CN109445121A - 用于芯片封装的光学准直成像*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用于芯片封装的光学准直成像***，包括光源、分划板、第一准直物镜、第二准直物镜、分光模块、反射镜组、光学成像装置、芯片载台及基板载台。分划板和光学成像装置位于准直物镜的焦平面上，芯片载台、基板载台分别与光轴相垂直；反射镜组的各反射镜与光轴的夹角相等或互补。光源出射的光线通过第一准直物镜后形成平行光束，分光模块和反射镜组将被芯片载台上的芯片和基板载台上的基板反射回来的光束投射至光学成像装置。本申请通过调整芯片或基板的角度使得芯片自准直像和基板自准直像重合，实现了芯片封装过程中芯片与基板之间高精度的角度测量，结构简单、调试方便，在具有高成品率基础上，降低了芯片封装设备的成本。

Description

用于芯片封装的光学准直成像***

技术领域

本发明实施例涉及芯片封装技术领域，特别是涉及一种用于芯片封装的光学准直成像***。

背景技术

随着半导体行业的快速发展，芯片广泛应用于各行各业。芯片需求量增大和质量要求提升促使芯片封装技术得到相应发展。

安装半导体集成电路芯片的外壳，起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对CPU和其他集成电路都起着重要的作用。此外，封装后的芯片便于安装和运输。可见，芯片封装技术的好坏直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的电路的设计和制造，因此在芯片制造领域中至关重要。

芯片与基板基准的对准以及芯片与基板的角度调整影响芯片封装质量。目前在国内芯片封装领域中，采用的均是德国的FC300型芯片封装设备，配套设备需求经费高，导致整个芯片制造成本较高。

如何保证相同成品率的基础上，降低芯片封装设备的成本，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本公开实施例提供了一种用于芯片封装的光学准直成像***，结构简单、调试方便，实现了芯片封装过程中芯片与基板之间高精度的角度测量，在具有高成品率基础上，降低了芯片封装设备的成本。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例提供了一种用于芯片封装的光学准直成像***，包括：

光源、分划板、第一准直物镜、第二准直物镜、分光模块、反射镜组、光学成像装置、芯片载台及基板载台；所述芯片载台、所述基板载台分别与光轴相垂直；所述反射镜组的各反射镜与所述光轴的夹角相等或互补；

光线通过位于所述第一准直物镜焦平面的所述分划板形成平行光束，所述平行光束经所述分光模块分别投射至所述芯片载台的芯片和所述基板载台的基板，所述芯片和所述基板反射的第一光束和第二光束经所述反射镜组投射至所述第二准直物镜焦平面上的光学成像装置进行成像，得到第一图像和第二图像，所述第一图像和所述第二图像的分划板像位移偏差值对应所述芯片和所述基板之间的角位移。

可选的，所述芯片和所述基板的角度检测精度为2μrad，所述第一准直物镜和所述第二准直物镜的焦距为93.57mm，所述分划板为直径5mm、线宽0.02mm的圆形十字分划板，所述光源出射光线波长为626nm。

可选的，所述第一准直物镜和所述第二准直物镜的出光口径为9mm，准直半角为±1/2°。

可选的，还包括位于所述芯片载台下方的第一滤光片及位于所述基板载台下方的第二滤光片。

可选的，还包括位于所述第一滤光片和所述芯片载台之间的第一隔板玻璃及位于所述基板载台和所述第二滤光片之间的第二隔板玻璃。

可选的，所述反射镜组包括6块反光镜，各反光镜与所述光轴的夹角为45°；

所述第一准直物镜出射的平行光束入射至第一反光镜，所述第一反光镜输出光线至所述分光模块，所述分光模块分出的第一光束经第二反光镜入射至所述芯片上，经所述芯片反射的光束依次通过所述第二反光镜、所述分光模块、第三反光镜、第四反光镜入射至所述第二准直物镜；所述分光模块分出的第二光束经第五反光镜、第六反光镜入射至所述基板上，经所述基板反射的光束依次通过所述第六反光镜、所述第五反光镜、所述分光模块、所述第三反光镜、所述第四反光镜入射至所述第二准直物镜。

