen Fällen bessere Sicht und Auflösung ergeben, da auf jedem Lagenabsatz ein jeweils größerer Bereich jeder Querlinie freigelegt wird. Eine derartige alternative Öffnungskonfiguration 42' ist in Fig. 10 für eine Fünflagenleiterplatte 40' dargestellt. Hier wird ein Schneidwerkzeug mit einem Durchmesser D1 verwendet, um eine flache Öffnung bis auf die Tiefe der Teststruktur auf der zweiten Lage zu schneiden, ein Schneidwerkzeug mit einem Durchmesser D2, der kleiner als D1 ist, wird verwendet, um ein geringfügig tieferes Loch bis auf die Tiefe der Teststruktur auf der dritten Lage zu schneiden, und so weiter, wobei Bohrer mit Durchmesser D3 und D4 mit jeweils kleinerem Durchmesser verwendet werden. Mit zunehmender Lagenzahl stimmt die Steuerung das Loch auf die optimale Sicht ab.
Die Bohrmaschine saugt sämtlichen Abfall vom Loch 42 ab und steuert den Bohrprozeß, so daß das Leiterplattenmaterial nicht schmilzt und das optische Bild verschmiert. Dies wird auf die konventionelle Weise durch Steuern der Bohrwerkzeugdrehzahl und -vorschubgeschwindigkeit erreicht, um ein Verschmieren des Epoxids zu vermeiden, so daß die Schneidspitzentemperatur unter der Schmelztemperatur des Epoxids bleibt.
Der kegelförmige Öffnungsbereich 42 ermöglicht das Betrachten aller freigelegten Teile der Strukturkreuze der Lagen von einer Position über der Leiterplatte 40 aus. Der Präzisionspositionierer wird betätigt, um jede Öffnung 42 sequentiell direkt unter dem Objektiv 64 des Sichtsystems zu positionieren. Beim Positionieren jeder Öffnung unter dem Objektiv wird das Sichtsystem dann betätigt, um die Öffnung mit rotem Licht zu beleuchten, und ein einzelnes Bild des Öffnungsbereichs wird vom Sichtsystem aufgenommen. Fig. 7 veranschaulicht ein beispielhaftes Kamerabild einer Öffnung 42, bei dem die freigelegten Kanten von Teststrukturen aufeinanderfolgender Lagen sichtbar sind; in diesem Beispiel fluchten die Teststrukturen mit den Nennkreuzachsen 31A und 31B und veranschaulichen daher den Nennfall, in dem die geschichteten Lagen nach dem Schichtungsprozeß noch die perfekte Justierung aufweisen. In einem solchen Fall braucht keine Änderung zur Optimierung der Bohrkoordinaten durchgeführt zu werden.
Fig. 8 veranschaulicht ein beispielhaftes Kamerabild einer Öffnung 42 in einer beispielhaften, typischen Leiterplatte 40, bei der während des Schichtungsprozesses ein Verschieben und/oder Drehen der Leiterplattenlagen 40A bis 40D im Verhältnis zueinander stattgefunden hat. Die Verschiebungen und Drehungen der Lagen im Verhältnis zueinander sind in einem einzelnen, vom Bildsystem 62 durch das Objektiv 64 aufgenommenen Bild sichtbar.
Das Bild der Öffnungsansicht von oben, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt, wird vom Bildverarbeitungsrechner 72 digitalisiert und verarbeitet, um die Grade der Verschiebung der Lagen 40A-40D im Verhältnis zueinander zu bestimmen. Effektiv bestimmt der Bildverarbeitungsrechner für jede Lage X- und Y-Versatzwerte, die den Versatz der tatsächlichen Mitte der Teststruktur von der Nennmitte der Teststruktur darstellen.
Alle Ausgleichdaten für jede Justiermarkenstrukturöffnung werden mit einem Bild oder Rahmen gesammelt. Es wird keine mechanische Vorrichtung zum Hinein- und Herausbewegen oder Drehen während der Datenerfassung benötigt. Ein Meßobjektiv 64 hoher Schärfentiefe schließt Fehler, die sich aus kleinen Änderungen im Linie/Objektiv-Abstand ergeben, praktisch aus. Ein derartiges Meßobjektiv blickt senkrecht auf alle Teilstrukturelemente, wodurch es unverzerrte Bilder produziert und einen geraden Blick in Bohrungen und Löcher hinein zuläßt. Identische