DE4426968A1 - Lichtleiter, vorzugsweise zur seitlichen Beleuchtung eines Objektes - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Lichtleiter nach der Gat­ tung des Hauptanspruchs. Es ist schon bekannt, Lichtleiter für die Beleuchtung eines Objektes zu verwenden, wenn eine direkte Anordnung einer Beleuchtungseinrichtung aus Platzgründen nicht möglich ist. Bei Betrachtung eines Objek­ tes durch ein Mikroskop werden beispielsweise Lichtleiter verwendet, mit denen das Licht einer Lichtquelle auf die Oberfläche des Objektes gelenkt wird, da in der Regel der Abstand zwischen dem Objekt und dem Objektiv des Mikroskopes relativ klein ist. Bei Mikroskopbetrachtung ergibt sich noch das weitere Problem, daß nur die dem Objektiv zugewandte Oberfläche optisch abgetastet werden kann. Will man auch die Seitenflächen des Objektes betrachten, dann muß das Objekt entsprechend zum Objektiv gedreht werden. Insbesondere tritt in der Halbleiterfertigung bei der Chipmontage das Problem auf, daß auch die Schnittkanten eines Chips oder auch Löt- oder Klebverbindungen zu einem Trägersubstrat optisch über­ prüft werden müssen. Ein Drehen der einzelnen Chipkanten ist nicht nur sehr zeitaufwendig, sondern auch wegen der relativ kleinen Abmessungen eines Chips recht schwierig und kann leicht zu unerwünschten Beschädigungen führen. Eine derar­ tige Sichtkontrolle beispielsweise in der Qualitätskontrolle ist daher nicht nur sehr aufwendig, sondern auch sehr unzu­ verlässig, da der Prüfer nicht alle Fehler erkennen kann.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Lichtleiter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Objekt, das sich innerhalb oder unterhalb der Öff­ nung des Lichtleiters befindet, auch von allen Seiten beleuchtet werden kann. Besonders vorteilhaft ist, daß durch die als Umlenkspiegel ausgebildeten Wandungen das an den Seiten des Objekts reflektierte Licht von der Öffnung des Lichtleiters so weggeleitet wird, daß es beispielsweise in das Objektiv eines darüber befindlichen Mikroskops fällt. Durch diese vorteilhafte Anordnung kann nicht nur die dem Mikroskop zugewandte Oberseite des Objektes, sondern auch deren Seitenflächen gleichzeitig betrachtet werden, ohne daß das Objekt in irgendeiner Weise gedreht oder gekippt werden muß. Dadurch kann das Objekt gründlicher untersucht werden und wird durch das Handling nicht beschädigt. Durch die gleichzeitige Darstellung aller kritischen Seiten ist eine erhebliche Beschleunigung der optischen Prüfung gegeben.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Lichtleiters möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß der Neigungswinkel der Wandungen unter Berücksichtigung des Brechnungsindexes des verwendeten Lichtleitermaterials gewählt wird. Der Neigungswinkel kann dadurch so gewählt werden, daß eine möglichst vollständige Umlenkung des von den Seitenflächen des Objektes reflektierten Lichtes er folgt. Dadurch kann die Lichtausbeute optimiert und eine To­ talreflexion vermieden werden.

In der Praxis hat sich als günstig erwiesen, den Neigungswinkel der Wandungen bezüglich der Horizontalen mit ca. 45° zu wählen, da dann das von den Seitenflächen etwa horizontal reflektierte Licht vertikal nach oben abgelenkt werden kann und somit direkt in das Objektiv eines Mi­ kroskops fällt.

Durch eine ausreichende Höhe der wirksamen Lichtaustritts­ fläche einer Wandung wird erreicht, daß die ganze Seiten­ fläche des Objektes ausgeleuchtet wird und somit ein voll­ ständiges Bild ohne Nachjustage erhältlich ist.

Um die Ausleuchtung der Seitenflächen des Objekts zu ver­ stärken, ist am äußeren Rand des Lichtleiters wenigstens ein Reflektor angeordnet. Oberhalb dieses wenigstens einen Re­ flektors kann ein weiterer Reflektor angeordnet werden, der auf die Oberseite des Objektes gerichtet ist, so daß auch diese voll ausgeleuchtet wird und gleichzeitig mit den Seitenflächen durch ein Mikroskop beobachtet werden kann.

Günstig ist weiter, den Lichtleiter mit einer Lichtquelle auszustatten, deren Helligkeit regelbar ist. Dadurch kann im Mikroskop die Helligkeit so gesteuert werden, daß ein mög­ lichst kontrastreiches Bild erscheint.

In Verbindung des Lichtleiters mit einem Mikroskop oder einem Kamerasystem kann vorteilhaft sowohl die Oberfläche als auch die Seitenflächen des Objektes gleichzeitig über­ prüft werden. Beispielsweise sind bei der optischen Über­ prüfung von Halbleiterchips, die auf einem Trägersubstrat, einem leadframe, geklebt oder gelötet sind, ohne Drehen oder Kippen deren Schnittflächen überprüfbar.

