1 概述

隨著現(xiàn)代半導(dǎo)體器件向微型化、集成化和高可靠性方向發(fā)展以及日益激烈的市場競爭，半導(dǎo)體產(chǎn)品的生產(chǎn)與制造設(shè)備正朝著高速度、高精度、智能化、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、多功能等自動(dòng)化方向發(fā)展。

半導(dǎo)體生產(chǎn)通常分為前后兩道工序，前道工序指芯片擴(kuò)散、快速熱處理、硅片處理等過程，后道工序主要包括切片、粘片、封裝測試、包裝等過程。成型分離是半導(dǎo)體封裝中最后一道工序，是保證產(chǎn)品質(zhì)量最關(guān)鍵的工序。成型分離制程需要檢測的項(xiàng)目有：①料片的方向檢測；②芯片尺寸；③芯片引腳個(gè)數(shù)；④引腳缺陷檢測。料片的方向檢測通過尋找料片的定位孔位置，檢測料片方向是否正確，如圖1 所示。芯片尺寸、引腳的個(gè)數(shù)及引腳之間的間距在元件的封裝尺寸中有詳細(xì)的規(guī)定。引腳缺陷主要包括：引腳在沖切后水平方向上彎折程度是否超過允許值，即腳彎；引腳是否有腳傷或者腳斷；Dambar 是否切除，如圖2 所示。傳統(tǒng)的檢測方法很難實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片進(jìn)行高速、高精度的檢測，機(jī)器視覺檢測技術(shù)作為一種非接觸測量技術(shù)，具有非接觸性、實(shí)時(shí)性、靈活性和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在微電子制造中有比較廣泛的應(yīng)用。本文將重點(diǎn)介紹采用機(jī)器視覺檢測技術(shù)， 針對(duì)成型分離制程中的需要檢測的項(xiàng)目，開發(fā)視覺檢測系統(tǒng)的過程。

2 芯片視覺檢測系統(tǒng)組成

本檢測系統(tǒng)采用PC-Base 架構(gòu)，它由工業(yè)計(jì)算機(jī)、光源、鏡頭、CCD 相機(jī)、圖像采集卡、IO 卡和圖像處理軟件組成。采用上下位機(jī)方式分別控制，如圖3 所示。下位機(jī)為實(shí)際工作機(jī)械控制部份，由PLC 對(duì)機(jī)械手及進(jìn)料機(jī)構(gòu)等硬件直接操作，上位機(jī)為人機(jī)接口及視覺檢測部分，當(dāng)料架上的料片到位時(shí)，觸發(fā)光電傳感器， 由PLC 通過IO 卡通知IPC 對(duì)料片進(jìn)行拍照，CCD相機(jī)將接收到的光學(xué)影像輸出到圖像采集卡上，圖像采集卡將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信息供計(jì)算機(jī)處理。視覺系統(tǒng)對(duì)采集的圖像進(jìn)行運(yùn)算處理，檢測相關(guān)指標(biāo)，通過與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)相比較來判斷待檢測的芯片是否合格， 最后通過IO 卡輸出檢測結(jié)果給PLC，PLC 再對(duì)料片進(jìn)行處理。

2．1 系統(tǒng)組成

圖像采集是搭建檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵步驟之一。為獲得較好質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)，需利用圖像處理相關(guān)算法以及專為芯片檢測設(shè)計(jì)的特有算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片的全自動(dòng)高速高精度檢測。其次是光源、CCD 及圖像采集卡的選擇。

2．2 光源

光源是圖像傳感器技術(shù)的重要組成部分， 它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和至少30%的應(yīng)用效果。由于沒有通用的機(jī)器視覺照明設(shè)備，所以針對(duì)每個(gè)特定的實(shí)例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。光源選用包括兩方面的任務(wù)：光源的選擇和照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

目前，工業(yè)用機(jī)器視覺系統(tǒng)大多選用可見光作為光源，可見光容易獲得，價(jià)格低，便于操作，實(shí)際應(yīng)用廣泛。照明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。在本項(xiàng)目中，采用白色LED 面光源背向照明。照明系統(tǒng)如圖4 所示（圖中箭頭指向?yàn)楣饩€走向）。

2．3 CCD 相機(jī)

