一种基于投影莫尔原理的共面度测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于投影莫尔原理的共面度测量系统，包括冷光源（１），准直透镜（２），ＣＣＤ摄像机（３），ＬＣＤ面板（４），投影透镜（５），光学平台（６），高精度移动台（７）和计算机（８）。所述ＬＣＤ面板（４）上显示通过所述计算机（８）产生的条纹图案，所述冷光源（１）发出的光经所述准直透镜（２）后照射到所述ＬＣＤ面板（４）上，将显示在所述ＬＣＤ面板（４）上的条纹图案投影到被装载在高精度移动台（７）上的参考平面或者待测物表面上，所述ＣＣＤ摄像机（３）设置在ＬＣＤ面板（４）侧面。本发明专利技术使整个光场的均匀性、测量面积和测量精度都得到很大提高，能够满足当今封装测试中所需要的大面积、高精度实时快速测量的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子封装领域，具体涉及一种电子封装中的封装器件共面度测量系 统，适用于对BGA(Ball Grid Array，球栅阵列封装)和CSP (Chip Size Package，芯片尺寸 封装)等大规模集成电路封装体的共面度进行实时的检测。
技术介绍
集成电路(IC)产业已成为国民经济发展的关键，而IC设计、制造和封装测试是IC 产业发展的三大产业支柱。在实际生产中，由于在线、离线评测手段匮乏，很多产品投入市 场之前未能发现产品中存在的可靠性隐患，甚至只能通过器件的使用过程来检测其加工质 量与可靠性，严重阻碍了微电子工业的快速发展。在各种新型封装材料、结构和工艺不断涌 现的今天，IC封装测试显得尤为重要。因为封装测试可以实时检测器件在封装工艺过程中 的形貌特征，也可以检测每一个封装器件的质量，在大批量生产中迅速发现有缺陷的产品。 为IC产品的一致性、重复性、可靠性和耐久性提供了保障。球栅阵列(Ball-Grid-Array)是当今最流行的封装技术。在BGA封装的过程中， 由材料热膨胀系数(CTE)不匹配等因素而导致的基板翘曲以及BGA焊球自身的不均勻性都 会导致基板上BGA焊球不共面的情况，会诱发电路的短路或断路，导致非安全的电气连接， 影响电气连接性能和产品可靠性，甚至导致器件失效。因此，BGA焊球的共面性检查是至关 重要的。当今，BGA焊球共面性检查的三维测试系统主要是基于激光扫描技术或者是结构 光投影方法。激光束的物理扫描过程会导致很低的测量速度。而且传统的检测方式是通过 机械运动移动参考栅的位置实现相移，移动速度慢，运动带来震动、噪声和重复相移精度不 好，不能满足高精度实时测量的要求。随着测量面积加大，待测器件在深度方向测量范围加 大以及对测量精度和效率的要求不断提高，急需一种稳定可靠的快速测量方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种基于投影莫尔原理的共面度测量系统，该系统将投影莫 尔与LCD相移技术相结合，采用一个非相干冷光源和一个LCD虚拟光栅垂直投影正弦条纹 图案到CCD视场下的待测物表面。同时冷光源垂直投影到参考平面，整个测量系统的测量 面积和测量精度都得到很大提高。一种基于投影莫尔原理的共面度测量系统，包括冷光源，准直透镜，CXD摄像机， LCD面板，投影透镜，光学平台，高精度移动台和计算机，其中，所述准直透镜、LCD面板、投影透镜以及高精度移动台沿轴向依次被夹持固定在光 学平台上，所述LCD面板与所述计算机相连，该LCD面板上显示通过所述计算机产生的条纹 图案，所述冷光源发出的光经所述准直透镜后照射到所述LCD面板上，将显示在所述LCD面 板上的条纹图案投影到被装载在高精度移动台上的参考平面或者待测物表面上，所述CCD 摄像机设置在LCD面板侧面，用于捕捉投影在高精度移动台上的参考平面或待测物表面上的条纹图案强度，综合捕获的所述待测物表面条纹图案强度和所述参考平面的条纹图案强 度，即可得出待测物表面的高度值h (x, y)。作为本专利技术的进一步改进，所述得出待测物表面的高度值h(x，y)的具体过程为 通过上述捕获的参考平面和待测物表面上的条纹图案强度，分别获得参考平面和待测物表 面上的相位值Φ (χ, y)，并进一步计算出参考平面和待测物表面上每个坐标值对应的相位 差Δ φ (χ，y)，即可得到待测物表面的高度值h(x，y)。