CN112816493A - 一种芯片打线缺陷检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种芯片打线缺陷检测方法，通过至少一台光场相机拍摄获取被测芯片打线区域图像；搭配合适光源以合适的角度照射被测芯片打线区域，使得被测芯片打线能被所述光场相机良好成像；对所述被测芯片打线区域图像进行光场多视角渲染及深度计算，获得光场多视角图像及深度图像；根据所述光场多视角图像及深度图像对被测芯片打线待测点的进行位置识别及定位；根据所述多视角图像及深度图像对被测芯片打线及键合点进行三维测量及缺陷检测。

Description

一种芯片打线缺陷检测方法及装置

技术领域

本发明涉及芯片封装测试技术领域，涉及一种芯片打线缺陷检测方法及装置，特别涉及基于光场相机或显微光场相机的芯片打线测量和检测方法。

背景技术

随着现今电子设备的高端化，小型化，对半导体芯片的封装与测试流程的性能提出了更高的要求，特别是移动电话、个人电脑到电子消费品的制造更是如此。电子器件外观缺陷检测是整个IC制造制程的关键一步,直接影响产品质量。集成电路(IC)芯片在封装工序之后，必须要经过严格地检测才能保证产品的质量。一旦检测环节出现问题，将会导致单块价值数千元乃至数十万元的芯片报废，造成巨大的经济损失。

半导体行业存在大量对IC芯片打线进行尺寸测量和外观缺陷检测的需求。目前打线三维检测的方法有三种：一是传统的人工检测方法，主要靠目测，手工分检，可靠性不高，检测效率较低，劳动强度大，检测缺陷有疏漏，无法适应大批量生产制造；二是基于显微镜或超景深显微镜的检测方法，这种方法拍摄打线的二维图像，结合深度学习方法来通过打线弯曲曲率的三维位姿变化引起的二维图像轻微变化来识别打线三维姿态的变化和缺陷，该方法对不同的芯片种类，需要收集大量缺陷零件图片，重新进行数据集训练，并且该检测方法的可靠性稳定性较差；三是基于激光测量或共聚焦技术的检测方法，该方法目前发展比较成熟，但该方法需要投射激光并不断扫描不断拍摄，测量效率较低，扫描设备成本较高。并且激光或其他强光会对很多芯片造成二次破坏，也局限了该类设备在打线检测上的使用。

经济效益角度来看，在大规模生产流程中，若是能提高芯片引脚检测的效率和精度，则可降低芯片废品率，获得很高的经济效益。实现芯片引脚高效率、高质量要求的三维形貌检测，在降低成本的同时又能保证较高的精度，是工业界和学术界的共同发展方向。

光场相机的出现为芯片打线三维测量及缺陷检测提供了新的解决方向。光场相机在常规相机的传感器和主镜头中间增加了微透镜阵列，进而记录光线的传播方向，形成独特的经过透镜阵列编码的光场图像，对该光场图像进行处理渲染，继而可以得到三维信息，并且显微光场相机具有很大的景深范围、具有生成多视角图片及重聚焦图片的功能，极大的解决现有设备遇到的景深较小及多层打线间的遮挡问题。

发明内容

本发明实施例提供一种芯片打线缺陷检测方法，目的在于解决现有对于芯片打线缺陷检测方案无法全面检测到打线三维缺陷信息的问题，准确高效地获取芯片打线三维尺寸位姿测量及缺陷检测信息，有效改善现有设备检查和人工检查存在的问题。

本发明实施例之一，一种芯片打线缺陷检测方法:

通过至少一台光场相机拍摄获取被测芯片打线区域图像；

搭配合适光源以合适的角度照射被测芯片打线区域，使得被测芯片打线能被所述光场相机良好成像；

对所述被测芯片打线区域图像进行光场多视角渲染及深度计算，获得光场多视角图像及深度图像；

根据所述光场多视角图像及深度图像对被测芯片打线待测点的进行位置识别及定位；

根据所述多视角图像及深度图像对被测芯片打线及键合点进行三维测量及缺陷检测。

本发明实施例之一，一种芯片打线缺陷检测方法，采用光场相机或显微光场相机搭配合适光圈和焦距的镜头后拍摄散焦柔光纯色校准板，进行光场白图像校准和微透镜中心校准；采用该相机拍摄多张空间位置不同的尺度校准板进行光场相机尺度校准；搭配合适光源照射被测打线区域，以至于能被相机良好成像；光场相机或显微光场相机拍摄被测打线区域，并进行光场多视角渲染及深度计算；最后根据多视角图像及深度图像进行打线及键合点的三维测量及缺陷检测。

