一種基于結(jié)構(gòu)光的ic引腳共面度測量系統(tǒng)及其測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于結(jié)構(gòu)光的IC引腳共面度測量系統(tǒng)及其測量方法，包括：圖形投影儀，測角儀、漫射陶瓷標(biāo)定板、A遠(yuǎn)心鏡頭、B遠(yuǎn)心鏡頭、CCD相機(jī)和計算機(jī)；圖形投影儀連接Ａ遠(yuǎn)心鏡頭，通過夾持裝置固定在隔振試驗臺上，圖形投影儀的光線垂直于隔振試驗臺的平面，待測IC芯片放置于圖形投影儀正下方的水平面上；B遠(yuǎn)心鏡頭連接到CCD相機(jī)，通過夾持裝置固定在隔振試驗臺上，CCD相機(jī)的光線與隔振試驗臺的平面呈一定夾角。本裝置能夠?qū)C引腳共面度的測量轉(zhuǎn)化為基于機(jī)器視覺的智能化測量，引腳的共面度測量在圖像上映射為芯片表面與引腳表面光柵條紋間的高度差。設(shè)備成本低，技術(shù)手段簡便易行，省去了繁瑣的公式推導(dǎo)與計算，提高了測試的效率。
【專利說明】一種基于結(jié)構(gòu)光的IC引腳共面度測量系統(tǒng)及其測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路封裝領(lǐng)域，尤其涉及一種基于結(jié)構(gòu)光的IC引腳共面度測量系統(tǒng)及其測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子信息工業(yè)的發(fā)展，集成電路電子元器件取得了飛速的發(fā)展。在電子集成電路元器件生產(chǎn)的流水線上，控制和提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量一直是電子行業(yè)非常關(guān)注的內(nèi)容，從而對產(chǎn)品質(zhì)量的檢測顯得尤為關(guān)鍵，其中IC引腳共面度是影響線路板組裝質(zhì)量的一個重要因素。IC器件即集成電路電子器件的最低引腳與不在同一條直線上的三個最高引腳構(gòu)成的平面之間的距離偏差定義為共面性誤差，通常簡稱為共面度。在電路板表面貼裝(SMT)生產(chǎn)工藝中，為保證貼裝質(zhì)量，貼裝工藝對引腳的共面度提出了相當(dāng)高的要求，當(dāng)引腳共面度超出某一范圍時，則器件的某些引腳跟PCB焊盤即印刷電路板焊盤的表面就不能緊密接觸，就容易造成焊接時融化的焊錫接觸不到引腳的底端，焊錫就不能把這些引腳和焊盤連接在一起形成良好的焊點，可能導(dǎo)致虛焊、漏焊和虛接等缺陷。
[0003]IC器件的引腳共面度是衡量IC器件封裝技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)之一，它表明IC器件引腳與PCB焊盤表面接觸匹配的好壞程度。若器件引腳與PCB共面度不佳，則容易缺少錫膏導(dǎo)致器件焊接不牢，或錫膏過多導(dǎo)致元器件短路。反之，共面度越好，則IC器件的引腳與PCB焊盤表面越能更好地完全接觸，這樣在焊接過程中可得到最好的焊接質(zhì)量。
[0004]傳統(tǒng)的檢測方法是通過人眼檢測的，這種方法存在很多的問題:檢測效率不高；檢測結(jié)果容易受到人的主觀因素影響；檢測人員的勞動強(qiáng)度大等。隨著生產(chǎn)廠家生產(chǎn)速度的提高和上游組裝廠家對引腳共面性精度要求的提高，人工目檢的弊端越來越凸現(xiàn)，基于機(jī)器視覺的工業(yè)產(chǎn)品檢測可克服上述困難，因此被廣泛應(yīng)用于IC芯片的表面質(zhì)量自動化監(jiān)測，國內(nèi)外已研制出高精度的IC表面外觀的自動檢測系統(tǒng)。
[0005]現(xiàn)有的共面度檢測方法通常可以分為:金相切片分析法、三維坐標(biāo)儀測量法、三維影像測量法以及接觸式三維坐標(biāo)儀測量法等較常用的四種測量方法。金相切片分析法雖然檢測結(jié)果直觀準(zhǔn)確，但測量效率低下，屬于破壞性測量；三維坐標(biāo)儀測量法雖然是無損且可重復(fù)測量，但準(zhǔn)確度較低，不同測量人員測量結(jié)果差異較大；三維影像測量法測量雖結(jié)果直觀形象，數(shù)據(jù)處理簡便，但也屬破壞性測量，測量結(jié)果受樣品表面狀況(基材/銅面顏色、表面處理)影響較大；接觸式三維坐標(biāo)儀測量法準(zhǔn)確度高效率較高探針具有物理尺寸，測量微小樣品時定位誤差較大；

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有共面度測量裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、設(shè)備制造成本高、檢測速度慢和檢測精度低等缺點和不足之處，提供一種基于結(jié)構(gòu)光的IC引腳共面度測量系統(tǒng)及其測量方法，相對于現(xiàn)有技術(shù)，測量設(shè)備簡單、測量精度提高。
