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1、(10)申请公布号 CN 102967291 A (43)申请公布日 2013.03.13 CN 102967291 A *CN102967291A* (21)申请号 201210525554.4 (22)申请日 2012.12.07 G01B 21/30(2006.01) G01B 11/30(2006.01) (71)申请人 东莞生益电子有限公司 地址 523000 广东省东莞市东城区 （同沙） 科 技工业园区 (72)发明人 李民善 纪成光 杜红兵 吕红刚 (74)专利代理机构 北京风雅颂专利代理有限公 司 11403 代理人 李翔 李弘 (54) 发明名称 电路板板面的共面度的测量方法。
2、 (57) 摘要 一种电路板板面的共面度的测量方法， 包括 以下步骤 ： 提供一具有高度测量功能的三次元测 量仪 ； 将该电路板放置于该三次元测量仪的测量 平台上， 并使裸露所述内置元件的顶面朝上 ； 测 量所述板体在该内置元件周边的四个点的三维坐 标 ； 测量该内置元件的表面周边部分的四个点及 中心部分的一个点的三维坐标 ； 通过该板体上的 四个点中任意一个点及与该点相邻的两点构造一 个平面， 计算出该内置元件上五个点中每一点相 对所述板体的四个构造平面的距离 ； 通过该内置 元件的每一点与各构造平面的距离的最大值与最 小值的差值判断数据是否有效 ； 比较该内置元件 的五个点相对板体的共面度。
3、， 取最大值为该内置 元件与板体的共面度。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种电路板板面的共面度的测量方法， 该电路板包括一板体及埋设于板体的内置元 件， 该内置元件的顶面裸露于该板体的顶面， 该测量方法的步骤包括 ： S1 ： 提供一具有高度测量功能的三次元测量仪， 该三次元测量仪包括一测量平台， 该三 次元测量仪可测量电路板上任意一点的三维坐标 ； S2 ： 将该电路板放置于该三次元测量仪的测量平台上， 并使裸露所述。
4、内置元件的顶面 朝上 ； S3 ： 使用该三次元测量仪依次测量所述板体在该内置元件周边的四个点的三维坐标 ； S4 ： 使用该三次元测量仪依次测量该内置元件的表面周边部分的四个点及中心部分的 一个点的三维坐标， 该内置元件的表面周边部分的四个点各自对应所述板体的四个点 ； S5 ： 通过所述板体上的四个点中任意一个点及与该点相邻的两点构造一个平面， 共设 置四个构造平面， 计算出该内置元件上五个点中每一点相对所述板体的四个构造平面的距 离 ； S6 ： 对所述内置元件表面的五个点中的每一点相对所述构造平面的四个距离取最大值 及最小值， 独立计算每一点与各构造平面的距离的最大值与最小值的差值， 。
5、若该差值小于 一预设值， 则进入下一步骤 S7 ； 若该差值大于或等于该预设值， 则板体不平整， 上述测量数 据无效， 返回所述步骤 S3 重新测量 ； S7 ： 将内置元件的周边部分的每一点相对板体上靠近的点与相邻的两点的构造平面 的距离作为该点相对板体的共面度， 将该内置元件的中心部分的点距离所述四个构造平面 的四个距离取最大值为该点相对板体的共面度 ； 比较该内置元件的五个点相对板体的共面 度， 取最大值为该内置元件与板体的共面度。 2. 如权利要求 1 所述的电路板板面的共面度的测量方法， 其特征在于 ： 所述步骤 S3 中， 该板体的四个点均匀分布在内置元件的外围。 3. 如权利要求。