Wird als optisches Inspektionssystem eine Kamera mit automa­ tischer Bilderkennung verwendet, dann kann durch Bildver­ gleich zwischen einer gespeicherten Vorgabe und dem Istbild die Sichtprüfung automatisiert werden. Fehlerhafte Chips können mit einer entsprechenden Markiereinrichtung gekenn­ zeichnet und aussortiert werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Anordnung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einem optischen Inspektionssystem, Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel in Draufsicht und Fig. 3 zeigt ein Schnittbild des Aus­ führungsbeispiels.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Lichtleiters 6 im Schnitt. Der Lichtleiter 6 ist etwa trichterförmig ausgebildet und hat in der Mitte eine Öff­ nung, in die das zu beleuchtende Objekt 1 gelegt ist. Das Objekt 1 kann beispielsweise ein Halbleiterchip sein, der auf einem Träger 19 angeordnet ist. Beispielsweise können bei der Halbleiterfertigung ein oder mehrere Halbleiterchips 1 auf einem als Träger ausgebildeten leadframe angeordnet sein, deren Qualität nacheinander optisch zu überprüfen ist.

Der Lichtleiter 6 hat vorzugsweise vier rechtwinklig zu­ einander angeordnete Wandungen 5, die im unteren Teil des Lichtleiters 6 als schräge Flächen ausgebildet sind und das von den senkrechten Wänden des Halbleiterchips reflektierte Licht nach oben umlenken. Des weiteren sind am äußeren Rand des Lichtleiters 6 im unteren Bereich Reflektoren 4 vorgese­ hen, die das Licht des Lichtleiters in Richtung auf die Öff­ nung 11 verstärkt umlenken. An einer oder mehreren geeigneten Stellen sind am Rand des Lichtleiters 6 Öffnungen für Lichtquellen 12 vorgesehen, deren Licht über den Licht­ leiter auf die Öffnung 11 gelenkt wird. Die Lichtquellen sind mit einem regelbaren Netzteil 18 verbunden, so daß auch die Helligkeit des Lichtleiters 6 einstellbar ist. Über dem Lichtleiter 6 ist ein optisches Inspektionssystem 7 derart angeordnet, daß die von den Wandungen 5 umgelenkte Strahlung in dessen Linsensystem fällt. Das optische Inspektionssystem 7 kann ein Mikroskop sein, mit dem die Oberfläche und die Seiten des Objekts 1 überprüft werden. Es kann des weiteren mit einer Kamera 16 verbunden sein, die die erfaßten Flächen des Objekts festhält.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Kamera mit einem Bilderkennungssystem 17 zu verbinden, in dem Muster für gute und/oder fehlerhafte Objekte 1 gespeichert sind. Durch Bildvergleich zwischen gespeicherten und aktuellen Aufnahmen der Kamera 16 kann eine automatische Bewertung und Auswertung für das Objekt durchgeführt werden. Wird ein fehlerhaftes Objekt 1 entdeckt, kann dieses an geeigneter Stelle beispielsweise mit einem Farbpunkt mar­ kiert werden.

Der Lichtleiter 6 mit seiner Öffnung 11 ist so ausgebildet, daß das Objekt 1 weder bei der Justage noch bei der Betrach­ tung beschädigt werden kann. Insbesondere ist bei einem beweglich angeordneten Lichtleiter 6 dieser so ausgebildet, daß er auch keine Schäden beispielsweise an Nachbarobjekten verursacht. Des weiteren ist die trichterförmige Ausgestal­ tung des Lichtleiters 6 auf das optische Inspektionssystem 7 abgestimmt, so daß die Schärfeeinstellung und ein Wechsel der Vergrößerung nicht behindert wird.

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung den Lichtleiter 6 in Draufsicht. In der Mitte des Lichtleiters 6 ist eine Öff­ nung 11 erkennbar, die vorzugsweise quadratisch ausgebildet ist und zum Objekt 1 eine gewisse Übergröße aufweist. Die Wandungen 5 umschließen die Öffnung 11, so daß über diese Wandungen 5 das Objekt 1 von allen Seiten gleichzeitig beleuchtet werden kann. An geeigneter Stelle sind im Licht­ leiter 6 Öffnungen zur Aufnahme der Lichtquellen 12 vorgese­ hen. Diese Lichtquellen können auch an den Ecken des Licht­ leiters 6 positioniert sein.

Fig. 3 zeigt den Lichtleiter 6 nochmal im Querschnitt. Ins­ besondere ist der Neigungswinkel α der Wandungen 5 in bezug auf die Horizontale erkennbar. Der Winkel α wird dabei so gewählt, daß möglichst viel Licht aus dem Lichtleiter ausge­ koppelt und auf die Seitenflächen 9 des Objekts 1 geleitet wird. Andererseits soll das reflektierte Licht von den Wan­ dungen 5 nach oben abgelenkt werden, damit es in das op­ tische Inspektionssystem 7 fällt. Der Winkel α kann unter Berücksichtigung des Brechungsindexes, z. B. n = 1,5, mate­ rialabhängig gewählt werden und wird so festgelegt, daß möglichst viel Licht aus dem Lichtleiter G ausgekoppelt wird. Bewährt hat sich ein Winkel von ca. 45° Die Wandung 5 ist dabei so hoch ausgebildet, daß ihre wirksame Fläche eine ganze Seitenfläche 9 abbildet.