CCD 是Charge CoupledCoupled Device（電荷藕荷器件）的縮寫，它是一種半導(dǎo)體成像器件，具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、體積小、耗電低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。CCD 的成像尺寸常用的有1/2″、1/3″等。1/2″、1/3″指的是感光器件的面積大小，面積越大，捕獲的光子越多，感光性越好，信噪比越低。

本項(xiàng)目采用Sentech 的SKC141 黑白130 萬像素高解析度CCD 相機(jī)，視野（H*V）為80*60，系統(tǒng)X 方向精度為56um/pixel，Y 方向精度為52um/pixel，完全能夠滿足芯片引腳檢測的需要。

2．4 圖像采集卡

圖像采集卡是連接相機(jī)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制的電子設(shè)備，具有高速圖像采集功能，也具有部分圖像處理功能。圖像采集卡可分為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)圖像采集卡、非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)圖像采集卡、數(shù)字信號(hào)圖像采集卡。選擇圖像采集卡時(shí)，需要注意圖像采集的精度、圖像采集的速度與數(shù)據(jù)傳輸速度、數(shù)據(jù)處理能力及系統(tǒng)的可靠性。

根據(jù)項(xiàng)目的具體要求， 本系統(tǒng)采用了Euresys 公司的Domino Melody 圖像采集卡。

圖5 為應(yīng)用上述CCD、光源和圖像采集卡采集到的圖像。

3 視覺檢測系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

按照功能劃分， 本軟件系統(tǒng)主要由3 個(gè)功能模塊組成：①模板學(xué)習(xí)設(shè)定模塊；②芯片檢測模塊；③自動(dòng)控制模塊。對(duì)于相同的芯片，模板的選取與學(xué)習(xí)只需要操作一次。

3．1 模板學(xué)習(xí)設(shè)定模塊

模板學(xué)習(xí)設(shè)定主要完成以下內(nèi)容：

（1）設(shè)定需要檢測的芯片區(qū)域；

（2）設(shè)定需要檢測的定位點(diǎn)及定位點(diǎn)檢測區(qū)域；

（3）設(shè)定芯片模板及芯片相關(guān)參數(shù)。

模板設(shè)定時(shí)，首先選擇需要檢測的區(qū)域，并設(shè)定定位點(diǎn)檢測區(qū)域及定位點(diǎn)。然后選擇一塊芯片作為標(biāo)準(zhǔn)芯片，找到芯片的邊界，得到芯片的引腳數(shù)及腳間距等參數(shù)，如圖6 所示。

3．2 芯片檢測模塊

芯片檢測模塊的主要功能是：

（1）在定位點(diǎn)檢測區(qū)域內(nèi)尋找定位點(diǎn)，判斷方向是否正確；

（2）在檢測區(qū)域內(nèi)找到所有芯片位置，并對(duì)芯片尺寸、引腳數(shù)進(jìn)行檢測，判斷芯片是否有缺陷，最后給出檢測結(jié)果，如圖7、圖8 所示。

3．3 自動(dòng)控制模塊

該模塊的功能是：自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，按照檢測需要控制檢測動(dòng)作。

（1）監(jiān)測料片是否到位；

（2）當(dāng)料片到達(dá)指定位置后，通過IO 點(diǎn)控制相機(jī)拍照并取像；

（3）對(duì)芯片進(jìn)行檢測，對(duì)合格及不合格芯片通過IO 卡輸出結(jié)果，進(jìn)行流向控制；

（4）等待下一次檢測。

4 結(jié)束語

該自動(dòng)檢測設(shè)備綜合運(yùn)用了電子、自動(dòng)化、機(jī)械、計(jì)算機(jī)與圖象識(shí)別等多學(xué)科理論和技術(shù)，用機(jī)器視覺系統(tǒng)模仿人眼的功能，用機(jī)器自動(dòng)檢測代替人工肉眼檢測，實(shí)現(xiàn)了芯片檢測的自動(dòng)化。

經(jīng)測試表明，本芯片檢測系統(tǒng)的性能如下：

（1）檢測精度腳彎能夠檢查到0.5pixels，腳缺陷及Dambar能夠檢察到1pixels；

（2）檢測速度軟件檢測時(shí)間為78ms（含機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間），每次檢測時(shí)間小于200ms；

（3）檢測軟件為開放性軟件系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，易于維護(hù)和升級(jí)；

（4）安裝、測試、維修方便。