6、 1 所述的电路板板面的共面度的测量方法， 其特征在于 ： 所述步骤 S3 中， 该板体的四个点依次连线为一矩形。 4. 如权利要求 1 所述的电路板板面的共面度的测量方法， 其特征在于 ： 所述内置元件 呈矩形设置， 步骤 S4 中该内置元件周边部分的四个点分布靠近内置元件的四个角上。 5. 如权利要求 1 所述的电路板板面的共面度的测量方法， 其特征在于 ： 所述步骤 S5 中， 通过平面法向量的原理设置所述构造平面、 以及计算出所述板体上各点分别距离各构 造平面的距离。 6. 如权利要求 1 所述的电路板板面的共面度的测量方法， 其特征在于 ： 所述步骤 S6 中， 所述预设值根据测量要。
7、求以及测量仪器的精度综合考虑。 7. 如权利要求 1 或权利要求 6 所述的电路板板面的共面度的测量方法， 其特征在于 ： 所述预设值为 0.05mm 至 0.25mm 之间的一数值。 8. 如权利要求 7 所述的电路板板面的共面度的测量方法， 其特征在于 ： 所述预设值为 0.2mm。 9. 如权利要求 1 所述的电路板板面的共面度的测量方法， 其特征在于 ： 所述三次元测 量仪使用的是非接触式测量仪。 10. 如权利要求 1 所述的电路板板面的共面度的测量方法， 其特征在于 ： 所述三次元测 量仪使用光学对焦测高方法。 权 利 要 求 书 CN 102967291 A 2 1/4 页 3 。
8、电路板板面的共面度的测量方法 技术领域 0001 本发明涉及一种电路板板面的共面度的测量方法， 特别是涉及一种电路板的板面 与埋入于该电路板内的内置元件的表面的共面度的测量方法。 背景技术 0002 随着科学技术的日新月异， 电子元件更加趋向于超小型和超薄型的方向发展， 印 制电路板也更加趋向于高精密图形和薄型多层化。由此， 在电路板上布置安装大量的电子 元件越来越困难。现有的电路板上组装的各种电子元件中无源器件占大多数， 业界通常采 用将大量的无源器件以埋入的方式组装于电路板的内部， 可缩短元件相互之间的布线长 度， 改善电气特性， 提高有效的电路板封装面积， 减少电路板板面的焊接点等。 因。
9、此， 内置器 件是非常理想的一种安装形式和技术。然而， 内置元件需要保证埋入于电路板内的组装件 的表面与电路板的板面在同一平面上， 以节约空间并防止该安装件与设于电路板上的其他 元件发生干涉。 0003 现有的电路板与其埋入其内的安装件的共面度的测量方法， 通常先将包含该无源 器件的部分电路板从整个电路板中分离出来， 然后测量该无源器件的表面相对电路板表面 的高度差， 从而获得无源器件与电路板的共面度。 因此， 现有的电路板板面的共面度的测量 方法需要破坏其样品， 且只能获得边缘的无源器件的表面与电路板板面的共面度的数值， 无法全面、 准确地反映组装件与电路板的共面度， 从而影响产品的质量及使。
10、用。 发明内容 0004 有鉴于此， 有必要提供一种在不破坏电路板样品的前提下测量电路板的板面与埋 入于该电路板内的内置元件的表面的共面度的方法。 0005 一种电路板板面的共面度的测量方法， 该电路板包括一板体及埋设于板体的内置 元件， 该内置元件的顶面裸露于该板体的顶面， 该测量方法的步骤包括 ： 0006 S1 ： 提供一具有高度测量功能的三次元测量仪， 该三次元测量仪包括一测量平台， 该三次元测量仪可测量电路板上任意一点的三维坐标 ； 0007 S2 ： 将该电路板放置于该三次元测量仪的测量平台上， 并使裸露所述内置元件的 顶面朝上 ； 0008 S3 ： 使用该三次元测量仪依次测量所。
11、述板体在该内置元件周边的四个点 ； 0009 S4 ： 使用该三次元测量仪依次测量该内置元件的表面周边部分的四个点及中心部 分的一个点， 该内置元件的表面周边部分的四个点各自对应所述板体的四个点 ； 0010 S5 ： 通过所述板体上的四个点中任意一个点及与该点相邻的两点构造一个平面， 共设置四个构造平面， 计算出该内置元件上五个点中每一点相对所述板体的四个构造平面 的距离 ； 0011 S6 ： 对所述内置元件表面的五个点中的每一点相对所述构造平面的四个距离取最 大值及最小值， 独立计算每一点与各构造平面的距离的最大值与最小值的差值， 若该差值 说 明 书 CN 102967291 A 3 。