可选的，所述光学成像装置为CCD相机。

可选的，所述CCD相机的分辨率为1296*966、像素尺寸为3.75μm*3.75μm、靶面尺寸为1/3``。

可选的，所述分光模块为分光棱镜。

可选的，所述光源为LED光源。

本发明实施例提供了一种用于芯片封装的光学准直成像***，包括光源、分划板、第一准直物镜、第二准直物镜、分光模块、反射镜组、光学成像装置、芯片载台及基板载台。分划板位于第一准直物镜的焦平面上，光学成像装置位于第二准直物镜的焦平面上，芯片载台、基板载台分别与光轴相垂直；反射镜组的各反射镜与光轴的夹角相等或互补。光源出射的光线通过第一准直物镜后形成平行光束，分光模块和反射镜组将被芯片载台上的芯片和基板载台上的基板反射回来的光束投射至光学成像装置。本申请将光学成像装置的两幅自准直像中的分划板像位移偏差值作为衡量芯片和基板之间微小角度的基准，通过调整芯片或基板的角度使得芯片自准直像和基板自准直像重合，保证芯片与基板角度的严格平行，结构简单、调试方便、易于产品化，实现了芯片封装过程中芯片与基板之间高精度的角度测量，在具有高成品率基础上，降低了芯片封装设备的成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开根据一示例性实施例示出的一种用于芯片封装的光学准直成像***的结构示意图；

图2为本公开根据另一示例性实施例示出的一种用于芯片封装的光学准直成像***的结构示意图；

图3为本公开根据一示例性实施例示出的一种准直物镜的传递函数曲线示意图；

图4为本公开根据一示例性实施例示出的一种准直物镜的畸变曲线示意图；

图5为本公开根据一示例性实施例示出的一种芯片圆形十字分划自准值像和基板圆形十字分划自准像示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。

首先参见图1，图1为本发明实施例提供的一种用于芯片封装的光学准直成像***的结构框架示意图，本发明实施例可包括以下内容：

用于芯片封装的光学准直成像***可包括光源1、分划板2、第一准直物镜3、第二准直物镜4、分光模块5、反射镜组6、光学成像装置7、芯片载台8及基板载台9。

光源1可为任何一种可出射光线的光源，这均不影响本申请的实现。兼顾体积、能耗及成本等因素，光源1可采用LED光源。

分划板2设置在第一准直物镜3的焦平面上，可为相关技术中的任何一种分划板，例如圆形十字分划板，本申请对此不做任何限定。

光源1出射的光线穿过分划板2，入射至第一准直物镜3，经第一准直物镜3后形成平行光束。

分光模块5可为相关技术中任何一种可实现将入射至其上的光线分为两束光线的器件，例如可为分光棱镜，本申请对此不做任何限定。第一准直物镜3出射的光线投射至分光模块5上，分光模块5出射第一光束和第二光束，第一光束经反射镜组6反射至芯片载台8上，第二光束经反射镜组6反射至基板载台9上。

反射镜组6包括多个可将入射至其上的光线反射至***中的预设器件上的光学器件，例如平面反射镜、反光镜等，反射镜组6中的镜子个数、镜子种类、镜子的摆放位置可根据用户实际需求设计确定，本申请对此不做任何限定。各反射镜与***光轴的夹角相等或互补，举例来说，各反射镜与***光轴的夹角可为45°或135°。

芯片载台8用于承载待封装的芯片，基板载台9用于承载基板，芯片载台8、基板载台9分别与***光轴相垂直，可选的，芯片载台8、基板载台9可相互平行。在芯片封装过程，调整芯片与基板之间的角度时，可通过固定芯片，调整基板位置来实现二者角度的调整，也可固定基板，调整芯片位置来实现二者角度的调整，可选的，为了便于调试，可将基板放置在基板载台不同，通过调整芯片位置来调整二者的角度。

芯片载台8反射出来的光束经反射镜组6入射至第二准直物镜4上，第二准直物镜4将该光束准直至光学成像装置7上；基板载台9反射出来的光束经反射镜组6入射至第二准直物镜4上，第二准直物镜4将该光束准直至光学成像装置7上。

第二准直物镜4和第一准直物镜3可采用相关技术中的任何一种类型的准直物镜，本申请对此不做任何限定。

光学成像装置7位于第二准直物镜4的焦平面上，用于对芯片反射的光束进行光学成像，得到第一图像(或者称为芯片自准直像)并在视窗内显示该图像，对基板反射的光束进行光学成像，得到第二图像(或者称为基板自准直像)并在视窗内显示该图像，第一图像和第二图像均为分划板像。当芯片及基板倾斜一个微小角度时，反射回来的光束就产生一个倾角，位于光学成像装置7表面的两个分划板像就产生一个位移，第一图像和第二图像的分划板像位移偏差值对应芯片和基板之间的角位移，通过对分划板像位移的判读就可以得知芯片及基板的角位移，也即可通过判断第一图像和第二图像的分划板是否重合作为判断芯片和基板之间是否平行的依据。可见，第一图像和第二图像的分划板像位移偏差值可作为调整或者是测试芯片和基板之间的微小角度的基准。

