DE29824145U1

DE29824145U1 - Device for the optical inspection, in particular of hidden solder connections

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Publication number: DE29824145U1
Application number: DE29824145U
Authority: DE
Original assignee: ERSA LOETTECHNIK GmbH
Current assignee: Ersa GmbH
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2000-06-08
Anticipated expiration: 2008-10-20

Description

ERSA Löttechnik GmbH ERS-OOl-GMERSA Löttechnik GmbH ERS-OOl-GM

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Vorrichtung zur optischen Inspektion insbesondere verdeckter LötverbindungenDevice for optical inspection, especially of hidden solder joints

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Inspektion insbesondere verdeckter Lötverbindungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for optical inspection, in particular of concealed solder joints, according to the preamble of claim 1.

Im Bereich der Löttechnologie, insbesondere bei der Verwendung von SMDs (Surface Mounted Devices), und hier wiederum insbesondere bei sogenannten BGAs (Ball Grid Arrays) tritt das Problem auf, daß aufgrund der geringen Spalthöhe zwischen der Unterseite der Bauelemente und der Platine die Qualität der Lötverbindung sowohl der außen als auch der innen liegenden Pin-Reihen zu den entsprechenden Kontaktpunkten der Platine durch bloße Inaugenscheinnahme nicht mehr kontrollierbar ist.In the field of soldering technology, especially when using SMDs (Surface Mounted Devices), and here again especially with so-called BGAs (Ball Grid Arrays), the problem arises that due to the small gap height between the underside of the components and the circuit board, the quality of the solder connection of both the outer and inner pin rows to the corresponding contact points of the circuit board can no longer be checked by mere visual inspection.

Daher werden die entsprechenden elektrischen bzw. elektronischen Bauteile bzw. Baugruppen nach dem Löten im allgemeinen einer elektrischen Funktionsprüfung unterzogen. Dies ist zum einen jedoch zeitaufwendig und damit teuer und kann zum anderen nur eine Aussage darüber liefern, ob die Lötverbindungen stromdurchgängig bzw. ob Kurzschlüsse vorhanden sind. Eine Aussage über die Qualität und damit Dauerhaftigkeit der einzelnen Lötverbindungen kann dieses Testverfahren nicht liefern.Therefore, the corresponding electrical or electronic components or assemblies are generally subjected to an electrical function test after soldering. However, this is time-consuming and therefore expensive and can only provide information about whether the soldered connections are current-carrying or whether there are short circuits. This test procedure cannot provide information about the quality and therefore durability of the individual soldered connections.

Es ist ferner bekannt, Lötverbindungen zerstörungsfrei mittels Röntgenstrahlen zu überprüfen. Auch bei diesem bekannten Verfahren können letztlich nur unerwünschte, einen Kurzschluß verursachende Lötbrücken zwischen benachbarten Pins bzw. die richtige Position der Pins der Bau elemente auf den Kontaktpunkten der Platine überprüft werden; eine Aussage über die Qualität der einzelnen Lötverbindungen bzw. die optische Qualität der Oberfläche der einzelnen Lötverbindungen oder beispielsweise über unerwünschte Flußmittelrückstände im Bereich der Lötungen ist nicht möglich. Zudem sind derartige Anlagen in Anschaffung und Unterhalt sehr kostspielig und die Anwendung dieses bekannten Verfahrens im Hinblick auf Strahlenbelastungen nicht ganz unbedenklich.It is also known to check solder joints non-destructively using X-rays. Even with this known method, ultimately only undesirable solder bridges between neighboring pins that cause a short circuit or the correct position of the pins of the components on the contact points of the circuit board can be checked; it is not possible to make a statement about the quality of the individual solder joints or the optical quality of the surface of the individual solder joints or, for example, about undesirable flux residues in the area of the solder joints. In addition, such systems are very expensive to purchase and maintain and the use of this known method is not entirely harmless in terms of radiation exposure.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Bestimmung der Qualität einer Lötverbindung ist die Herstellung eines Schliffbildes im Querschnitt durch die jeweilige Lötverbindung. Damit können zwar zuverlässige Aussagen über die Qualität der Lötverbindung, beispielsweise eine ausreichende Aufschmelzung des Lotpunktes des Bauteils und damit eine zufriedenstellende Benetzung des Kontaktpunktes auf der Platine, getroffen werden, doch handelt es sich hierbei um ein zerstörendes Prüfverfahren, das lediglich stichprobenartig Verwendung finden kann, um Rück-Schlüsse auf die Verfahrensparameter des Lötprozesses zu ermöglichen. Zudem ist auch hierbei eine optische Kontrolle der Oberfläche der einzelnen Lötverbindungen nicht möglich.Another well-known method for determining the quality of a soldered joint is to produce a cross-sectional micrograph of the respective soldered joint. This allows reliable statements to be made about the quality of the soldered joint, for example whether the soldering point of the component has melted sufficiently and thus the contact point on the board is satisfactorily wetted, but this is a destructive test method that can only be used randomly to draw conclusions about the process parameters of the soldering process. In addition, a visual inspection of the surface of the individual soldered joints is not possible here either.

Schließlich sind aus dem Bereich der Medizin und der Technik Endoskope mit Beleuchtungseinrichtungen bekannt, mit denen unzugängliche Räume optisch kontrollierbar sind. Die bekannten Endoskope weisen einen im wesentlichen rohrförmigen Aufbau auf, an dessen axial äußerem Ende eine Ablenkeinheit mit Beleuchtung angeordnet ist, die den Lichtaustritt aus dem rohrförmigen Aufbau in Spaltrichtung bzw das Spaltbild in Richtung des Okulars umlenkt. Aufgrund ihrer Bauart ist jedoch der Einblick in Spalte geringer Höhe, insbesondere im Bereich unter 1 mmFinally, endoscopes with lighting devices are known from the field of medicine and technology, with which inaccessible spaces can be visually inspected. The known endoscopes have a substantially tubular structure, at the axially outer end of which a deflection unit with lighting is arranged, which deflects the light exiting the tubular structure in the direction of the slit or the slit image in the direction of the eyepiece. Due to their design, however, the view into slits of low height, especially in the range of less than 1 mm, is not possible.