12、2/4 页 4 小于一预设值， 则进入下一步骤 S7 ； 若该差值大于或等于该预设值， 则板体不平整， 上述测 量数据无效， 返回所述步骤 S3 重新测量 ； 0012 S7 ： 将内置元件的周边部分的每一点相对板体上靠近的点与相邻的两点的构造平 面的距离作为该点相对板体的共面度， 将该内置元件的中心部分的点距离所述四个构造平 面的四个距离取最大值为该点相对板体的共面度 ； 比较该内置元件的五个点相对板体的共 面度， 取最大值为该内置元件与板体的共面度。 0013 进一步地， 所述步骤 S3 中， 该板体的四个点均匀分布在内置元件的外围。 0014 进一步地， 所述步骤 S3 中， 该板体的四。
13、个点依次连线为一矩形。 0015 进一步地， 所述内置元件呈矩形设置， 步骤 S4 中该内置元件周边部分的四个点分 布靠近内置元件的四个角上。 0016 进一步地， 所述步骤 S5 中， 通过平面法向量的原理设置所述构造平面、 以及计算 出所述板体上各点分别距离各构造平面的距离。 0017 进一步地， 所述步骤 S6 中， 所述预设值根据测量要求以及测量仪器的精度综合考 虑。 0018 进一步地， 所述预设值为 0.05mm 至 0.25mm 之间的一数值。 0019 进一步地， 所述预设值为 0.2mm。 0020 进一步地， 所述三次元测量仪使用的是非接触式测量仪。 0021 进一步地， 。
14、所述三次元测量仪使用光学对焦测高方法。 0022 与现有技术相比， 该测量方法可在不破坏电路板的前提下， 可准确的测得内置元 件的与电路板的板面的共面度， 且测量准确性高。 附图说明 0023 图 1 为本发明电路板的一实施例的侧面剖视图。 0024 图 2 为图 1 所示的电路板的俯视图。 具体实施方式 0025 为了使本发明的技术方案能更清晰地表示出来， 下面结合附图对本发明作进一步 说明。 0026 如图 1 及图 2 所示， 本实施例的测量方法是对一电路板 10 的板体 11 表面及内置 元件 12 表面的共面度的测量方法。 0027 该板体 11 为印刷电路板的板体， 具有绝缘层、 。
15、导电层等部分， 是电子元器件的支 撑体。该内置元件 12 可为无源器件等电子元件。该内置元件 12 通过嵌入或者埋入等方式 组装于该板体 11 的内部。该内置元件 12 的底端及侧壁收容于该板体 11 内， 该内置元件 12 的顶面裸露于板体 11 的顶面上。在本实施例中， 该内置元件 12 呈矩形设置。在其他实施 方式中该内置元件 12 可以是圆形或者其他规则形状， 该内置元件 12 的侧壁收容于该板体 11 内， 该内置元件 12 的一个或两个顶面裸露于板体 11 的顶面上。 0028 该电路板 10 的内置元件 12 的表面与板体 11 的表面的共面度的测量方法包括以 下步骤， 其中该内。
16、置元件 12 为矩形设置 ： 0029 S1 ： 提供一具有高度测量功能的三次元测量仪 20， 本实施例中， 该三次元测量仪 说 明 书 CN 102967291 A 4 3/4 页 5 20 是使用的是非接触式测量， 如使用光学对焦测量等方式 ； 该三次元测量仪 20 可测量电路 板 10 上任意一点的三维坐标 x、 y、 z。 0030 S2 ： 将该电路板 10 放置于该三次元测量仪 20 的测量平台 21 上， 并使其裸露安装 有所述内置元件 12 的表面朝上 ； 0031 S3 ： 使用该三次元测量仪 20 依次测量板体 11 上、 且位于内置元件 12 周边的四个 点 A、 B、 。
