一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置及其检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置及其检测方法。本装置采用智能相机镜头对被检测物体进行拍照。拍照时，辅以不同的打光方式，获得的图像加以图像的矩阵运算处理，用于获得有效区别被检测对象与背景的图案，有利于图像处理算法提取感兴趣的检测对象的图片。计算机系统通过程序预设的特定图像检测算法，可以获得被检测对象的数值化缺陷信息和位置分布。适用于混合集成电路特点的软件架构最大限度的减少了因为基板或者贴片误差造成的检测误报漏报。本发明专利技术实现了对于混合集成电路各类缺陷，尤其是金丝和焊球缺陷的有效识别，并且实现了显微镜下无法实现的数字化的缺陷检测标准。

【技术实现步骤摘要】
一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置及其检测方法
本专利技术涉及光学检测
，更具体涉及一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置及其检测方法。
技术介绍
微波多芯片组件技术(Multi-ChipModule)是直接将裸露的集成电路芯片安装在多层高密度互联衬底上，层与层的金属导线是用导通孔连接的。这种组装方式允许芯片和芯片靠的很近，可以降低互联和布线中所产生的信号延时，串扰噪声，电感/电容耦合问题。通过这种装配方式使得集成电路极大地缩小体积，减轻重量。由于以往应用于表面贴装过程(SurfaceMountTechnology)的光学检测设备只能用于检测一些标准的表贴元件比如标准电阻、标准电容、标准电感、QFP、QFN封装元件的焊接和贴装不良等等。而对于MCM组件中的标准硅芯片或者砷化镓芯片的检测、含有大量银粉的反光程度不一致的导电胶的检测和对于金丝键合过程中金丝和焊球形貌的检测则没有专门性的检测硬件配置和算法。另一方面，MCM组件技术已经广泛应用于军事，通讯，汽车电子等领域，其产量和模块的组装密度正在急剧增加，以往的传统的人工目检方式应用于大批量的MCM组件，已经无法实现对于芯片上微小缺陷的检测、焊球异常形貌的检测、大量密集排列的金丝的检测和含有银粉反光度不一致具有一定流动性的导电胶胶量的检测。传统的人工目检方法，当生产组件的数量开始批量增加时，无法保证混合集成电路组件的缺陷检出率。而且国军标中规定的缺陷检测的数值标准也无法在实际生产过程中得到确实有效的执行。传统的光学无损检测装置往往只能使用于同一高度，或者高度差相差不大的组件进行检测，缺少灵活的适用于不同高度检测的装置，而且往往只具备了多种颜色和多角度的光源打光方式，软件架构简单，只适用于一些背景比较简单的组件，其检测算法无法有效实现被检测对象缺陷的数值化标定，无法实现对于组件装配过程的参数化分析。对于元件之上还有金丝和焊球，甚至于多层芯片的结构，往往没有能力检测，或者造成数量很大的误报漏报。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供了一种可以检测微波多芯片组件的自动光学检测装置。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置，所述光学装置包括计算机系统、光学照明系统、摄像系统、传送装置以及计算机系统；所述光学照明系统包括强度、颜色、角度、曝光时间均可变化的光源，所述光源用不同的打光方式对待测组件进行打光；所述摄像系统包括感光元件、远心透镜组成的智能相机，所述智能相机的曝光时间可调，所述摄像系统根据待测组件中待测元件产生的反射光经过远心透镜进入感光元件成像，获取待测元件在空间的位置坐标和待测组件平面信息；所述传送装置包括传送轨道和至少一个阻挡器，所述传送轨道设置在摄像系统的视野范围内，所述阻挡器设置在传送轨道上，所述阻挡器相对于传送轨道平面上下伸缩；所述计算机系统包括控制系统、图像检测系统以及图像分析系统，所述控制系统同时连接光学照明系统、摄像系统和传送装置，所述控制系统根据待测元件的级别控制光学照明系统光源的强度、颜色、角度，形成相应的打光方式，所述控制系统控制摄像系统的曝光时间和对焦，所述控制系统控制传送装置中传送轨道的运动和阻挡器的伸缩；所述图像检测系统连接摄像系统，用于将摄像系统抓取的待测组件不同区域的图像进行拼接运算，获得完整的图像，所述图像分析系统根据图像检测系统获取的图像进行分析处理，获得待测元件的缺陷信息。进一步地，所述光学照明系统打光的有效照射角在X-Y平面内为360°，Z轴方向上为45°到15°。进一步地，所述光学照明系统的打光方式为M种，所述M≥20。进一步地，所述光学照明系统为白黄蓝紫四种颜色的LED光源。进一步地，所述LED光源为塔式环状结构。