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Spalthöhe, wie dies insbesondere bei BGAs und anderen SMDs regelmäßig der Fall ist, nicht möglich.gap height, as is often the case with BGAs and other SMDs, is not possible.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, die in vergleichsweise einfacher und kostengünstiger Weise zerstörungsfrei die optische Inspektion insbesondere verdeckter Lötstellen ermöglicht.Based on this prior art, it is the object of the present invention to provide a generic device which enables the optical inspection of particularly hidden soldering points in a comparatively simple and cost-effective manner without causing any damage.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a device according to the teaching of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zur optischen Inspektion verdeckter Lötstellen, insbesondere zwischen einem elektrischen oder elektronischen auf einer Platine verlöteten Bauteil, beispielsweise einem BGA, und der Platine zur Überprüfung der Qualität der Lötverbindung, zunächst eine Okulareinheit, einen Objektivkopf, eine Bildübertragungseinheit zur Übertragung des vom Objektivkopf aufgenommenen Bildes an die Okulareinheit und eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der zu untersuchenden Lötverbindungen auf. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zunächst die grundsätzliche Bauweise eines technischen oder medizinischen Endoskops auf. Weiter ist in zunächst ebenfalls für sich bekannter Weise im Bereich des Objektivkopfs eine Einrichtung zur Bildablenkung vorgesehen.According to the invention, the device for optically inspecting hidden solder joints, in particular between an electrical or electronic component soldered to a circuit board, for example a BGA, and the circuit board to check the quality of the solder joint, has an eyepiece unit, an objective head, an image transmission unit for transmitting the image recorded by the objective head to the eyepiece unit and an illumination device for illuminating the solder joints to be examined. In other words, the device according to the invention has the basic design of a technical or medical endoscope. Furthermore, a device for image deflection is provided in the area of the objective head in a manner that is also known per se.

Im Gegensatz zu den bekannten Endoskopen jedoch, bei denen das Objektiv bzw. die Ablenkung bauartbedingt einen zumindest geringen Abstand vom axial äußeren &ldquor;distalen" Ende des Objektivkopfs aufweist, erstreckt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Einrichtung zur Bildablenkung bis zum axial äußeren Ende des Objektivkopfs. Bereits dadurch läßt sich der Bildaustritts- bzw- Bildeintrittspunkt des Objektives im Vergleich zum Stand der Technik erheblich näher an die PlatineIn contrast to the known endoscopes, however, in which the lens or the deflection is at least a small distance from the axially outer "distal" end of the lens head due to its design, the device for image deflection in the device according to the invention extends to the axially outer end of the lens head. This alone allows the image exit or image entry point of the lens to be placed considerably closer to the board compared to the prior art.

legen, so daß Spalten geringerer Höhe bzw. darin angeordnete Lötstellen optisch inspizierbar sind.so that smaller gaps or soldering points located therein can be visually inspected.

Ebenfalls im Gegensatz zu den bekannten Endoskopen, bei denen die Beleuchtungseinrichtung bzw. der Lichtaustritt über oder unter dem Objektiv bzw. der Ablenkeinheit angeordnet ist, wodurch die optisch zu erreichende Spalthöhe vergrößert und/oder ein unerwünschter Lichtschatten im Spaltbereich erzeugt wird, ist erfindungsgemäß die Beleuchtungseinrichtung im Objektivkopf derart angeordnet, daß der Austrittswinkel des Lichtes der Beleuchtungseinrichtung aus dem Objektivkopf im wesentlichen gleich dem Ablenkwinkel der Bildablenkung ist und der Austrittsort des Lichtes neben der Einrichtung zur Bildablenkung im Bereich des axial äußeren Endes des Objektivkopfs angeordnet ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß zum einen die Beleuchtungseinrichtung im wesentlichen in der gleichen Höhe, bezogen auf die Platinenoberfläche oder Spaltebene, angeordnet ist wie der Bildaustritts- bzw. Bildeintrittspunkt des Objektives und zum anderen die Bildausleuchtung ohne jegliche vertikale Abschattung erfolgt.Also in contrast to the known endoscopes, in which the lighting device or the light outlet is arranged above or below the lens or the deflection unit, whereby the optically achievable gap height is increased and/or an undesirable light shadow is created in the gap area, according to the invention the lighting device is arranged in the lens head in such a way that the exit angle of the light of the lighting device from the lens head is essentially the same as the deflection angle of the image deflection and the exit point of the light is arranged next to the device for image deflection in the area of the axially outer end of the lens head. In other words, this means that on the one hand the lighting device is arranged at essentially the same height, in relation to the board surface or gap plane, as the image exit or image entry point of the lens and on the other hand the image illumination takes place without any vertical shadowing.

Insgesamt lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einfacher Weise Lötstellen in Spalten mit einer Höhe von unter 1 mm und deutlich darunter optisch inspizieren. Dies bedeutet insbesondere, daß damit die einzelnen Lötverbindungen, beispielsweise bei BGAs, die im Regelfall eine Spalthöhe von ca. 0,3 bis 0,8 mm zwischen Bauteilunterseite und Platine aufweisen, optisch auf Lötfehler, unerwünschte Brükkenbildung, Verunreinigungen und dergleichen zerstörungsfrei kontrollierbar sind.Overall, the device according to the invention can be used to optically inspect solder joints in gaps with a height of less than 1 mm and significantly less. This means in particular that the individual solder joints, for example in BGAs, which usually have a gap height of approx. 0.3 to 0.8 mm between the underside of the component and the circuit board, can be optically checked for soldering errors, undesirable bridging, contamination and the like in a non-destructive manner.