光学成像装置7可为相关技术中任何一种可实现光学成像的设备，例如可为CCD相机。

需要说明的是，第一准直物镜、第二准直物镜的焦距、分划板的尺寸、光源出射的光线波长、光学成像装置的规格与光学准直成像***检测芯片与基板的角度精度相关，也即可根据***欲检测的芯片与基板的角度精度来确定第一准直物镜、第二准直物镜的焦距、分划板的尺寸、光源出射的光线波长、光学成像装置的规格，或者是根据选取的第一准直物镜、第二准直物镜的焦距、分划板的尺寸、光源出射的光线波长、光学成像装置的规格计算光学准直成像***检测的芯片与基板角度可达到的精度。举例来说，在芯片和基板的角度检测精度为2μrad时(此精度可以保证芯片与基板的完好封装)，第一准直物镜和第二准直物镜的焦距可为93.57mm，分划板可为直径5mm、线宽0.02mm的圆形十字分划板，光源出射光线波长可为626nm。

在本发明实施例提供的技术方案中，将光学成像装置的两幅自准直像中的分划板像位移偏差值作为衡量芯片和基板之间微小角度的基准，通过调整芯片或基板的角度使得芯片自准直像和基板自准直像重合，保证芯片与基板角度的严格平行，结构简单、调试方便，实现了芯片封装过程中芯片与基板之间高精度的角度测量，在具有高成品率基础上，降低了芯片封装设备的成本。

在一种具体的实施方式中，用于芯片封装的光学准直成像***的结构图可如图2所示，基于上述实施例，光源1可为LED光源、光学成像装置可为CCD相机、分光模块5可为分光棱镜，还可包括第一滤光片10、第二滤光片11、第一隔板玻璃12及第二隔板玻璃13，反射镜组可包括6块反光镜，各反光镜与所述光轴的夹角为45°。其中，第一滤光片10、第二滤光片11、第一隔板玻璃12及第二隔板玻璃13在一种应用场景中可同时均设置，也可同时均不设置，也可根据需求进行设置，这均不影响本申请的实现。

第一准直物镜3出射的平行光束入射至第一反光镜61，第一反光镜61输出光线至分光棱镜5，分光棱镜5分出的第一光束经第二反光镜62入射至芯片上，经芯片反射的光束依次通过第二反光镜62、分光模块5、第三反光镜63、第四反光镜64入射至第二准直物镜4；分光模块5分出的第二光束经第五反光镜65、第六反光镜66入射至基板上，经基板反射的光束依次通过第六反光镜66、第五反光镜65、分光模块5、第三反光镜63、第四反光镜64入射至第二准直物镜4。

第一滤光片10、第二滤光片11可排除外界光干扰，提升CCD相机成像质量。第一隔板玻璃12及第二隔板玻璃13可用于防尘、防水等起到保护光学准直成像***的作用。

为了证实本申请提供的光学准直成像***具有较高的检测精度，本申请以图2所示的光学准直成像***为例进行阐述。

CCD相机的相机参数可为：分辨率为1296*966、像素尺寸为3.75μm*3.75μm、靶面尺寸为1/3``。

光学自准直成像***的最小转向角为20μrad及CCD像素尺寸3.75μm，通过像元及公式α＝γ/2f，计算可得到f＝93.75mm，通过CCD像元细分算法计算十字分划像得位置可以得到更高的最小转向角，如下表所示：

表1十字分划像细分参数和最小转向角的对应关系

2细分	4细分	6细分	8细分	10细分
					10μrad	5μrad	3.3μrad	2.5μrad	2μrad

当准直物镜的检测范围为±1°(即准直物镜的准直半角为±1/2°)，通过已知光学知识可计算需要CCD的靶面大小为3.273mm，基于相关光学理论通过CCD相机参数可以计算出CCD的有效靶面尺寸为4.86mm×3.6225mm，可见所选的CCD相机靶面尺寸能够满足准直***的视场角要求。

为了满足光学准直成像***的出光口径不小于φ8mm条件，可选择出光口径为9mm准直物镜。

通过图3和图4可知，本申请提供的光学准直成像***成像质量好、畸变非常小，可保证图像的准确定位。在图3中，横坐标为空间频率，纵坐标为传递函数值，通过曲线可知该***成像质量良好；图4中，横坐标为畸变率，纵坐标为视场角值，曲线显示畸变非常小，从而保证图像定位的准确度。