进一步地，所述摄像系统在Z轴上采用自动对焦，将智能相机自动调节到预设位置，依据控制系统中预设的步进高度，逐次对焦，直至被检测元件对焦清晰。进一步地，所述待测元件为基板、芯片、焊球、金丝、导电胶中的一种或一种以上，所述基板为第一级别待测元件，所述基板上的芯片或表贴元件为第二级别待测元件，所述芯片上的焊球为第三级别待测元件，所述焊球所连接的金丝为第四级别待测元件。进一步地，所述图像检测系统的具体作用过程为：将摄像系统抓取的RGB彩色图像转化为红、蓝、绿和灰色四个通道的色度值从0-255的共256阶的单色图像，并对生成的四个通道的单色数值化图像进行加、减，取最大和最小的运算，从而生成新的图像，用于图像匹配。进一步地，所述图像分析系统的具体作用过程为：预先设定两个用于标定待测元件的识别点，利用图像比对方法进行搜索，当搜索完成后利用识别点中心的机器坐标对待测元件的检测框位置进行重新标定，然后依据待测元件的级别设定相应的检测顺序和对象定位补偿规则，对组件不同区域分块定位检测，然后根据待测元件的种类和需要检测的缺陷种类共同确定不同待测元件所采用的具体图像分析算法，获取待测元件缺陷信息。进一步地，所述检测顺序为按照检测级别依次检测。本专利技术还保护一种采用所述的光学检测装置进行检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、首先由计算机系统发出指令，控制传送装置将待测组件传送到摄像系统视野范围内，同时阻挡器升起，将待测组件固定；S2、计算机系统根据预设的打光方式控制光学照明系统，光学照明系统利用不同颜色的光源照明，使得待测组件中的待测元件在不同光源照射下呈现不同的颜色，用于后期的图像分析；S3、计算机系统发出指令，将摄像系统移动到被检测区域，根据待测组件的大小，由计算机控制智能相机的步进距离和方向，分区域对待测组件进行拍照；S4、利用图像处理系统对S3获得的图像进行拼接合成，形成完整的图像；S5、完整的图像进入图像分析系统，依次对待测元件检测级别依次对图像进行定位，然后应用相应的图像分析算法，获得待测元件的缺陷信息。进一步地，所述检测芯片和芯片电容的图像分析算法的具体过程为：采用同轴光的方法实现芯片多余物的显示，利用连通域分析实现多余物尺寸和数量的判断。进一步地，所述检测焊球形貌的图像分析算法的具体过程为：首先从图像块中心出发，沿N个方向寻找焊球边缘像素块，当发现沿该方向像素块的像素值发现阶跃性变化时的像素块位置定位为圆边缘，获得N个圆边缘点后采用最小二乘的圆拟合法，实现对焊球尺寸的估计和测量，其中，N＝2k，所述k≥3。进一步地，所述检测压焊端点的图像分析算法的具体过程为：首先利用二值化和连通域分析手段实现被检测压焊端点的边缘提取，通过计算物体的惯性主轴的方法，实现压焊端点的方向定位、端点长度和最大宽度的数值化提取。进一步地，所述检测金丝形貌的图像分析算法的具体过程为：沿编程时预定的金丝位置，预设连续的并行检测方框，通过检测金丝边缘像素值跳变位置确认金丝边沿，从而确认金丝的实际位置和偏移量。进一步地，所述检测导电胶的图像分析算法的具体过程为：采用二值化的方法显示出导电胶的覆盖范围，利用计算二值化后导电胶所占像素的比例判断导电胶胶量是否充足；利用检测导电胶外延边沿位置，并且利用切比雪夫拟合的方式找出导电胶最远达到的距离本专利技术相比现有技术优点在于：通过本专利中搭建的自动光学检测装置，可以保证高速，准确的检测组件中的各种工艺缺陷，同时还可以对组件的关键工艺参数进行测量和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置，其特征在于，所述光学装置包括计算机系统、光学照明系统、摄像系统、传送装置以及计算机系统；所述光学照明系统包括强度、颜色、角度均可变化的光源，所述光源用不同的打光方式对待测组件进行打光；所述摄像系统包括感光元件、远心透镜组成的智能相机，所述智能相机的曝光时间可调，所述摄像系统根据待测组件中待测元件产生的反射光经过远心透镜进入感光元件成像，获取待测元件在空间的位置坐标和待测组件平面信息；所述传送装置包括传送轨道和至少一个阻挡器，所述传送轨道设置在摄像系统的视野范围内，所述阻挡器设置在传送轨道上，所述阻挡器相对于传送轨道平面上下伸缩；所述计算机系统包括控制系统、图像检测系统以及图像分析系统，所述控制系统同时连接光学照明系统、摄像系统和传送装置，所述控制系统根据待测元件的级别控制光学照明系统光源的强度、颜色、角度，形成相应的打光方式，所述控制系统控制摄像系统的曝光时间和对焦，所述控制系统控制传送装置中传送轨道的运动和阻挡器的伸缩；所述图像检测系统连接摄像系统，用于将摄像系统抓取的待测组件不同区域的图像进行拼接运算，获得完整的图像，所述图像分析系统根据图像检测系统获取的图像进行分析处理，获得待测元件的缺陷信息。...