In grundsätzlich beliebiger Weise kann der Austritt des Lichtes der Beleuchtungseinrichtung einseitig am Objektivkopf erfolgen. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch erfolgt der Austritt des Lichtes der Beleuchtungseinrichtung aus dem Objektivkopf beid-In principle, the light from the illumination device can be emitted from one side of the lens head in any way. However, according to a preferred embodiment of the invention, the light from the illumination device is emitted from the lens head on both sides.

seitig neben der Einrichtung zur Bildablenkung, wodurch eine gleichmäßige Ausleuchtung des Blickfeldes sichergestellt ist.next to the image deflection device, which ensures uniform illumination of the field of view.

Die Ab- bzw. Umlenkung des Bildes im Objektivkopf aus Richtung des zu beobachtenden Objekts in Richtung des Okulars kann ebenfalls in beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise im einfachsten Fall mittels eines Umlenkspiegels. Vorzugsweise jedoch weist die Einrichtung zur Bildablenkung ein Ablenkprisma auf, in dem in an sich bekannter Weise die Umlenkung erfolgt. Damit kann im Vergleich zur Spiegelumlenkung insbesondere die optische Qualität der Abbildung verbessert und insbesondere auch der Bildautritts- bzw. Bildeintrittspunkt des Objektivs nach weiter unten, das heißt in Richtung des axial äußeren Endes des Objektivkopfs, gelegt werden.The deflection or redirection of the image in the lens head from the direction of the object to be observed towards the eyepiece can also be carried out in any way, for example in the simplest case using a deflection mirror. Preferably, however, the device for image deflection has a deflection prism in which the deflection takes place in a manner known per se. In comparison with mirror deflection, this can improve the optical quality of the image and in particular the image exit or entry point of the lens can be placed further down, i.e. in the direction of the axially outer end of the lens head.

Der Ablenkwinkel der Einrichtung zur Bildablenkung ist grundsätzlich beliebig und kann zwischen 0 und 180 Grad liegen. Dabei hängt der Ablenkwinkel im wesentlichen vom Winkel ab, in dem das Endoskop der Vorrichtung relativ zur Platinenoberfläche angesetzt wird. Vorzugsweise beträgt der Ablenkwinkel im wesentlichen 90 Grad. Das heißt mit anderen Worten, daß die Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bezogen auf die optische Achse zwischen Objektiv und Okular, im wesentlichen rechtwinklig zur Platine und damit zur Spaltebene angesetzt wird. Damit läßt sich die Vorrichtung auch bei eng bestückten Platinen und damit vergleichsweise engen Zwischenräumen zwischen den zu prüfenden Bauteilen zur Anwendung bringen.The deflection angle of the device for image deflection is basically arbitrary and can be between 0 and 180 degrees. The deflection angle depends essentially on the angle at which the endoscope of the device is positioned relative to the board surface. The deflection angle is preferably essentially 90 degrees. In other words, this means that the device according to this embodiment of the invention is positioned essentially at right angles to the board and thus to the gap plane, based on the optical axis between the lens and the eyepiece. This means that the device can also be used with closely packed boards and thus with comparatively narrow gaps between the components to be tested.

Insbesondere wenn nicht nur die äußeren Lötverbindungen im Kantenbereich des Bauteils überprüft werden sollen, ist nach einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung das Objektiv derart ausgelegt, daß der Tiefenschärfenbereich der Abbildung mindestens der halben Bauteilgröße, beispielsweise der halben Bauteilbreite, der halben Bauteillänge oder dem halben Bauteildurchmesser, entspricht. Dadurch kann durch Inspektion von jeweils gegenüberliegenden Seiten desIn particular, if not only the external solder joints in the edge area of the component are to be checked, according to another particularly preferred embodiment of the invention, the lens is designed in such a way that the depth of field of the image corresponds to at least half the component size, for example half the component width, half the component length or half the component diameter. This makes it possible to inspect opposite sides of the

Bauteils der gesamte Spaltinnenraum optisch kontrolliert werden. Der Tiefenschärfenbereich des Objektivs kann dabei in an sich bekannter Weise beispielsweise durch die Brennweite des Objektivs voreingestellt werden.The entire gap interior can be optically inspected. The depth of field of the lens can be preset in a conventional manner, for example by the focal length of the lens.

Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Objektivkopf ein Gehäuse mit mindestens einer seitlich offenen und zum axial äußeren Ende des Objektivkopfs hin auslaufenden Ausnehmung, die beidseitig von flanschartigen Stegen begrenzt wird, auf. Dabei ist in diesem Gehäuse das Ablenkprisma bzw. der Ablenkspiegel derart angeordnet, daß die freie, das heißt die zum Spalt weisende Fläche des Ablenkprismas bzw. die Spiegelfläche in der Ausnehmung nach außen, bezogen auf das Gehäuse und die Ausnehmung, weist und die untere Seitenkante des Ablenkprismas bzw. des Ablenkspiegels den Objektivkopf zum axial äußeren Ende hin abschließt. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß das untere Ende des Ablenkprismas bzw. des Ablenkspiegels unmittelbar zur Anlage an die Platine bringbar ist, um eine Bildumlenkung auch in niedrigste Spalte zu gewährleisten, während die Seitenkanten des Prismas bzw. des Spiegels durch die flanschartigen Stege gegen Beschädigung geschützt werden und gleichzeitig das Prisma bzw. der Spiegel durch diese Stege fixierbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel können ferner die Lichtaustritte der Beleuchtungseinrichtung in den flanschartigen Stegen angeordnet sein.According to a particularly preferred embodiment, the objective head has a housing with at least one recess that is open at the side and runs out towards the axially outer end of the objective head and is delimited on both sides by flange-like webs. The deflection prism or the deflection mirror is arranged in this housing in such a way that the free surface of the deflection prism or the mirror surface facing the gap faces outwards in relation to the housing and the recess and the lower side edge of the deflection prism or the deflection mirror closes off the objective head towards the axially outer end. In other words, this means that the lower end of the deflection prism or the deflection mirror can be brought directly into contact with the circuit board in order to ensure image deflection even in the lowest gaps, while the side edges of the prism or the mirror are protected against damage by the flange-like webs and at the same time the prism or the mirror can be fixed by these webs. In this embodiment, the light outlets of the lighting device can also be arranged in the flange-like webs.

Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungseinrichtung mindestens ein Glasfaserbündel auf, das mit seinem ersten axialen Ende an eine Lichtquelle, sei diese nun extern oder aber in oder an der Vorrichtung angeordnet, anschließbar ist und mit seinem zweiten axialen Ende den Lichtaustritt der Beleuchtungseinrichtung am Objektivkopf bildet. Durch die Verwendung eines Glasfaserbündels kann in einfacher Weise insbesondere ein Lichtaustritt realisiert werden, der bei ausreichender Beleuchtungsstärke einen genügend kleinen Durchmesser zur Beleuchtung eines engen Spaltes aufweist. Falls zweiAccording to a further preferred embodiment, the lighting device has at least one glass fiber bundle, which can be connected with its first axial end to a light source, whether this is arranged externally or in or on the device, and with its second axial end forms the light exit of the lighting device on the lens head. By using a glass fiber bundle, a light exit can be realized in a simple manner, which has a sufficiently small diameter to illuminate a narrow gap with sufficient illuminance. If two

oder mehrere Lichtaustritte im Objektivkopf vorhanden sind, können die jeweiligen Glasfaserbündel zwischen Lichtaustritt und Lichtquelle zu einem Bündel zusammengefaßt und einer gemeinsamen Lichtquelle zugeführt werden.or if there are several light exits in the lens head, the respective glass fiber bundles between the light exit and the light source can be combined into a bundle and fed to a common light source.

Die Übertragung des Spaltbildes vom Objektivkopf an das Okular kann beispielsweise durch ein Linsen- oder Spiegelsystem erfolgen. Vorzugsweise jedoch weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bildübertragung mindestens ein weiteres Glasfaserbündel, das mit seinem ersten Ende an die Einheit zur Bildablenkung, insbesondere das Ablenkprisma, und mit seinem zweiten Ende an das Okular optisch ankoppelbar ist.The transmission of the slit image from the objective head to the eyepiece can be carried out, for example, by a lens or mirror system. However, the device according to the invention for image transmission preferably has at least one further glass fiber bundle, which can be optically coupled with its first end to the unit for image deflection, in particular the deflection prism, and with its second end to the eyepiece.

Grundsätzlich lassen sich mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen alle Arten von Lötfehlern sowohl im Randbereich als auch, bei ausreichender Tiefenschärfe des Objektivs, im inneren Bereich des Lötfeldes beispielsweise eines BGA optisch kontrollieren und ermitteln. Insbesondere, jedoch keineswegs ausschließlich, wenn es darum geht, unerwünschte einen Kurzschluß verursachende Lötbrücken zwischen benachbarten &ldquor;Lötpins" eines BGA mit einer Vielzahl von Lötpunkten zu entdecken, ist nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine zweite Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, die im wesentlichen in Blick- bzw. in Bildrichtung, bezogen auf die Spaltebene, der Vorrichtung dem Objektivkopf gegenüber positionierbar ist und in Richtung zum Objektivkopf leuchtet. Damit läßt sich in einfacher Weise beim Durchblick durch die Spaltzwischenräume zwischen den einzelnen Reihen der Lötpunkte durch Erkennen der Gegenlichtquelle eine Kurzschlußbrücke ausschließen und, umgekehrt, in eindeutiger Weise eine unerwünschte Brücke ermitteln, falls die Gegenlichtquelle nicht zu sehen ist.In principle, all types of soldering defects can be optically checked and identified using the embodiments described above, both in the edge area and, if the lens has sufficient depth of field, in the inner area of the soldering field of a BGA, for example. In particular, but by no means exclusively, when it comes to detecting unwanted solder bridges that cause a short circuit between adjacent "solder pins" of a BGA with a large number of soldering points, a second lighting device is provided according to a particularly preferred embodiment of the invention, which can be positioned essentially in the viewing or image direction, relative to the gap plane, of the device opposite the lens head and illuminates in the direction of the lens head. This makes it easy to rule out a short-circuit bridge when looking through the gaps between the individual rows of soldering points by recognizing the backlight source and, conversely, to clearly identify an unwanted bridge if the backlight source cannot be seen.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die zweite Beleuchtungseinrichtung einen Gegenlichtkopf mit einem Gehäuse mit mindestens einer seitlich offenen und zum axial äußeren Ende des Ge-According to a further embodiment of the invention, the second lighting device comprises a backlight head with a housing with at least one laterally open and axially outer end of the housing.

genlichtkopfs hin auslaufenden Ausnehmung auf, wobei im Gehäuse ein Ablenkprisma oder ein Ablenkspiegel, das bzw. der über ein Glasfaserbündel an eine Lichtquelle anschließbar ist, derart angeordnet ist, daß die freie Fläche des Ablenkprismas bzw. die Spiegelfläche in der Ausnehmung nach außen weist und die untere Seitenkante des Ablenkprismas bzw. des Ablenkspiegels den Gegenlichtkopf zum axial äußeren Ende hin abschließt. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die Lichtumlenkung und der Lichtaustritt über das Prisma erfolgen, das bei diesem Ausführungsbeispiel keinerlei bildübertragende Funktion aufweist. Aufgrund der vorbeschriebenen Gestaltung kann das Prisma und damit der Lichtaustritt wiederum nahe an die Platinenoberfläche und damit in die Spaltebene gelegt werden.counter light head, wherein a deflection prism or a deflection mirror, which can be connected to a light source via a fiber optic bundle, is arranged in the housing in such a way that the free surface of the deflection prism or the mirror surface in the recess faces outwards and the lower side edge of the deflection prism or the deflection mirror closes off the counter light head towards the axially outer end. In other words, this means that the light is deflected and the light exits via the prism, which in this embodiment has no image-transmitting function. Due to the design described above, the prism and thus the light exit can again be placed close to the board surface and thus in the gap plane.