Teilstrukturelemente können, unabhängig von ihrer Entfernung zum Objektiv, über die gesamte Schärfentiefe auf die gleiche Größe geprüft werden. Derartige Objektive sind im Handel erhältlich. Beispielhafte zweckgeeignete Objektive werden von Melles Griot Optics, 55 Science Parkway, Rochester, NY 14620 vermarktet, z. B. als die Objektivereihe "Invarigon Optical Comparator", wie das Grundobjektiv und das Objektiv mit fester Vergrößerung, Modellnummern 59 LGA 499 und 59 LFG 410. Ein derartiges telezentrisches Objektiv benötigt keine Vario-Objektiv-Funktion und vermeidet daher die Vario- Objektiv-Meßmethoden eigenen Fehler.
Die Einfachheit dieses Verfahrens läßt Langzeitgenauigkeit ohne periodische Eichungen und Einstellungen zu. Es gibt keine zu Beschädigungen oder Justierfehlern neigenden, empfindlichen Mechanismen, die in einen beengten Bereich hineinbewegt werden müssen, um die Lagenjustage zu beurteilen.
Das maschinelle Sichtsystem bestimmt die Mitte der Kreuzjustiermarke für jede Lage, indem es den gemessenen Abstand der vier freigelegten Querschnittssegmente der Justiermarkenstrukturlinien in der gleichen Lage zur Nennmittenposition der Justiermarke mittelt. Die Mittelpunkte von jeder Kreuzjustiermarke werden dann zum Berechnen einer Mitte für die Strukturstelle verwendet. Dies kann einfach ein Mittel der Mittenpositionen jeder Lage oder eine beste Anpassung der Mitten jeder Lage sein, um eine bestimmte Teststrukturmittenstelle zu ergeben. Zur Wichtung der Bedeutung jeder Lage kann Software verwendet werden. Auf diese Weise werden Lagen mit kritischem Spiel weniger wichtigen gegenüber vorgezogen. Wenn das Justierkreuz in allen Lagen vorhanden ist, bestimmt das Sichtsystem anhand der Position der Lagen um den Objektivmittelpunkt herum, welche Lagen welche sind.
Nachdem alle vier Eckjustiermarkenbereiche untersucht worden sind und der Sichtcomputer die Bilder verarbeitet hat, um einen Koordinatensatz für jeden Justiermarkenbereich bereitzustellen, der die tatsächliche Mitte dieses Bereichs andeutet, wendet die Bohranlagensteuerung einen mathematischen Algorithmus entsprechend "kleinste Quadrate, beste Anpassung" an, um die Ausgleichwerte zun Anwenden auf das Bohrprogramm zu bestimmen. Die Korrektur wird als die konventionellen Bohrmaschinenausgleichwerte X-Versatz, Y-Versatz, X-Dehnung, Y-Dehnung und Drehung definiert. Der Ausgleich wird nur für die betreffende, vom System analysierte Leiterplatte verwendet und muß für jede neue Leiterplatte erneut bestimmt werden. Die Bohrmaschine muß die Ereignisfolge steuern, um sicherzustellen, daß Versätze für eine frühere Leiterplatte nicht auf die Justiermarkenstellen einer neuen Leiterplatte angewendet werden.
Ein beispielhaftes Verfahren mit beispielhaftem Algorithmus wendet die folgenden Schritte an, um die ausgeglichenen Bohrkoordinaten bereitzustellen. Dieses Verfahren setzt das in Fig. 13 gezeigte Koordinatensystem ein, bei dem folgendes gilt: (X, Y) = Koordinaten von Punkten relativ zum Ausgangskoordinatensystem der X-Y-Stufe, (X, Y) = Koordinaten von Punkten relativ zum theoretischen oder Nennmittenkoordinatensystem der Leiterplatte, (X, Y) (sic...*) oder (X, Y)(sic..*) = Datenpunkte der theoretischen (Einstellungs-) Leiterplatte.
1) Dateneingabe:
(X, Y)-Datenpunkte vom Sichtsystem auf der Grundlage des Ausgangskoordinatensystems der X-Y-Stufe lesen. (X&sub1;, Y&sub1;) = erster Datenpunkt; (X&sub2;, Y&sub2;) = zweiter Datenpunkt; ... (Xn, Yn) = n-ter Datenpunkt, wobei n eine gerade Zahl ist.
2) Datenpunkte in (X, Y)-Koordinatensystem transformieren, das im Symmetriezentrum der theoretischen Leiterplattenposition angeordnet ist:
