CN102359758A - 一种半导体芯片的外观检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体芯片的外观检测装置，包括吸取机构、U形反光板、两个光源、平面反射镜、镜头、相机及调节机构，吸取机构用于吸取待检测芯片至待检测位，U形反光板安装在吸取机构上，对称设置在芯片侧方，两光源发出的光一部分照射在U形反光板上，对芯片底面和其中的一组对边侧面进行背光照明，一部分对芯片的另一组对边侧面进行背光照明，平面反射镜为多个，倾斜对称均匀设置在芯片下方四周，使经平面反射镜反射后的光线垂直入射到镜头前端面，镜头安装在相机上，位于芯片下方，相机安装在调节机构上，调节机构用于调节所述相机的工作距离。本发明采用背光照明技术，器件成像清晰，对比度高，打光均匀，减少了检测时间，提高了效率。

Description

一种半导体芯片的外观检测装置
技术领域
本发明涉及光学检测装置领域，尤其涉及一种半导体集成电路芯片的检测装置，主要应用于(但不局限于)方型扁平式封装技术的半导体芯片，能对芯片的管脚缺失、管脚破损、管脚宽度、管脚间距、管脚长度偏差、管脚栈高、管脚共面度、管脚弯曲度、管脚跨距、管脚排弯、管脚倾斜等指标进行检测。
背景技术
在半导体工业中，已封装完成的集成电路器件在作为贴片元件之前，需经过有效的管脚外观检测，检验项目一般有管脚间距、宽度、跨距和栈高等。在大规模生产中，传统上一般采用以下方法来检验器件管腿的外观：事先做成各种外观项目的限度样品，将实际需要检验的器件与限度样品进行比对，用以判断器件外观的合格与不合格。但是遇到有临界或比对后模糊难以判断的情况，需要逐个用工厂显微镜来测量难以判断的项目，并逐一比对测量结果与标准值的差异。
微电子技术的突飞猛进，使得各种半导体芯片的集成度越来越高，同时芯片的体积趋向于小型化及微型化，这些都对芯片的检测提出了较高的要求。而现场的大批量生产更使得传统的人工肉眼检测难以满足实际需求。
当今的半导体芯片外观检测领域主要有两种检测方式：基于激光测量技术的外观检测***和基于机器视觉的外观检测***。激光检测技术对软硬件的要求很高，造价也就大幅上升，维护复杂程度和成本也相应比较昂贵。随着机器视觉领域研究的不断深入，机器视觉在器件外观检测领域的应用也日趋成熟。越来越多的设备制造商开始运用机器视觉技术来进行半导体芯片外观检测，如比利时的ICOS公司、新加坡的STI公司。以前许多被视为非激光测量不能实现的检测项目已经可以使用视觉***来完成。
与激光测量相比，将机器视觉应用于半导体检测，主要是通过对实时抓取的图像进行分析处理，从而得到图像的各项参数，与预先设置好的检测标准进行比较计算进而判断器件合格与否。在工业生产中，需要对QFP、TQFP、SOP和SSOP等封装形式的IC器件的管脚进行外观检测，检测的指标有管脚缺失、管脚折断、管脚间距、管脚宽度、管脚长度偏差、管脚栈高和管教共面度等，检测的指标中包含二维指标和三维指标(包含有高度信息)，检测二维指标只需通过图像采集装置采集一张器件的底面成像，再通过软件处理即可求出；检测三维指标需要至少在两个方向同时对器件进行采图，然后通过软件重构出器件管脚的三维信息。
目前基于机器视觉的外观检测***结构比较复杂，检测装置成本高。
发明内容
本发明旨在提供一种半导体芯片的外观检测装置，采用单相机加平面反射镜的方式同时对待检测器件的底面和四侧面同时成像，器件五个面的图像都集中在一张图片中，便于处理，同时巧妙的U形反光板设计，可使吸取机构吸取器件平行飞入到检测位而无下降动作，减少了检测时间，提高了效率。
实现本发明的目的所采用的具体技术方案如下：
一种半导体芯片的外观检测装置，包括吸取机构、U形反光板、光源、平面反射镜、镜头、相机及调节机构，其中，