Nach einem dazu alternativen Ausführungsbeispiel kann die zweite Beleuchtungseinrichtung einen Gegenlichtkopf aufweisen, der im wesentlichen identisch zum Objektivkopf der Vorrichtung aufgebaut ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel können der Gegenlichtkopf und der Objektivkopf jeweils gleichzeitig oder alternierend als Beleuchtungseinrichtung und/oder Bildaufnehmer dienen, so daß gleichzeitig oder alternierend der Spalt von beiden Seiten beispielsweise eines BGAs kontrolliert werden kann. Dazu kann das Prisma des Gegenlichtkopfes umschaltbar mit dem Okular des Objektivkopfes oder aber mit einem separaten Okular optisch koppelbar sein.According to an alternative embodiment, the second illumination device can have a backlight head that is constructed essentially identically to the objective head of the device. In this embodiment, the backlight head and the objective head can each serve simultaneously or alternately as an illumination device and/or image sensor, so that the gap can be checked simultaneously or alternately from both sides of a BGA, for example. For this purpose, the prism of the backlight head can be switchably coupled to the eyepiece of the objective head or to a separate eyepiece.

Insbesondere wenn der Gegenlichtkopf lediglich als Gegenlichtquelle dient, kann nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung das Glasfaserbündel zumindest der zweiten Beleuchtungseinrichtung in einem flexiblen Spiralschlauch verlaufen. Dadurch ist zum einen das Glasfaserbündel gegen mechanische Beschädigungen zuverlässig geschützt und zum anderen läßt sich dadurch der Gegenlichtkopf in Anpassung an BGAs unterschiedlicher Abmessungen insbesondere in seiner Entfernung zum Objektivkopf verstellen.In particular, if the backlight head is used only as a backlight source, according to a further embodiment of the invention, the glass fiber bundle of at least the second lighting device can run in a flexible spiral hose. This means that the glass fiber bundle is reliably protected against mechanical damage and the backlight head can be adjusted to accommodate BGAs of different dimensions, particularly in terms of its distance from the lens head.

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Die Beleuchtungseinrichtung des Gegenlichtkopfs und die Beleuchtungseinrichtung des Objektivkopfes können in beliebiger Weise an unterschiedliche Lichtquellen angekoppelt sein. Vorzugsweise jedoch sind die Glasfaserbündel des Objektivkopfes und des Gegenlichtkopfes an die gleiche Lichtquelle anschließbar. Dadurch ergibt sich insgesamt eine einfache und kostengünstige bauliche Gestaltung.The lighting device of the backlight head and the lighting device of the lens head can be connected to different light sources in any way. Preferably, however, the fiber optic bundles of the lens head and the backlight head can be connected to the same light source. This results in a simple and cost-effective structural design.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel können die erste und/oder die zweite Beleuchtungseinrichtung bzw. die Lichtquelle der ersten und/oder zweiten Beleuchtungseinrichtung in ihrer Leuchtstärke bzw. Lichtintensität einstellbar sein.According to a further embodiment, the first and/or the second lighting device or the light source of the first and/or second lighting device can be adjustable in their luminous intensity or light intensity.

Es ist für die Erfindung von wesentlicher Bedeutung, daß der Objektivkopf von der Gegenlichtquelle beleuchtbar ist. Dazu sind vorzugsweise der Objektivkopf und die zweite Beleuchtungseinrichtung über ein Gestänge, Gestell oder dergleichen derart koppelbar, daß eine genau definierte Relativposition von Objektivkopf und Beleuchtungseinrichtung, insbesondere Gegenlichtkopf, einstellbar ist.It is of essential importance for the invention that the objective head can be illuminated by the backlight source. For this purpose, the objective head and the second lighting device can preferably be coupled via a rod, frame or the like in such a way that a precisely defined relative position of the objective head and lighting device, in particular the backlight head, can be set.

Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist dazu das Gestänge oder Gestell einen Träger auf, der an einem Gehäuseabschnitt der Vorrichtung zwischen Objektivkopf und Okular frei auskragend im wesentlichen starr befestigbar oder Teil dieses Gehäuseabschnitts ist. Dabei weist der Träger ein in Längsrichtung in einer Führung verschiebbares Halteelement, in dem die zweite Beleuchtungseinrichtung mittelbar oder unmittelbar fixierbar ist und mit dem insbesondere der axiale Abstand zwischen Objektivkopf und Gegenlichtkopf verstellbar ist, auf.According to a particularly preferred embodiment, the rod or frame has a carrier which can be attached to a housing section of the device between the objective head and the eyepiece in a freely projecting and essentially rigid manner or which is part of this housing section. The carrier has a holding element which can be moved in a longitudinal direction in a guide, in which the second lighting device can be fixed directly or indirectly and with which in particular the axial distance between the objective head and the backlight head can be adjusted.