Xn = Xn - ΔX
Yn = -Yn + ΔY
wobei ΔX und ΔY Werkzeugkonstanten sind.
3) Werkzeugkonstanten bestimmen:
(ΔX, ΔY) = Versatz zur Stelle der theoretischen Leiterplattenmitte.
(X, Y)(sic...*) = Koordinaten der idealen oder Einstellungsleiterplatte, wobei n = 1, 2, ... N = Punktezahl. Xn = Xn - ΔX (SiC...*) und Yn = -Yn + ΔY(sic...*).
4) Konstanten für einen Satz Eingabedaten berechnen:
(sic...*2)
wobei alle Summierungen über n = 1 bis N sind.
5) Transformationsvariablen berechnen:
(sic...*2)
6) Tatsächliche Bohrstrukturkoordinaten auf der Grundlage bekannter/theoretischer oder idealer Koordinaten berechnen:
θ = Arkustangens ((B - A)/(I + J))
(sic...*3)
oder
(sic...*2)
Zum Überarbeiten von Bohrstellen auf der Leiterplatte oder zum Vervollständigen eines Bohrvorgangs, nachdem die Leiterplatte nach teilweisem Bohren zum Durchführen eines weiteren Bearbeitungsschritts entfernt wurde, müssen die Ausgleichwerte wiederhergestellt werden. Drei Methoden sind möglich. Bei einer Methode wird die Sichtmaschine zum Nachprüfen der bereits geschnittenen kegelförmigen Prüflöcher verwendet, um die Korrekturwerte zu bestimmen. Bei einer zweiten Methode wird ein weiteres kegelförmiges Loch mit einem bestimmten Versatz zum ersten geschnitten und die Versätze werden erneut geprüft und berechnet. Dazu muß eine kleine Anordnung von Justierkreuzen, z. B. vier bis sechs Kreuze in jeder Ecke, in die Vorlage integriert werden. Eine beispielhafte Anordnung 30A wird in Fig. 12 gezeigt. Bei einer dritten Methode werden die Ausgleichdaten in einem Ausdruck oder anderen Format gesichert, so daß sie wieder eingegeben werden können, wenn die Leiterplatte überarbeitet wird.
Statistische Daten von einer Leiterplattenpartie können erfaßt werden, um den Schichtungsüberdeckungsprozeß weiter zu verbessern. Der Rechner stellt die Lagenversatzdaten bereit, die als Indikatoren verwendet werden können, um zu bestimmen, ob Änderungen des Prozesses die Lagenüberdeckung verbessern.
Fig. 9A-9B veranschaulichen ein vereinfachtes Ablaufdiagramm der bevorzugten Ausgestaltung des Optimierungsverfahrens. In Schritt 202 wird eine Mehrlagenleiterplatte mit den in Fig. 3 gezeigten speziellen Teststrukturen bereitgestellt und in Schritt 204 auf der Bohrplatte der Bohranlage angebracht. Die betreffende Anordnung der Leiterplatte wird mit konventionellen Mitteln justiert, wie z. B. Stiften, die sich von der Platte weg erstrecken und in speziellen, in die Leiterplatte eingeformten Öffnungen aufgenommen werden. Als nächstes werden in Schritt 206 an jeder Teststrukturnennstelle konische Öffnungen geschnitten und der Abfall des Schneidvorgangs wird mit einer Absauganlage entfernt, die Teil der Bohranlage bildet. Derartige Absauganlagen sind im Fach gutbekannt. Während dieses Schritts wird der X-Y-Positionierer gesteuert, um die Leiterplatte unter die Bohrspindel zu bewegen, wobei sich die Nennmitte der betreffenden Teststruktur direkt unter dem Bohrwerkzeug befindet.
In Schritt 208 wird (sic...*4) der X-Y-Positionierer der Bohranlage betätigt, um die Leiterplatte relativ zum horizontalen Vorsprung des Objektivs zu positionieren, so daß sich ein konischer Bereich direkt unter dem Objektiv befindet, wobei seine Nennmitte mit der Mittelachse des Objektivs 64 fluchtet. Ein Bild des konischen Bereichs wird aufgenommen, digitalisiert und gespeichert oder sofort verarbeitet, um die X- und Y-Versatzwerte für jede Lagenteststruktur zu liefern.