所述吸取机构用于吸取待检测芯片至待检测位，所述U形反光板安装在吸取机构上，所述光源为两个，对称设置在待检测芯片侧方，两光源发出的光一部分照射在U形反光板上，对待检测芯片底面和其中的一组对边侧面进行背光照明，一部分对所述待检测芯片的另一组对边侧面进行背光照明，所述平面反射镜为四个，以一定的角度对称均匀设置在所述待检测芯片下方四周，使经平面反射镜反射后的光线垂直入射到镜头前端面，所述镜头安装在相机上，位于待检测芯片下方，所述相机安装在调节机构上，该调节机构用于调节所述相机的工作距离。
本发明的一个重要特点是采用单相机加四平面反射镜的方式同时对器件底面及四侧面成像，五面成像都在一张图片中，方便软件的处理，同时相比多相机成像方法而言，结构更紧凑，且降低了装置的成本。
本发明的一个重要特点是采用一大景深的镜头，可以消除器件底面成像和侧面成像之间光程差的负面影响，从而使底面和四侧面都能清晰成像。
本发明的一个重要特点是采用一大口径的镜头，可以对尺寸范围为5mm*5mm～40mm*40mm的IC器件进行可靠的成像。
本发明的一个重要特点是采用平行光路及特殊的平面反射镜安装角度，只需对相机标定一次，即可对放置在不同位置的同一IC器件也可对放置在不同位置的不同IC器件进行可靠的成像。
本发明的一个重要特点是底面和四侧面成像采用背光照明，成像对比度高，软件便于处理。
本发明的一个重要特点是U形反光板同时对器件底面及两侧面成像打光，使得吸取机构吸取器件可以平行飞入检测位而无下降动作，减少了检测时间，提高了效率。
本发明采用单相机加平面反射镜的方式同时从两个方向对器件的底面和四侧面成像，一张图片中共有器件五个面的图像，对器件底面成像进行处理计算二维指标，结合底面图像和四侧面图像计算管脚三维指标。本发明采用背光照明技术，器件成像清晰，对比度高，打光均匀；采用特殊的打光方式，本发明可对尺寸为5mm*5mm～40mm*40mm范围内的各种规格器件可靠成像，并且只需标定一次，更换器件型号时不须重新标定，也不用更换任何部件，大大提高了检测装置的适应性。
附图说明
图1为本发明一种半导体芯片的外观检测装置的主视光路示意图，表达了待检测器件底面成像的光路原理。
图2为本发明的右视光路示意图(除去光源)，表达了待检测器件侧面1和侧面3成像的光路原理。
图3为本发明的主视光路示意图，表达了待检测器件侧面2和侧面4成像的光路原理。
图4为本发明对较大型号器件成像的主视光路示意图，表达了待检测器件底面成像的光路原理。
图5为本发明对较大型号器件成像的右视光路示意图(除去光源)，表达了待检测器件侧面1和侧面3成像的光路原理。
图6为本发明对较大型号器件成像的主视光路示意图，表达了待检测器件侧面2和侧面4成像的光路原理。
图7为本发明对较小型号器件成像的主视光路示意图，表达了待检测器件底面成像的光路原理。
图8为本发明对较小型号器件成像的右视光路示意图(除去光源)，表达了待检测器件侧面1和侧面3成像的光路原理。
图9为本发明对较小型号器件成像的主视光路示意图，表达了待检测器件侧面2和侧面4成像的光路原理。
图10为本发明的反光板的结构示意图，其中图(a)是主视示意图，图(b)是右视示意图。
图11为本发明要检测的某一型号的待检测器件的实物图。
图12为本发明对待检测器件成像的效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1，本发明的半导体芯片的外观检测装置包括吸取机构1、U形反光板2、两个光源3、四个平面反射镜5、镜头6、相机7及工作距离调节机构8。
其中吸取机构1负责吸取待检测器件4至检测位，检测完成后，吸取器件1离开检测位；U形反光板2安装在吸取机构1上，起反光作用。具体原理是光源3发出的光照射在U形反光板2上，通过U形反光板2进行反射，同时对待检测器件4底面和其中的一组对边侧面(如图11中的器件侧面1和侧面3或者侧面2和侧面4)进行背光照明，工作时随吸取机构1一起运动；两个光源3安装在U形反光板2和平面反射镜5之间，工作时发出的光一部分照射在U形反光板2上，另外一部分对待检测器件4的另外一组对边侧面(如图11中的器件侧面2和侧面4或者侧面1和侧面3)进行背光照明；四个平面反射镜5以一定的角度安装在四面(要计算合适的角度，使光线经平面反射镜反射后垂直入射镜头前端面，如50°，53°)，起改变光路的作用，如图1和图2所示。