Das vom Objektiv an das Okular übermittelte Abbild des Spaltes bzw. der darin angeordneten Lötstellen kann am Okular unmittelbar von einem Beobachter betrachtet werden. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel jedoch ist eine elektronisch, magnetisch oder optisch bildaufzeichnende, bildumwandelnde und/oder bildverarbeitende Einrichtung im Bereich des Okulars mittelbar oder unmittelbar ankoppelbar. Dies kannThe image of the gap or the soldering points arranged therein transmitted from the objective to the eyepiece can be viewed directly by an observer at the eyepiece. According to a preferred embodiment, however, an electronic, magnetic or optical image recording, image converting and/or image processing device can be coupled directly or indirectly in the area of the eyepiece. This can

beispielsweise eine Video- oder Fernsehkamera sein, deren CCD-Bildwandler unmittelbar oder mittelbar über ein entsprechendes Objektiv an das Okular anschließbar ist. Das so aufgenommene Videobild kann auf einen Bildschirm gegeben und/oder in einem Rechner einer Bildverarbeitung unterzogen werden. Damit läßt sich die Überprüfung von Lötstellen unter einem BGA in grundsätzlich beliebiger Weise beispielsweise durch Bildvergleich mit Referenzbildern automatisieren.For example, it could be a video or television camera whose CCD image converter can be connected to the eyepiece directly or indirectly via a corresponding lens. The video image recorded in this way can be displayed on a screen and/or subjected to image processing in a computer. This means that the inspection of solder joints under a BGA can be automated in basically any way, for example by comparing images with reference images.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in an sich bekannter Weise auf einem X-Y-Tisch angeordnet sein, auf dem eine zu untersuchende Platinen-Bauteil-Lötverbindung in die Prüfposition unter der Vorrichtung oder, umgekehrt, die Vorrichtung in die Prüfposition über der Platinen-Bauteil-Lötverbindung gebracht werden kann.The device according to the invention can be arranged in a manner known per se on an X-Y table on which a board-component solder joint to be examined can be brought into the test position below the device or, conversely, the device can be brought into the test position above the board-component solder joint.

Im folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtIn the following, the invention is explained in more detail using drawings which show only one embodiment. It shows

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbei Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment

spiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Ansicht; game of the device according to the invention in view;

Fig. 2 in vergrößerter schematischer, teilweise aufgebro Fig. 2 in enlarged schematic, partially broken away

chener Darstellung den Objektivkopf des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, wobei der Objektivkopfchener representation the objective head of the embodiment according to Fig. 1, wherein the objective head

gegenüber der Darstellung nach Fig. 1 um 90 Grad verdreht ist; undis rotated by 90 degrees compared to the representation in Fig. 1; and

Fig. 3 in vergrößerter schematischer, der Fig. 2 entsprechender Darstellung den Gegenlichtkopf der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 3 shows an enlarged schematic representation corresponding to Fig. 2 of the backlight head of the device according to the invention.

Die in Fig.l dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist im wesentlichen die äußere Gestalt eines Endoskops auf. Die Vorrichtung 1 ist dabei mit einem Objektivkopf 2, der in an sich bekannter Weise ein Objektiv enthält, einer Okulareinheit 3 und einer Bildübertragungseinheit 4The device 1 according to the invention shown in Fig. 1 essentially has the external shape of an endoscope. The device 1 is provided with an objective head 2, which contains an objective in a manner known per se, an eyepiece unit 3 and an image transmission unit 4

zur Übertragung des vom Objektivkopf 2 aufgenommenen Bildes an die Okulareinheit 3 ausgestattet. Die Bildübertragungseinheit 4 ist in einem im wesentlichen rohrförmigen Gehäuseabschnitt 5 der Vorrichtung 1 angeordnet und weist ein in der Darstellung nach Fig. 2 lediglich schematisch angedeutetes Glasfaserbündel 18 auf, das den Objektivkopf 2 mit der Okulareinheit 3 optisch, das heißt bildübertragend, koppelt.for transmitting the image recorded by the objective head 2 to the eyepiece unit 3. The image transmission unit 4 is arranged in a substantially tubular housing section 5 of the device 1 and has a glass fiber bundle 18, only schematically indicated in the illustration according to Fig. 2, which optically couples the objective head 2 to the eyepiece unit 3, i.e. in an image-transmitting manner.

Der Objektivkopf 2, der in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist, weist ein Gehäuse 6, vorzugsweise aus Edelstahl, auf, das im Querschnitt trichterförmig (vgl. Fig. 1) geformt ist. Das Gehäuse 6 ist mit einer Ausnehmung 7 versehen, die in Darstellung nach Fig. 2 im wesentlichen quadratisch ausgebildet ist. Die Ausnehmung 7 ist dabei sowohl nach unten, das heißt zum axial äußeren Ende 8 der Vorrichtung 1 hin, als auch seitlich, das heißt in der Darstellung nach Fig. 1 zum Betrachter hin, offen. In der Ausnehmung 7 ist ein Ablenkprisma 9 so angeordnet, daß die freie Prismenfläche 10 nach außen (in der Darstellung nach Fig. 1 nach links) weist und eine Ab- bzw. Umlenkung des Strahlengangs um 90 Grad aus der durch Okulareinheit 3 und Objektivkopf gebildeten Vertikalachse 11 in die Horizontalachse 12 und umgekehrt stattfindet.The objective head 2, which is shown enlarged in Fig. 2, has a housing 6, preferably made of stainless steel, which has a funnel-shaped cross-section (cf. Fig. 1). The housing 6 is provided with a recess 7, which is essentially square in the illustration according to Fig. 2. The recess 7 is open both downwards, i.e. towards the axially outer end 8 of the device 1, and laterally, i.e. towards the viewer in the illustration according to Fig. 1. A deflection prism 9 is arranged in the recess 7 such that the free prism surface 10 faces outwards (to the left in the illustration according to Fig. 1) and the beam path is deflected or redirected by 90 degrees from the vertical axis 11 formed by the eyepiece unit 3 and objective head into the horizontal axis 12 and vice versa.