In Schritt 210 werden die jeweiligen Bilder der konischen Öffnungen und der sichtbaren Teile der Teststrukturen verarbeitet, um Abweichungen tatsächlicher Stellen von Lagenteststrukturen von den Nennstellen zu bestimmen. Dieser Schritt beinhaltet daher die Verarbeitung der Bilder, um für jede im Bild sichtbare Teststruktur einen Satz von X- und Y- Versatzwerten zu erhalten, die den Versatz der tatsächlichen gemessenen Teststrukturmitte von der Stelle der Nennteststrukturmitte angeben. Diese Werte können dann bestimmt werden, indem der Versatz der beiden vertikalen Liniensegmente der Justiermarke von der Nennmitte berechnet wird, dieser Versatz gemittelt wird, um den Y-Versatzwert zu ergeben, die Versätze der beiden horizontalen Liniensegmente berechnet werden und diese Versatzwerte gemittelt werden, um den X-Versatzwert zu ergeben. Dann wird ein zusammengesetzter X, Y-Versatzdatenkoordinatensatz für den Satz Teststrukturen an der konischen Öffnung bestimmt. Die übrigen konischen Bereiche werden nacheinander unter dem Objektiv positioniert, bildhaft erfaßt und die Bilder werden dann wiederum abgespeichert oder sofort verarbeitet, um die X- und Y- Mittenversatzwerte für jede in diesen Öffnungen sichtbare Lage und dann den zusammengesetzten X, Y- Versatzdatenkoordinatensatz für alle in dem betreffenden Bild sichtbaren Lagen zu ergeben. Im Handel sind Sichtsysteme erhältlich, die die Art von Messungen, die vom digitalisierten Bild benötigt werden, liefern können oder leicht angepaßt werden können, um sie zu liefern. Beispielsweise eignet sich das einen Bildprozessor umfassende Image-LC Sichtsystem, das von Matrox Electronix Systems, Ltd., 1055 St. Regis Boulevard, Dorval, Quebec, Kanada H9P 2T4, vermarktet wird, für diesen Zweck. Ein derartiger Bildprozessor kann leicht programmiert werden, um die betreffende von der konischen oder stufenförmigen Öffnung geschaffene Querschnittssegmentform zu ordnen und zu erkennen, die Koordinaten der gefundenen Bildformen zu bestimmen und die Positionen zu korrelieren, um für jeden konzentrischen Ring für die Teststruktur einer Lage vier Segmentstellen zu assoziieren.
Die bereitgestellten X- und Y-Versatzdaten bezüglich jeder Teststrukturlage können (Schritt 212) verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Leiterplattenlagenverschiebungen groß genug sind, so daß die Leiterplatte nicht verwendet werden kann, d. h. die Lagen sich in einem solchen Grad verschoben haben, daß aus den Bohrvorgängen keine akzeptable Leiterplatte resultieren könnte. Dieser Test wird durchgeführt, indem z. B. die Unterschiede der Versätze zwischen den Lagen mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen werden, was andeutet, ob sich die Lagen positionsmäßig relativ zueinander in einem solchen Grad verschoben haben, daß der Durchbruch die Toleranz überschreitet. Wenn die Leiterplatte nicht brauchbar ist, wird sie ausgeschieden (Schritt 214) und der Betrieb geht zurück zu. Schritt 202, um mit der Arbeit an einer anderen Leiterplatte zu beginnen.
Wenn die Leiterplatte als unbrauchbar bestimmt wurde, dann wird in Schritt 216 die Bohrstruktur unter Verwendung der Strukturabweichungsdaten und eines Algorithmus "kleinster Quadrate, bester Anpassung" optimiert, um die auf die Nennstellen, an denen Löcher zu bohren sind, anzuwendenden Ausgleichwerte zu bestimmen. Die Ausgleichwerte sind die konventionellen Werte X-Versatz, Y-Versatz, X- Dehnung/Schrumpfung, Y-Dehnung/Schrumpfung und Drehung, die auch mit dem konventionellen Röntgenprozeß bestimmt werden. Dieser Optimierungsalgorithmus kann von der Steuerung 70 nach dem Erhalten der in Schritt 210 verarbeiteten X- und Y- Versatzdaten durchgeführt werden. Der oben beschriebene beispielhafte Algorithmusprozeß kann verwendet werden. Andere Algorithmen sind verfügbar, die einen Satz Ausgleichwerte kalkulieren und dann einen Satz ausgeglichener Bohrkoordinaten berechnen können. Konventionelle Bohranlagensteuerungen, z. B. die Steuerung Modell 45 von Sieb & Meyer, weisen einen Algorithmus auf, der einen Satz Ausgleichwerte (X-Versatz, Y- Versatz, X-Dehnung/Schrumpfung, Y-Dehnung/Schrumpfung und Drehung), anhand von Daten vom Sichtsystem, kalkuliert, die dann auf jeden Satz von Nennbohrkoordinaten angewendet werden, um die Nennbohrkoordinaten auszugleichen.