Am äußeren unteren Rand des Lichtleiters 6 sind Reflektoren 4 vorgesehen, die das Licht des Lichtleiters 6 in Richtung auf die Öffnung 11 leiten. Die Reflektoren sind wegen des vorgegebenen Winkels α der Wandungen 5 bei n = 1,5 vorzugsweise gegenüber der Horizontalen mit einem Winkel α₁ ≈ 30° geneigt, so daß aufgrund des Brechungsgesetzes möglichst viel Licht durch die Wandungen 5 geht. Sie sind vorzugsweise verspiegelt, so daß kein Licht verloren geht. Oberhalb des Reflektors 4 sind weitere Reflektoren 10 vorgesehen, die einen Teil des Lichtes des Lichtleiters 6 auf die Oberseite 13 des Objektes 1 werfen. Dadurch kann auch die Oberseite 13 des Objekts 1 gleichzeitig mit den Seitenflächen 9 im optischen Inspektionssystem 7 geprüft werden.

Zum besseren Verständnis sind Lichtstrahlen A, B, C, D im Lichtleiter 6 eingezeichnet. Diese Lichtstrahlen werden von den Reflektoren 4 zur Öffnung 11 hin umgelenkt und beleuchten somit die Seitenflächen 9 des Objekts 1. Die Seitenflächen 9 reflektieren diese Strahlung, so daß diese an den Wandungen 5 als Strahlung A′, B′, C′ und D′ in Rich­ tung auf das optische Inspektionssystem 7 umgelenkt werden. Im optischen Inspektionssystem 7 sind somit gleichzeitig die Seitenflächen 9 als auch die Oberseite 13 des Objekts 1 erkennbar.

Eine bevorzugte Verwendung des Lichtleiters 6 in Verbindung mit dem optischen Inspektionssystem 7 ist die Sichtprüfung bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen. Eine allgemeine Verwendung ist auch bei der Materialprüfung sowie im Tier- und Pflanzenbereich vorsehbar.

Claims (13)

1. Lichtleiter, vorzugsweise zur seitlichen Beleuchtung eines Objekts, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (6) eine Öffnung (11) aufweist, in die das Licht des Licht­ leiters derart leitbar ist, daß das Objekt (1) von der Seite her angestrahlt wird und daß die Öffnung (11) vorzugsweise vier Wandungen (5) aufweist, die als Umlenkspiegel ausge­ bildet sind und das von dem Objekt (1) reflektierte Licht von der Öffnung (11) des Lichtleiters (6) wegleitet.

2. Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Neigungswinkel (α) der Wandungen (5)′ vorzugsweise in Abhängigkeit vom Brechungsindex des Material des Lichtlei­ ters (6) wählbar ist.

3. Lichtleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Neigungswinkel (α) der Wandungen (5) etwa 45° beträgt.

4. Lichtleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Lichtaustrittsfläche der Wandungen (5) wenig­ stens die Höhe des Objektes (1) aufweist.

5. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Reflektor (4) am äußeren Rand des Lichtleiters (6) angeordnet ist, der das Licht des Lichtleiters (6) zur Öffnung (11) hin umlenkt.

6. Lichtleiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Reflektors (4) ein weiterer Reflektor (10) angeordnet ist, der einen Teil des Lichtes des Lichtleiters (6) zur Oberseite (13) des Objekts (1) umlenkt.

7. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (6) wenigstens eine Lichtquelle (12) aufweist und daß vorzugsweise die Hel­ ligkeit der wenigstens einen Lichtquelle (2) steuerbar ist.

8. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (6) mit einem optischen Inspektionssystem (7) verbunden und daß das Objek­ tiv des optischen Inspektionssystems (7) derart über der Öffnung (11) des Lichtleiters (6) angeordnet ist, daß es im wesentlichen das von den Wandungen (5) reflektierte Licht aufnimmt.

9. Lichtleiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Inspektionssystem (7) ein optisches Mikroskop und/oder ein Kamerasystem ist.

10. Lichtleiter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das optische Inspektionssystem (7) zur optischen Materialprüfung des Objekts (1), vorzugsweise eines Halb­ leiterchips, verwendbar ist.

11. Lichtleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Inspektionssystem (7) mit einer automa­ tischen Bilderkennung (17) verbunden ist, das zur automa­ tischen Positionierung des Objekts (1) in Relation zum Lichtleiter (6) und/oder zur Fehlererkennung des Objekts (1) ausgebildet ist.

12. Lichtleiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Inspektionssystem (7) ausgebildet ist, das Objekt (1) bei Erkennung eines Fehlers (1) zu markieren.

13. Verfahren zur Verwendung des Lichtleiters nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Licht­ leiter (6) mit dem optischen Inspektionssystem (7) in der Sichtprüfung, vorzugsweise bei der Herstellung von elektro­ nischen Bauelementen verwendet wird.