本发明的有益效果包括：

1、本发明可通过一次拍摄得到打线的多个视角的图像信息，且景深范围足够大，能从不同角度观察到打线及键合点的情况，解决多层打线互相遮挡的问题。

2、本发明可通过一次拍摄得到打线及键合点的三维坐标信息，为打线及键合点进行位姿测量及缺陷检测提供丰富的三维信息。

3、本发明得到的信息为点云信息，可将数值直接导入判断程序，与现有生产方式可以高效的进行接入整合。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1是根据本发明实施例之一的芯片打线缺陷检测方法流程图。

图2是本发明实施例中显微光场相机拍摄在合适光源照射下测试打线的系统示意图。

图3是本发明实施案例显微光场相机拍摄在合适光源照射下测试打线的多视角及三维点云结果图，3-a多张多视角图像，3-b左上角视角图像，3-c右下角视角图像，3-d深度图，3-e三维点云图。

10——光场相机，21——第一光源，22——第二光源，30——第三光源，40——芯片打线。

具体实施方式

芯片打线(Wire Bonding，压焊，也称为绑定，键合，丝焊，下文简称芯片打线)三维测量及缺陷检测方法，属于光电检测技术领域。打线接合(bonding)是芯片生产工艺中一种打线的方式，一般用于封装前将芯片内部电路用金线或铜线与封装管脚或线路板镀金铜箔连接。由于邦线的尺寸极小，难以通过肉眼观察，因此需要对出厂的芯片邦线进行显微检测。从目前的研究情况来看，物体三维轮廓测量技术种类较为丰富，并且也在不断提出新的方法和新的应用，但是在具体的实际应用中仍然存在一些问题，需要在系统的自动化、稳定性、精度、速度和成本上进行权衡。芯片打线三维测量及缺陷检测包括但不限于键合点位置，键合点脱落或缺失，键合点粘合不牢或无法形成键合球，引线断裂或缺失，引线移位，引线短路，引线弧垂，引线径向形态不良等。

根据一个或者多个实施例，如图1所示，一种基于光场相机的或显微光场相机的芯片打线三维测量及缺陷检测方法，包含如下步骤：

A1，根据芯片打线测量区域大小和测量深度范围，选择适合焦距和放大倍率的光学镜头。调节镜头光圈至光场相机光圈匹配，即微透镜光圈和主镜头光圈匹配，具体表现为光场相机拍摄散焦柔光纯色校准板图像，该图像中微透镜阵列恰好或接近于相切状态。调节完毕后，拍摄多张位于光场相机散焦处的光强较为均匀的纯色背景板，即散焦柔光纯色校准板。对多张原始光场白图像W(u,v)进行平均化及归一化处理后得到去渐晕矩阵

后续拍摄的全部光场原始图像均需要点除以该去渐晕矩阵，从而完成光场白图像校准。

完成光场包图像校准步骤后，对光场白图像使用滤波器进行处理，去除光场白图像噪声，并对滤波后的光场图像进行非极大值抑制；进而根据处理后的图像取局部最大值，该最大值恰好为光场相机微透镜的整数级中心；以整数级微透镜中心作为初始迭代值，迭代优化微透镜排列网格，最终获得微透镜排列的角度及间距，获得亚像素级微透镜中心。

A2，光场相机尺度校准步骤需要装配位移台及尺度校准板：首先固定尺度校准板在光场相机焦平面区域，从焦平面处不断移动校准板到固定空间距离，并进行拍摄，且校准板上点的空间位置已知，因此可以得到整个移动过程中校准板上点的空间位置。圆点校准点在光场图像上会形成弥散圆，处理得到弥散圆的直径进而计算得到弥散圆的视差值及弥散圆的像素坐标，根据光场相机尺度校准模型，拟合得到空间中三维坐标和光场相机像素坐标和视差值的关系。