Die Ausnehmung 7 wird durch zwei flanschartige Stege 13 und 14 seitlieh begrenzt. Diese Stege dienen zum einen zur Fixierung und zum Schutz des Ablenkprismas 9 gegen mechanische Beschädigung und zum anderen sind in den axial äußeren Enden der Stege 13 und 14 Lichtaustritte 15 und 16 angeordnet, die Teil einer Beleuchtungseinrichtung sind. Die Lichtaustritte 15 und 16 werden bei diesem Ausführungsbeispiel durch die freien axialen Enden jeweils eines Glasfaserbündels gebildet, die durch den Objektivkopf 2 und den Gehäuseabschnitt 5 zu einem Glasfaseranschluß 17 geführt sind, der zur Einspeisung des Lichtes einer nicht dargestellten Lichtquelle dient, so daß beide Lichtaustritte und 16 von derselben Lichtquelle gespeist werden. Die Glasfaserbündel sind im Bereich der Lichtaustritte so orientiert, daß der Austrittswinkel des Lichtes im wesentlichen gleich dem Ablenkwinkel der BildablenkungThe recess 7 is laterally delimited by two flange-like webs 13 and 14. These webs serve, on the one hand, to fix and protect the deflection prism 9 against mechanical damage and, on the other hand, light outlets 15 and 16, which are part of an illumination device, are arranged in the axially outer ends of the webs 13 and 14. In this embodiment, the light outlets 15 and 16 are formed by the free axial ends of a glass fiber bundle, which are guided through the lens head 2 and the housing section 5 to a glass fiber connection 17, which serves to feed in the light of a light source (not shown), so that both light outlets 13 and 16 are fed by the same light source. The glass fiber bundles are oriented in the area of the light outlets in such a way that the exit angle of the light is essentially equal to the deflection angle of the image deflection.

ist, wodurch das gesamte optisch erreichbare Blickfeld ohne jegliche vertikale Verschattung beleuchtbar ist.which allows the entire optically accessible field of view to be illuminated without any vertical shading.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1, genauer der Objektivkopf 2, bestimmungsgemäß auf eine Platine aufgesetzt oder mit nur geringem Abstand über der Platinenoberfläche gehalten. Auf der Platine ist in bekannter Weise ein elektronisches Bauteil 20 in Form eines BGA (Ball Grid Array) durch Verlöten über die Lötstellen 21 befestigt, Der Spalt 22 zwischen der Bauteilunterseite und der Platinenoberfläche, der nicht maßstäblich stark vergrößert dargestellt ist, weist in der Regel zwischen 0,3 und 0,9 mm Spalthöhe auf. Aufgrund der oben beschriebenen Merkmale der Erfindung, insbesondere der Anordnung des Ablenkprismas 7 bis unmittelbar zum axial äußersten distalen Ende des Objektivkopfs 2, kann der Bildaustritts- bzw. Bildeintrittspunkt des Prismas und damit des Objektivs insgesamt in den Spaltbereich gelegt werden, wodurch der Spalt und damit die darin angeordneten Lötverbindungen optisch zugänglich werden, wobei zudem aufgrund des Lichtaustritts in im wesentlichen gleicher axialer Höhe über der Platinenoberfläche wie der Bildaustritts- bzw. Bildeintrittspunkt eine ausreichende Beleuchtung und damit gute Beobachtbarkeit im Spaltbereich sichergestellt ist.In Fig. 1, the device 1 according to the invention, more precisely the lens head 2, is placed on a circuit board as intended or is held at only a small distance above the circuit board surface. An electronic component 20 in the form of a BGA (Ball Grid Array) is attached to the circuit board in a known manner by soldering via the soldering points 21. The gap 22 between the underside of the component and the circuit board surface, which is not shown greatly enlarged to scale, generally has a gap height of between 0.3 and 0.9 mm. Due to the features of the invention described above, in particular the arrangement of the deflection prism 7 up to the axially outermost distal end of the objective head 2, the image exit or image entry point of the prism and thus of the objective as a whole can be placed in the gap area, whereby the gap and thus the solder connections arranged therein become optically accessible, wherein, due to the light exit at essentially the same axial height above the board surface as the image exit or image entry point, sufficient illumination and thus good observability in the gap area is ensured.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist ferner mit einem Gegenlichtkopf 23 ausgestattet. Der Gegenlichtkopf 23 weist ein Gehäuse 24 (vg. Fig. 3) auf, das in analoger Weise zum Gehäuse 6 des Objektivkopfes 2 mit einer Ausnehmung 25 und einem darin wie oben beim Objektivkopf 2 beschrieben angeordneten Ablenkprisma 26 versehen ist. Im Gegensatz zum Objektivkopf 2 ist jedoch das Ablenkprisma 26 optisch nicht mit der Okulareinheit 3 verbunden, sondern vielmehr über ein Glasfaserbündel 27, das in einem flexiblen Spiralschlauch 28, insbesondere aus Edelstahl, geführt ist, mit dem Glasfaseranschluß 17 und damit derselben nicht dargestellten Lichtquelle wie die Beleuchtungseinrichtung des Objektivkopfes 2. DasThe embodiment of a device 1 according to the invention shown in Fig. 1 is also equipped with a backlight head 23. The backlight head 23 has a housing 24 (see Fig. 3) which, in a manner analogous to the housing 6 of the objective head 2, is provided with a recess 25 and a deflection prism 26 arranged therein as described above for the objective head 2. In contrast to the objective head 2, however, the deflection prism 26 is not optically connected to the eyepiece unit 3, but rather via a glass fiber bundle 27, which is guided in a flexible spiral hose 28, in particular made of stainless steel, to the glass fiber connection 17 and thus to the same light source (not shown) as the lighting device of the objective head 2. The

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Ablenkprisma 26 dient dabei ausschließlich der im wesentlichen auf den Objektivkopf 2 gerichteten Einleitung von Gegenlicht in den Spalt 22.Deflection prism 26 serves exclusively to introduce backlight into the slit 22, essentially directed onto the lens head 2.