Die Bohranlage wird dann in Schritt 218 betätigt, um die Lochstruktur gemäß der optimierten Bohrstellenstruktur zu bohren. Der Betrieb kehrt dann zu Schritt 202 zurück, um eine weitere Leiterplatte zu bearbeiten.
Die Verwendung dieser Methode hat viele Vorteile. Die konventionelle Methode zur Durchführung einer entsprechenden Aufgabe verwendet einen Röntgenapparat. Das Bohren von Probestück-Pads und das Betrachten dieser mit einem Röntgenapparat in der konventionellen Weise muß eventuell mehrmals wiederholt werden. Dies ist sehr zeitraubend und kann die Vorbohrungsqualifikation nicht erbringen, die mit dem Kegelverfahren und mathematischer Analyse möglich ist. Darüber hinaus liefert die Röntgenmethode keine angemessene Meßauflösung, und beim Entfernen der Leiterplatte von der Bearbeitungsplatte und beim Wiederanbringen an ihr geht ein kleiner Anteil der Genauigkeit (typisch 0,0004 Zoll) verloren. Beim weiteren Durchlaufen des Fertigungsprozesses wird es zunehmend teuerer, die Leiterplatte auszuschießen. Die vorliegende Erfindung verbessert den Fertigungsprozeß auf mehrere Arten. Sie läßt die Inspektion des Produkts in einer frühen Phase des Bohrzyklus zu. Es ist viel effizienter, die Leiterplatte in der frühen Arbeitsphase auszuschießen, bevor eine Arbeitskraft zwanzig Minuten damit verbringt, Probestücke zu röntgen, und mehrere Stunden mit dem Bohren von 50.000 Löchern. Die Kegeljustiermarkenmethode ist vollautomatisch, wodurch die Bedienerfehler beseitigt werden, von denen komplizierte Prozesse oft geplagt werden. Die Genauigkeit ist besser, da das Sichtsystem auf 1/4 Pixel (0,8 Mikrometer) genau, ohne die Fehler, die durch Entfernen der Leiterplatte für Röntgenmessungen entstehen, beurteilen kann. Zu den Vorteilen der Erfindung zählen somit die gleichzeitige Inspektion aller Lagen der Leiterplatte, schneller Strukturoptimierungszyklus, Meßgenauigkeit hoher Auflösung, Durchführung von Optimierungs- und Bohrvorgang an derselben Maschine, Ausschließen von Bearbeitungsfehlern, die durch Entfernen der Leiterplatte für Röntgenmessungen entstehen, Ausschließen einer Röntgenmessungen eigenen Strahlengefährdung, Mehrstationsbetrieb, Verwendung eines optischen Verfahrens, für das kein Vari-Objektiv mit anhängiger Verringerung der Meßgenauigkeit benötigt wird, und Reduzierung des Kapitalaufwands des Meßsystems gegenüber kostspieligen Röntgensystemen.
In den vorangehenden Beispielen sind die speziellen Teststrukturen in jeder Lage der Leiterplatte eingeformt. Es versteht sich, daß einige Mehrlagenleiterplatten Lagen aufweisen können, deren relative Position nicht kritisch ist und bei denen es unnötig ist, für Ausgleich zu sorgen. In diesem Fall brauchen die speziellen Teststrukturen in derartigen Lagen nicht eingeformt zu sein.
Es versteht sich, daß die oben beschriebenen Ausgestaltungen die möglichen spezifischen Ausgestaltungen, die Grundsätze der vorliegenden Erfindung repräsentieren können, nur illustrieren. In Übereinstimmung mit diesen Grundsätzen können andere Anordnungen von der Fachperson leicht konzipiert werden, ohne aus dem Rahmen der Erfindung zu kommen, wie sie in den anhängigen Ansprüchen definiert wird.