镜头6为一大口径、大景深(景深大于20mm)镜头(如口径为φ100mm，景深为60mm)，安装在相机7上；相机7安装在工作距离调节机构8上，工作时对器件4进行采图；若要采集清楚的图像，镜头前端面离器件之间的距离(以下称工作距离)必须合适，工作距离调节机构8就是对相机和镜头进行上下调节，把相机和镜头调节到一个合适的工作距离(如182mm)。
本方案的打光原理如图1、图2和图3所示，采集的图像主要有两部分，器件4底面图像和器件4四侧面图像(如图12)，如图4。器件4底面成像原理如图1，光源发出的光照射在U形反光板2上，把U形反光板2内部整个区域照亮，经U形反光板2反射后照射在器件底面4，从而在相机中成像，成像光路如图1中的细实线部分，一成像实例的效果如图12中的底面视图。器件4四侧面成像根据打光方式的不同分为两组，侧面1和侧面3为一组，记为A组，侧面2和侧面4为一组，记为B组。A组的成像原理如图2，光源发出的光照射在U形反光板2上，把U形反光板2内部整个区域照亮，U形反光板2侧面反射的光透射器件侧面1和侧面3的管脚，经平面镜反射后垂直入射镜头，在相机上成像，成像光路如图2中的细实线部分，一成像实例的效果如图12中的侧面视图1和侧面视图3。B组的成像原理如图3，光源发出的光直接透射器件侧面2和侧面4的管脚，经平面镜反射后垂直入射镜头，在相机上成像，成像光路如图3中的细实线部分，一成像实例的效果如图12中的侧面视图2和侧面视图4。
当更换器件型号时，假如器件尺寸变大，器件底面和四侧面成像光路由细实线位置平行移动到虚线位置，如图4、图5和图6所示；当器件尺寸变小时，器件底面和四侧面成像光路由细实线位置平行移动到虚线位置，如图7、图8和图9所示。当器件尺寸从5mm*5mm到40mm*40mm范围内从小到大变化时，器件底面和四侧面成像光路就由图7、图8和图9所示的虚线位置平行移动到图4、图5和图6所示的虚线位置。由于光线是平行移动，且底面和侧面成像的入射光线都是垂直镜头入射，只需对该光路标定一次，更换器件规格时，不须重新标定，且不用更换零部件。

Claims (6)

1.一种半导体芯片的外观检测装置，包括吸取机构(1)、U形反光板(2)、光源(3)、平面反射镜(5)、镜头(6)、相机(7)及调节机构(8)，其中，
所述吸取机构(1)用于吸取待检测芯片至待检测位，所述U形反光板(2)安装在吸取机构(1)上，所述光源(3)为两个，对称设置在待检测芯片侧方，两光源(3)发出的光一部分照射在U形反光板(2)上，对待检测芯片底面和其中的一组对边侧面进行背光照明，一部分对所述待检测芯片的另一组对边侧面进行背光照明，所述平面反射镜(5)为多个，以一定的角度对称均匀设置在所述待检测芯片下方四周，使经平面反射镜(5)反射后的光线垂直入射到镜头(6)前端面，所述镜头(6)安装在相机上，位于待检测芯片下方，所述相机(7)安装在调节机构(8)上，该调节机构(8)用于调节所述相机(7)的工作距离。
2.根据权利要求1所述的外观检测装置，其特征在于，所述平面反射镜(5)为四个。
3.根据权利要求1或2所述的外观检测装置，其特征在于，所述平面反射镜(5)上镀有膜，镀膜材料为金、银、铝或PVC。
4.根据权利要求1-3之一所述的外观检测装置，其特征在于，所述平面反射镜(5)可由棱镜代替。
5.根据权利要求1-4之一所述的外观检测装置，其特征在于，所述U形反光板(2)内部镀有反光材料。
6.根据权利要求1-5之一所述的外观检测装置，其特征在于，所述镜头(6)为口径大于φ50mm、景深大于20mm的镜头。
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