17、C、 D 的三维坐标值 Ax、 Ay、 Az、 Bx、 By、 Bz、 Cx、 Cy、 Cz、 Dx、 Dy、 Dz， 该四个点 A、 B、 C、 D 均匀 分布在内置元件 12 的外围 ； 在本实施例中， 该四个点 A、 B、 C、 D 依次连线为一矩形， 即该四 个点 A、 B、 C、 D 为一矩形的四角点 ； 在本实施例中， 该四个点 A、 B、 C、 D 分布靠近所述内置元 件 12 的四个角 ； 为保证测量准确， 可以每个点进行单点测多次值然后取平均值 ； 0032 S4 ： 使用该三次元测量仪 20 依次测量该内置元件 12 的表面周边部分的四个点 E、 F、 J、 K 的三维坐标。
18、值 Ex、 Ey、 Ez、 Fx、 Fy、 Fz、 Jx、 Jy、 Jz、 Kx、 Ky、 Kz以及该内置元件 12 的表面中 心部分的点 L 的三维坐标值 Lx、 Ly、 Lz， 该四个点 E、 F、 J、 K 分别对应靠近板体 11 的四个点 A、 B、 C、 D ； 在本实施例中， 该四个点 E、 F、 J、 K 分布靠近内置元件 12 的四个角 ； 在其它实施 例中， 若内置元件 12 为圆形， 则板体 11 的四个点 A、 B、 C、 D 为内置元件 12 外围均匀分布的 点， E、 F、 J、 K 为内置元件 12 的表面内均匀分布并分别对应 A、 B、 C、 D 的点， 点 L 。
19、为中心点 ； 为保证测量准确， 可以每个点进行单点测多次值后取平均值 ； 0033 S5 ： 利用板体 11 上的四个点 A、 B、 C、 D 中任意一点及其相邻两点的三维坐标构造 平面， 可以得到四个构造平面 PA、 PB、 PC、 PD， 利用公式计算出 E、 F、 J、 K、 L 分别距离各构造平 面 PA、 PB、 PC、 PD的距离 ； 0034 其中， 以点 A 及与该点 A 相邻的点 D 及点 B 的构造平面 PA、 以点 B 及与该点 B 相邻 的点 A 及点 C 的构造平面 PB、 以点 C 及与该点 C 相邻的点 B 及点 D 的构造平面 P C、 以点 D 及与该点 D 。
20、相邻的点 C 及点 A 的构造平面 PD； 0035 本发明采取法向量的方式构造各平面， 其中由 A、 B、 D 构造的平面的方程如下 ： 0036 点A、 B构造向量 ：（Bx-Ax， By-Ay， Bz-Az） ； 点A、 D构造向量 ：（Dx-Ax， Dy-Ay， Dz-Az） ； 与 、 垂直的向量 （法向量） ：（a1、 a2、 a3） ， 根据法向量定义可以得出由 A、 B、 D 构造 的平面 PA的方程 ： a1（x-Ax） +a2（y-Ay） +a3（z-Az） =0 ； 其中 0037 a1=（By-Ay） *（Dz-Az） -（Bz-Az） *（Dy-Ay） ， 0038 。
21、a2=-（ （Bx-Ax） *（Dz-Az） -（Bz-Az） *（Dx-Ax） ） ， 0039 a3=（Bx-Ax） *（Dy-Ay） -（By-Ay） *（Dx-Ax） ， 0040 同理， 可以计算得出各构造平面 PB、 PC、 PD的方程 ； 0041 计算 E 点距 PA平面的距离 EPA= （a1 （Ex-Ax） +a2 （Ey-Ay） +a3 （Ez-Az） ） / （a12+a22+a32） 1/2， 同理计算 E 点距离平面 P B、 PC、 PD的距离 EPB、 EPC、 EPD， F 距构造平面 PA、 PB、 PC、 PD的距离为 FPA、 FPB、 FPC、 FPD。