Claims

1. Verfahren zum Optimieren von Bohrkoordinaten in einer geschichteten Mehrlagenleiterplatte (40), die eine Sequenz der folgenden Schritte aufweist:

Bilden einer oder mehrerer Teststrukturen (30) in wenigstens zwei der genannten Lagen (40A, 40B) vor dem Schichten der genannten Lagen zum Bilden der genannten Leiterplatte, wobei die genannten Teststrukturen an einer oder mehreren vorbestimmten Nennteststrukturstellen in den genannten Lagen angeordnet sind, so daß eine Teststruktur in wenigstens einer Lage eine Teststruktur in einer anderen Lage unter Leiterplattenmontage-Nennbedingungen nominell überdeckt;

Formen einer Öffnung (92) in einer freiliegenden Oberfläche der genannten geschichteten Leiterplatte an jeder der genannten Teststrukturstellen, wobei die genannten Öffnungen eine Tiefe haben, die ausreichend ist, um jede Lage (40A, 40B) zu durchdringen, in die die genannten Teststrukturen eingeformt sind, und eine Querschnittsabmessung haben, deren Größe von einer Abmessung an der genannten Leiterplattenoberfläche auf eine kleinere Abmessung an der genannten Tiefe abnimmt, wodurch Kanten der genannten Teststrukturen in Seitenwänden der Öffnungen freigelegt werden;

Erzeugen eines einzelnen Bildes jeder genannten Öffnung von oberhalb der genannten Oberfläche, wobei jedes genannte Bild Pixel aufweist, die die freigelegten Kanten der genannten Teststrukturen darstellen;

Verarbeiten der genannten Bilder der genannten Öffnungen, um anhand der freigelegten Kanten der genannten Teststrukturen Abweichungen von Nennpositionen der genannten Teststrukturen der genannten Lagen zu bestimmen; und

Optimieren von Bohrkoordinaten zum Ausgleichen der genannten Abweichungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Öffnung (42) kegelig ist und von einem konischen Schneidwerkzeug (45) geformt wird.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Öffnung eine gestufte Querschnittskonfiguration (42') hat, die von einer Mehrzahl von Querschnittslagenabmessungen (D1, D2) diskreter Lagen definiert wird, die von einer oberen Lage bis zu einer Lage an der äußersten Tiefe der genannten Öffnung nach und nach kleiner werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Öffnung (42') durch die Verwendung einer Mehrzahl von Bohrwerkzeugen geformt wird, wobei ein erstes Werkzeug mit einem ersten Durchmesser (D1) verwendet wird, um eine Öffnung in eine oberste freizulegende Lage zu schneiden, ein zweites Werkzeug mit einem zweiten Durchmesser (D2), der kleiner als der genannte erste Werkzeugdurchmesser ist, verwendet wird, um eine Öffnung in eine zweite Lage unter der genannten obersten Lage zu schneiden, und Werkzeuge mit nach und nach kleinerem Durchmesser verwendet werden, um Öffnungen in alle Lagen unter der genannten zweiten Lage zu schneiden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teststrukturen (30) erste und zweite transversale Leiter (32, 34) aufweisen und daß die genannten freiliegenden Teile jeder Teststruktur nominell mit einer 90-Grad-Beabstandung um einen Umfang der genannten Öffnung herum angeordnet sind.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teststrukturen jeweils eine Anordnung aneinandergrenzender Teststrukturen aufweisen, die in den genannten Lagen definiert sind, so daß die genannte Optimierung für eine bestimmte Leiterplatte wiederholt werden kann.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Bild durch ein telezentrisches Objektiv und ohne die Verwendung eines Zoomobjektivs erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Bohrens von Löchern in die genannte Leiterplatte in Übereinstimmung mit den genannten optimierten Bohrkoordinaten.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Bestimmens anhand der genannten Abweichungsdaten, ob die genannte Leiterplatte verwendbar ist, und Ablehnen der genannten Leiterplatte, wenn sie nicht verwendbar ist.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Leiterplatte eine geradlinige Konfiguration mit vier Ecken hat und daß sich die genannten Teststrukturen in jeder der genannten Ecken befinden.