[0007]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):[0008]一種基于結(jié)構(gòu)光的IC引腳共面度測量系統(tǒng)，包括圖形投影儀1，測角儀、圓形線光柵片、漫射陶瓷標(biāo)定板、A遠(yuǎn)心鏡頭2、B遠(yuǎn)心鏡頭4、CXD相機(jī)5和計算機(jī)6 ;所述圓形線光柵片放置于圖形投影儀I中；圖形投影儀I采用LED圖形投影儀。
[0009]所述圖形投影儀I連接A遠(yuǎn)心鏡頭2，通過夾持裝置固定在隔振試驗臺上，圖形投影儀I的光線垂直于隔振試驗臺的平面，待測IC芯片放置于圖形投影儀I正下方的水平面上;
[0010]所述B遠(yuǎn)心鏡頭4連接到CXD相機(jī)5，通過夾持裝置固定在隔振試驗臺上，CXD相機(jī)5的光線與隔振試驗臺的平面呈15°?60°夾角，C⑶相機(jī)5連接到計算機(jī)6，在計算機(jī)6上顯示由CXD相機(jī)5拍攝到的帶有光柵條紋的IC芯片圖像，調(diào)整CXD相機(jī)5的角度使圖像中的光柵條紋顯示為水平直線。
[0011]所述C⑶相機(jī)5的光線與隔振試驗臺的平面最好呈45°夾角。
[0012]采用上述測量系統(tǒng)測量IC芯片引腳共面度測量方法，包括如下步驟:
[0013]步驟1:調(diào)整圖形投影儀I與IC芯片的位姿，使光柵條紋垂直投射到IC芯片的每一個引腳上，再調(diào)整CCD相機(jī)5的角度，使之拍攝到的光柵條紋成水平直線；
[0014]步驟2:利用測角儀測出CXD相機(jī)5或遠(yuǎn)心鏡頭4與水平線所成的角度Θ ；
[0015]步驟3:對C⑶相機(jī)5拍攝到的帶有光柵條紋的IC芯片引腳的圖像進(jìn)行圖像形態(tài)學(xué)的處理，提取出IC芯片引腳光柵條紋的骨架，并對骨架做最小二乘法的直線擬合，計算出由IC芯片表面光柵條紋擬合的直線與引腳表面光柵條紋擬合的直線間的像素距離S ；
[0016]步驟4:用C⑶相機(jī)5對漫射陶瓷標(biāo)定板做相機(jī)標(biāo)定，算出像素距離與實際物理距離之間的比例關(guān)系k ；
[0017]步驟5:對IC芯片的每一個引腳逐一通過上述步驟3、4處理，由公式H = k.S/COS Θ得出IC芯片的引腳至IC芯片表面之間的垂直距離H ；
[0018]步驟6:計算出IC芯片每個引腳至IC芯片表面的高度差Hi,共面度L用IC引腳與IC芯片表面實際高度差的最大值Hmax與最小值Hmin之差來表示，即L = Hmax-Hmin, L即為IC引腳共面度。
[0019]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，至少具有如下的優(yōu)點及效果:
[0020]本發(fā)明能夠?qū)C引腳共面度的測量轉(zhuǎn)化為基于機(jī)器視覺的智能化測量，引腳的共面度測量在圖像上映射為芯片表面與引腳表面光柵條紋間的高度差。
[0021]由于采用基于機(jī)器視覺的亞像素數(shù)字圖像處理技術(shù)和高精度的測試儀器，故可提高檢測精度。
[0022]本發(fā)明所采用設(shè)備成本低，不需要復(fù)雜龐大的測試儀器，技術(shù)手段簡便易行，省去了繁瑣的公式推導(dǎo)與計算，提高了測試的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明測量系統(tǒng)的示意圖。
[0024]圖2是光柵投影到IC芯片的示意圖。
[0025]圖3是光柵像素高度差示意圖。
【具體實施方式】[0026]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0027]實施例
[0028]如圖1至3所示。本發(fā)明公開了一種基于結(jié)構(gòu)光的IC引腳共面度測量系統(tǒng)，其包括:
[0029]圖形投影儀1，測角儀、圓形線光柵片、漫射陶瓷標(biāo)定板、A遠(yuǎn)心鏡頭2、B遠(yuǎn)心鏡頭
4、CCD相機(jī)5和計算機(jī)6 ;所述圓形線光柵片放置于圖形投影儀I中；圖形投影儀I為LED圖形投影儀。
[0030]所述圖形投影儀I連接A遠(yuǎn)心鏡頭2，通過夾持裝置固定在隔振試驗臺上，圖形投影儀I的光線垂直于隔振試驗臺的平面，待測IC芯片放置于圖形投影儀I正下方的水平面上;
[0031]所述B遠(yuǎn)心鏡頭4連接到CXD相機(jī)5，通過夾持裝置固定在隔振試驗臺上，CXD相機(jī)5的光線與隔振試驗臺的平面呈15°?60°夾角，C⑶相機(jī)5連接到計算機(jī)6，在計算機(jī)6上顯示由CXD相機(jī)5拍攝到的帶有光柵條紋的IC芯片圖像，調(diào)整CXD相機(jī)5的角度使圖像中的光柵條紋顯示為水平直線。