22、， J 距构造平面 PA、 PB、 PC、 PD的距离为 JPA、 JPB、 JPC、 JPD， K 距构造平面 PA、 PB、 PC、 PD的距离为 KPA、 KPB、 KPC、 KPD， L 距构造平面 PA、 PB、 PC、 PD的距离为 LPA、 LPB、 LPC、 LPD； 0042 S6 ： 对内置元件 12 表面的 E、 F、 J、 K、 L 的每一点相对构造平面 PA、 PB、 PC、 PD的四个 距离取最大值及最小值， 计算该最大值与最小值的差值， 如果该差值小于该预设值， 该测量 结果有效， 则进入下一步骤 ； 如果该差值大于或等于一预设值 M， 则电路板 10 的板体 1。
23、1 不 平整， 上述数据无效， 返回步骤S3进行重新测量数据 ； 该预设值M根据测量要求以及测量仪 器的精度综合考虑， 在本实施例中， 所述三次元测量仪 20 的精度是 0.010mm， 所述预设值 M 说 明 书 CN 102967291 A 5 4/4 页 6 可采取 0.05mm 至 0.25mm 之间的一数值， 更优化地， 该预设值 M 为 0.2mm ； 0043 具体地， 以 E 点为例， E 点距离平面 PA、 PB、 PC、 PD的距离 EPA、 EPB、 EPC、 EPD， 找出 EPA、 EPB、 EPC、 EPD的最大值及最小值， 然后计算该最大值与最小值的差值是否满足小。
24、于 M 值， 表达 公式如下 ： MAX（EPA、 EPB、 EPC、 EPD） -MIN（EPA、 EPB、 EPC、 EPD） M ； 0044 S7 ： 当该测量结果有效， 内置元件 12 表面的点 E 相对板体 11 上靠近的点 A 与相邻 点 D、 B 的构造平面 PA的距离 EPA作为点 E 相对板体 11 的共面度 GE， 同理点 F 与构造平面 PB 的距离 FPB作为点 F 相对板体 11 的共面度 GF、 点 J 与构造平面 PC的距离 JPC作为点 J 相对 板体 11 的共面度 GJ、 点 K 与构造平面 PD的距离 KPD作为点 K 相对板体 11 的共面度 GK； 。
25、点 L 与每一构造平面 PA、 PB、 PC、 PD的各距离 LPA、 LPB、 LPC、 LPD的最大值为点 L 相对板体 11 的共面 度 GL； 取内置元件 12 表面的点 E、 F、 J、 K、 L 相对板体 11 的共面 GE、 GF、 GJ、 GK、 GL的最大值作 为内置元件 12 与板体 11 的共面度。 0045 可以理解地， 所述板体 11 上所取的点的数量可以是四个以上， 同时该内置元件 12 的取点可以对应增加。 0046 该测量方法可在不破坏电路板 10 的前提下， 可准确的测得内置元件 12 的表面与 电路板 10 的板面的共面度， 且测量速度快， 计算方法可实现软。
26、件编程而显得简便。进一步 地， 由于本发明在板体11上采取了至少四个测量点， 并且通过内置元件12上同一点与不同 构造平面的距离差的验证， 避免了板体 11 不平整造成的误差， 保证了该共面度的准确性。 0047 以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式， 其描述较为具体和详细， 但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是， 对于本领域的普通技术人员 来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本发明的保 护范围。因此， 本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。 说 明 书 CN 102967291 A 6 1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102967291 A 7 。