Im Bereich des Gehäuseabschnitts 5 ist ein frei auskragender Träger 29 an der Vorrichtung 1 befestigt. Dabei ist im Träger 29 eine nutartige Führung 30 ausgebildet, in der ein Klemmstück 31 axial, das heißt in axialer Richtung des Trägers 29, verschiebbar und klemmbar fixierbar geführt ist. Im Klemmstück 31 ist das im Spiralschlauch 28 verlaufende Glasfaserbündel 27 gehalten, so daß mit der Verschiebung des Klemmstücks 30 gleichzeitig der Gegenlichtkopf 23 in Pfeilrichtung verschiebbar und somit der genaue Abstand von Gegenlichtkopf 23 und Objektivkopf 2 insbesondere in Anpassung an unterschiedlich große BGA-Bau teile einstellbar ist.In the area of the housing section 5, a freely projecting support 29 is attached to the device 1. A groove-like guide 30 is formed in the support 29, in which a clamping piece 31 is guided axially, i.e. in the axial direction of the support 29, displaceable and clampably fixable. The glass fiber bundle 27 running in the spiral hose 28 is held in the clamping piece 31, so that when the clamping piece 30 is displaced, the backlight head 23 can be displaced in the direction of the arrow at the same time and thus the exact distance between the backlight head 23 and the lens head 2 can be adjusted, in particular to adapt to BGA components of different sizes.

Im Bereich der Okulareinheit 3 ist die Vorrichtung 1 mit einer Fokussierung 32 zur Scharfstellung der optischen Abbildung versehen. Weiter ist an die Okulareinheit 3 ein Video-Objektiv 33 optisch angekoppelt, um das aufgenommene Spaltbild einer optischen Bildverarbeitung oder Bildspeicherung zuzuführen.In the area of the eyepiece unit 3, the device 1 is provided with a focus 32 for sharpening the optical image. Furthermore, a video lens 33 is optically coupled to the eyepiece unit 3 in order to feed the recorded slit image to an optical image processing or image storage.

Claims

1. Device for optical inspection of, in particular, concealed solder joints (21), in particular between an electrical or electronic component (20) arranged on the surface of a circuit board (19) and the circuit board (19), with an eyepiece unit (3), an objective head (2), an image transmission unit (4) for transmitting the image recorded by the objective head (2) to the eyepiece unit (3) and an illumination device (15, 16) for illuminating the solder joints (21) to be examined, wherein the objective head (2) has an image deflection device (9) which extends to the axially outer end of the objective head (2), and wherein the illumination device (15, 16) is arranged in the objective head (2) in such a way that the exit angle of the light of the illumination device (15, 16) from the objective head (2) is substantially equal to the deflection angle of the image deflection (9) and the exit location of the light is next to the image deflection device (9) in the region of the axially outer end of the lens head (2).

2. Device according to claim 1, characterized in that the exit (15, 16) of the light of the illumination device from the objective head (2) occurs on both sides next to the device for image deflection (9).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the device for image deflection has at least one deflection prism (9) or at least one deflection mirror.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the deflection angle of the device for image deflection (9) is between 0 and 180 degrees, preferably substantially 90 degrees.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the lens is designed in such a way, in particular has a focal length such that the depth of field of the image corresponds to at least half the component size.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the objective head (2) has a housing (6) with at least one laterally open recess (7) which runs out towards the axially outer end of the objective head (2) and which is delimited on both sides by flange-like webs (13, 14), wherein the deflection prism (9) or the deflection mirror is arranged in the housing (6) in such a way that the free surface (10) of the deflection prism (9) or the mirror surface in the recess (7) faces outwards and the lower side edge of the deflection prism (9) or the deflection mirror closes off the objective head (2) towards the axially outer end (8) and wherein furthermore the light outlets (15, 16) of the lighting device are arranged in the flange-like webs (13, 14).

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the illumination device (15, 16) has at least one glass fiber bundle which can be connected to a light source with its first axial end and forms the light exit (15, 16) of the illumination device on the lens head (2) with its second axial end.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the image transmission unit (4) has at least one glass fiber bundle (18) which can be optically coupled with its first end to the unit for image deflection, in particular the deflection prism (9), and with its second end to the eyepiece unit (3).

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized by a second illumination device which can be positioned substantially opposite the objective head (2) in the viewing direction of the device (1) and illuminates in the direction of the objective head (2).

10. Device according to claim 9, characterized in that the second lighting device has a backlight head (23) with a housing (24) with at least one laterally open recess (25) running towards the axially outer end of the backlight head (23), wherein a deflection prism (26) or a deflection mirror, which can be optically coupled to a light source via a fiber optic bundle (27), is arranged in the housing (24) in such a way that the free surface of the deflection prism (26) or the mirror surface in the recess (25) faces outwards and the lower side edge of the deflection prism (26) or of the deflection mirror closes off the backlight head (23) towards the axially outer end.

11. Device according to claim 9, characterized in that the second illumination device has a backlight head (23) which is constructed essentially identically to the lens head (2).

12. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the glass fiber bundle (27) of at least the second lighting device runs in a flexible spiral hose (28).

13. Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that the glass fiber bundles of the objective head (2) and the backlight head (23) can be connected to the same light source.

14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the first and/or the second lighting device or the light source of the first and/or second lighting device are adjustable in their luminous intensity or light intensity.

15. Device according to one of claims 9 to 14, characterized in that the objective head (2) and the second illumination device can be coupled via a rod, frame or the like in such a way that a precisely defined relative position of the objective head (2) and the second illumination device, in particular the backlight head (23), can be set.

16. Device according to claim 15, characterized in that the rod or frame has a carrier (29) which can be attached to a housing section (5) of the device (1) between the objective head (2) and the eyepiece unit (3) in a freely projecting manner and essentially rigidly or is part of this housing section (5), the carrier (29) having a holding element (31) which can be displaced in the longitudinal direction in a guide (30), in which the second lighting device can be fixed, and with which the axial distance between the objective head (2) and the backlight head (23) can be adjusted.

17. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that an electronically, optically or magnetically image-recording, image-converting and/or image-processing device can be coupled in the region of the eyepiece unit (3) in an image-transmitting manner directly or indirectly.