以分划板2为圆形十字分划板为例，CCD相机视窗内呈现芯片自准直像和基板自准直像可参阅图5所示。通过中心基板的圆形十字分划像作为基准，通过调整芯片的角度能够使其的圆形十字分划像能与基板的圆形十字分划像重合，证明基板与芯片角度调整完毕。

由上可知，本申请提供的用于芯片封装的光学准直成像***检测精度高、环境稳定性好、成本低。

此外，还可通过在光学准直成像***中设置机械手，通过机械手带动整个光学准直成像***来实现芯片和基板的角度调整。

在一种具体的实施方式中，还可设置处理器，处理器中设置有校正调整程序，该校正调整程序用于自动执行芯片封装过程中芯片和基板角度的校正。具体可通过判断光学成像装置处的芯片自准直像和基板自准直像之间的偏移位置，控制机械手移动光学准直成像***的位置和角度，使得芯片自准直像和基板自准直像相重合，也即芯片自准值像和基板自准直像的位移偏差值与芯片和基板之间的角位移具有对应关系，计算当前芯片自准值像和基板自准直像的位移偏差值，可得到***需要移动的位移值和角度值，从而保证芯片和基板平行，提高芯片封装效率，实现高成品率的芯片封装。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上对本发明所提供的一种用于芯片封装的光学准直成像***进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于芯片封装的光学准直成像***，其特征在于，包括：

光源、分划板、第一准直物镜、第二准直物镜、分光模块、反射镜组、光学成像装置、芯片载台及基板载台；所述芯片载台、所述基板载台分别与光轴相垂直；所述反射镜组的各反射镜与所述光轴的夹角相等或互补；

光线通过位于所述第一准直物镜焦平面的所述分划板形成平行光束，所述平行光束经所述分光模块分别投射至所述芯片载台的芯片和所述基板载台的基板，所述芯片和所述基板反射的第一光束和第二光束经所述反射镜组投射至所述第二准直物镜焦平面上的光学成像装置进行成像，得到第一图像和第二图像，所述第一图像和所述第二图像的分划板像位移偏差值对应所述芯片和所述基板之间的角位移。

2.根据权利要求1所述的用于芯片封装的光学准直成像***，其特征在于，所述芯片和所述基板的角度检测精度为2μrad，所述第一准直物镜和所述第二准直物镜的焦距为93.57mm，所述分划板为直径5mm、线宽0.02mm的圆形十字分划板，所述光源出射光线波长为626nm。

3.根据权利要求2所述的用于芯片封装的光学准直成像***，其特征在于，所述第一准直物镜和所述第二准直物镜的出光口径为9mm，准直半角为±1/2°。

4.根据权利要求1所述的用于芯片封装的光学准直成像***，其特征在于，还包括位于所述芯片载台下方的第一滤光片及位于所述基板载台下方的第二滤光片。

5.根据权利要求4所述的用于芯片封装的光学准直成像***，其特征在于，还包括位于所述第一滤光片和所述芯片载台之间的第一隔板玻璃及位于所述基板载台和所述第二滤光片之间的第二隔板玻璃。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的用于芯片封装的光学准直成像***，其特征在于，所述反射镜组包括6块反光镜，各反光镜与所述光轴的夹角为45°；

所述第一准直物镜出射的平行光束入射至第一反光镜，所述第一反光镜输出光线至所述分光模块，所述分光模块分出的第一光束经第二反光镜入射至所述芯片上，经所述芯片反射的光束依次通过所述第二反光镜、所述分光模块、第三反光镜、第四反光镜入射至所述第二准直物镜；所述分光模块分出的第二光束经第五反光镜、第六反光镜入射至所述基板上，经所述基板反射的光束依次通过所述第六反光镜、所述第五反光镜、所述分光模块、所述第三反光镜、所述第四反光镜入射至所述第二准直物镜。

7.根据权利要求6所述的用于芯片封装的光学准直成像***，其特征在于，所述光学成像装置为CCD相机。

8.根据权利要求7所述的用于芯片封装的光学准直成像***，其特征在于，所述CCD相机的分辨率为1296*966、像素尺寸为3.75μm*3.75μm、靶面尺寸为1/3``。

9.根据权利要求8所述的用于芯片封装的光学准直成像***，其特征在于，所述分光模块为分光棱镜。

10.根据权利要求9所述的用于芯片封装的光学准直成像***，其特征在于，所述光源为LED光源。