【技术特征摘要】
1.一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置，其特征在于，所述光学装置包括计算机系统、光学照明系统、摄像系统、传送装置以及计算机系统；所述光学照明系统包括强度、颜色、角度均可变化的光源，所述光源用不同的打光方式对待测组件进行打光；所述摄像系统包括感光元件、远心透镜组成的智能相机，所述智能相机的曝光时间可调，所述摄像系统根据待测组件中待测元件产生的反射光经过远心透镜进入感光元件成像，获取待测元件在空间的位置坐标和待测组件平面信息；所述传送装置包括传送轨道和至少一个阻挡器，所述传送轨道设置在摄像系统的视野范围内，所述阻挡器设置在传送轨道上，所述阻挡器相对于传送轨道平面上下伸缩；所述计算机系统包括控制系统、图像检测系统以及图像分析系统，所述控制系统同时连接光学照明系统、摄像系统和传送装置，所述控制系统根据待测元件的级别控制光学照明系统光源的强度、颜色、角度，形成相应的打光方式，所述控制系统控制摄像系统的曝光时间和对焦，所述控制系统控制传送装置中传送轨道的运动和阻挡器的伸缩；所述图像检测系统连接摄像系统，用于将摄像系统抓取的待测组件不同区域的图像进行拼接运算，获得完整的图像，所述图像分析系统根据图像检测系统获取的图像进行分析处理，获得待测元件的缺陷信息。2.根据权利要求1所述的一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置，特征在于，所述光学照明系统打光的有效照射角在X-Y平面内为360°，Z轴方向上为45°到15°。3.根据权利要求1所述的一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置，特征在于，所述光学照明系统的打光方式为M种，所述M≥20。4.根据权利要求3所述的一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置，其特征在于，所述光学照明系统为白黄蓝紫四种颜色的LED光源。5.根据权利要求4所述的一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置，其特征在于，所述LED光源为塔式环状结构。6.根据权利要求1所述的一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置，特征在于，所述摄像系统在Z轴上采用自动对焦，将智能相机自动调节到预设位置，依据控制系统中预设的步进高度，逐次对焦，直至被检测元件对焦清晰。7.根据权利要求1所述的一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置，特征在于，所述待测元件为基板、芯片、焊球、金丝、导电胶中的一种或一种以上，所述基板为第一级别待测元件，所述基板上的芯片或表贴元件为第二级别待测元件，所述芯片上的焊球为第三级别待测元件，所述焊球所连接的金丝为第四级别待测元件。8.根据权利要求1所述的一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置，特征在于，所述图像检测系统的具体作用过程为：将摄像系统抓取的RGB彩色图像转化为红、蓝、绿和灰色四个通道的色度值从0-255的共256阶的单色图像，并对生成的四个通道的单色数值化图像进行加、减，取最大和最小的运算，从而生成新的图像，用于图像匹配。9.根据权利要求1所述的一种混合集成电路组件缺陷光学检测装置，特征在于，所述图像分析系统的具体作用过程为：预先设定两个用于标定待测元件的识别点，利...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶桢，邱颖霞，闵志先，林文海，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34