作为本专利技术的进一步改进，所述相位值Φ (x, y)通过四步相移方法获得，即将所 述正弦条纹图案实施四步数字相移，相位分别为0，π/2，π和3π/2，再通过以下公式计算 出参考平面或者待测物表面上的相位值Φ (χ, y)权利要求1.一种基于投影莫尔原理的共面度测量系统，包括冷光源(1)，准直透镜(2)，CCD摄像 机(3)，LCD面板(4)，投影透镜(5)，光学平台(6)，高精度移动台(7)和计算机(8)，其中，所述准直透镜0)、LCD面板0)、投影透镜( 以及高精度移动台(7)沿轴向依次被夹 持固定在光学平台(6)上，所述IXD面板(4)与所述计算机⑶相连，该IXD面板(4)上显 示通过所述计算机(8)产生的条纹图案，所述冷光源(1)发出的光经所述准直透镜(2)后 照射到所述LCD面板(4)上，将显示在所述LCD面板(4)上的条纹图案投影到被装载在高 精度移动台(7)上的参考平面或者待测物表面上，所述CCD摄像机C3)设置在LCD面板(4) 侧面，用于捕捉投影在高精度移动台(7)上的参考平面或待测物表面上的条纹图案强度， 综合捕获的所述待测物表面条纹图案强度和所述参考平面的条纹图案强度，即可得出待测 物表面的高度值h(x，y)。2.根据权利要求1所述的共面度测量系统，其特征在于，得出所述待测物表面的高度 值h(x，y)的具体过程为通过上述捕获的参考平面和待测物表面上的条纹图案强度，分别 获得参考平面和待测物表面上的相位值Φ (χ, y)，并进一步计算出参考平面和待测物表面 上每个坐标值对应的相位差Δ φ (χ, y)，即可得到待测物表面的高度值h(x，y)。3.根据权利要求2所述的共面度测量系统，其特征在于，所述相位值Φ(χ, y)通过 四步相移方法获得，即将所述正弦条纹图案实施四步数字相移，相位分别为0，π/2，π和 3 π/2，再通过以下公式计算出参考平面或者待测物表面上的相位值Φ(χ，γ)4.如权利要求1-3之一所述的共面度测量系统，其特征在于，所述的条纹图案为可调 节的正弦条纹图案。5.根据权利要求1-4之一所述的共面度测量系统，其特征在于，所述的待测物为BGA焊球。全文摘要本专利技术公开了一种基于投影莫尔原理的共面度测量系统，包括冷光源(1)，准直透镜(2)，CCD摄像机(3)，LCD面板(4)，投影透镜(5)，光学平台(6)，高精度移动台(7)和计算机(8)。所述LCD面板(4)上显示通过所述计算机(8)产生的条纹图案，所述冷光源(1)发出的光经所述准直透镜(2)后照射到所述LCD面板(4)上，将显示在所述LCD面板(4)上的条纹图案投影到被装载在高精度移动台(7)上的参考平面或者待测物表面上，所述CCD摄像机(3)设置在LCD面板(4)侧面。本专利技术使整个光场的均匀性、测量面积和测量精度都得到很大提高，能够满足当今封装测试中所需要的大面积、高精度实时快速测量的要求。文档编号G01B11/25GK102072700SQ201010548868公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日专利技术者刘胜, 宋劭, 张伟, 张鸿海, 朱福龙, 王志勇 申请人:华中科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于投影莫尔原理的共面度测量系统，包括冷光源（１），准直透镜（２），ＣＣＤ摄像机（３），ＬＣＤ面板（４），投影透镜（５），光学平台（６），高精度移动台（７）和计算机（８），其中，所述准直透镜（２）、ＬＣＤ面板（４）、投影透镜（５）以及高精度移动台（７）沿轴向依次被夹持固定在光学平台（６）上，所述ＬＣＤ面板（４）与所述计算机（８）相连，该ＬＣＤ面板（４）上显示通过所述计算机（８）产生的条纹图案，所述冷光源（１）发出的光经所述准直透镜（２）后照射到所述ＬＣＤ面板（４）上，将显示在所述ＬＣＤ面板（４）上的条纹图案投影到被装载在高精度移动台（７）上的参考平面或者待测物表面上，所述ＣＣＤ摄像机（３）设置在ＬＣＤ面板（４）侧面，用于捕捉投影在高精度移动台（７）上的参考平面或待测物表面上的条纹图案强度，综合捕获的所述待测物表面条纹图案强度和所述参考平面的条纹图案强度，即可得出待测物表面的高度值ｈ（ｘ，ｙ）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱福龙，宋劭，张伟，刘胜，王志勇，张鸿海，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83