[0032]所述CXD相機(jī)5的光線與隔振試驗臺的平面最少是呈45°夾角。
[0033]上述測量系統(tǒng)測量IC芯片引腳共面度測量方法，可通過如下步驟實現(xiàn):
[0034]步驟1:調(diào)整圖形投影儀I與IC芯片的位姿，使光柵條紋垂直投射到IC芯片的每一個引腳上，再調(diào)整CCD相機(jī)5的角度，使之拍攝到的光柵條紋成水平直線；
[0035]步驟2:利用測角儀測出CXD相機(jī)5或遠(yuǎn)心鏡頭4與水平線所成的角度Θ ；
[0036]步驟3:對C⑶相機(jī)5拍攝到的帶有光柵條紋的IC芯片引腳的圖像進(jìn)行圖像形態(tài)學(xué)的處理，提取出IC芯片引腳光柵條紋的骨架，并對骨架做最小二乘法的直線擬合，計算出由IC芯片表面光柵條紋擬合的直線與引腳表面光柵條紋擬合的直線間的像素距離S ；
[0037]步驟4:用CXD相機(jī)5對漫射陶瓷標(biāo)定板做相機(jī)標(biāo)定，算出像素距離與實際物理距離之間的比例關(guān)系k ；
[0038]步驟5:對IC芯片的每一個引腳逐一通過上述步驟3、4處理，由公式H = k.S/COS Θ得出IC芯片的引腳至IC芯片表面之間的垂直距離H ；
[0039]步驟6:計算出IC芯片每個引腳至IC芯片表面的高度差Hi,共面度L用IC引腳與IC芯片表面實際高度差的最大值Hmax與最小值Hmin之差來表示，即L = Hmax-Hmin, L即為IC引腳共面度。
[0040]如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。
[0041]本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于結(jié)構(gòu)光的IC引腳共面度測量系統(tǒng)，其特征在于包括: 圖形投影儀，測角儀、圓形線光柵片、漫射陶瓷標(biāo)定板、A遠(yuǎn)心鏡頭、B遠(yuǎn)心鏡頭、CXD相機(jī)和計算機(jī)；所述圓形線光柵片放置于圖形投影儀中； 所述圖形投影儀連接A遠(yuǎn)心鏡頭，通過夾持裝置固定在隔振試驗臺上，圖形投影儀的光線垂直于隔振試驗臺的平面，待測IC芯片放置于圖形投影儀正下方的水平面上； 所述B遠(yuǎn)心鏡頭連接到CXD相機(jī)，通過夾持裝置固定在隔振試驗臺上，CXD相機(jī)的光線與隔振試驗臺的平面呈15°~60°夾角，C⑶相機(jī)連接到計算機(jī)，在計算機(jī)上顯示由C⑶相機(jī)拍攝到的帶有光柵條紋的IC芯片圖像，調(diào)整CCD相機(jī)的角度使圖像中的光柵條紋顯示為水平直線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)光的IC引腳共面度測量系統(tǒng)，其特征在于:圖形投影儀為LED圖形投影儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)光的IC引腳共面度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述CCD相機(jī)的光線與隔振試驗臺的平面呈45°夾角。
4.一種采用權(quán)利要求1至3中任一項所述測量系統(tǒng)測量IC芯片引腳共面度測量方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1:調(diào)整圖形投影儀與IC芯片的位姿，使光柵條紋垂直投射到IC芯片的每一個引腳上，再調(diào)整CCD相機(jī)的角度，使之拍攝到的光柵條紋成水平直線； 步驟2:利用測角儀測出CCD相機(jī)或遠(yuǎn)心鏡頭與水平線所成的角度Θ ； 步驟3:對CCD相機(jī)5拍攝到的帶有光柵條紋的IC芯片引腳的圖像進(jìn)行圖像形態(tài)學(xué)的處理，提取出IC芯片引腳光柵條紋的骨架，并對骨架做最小二乘法的直線擬合，計算出由IC芯片表面光柵條紋擬合的直線與引腳表面光柵條紋擬合的直線間的像素距離S ； 步驟4:用CCD相機(jī)5對漫射陶瓷標(biāo)定板做相機(jī)標(biāo)定，算出像素距離與實際物理距離之間的比例關(guān)系k ； 步驟5:對IC芯片的每一個引腳逐一通過上述步驟3、4處理，由公式H = k.S/cos Θ得出IC芯片的引腳至IC芯片表面之間的垂直距離H ； 步驟6:計算出IC芯片每個引腳至IC芯片表面的高度差Hi,共面度L用IC引腳與IC芯片表面實際高度差的最大值^iax與最小值Hmin之差來表示，即L = Hmax-Hmin, L即為IC引腳共面度。
【文檔編號】G01B11/30GK103954241SQ201410164259
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】陳忠, 劉文濤, 張憲民, 鐘球盛 申請人:華南理工大學(xué)