11. Automatisierte Bohranlage (50) zum Bohren einer Lochstruktur in eine geschichtete Mehrlagenleiterplatte (40) an optimierten Bohrkoordinaten, wobei vor dem Schichten der Lagen an der Leiterplatte eine oder mehrere beabstandete Teststrukturen (30) in wenigstens zwei Lagen (40A, 40B) gebildet werden, die an einer oder mehreren vorbestimmten Nennteststrukturstellen in den Lagen angeordnet sind, so daß eine Teststruktur in wenigstens einer Lage eine Teststruktur in einer anderen genannten Lage unter Leiterplattenmontage- Nennbedingungen nominell überdeckt, wobei die Anlage folgendes umfaßt:

Einrichtungen (45, 56, 58) zum Formen einer Öffnung (42) in einer freiliegenden Oberfläche der genannten geschichteten Leiterplatte an jeder der genannten Teststrukturstellen, wobei die genannten Öffnungen eine Tiefe haben, die ausreichend ist, um jede Lage zu durchdringen, in die die genannten Teststrukturen eingeformt sind und die eine Querschnittsabmessung hat, deren Größe von einer Abmessung an der genannten Leiterplattenoberfläche auf eine kleinere Abmessung an der genannten Tiefe abnimmt, wodurch Kanten der genannten Teststrukturen (30) freigelegt werden;

bilderzeugendes System (62, 64, 68) zum Erzeugen eines einzelnen Bildes jeder genannten Öffnung (42) von oberhalb der genannten Oberfläche, wobei jedes genannte Bild Pixel aufweist, die die freigelegten Kanten der genannten Teststrukturen darstellen;

Bildprozessor (66) zum Verarbeiten der genannten Bilder der genannten Öffnungen, um anhand der freigelegten Kanten der genannten Teststrukturen Abweichungen von Nennpositionen der genannten Teststrukturen der genannten Lagen zu bestimmen, und

Optimierungsvorrichtung (72) zum Optimieren eines Satzes von Bohrkoordinaten zum Ausgleichen der genannten Abweichungen.

12. Anlage nach Anspruch 11, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung zum Formen einer Öffnung ein Senkwerkzeug (45) aufweist.

13. Anlage nach Anspruch 12, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Werkzeug (45) eine Schneidspitze aufweist, die einen eingeschlossenen Winkel von ungefähr einhundert Grad definiert.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Öffnung (42) eine gestufte Querschnittskonfiguration hat, die durch eine Mehrzahl von Querschnittslagenabmessungen (D1, D2) diskreter Lagen definiert wird, die von einer oberen Lage bis zu einer Lage an einer äußersten Tiefe der genannten Öffnung nach und nach kleiner werden.

15. Anlage nach einem der Ansprüche 11, 12, 13 oder 14, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Teststrukturen (30) erste und zweite transversale Leiter (32, 34) aufweisen und daß die genannten freiliegenden Teile jeder Teststruktur nominell mit einer 90-Grad-Beabstandung um einen Umfang der genannten Öffnung herum angeordnet sind, wobei die genannte Öffnung Teile der genannten Strukturen freilegt, die an nominellen konzentrischen Kreisen angeordnet sind, und wobei der Bildprozessor (66) (eine) Einrichtung(en) zum Feststellen von Positionsverschiebungen der genannten Lagen in Abhängigkeit von Messungen der Positionen der genannten Teile, die in den genannten Bildern dargestellt sind, aufweist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß das genannte bilderzeugende System ein telezentrisches Objektiv (64) aufweist, das mit Zwischenraum zur genannten Leiterplattenoberfläche angeordnet ist, um Licht auf eine Bildebene zu fokussieren.

17. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 16, des weiteren gekennzeichnet durch eine Bohrvorrichtung (54, 56, 60) zum Bohren von Löchern in die genannte Leiterplatte in Übereinstimmung mit den genannten optimierten Bohrkoordinaten.

18. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 17, des weiteren gekennzeichnet durch einen Anlagencontroller (70) zum Bestimmen anhand der genannten Abweichungsdaten, ob die genannte Leiterplatte verwendbar ist, und zum Ablehnen der genannten Leiterplatte, wenn sie nicht verwendbar ist.

19. Anlage nach einem der Ansprüche 11 bis 18, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Leiterplatte (40) eine geradlinige Konfiguration mit vier Ecken hat und daß die genannten Teststrukturen sich in jeder der Ecken befinden.