A3，根据被测芯片打线测量需求采用合适光源照射，如图2所示多个角度光源对芯片打线区域照射，以至于能被光场相机成像，必要时可进行多次成像；该过程中光源并不受限制，可以使用诸如内同轴光源、外同轴光源、环形光源、背光源、条形光源、球积分光源、穹顶光源等。

A4，基于被测芯片打线的光场相机原始光场图像，进行常规光场渲染及深度估计。首先进行光场多视角渲染，得到多视角图像；然后进一步计算获得光场视差图像，根据光场相机尺度校准结果，将光场视差图像转为光场深度图像，该深度图像中同样包含测试区域的所有像素点的深度信息。如图3中所示的90张图像为光场相机拍摄打线区域原始光场图片后生成的90个不同视角的图像，以及深度图和点云信息。

A5，光场多视角图像与常规二维相机图像本质上没有区别，可以视为多个不同角度的二维相机拍摄同一个物体，因此可以利用多视角图像结合打线区域待测点的特征信息，进行待测位置识别及定位，结合深度图像提高定位准确度；

A6，具体得到被测打线区域的三维尺寸位姿测量及缺陷检测信息，包括但不限于键合点位置，键合点脱落或缺失，键合点粘合不牢或无法形成键合球，引线断裂或缺失，引线移位，引线短路，引线弧垂，引线径向形态不良等。

本领域内的技术人员应明白，本发明的具体实施方式可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种芯片打线缺陷检测方法，其特征在于，

通过至少一台光场相机拍摄获取被测芯片打线区域图像；

搭配合适光源以合适的角度照射被测芯片打线区域，使得被测芯片打线能被所述光场相机良好成像；

对所述被测芯片打线区域图像进行光场多视角渲染及深度计算，获得光场多视角图像及深度图像；

根据所述多视角图像及深度图像对被测芯片打线及键合点进行三维测量及缺陷检测。

2.根据权利要求1所述的芯片打线缺陷检测方法，其特征在于，在所述根据所述多视角图像及深度图像对被测芯片打线及键合点进行三维测量及缺陷检测的步骤前，根据所述光场多视角图像及深度图像对被测芯片打线待测点的位置进行识别及定位。

3.根据权利要求1所述的芯片打线缺陷检测方法，其特征在于，所述通过光场相机拍摄获取被测芯片打线区域图像的步骤包括，

采用光场相机或显微光场相机搭配合适光圈和焦距的镜头后拍摄散焦柔光纯色校准板，进行光场白图像校准和微透镜中心校准；

采用光场相机拍摄多张空间位置不同的尺度校准板进行光场相机尺度校准。

4.根据权利要求1所述的芯片打线缺陷检测方法，其特征在于，被测芯片打线区域的三维尺寸位姿测量及缺陷检测信息，包括键合点位置、键合点脱落或缺失、键合点粘合不牢或无法形成键合球、引线断裂或缺失、引线移位、引线短路、引线弧垂和/或引线径向形态不良。

5.根据权利要求1所述的芯片打线缺陷检测方法，其特征在于，所述的光源包括有内同轴光源、外同轴光源、环形光源、背光源、条形光源、球积分光源、或者穹顶光源。

6.根据权利要求3所述的芯片打线缺陷检测方法，其特征在于，所述通过光场相机拍摄获取被测芯片打线区域图像的步骤具体包括，

调节镜头至适合焦距和光圈，使用镜头光圈匹配后的光场相机或显微光场相机拍摄多张散焦柔光纯色校准板，获取光场白图像；

根据光场相机白图像计算得到去渐晕矩阵和光场相机微透镜亚像素级中心坐标矩阵；

光场相机拍摄多张已知空间三维位置的圆点校准板，并建立从三维坐标到视差之间的光场数学模型，完成光场相机尺度校准。

7.一种芯片打线缺陷检测装置，其特征在于，包括

至少一台光场相机，用于拍摄获取被测芯片打线区域图像；

至少一台光源，用于照射所述被测芯片打线区域；

缺陷检测器，包括存储器；以及耦合到所述存储器的处理器，该处理器被配置为执行存储在所述存储器中的指令，所述处理器执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。

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