專利名稱：用于帶引線的集成電路的三維檢測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于帶引線的集成電路(IC)的三維檢測的裝置。
背景技術(shù)：
在帶有多個插腳或引線的電子元件，如集成電路的制造中，有人已經(jīng)提出了使用光學(xué)系統(tǒng)的檢測系統(tǒng)，這些檢測系統(tǒng)提供了對電子元件的三維檢測。
為了獲得對IC元件的三維檢測，有人還提出，提供至少兩條光路，沿著這些光路將被檢測的集成電路的不同圖像傳輸?shù)綀D像傳感器。
例如，美國專利5,909,285中公開了一種用于集成電路檢測的方法，該方法包括一個相機，將所沉積的精密樣式掩模成像在被檢測的透明標(biāo)線上。使用漫射光對被檢測的集成電路進行照射。通過使用上方的鏡面或棱鏡，集成電路的側(cè)視圖被反射到相機上。但是，該方法使用順光照射，還需要集成電路被完全精確地定位在透明標(biāo)線上。
從美國專利5,910,844可以得知一種視覺檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)中八幅光學(xué)圖像被同時記錄在單數(shù)個圖像幀中，這些圖像從兩臺光學(xué)相機輸出。根據(jù)美國專利5,910,844的該檢測系統(tǒng)需要復(fù)雜的光學(xué)反射裝置，該裝置使用多個光學(xué)定向部件。但是，根據(jù)美國專利5,910,844，當(dāng)檢測不同尺寸的對象時，光學(xué)定向部件不得不進行有選擇性的調(diào)整。
此外，從美國專利申請09/205,852可以得知一種光學(xué)檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于確定對象相對于參照物的位置信息。用作系統(tǒng)參照物的基準(zhǔn)被放置在被檢測對象附近。此外，提供用于照射對象的漫射光源。設(shè)置該光源以使對象上的點和基準(zhǔn)上的點沿著至少兩條光路與它們的圖像在相同的平面內(nèi)，這些光路彼此形成一個角度。另外，提供成像子系統(tǒng)，獲取沿兩條光路的圖像。為了提供對象上的點相對于基準(zhǔn)上的點的位置信息，通過成像子系統(tǒng)對獲取的圖像進行相關(guān)和分析。根據(jù)美國專利申請09/205,852，通過使用梯形棱鏡形成一條光路，和使用平面鏡形成另一條光路，從而形成兩條光路是可能的，這兩條光路被中繼傳播到成像子系統(tǒng)上。此外，使用單個梯形棱鏡以提供兩條光路也是可能的。通過這種方法，一條光路沿著梯形棱鏡的內(nèi)表面形成，另一條光路沿著梯形棱鏡的外表面形成。
但是，根據(jù)美國專利申請09/205,852，這兩條光路的光程不同，以至圖像質(zhì)量遭到損害，因此檢測系統(tǒng)的精度也遭到損害。此外，如雙面集成電路的對象的兩個面通過使用兩個如美國專利09/205,852所公開的各自提供兩個光路的光學(xué)結(jié)構(gòu)來進行檢測，在這種情況下，由于在檢測系統(tǒng)所產(chǎn)生圖像的中部存在大塊的空白區(qū)域，光學(xué)子系統(tǒng)需要大面積的傳感器以獲取來自兩條光路的圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為帶引線的集成電路(IC)提供了一種檢測系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)能夠在受限制的空間中測試寬體IC封裝的引線。換言之，本發(fā)明的目的在于可以以一種非常緊湊的方式進行IC引線的三維測量。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包含基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)中有由參考邊所確定的開孔，所述基準(zhǔn)提供一個至少基本上垂直于系統(tǒng)的光軸的參考面，其中，被檢測的對象被定位為與基準(zhǔn)的開孔是重疊關(guān)系。該系統(tǒng)還包括橫向漫射光源，用于橫向地照射漫射光到物體上通過開孔，從而通過開孔在幾個投影方向，對被定位的對象包括引線的輪廓和參考邊的輪廓圖像進行投影；光學(xué)側(cè)面棱鏡，用于接收來自第一投影方向的輪廓圖像的第一投影光。所述側(cè)面棱鏡有入射面、出射面和內(nèi)反射面，該內(nèi)反射面協(xié)同入射面和出射面工作用于內(nèi)反射第一投影光，使其通過側(cè)面棱鏡的出射面，在出射方向指向成像面，系統(tǒng)包括光學(xué)中央棱鏡，被放置以接收來自第二投影方向的輪廓圖像的第二投影光，所述中央棱鏡在預(yù)定位置具有入射折射面和與入射折射面協(xié)同工作的出射折射面，以使第二投影光被入射折射面和被出射折射面折射到成像面。側(cè)面棱鏡和中央棱鏡被設(shè)計和放置，以使第一和第二投影的投影路徑在帶引線的對象的輪廓和成像面之間有相同的光程。
為了提供由側(cè)面棱鏡和中央棱鏡各自確定的在對象包括引線的輪廓和成像面之間的兩條投影路徑的相同的光程，必須改變側(cè)面棱鏡的外形，以對應(yīng)于中央棱鏡的外形以及光源從對象輪廓出發(fā)并通過中央棱鏡到達成像平面的光程，反之亦然。換句話說，側(cè)面棱鏡和中央棱鏡的尺寸和放置必須相互協(xié)調(diào)，即配對?；谕ㄟ^不同的光學(xué)介質(zhì)時，光線的光程不同的原理，因此光程是幾何長度和光學(xué)介質(zhì)的函數(shù)。于是，通過分別為側(cè)面棱鏡和中央棱鏡提供兩種不同的光學(xué)介質(zhì)，以及第三介質(zhì)空氣，通過考慮在第三介質(zhì)空氣中的特定結(jié)構(gòu)來改變各個棱鏡的尺寸，則能夠獲得符合相同光程的匹配。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，為測量或檢測如雙面或更多面的IC元件的兩個或更多的面，可以配置兩個或更多相同的光學(xué)側(cè)面棱鏡。這意味著，具有單個側(cè)面棱鏡和中央棱鏡的系統(tǒng)相對于中軸成鏡像，于是多個側(cè)面棱鏡繞系統(tǒng)的光軸對稱放置，它們也相對于公共的中央棱鏡對稱放置，反過來中央棱鏡也繞系統(tǒng)的中軸對稱放置。結(jié)果，IC各個面的輪廓的投影通過各個側(cè)面棱鏡和中央棱鏡，為對象的每個面確定兩個投影。因此，有多個面的IC元件的每一面可以同時被檢測。
此外，在優(yōu)選實施例中，為了減少獲取投影圖像所需的圖像面積，該投影圖像由一個或兩個光學(xué)側(cè)面棱鏡和中央棱鏡提供，提供了一個偏長方形棱鏡，該偏長方形棱鏡將影響第一和第二投影的移動使其平行于和靠近系統(tǒng)的光軸。因此減少了用于檢測的圖像面積，這導(dǎo)致了有效圖形分辨率的提高，于是得到改善的測量準(zhǔn)確性。
最好，檢測系統(tǒng)所產(chǎn)生的圖像由視頻相機通過透鏡來獲取，然后由計算機的處理器進行數(shù)字化和處理，以確定對象相對于基準(zhǔn)的三維坐標(biāo)。


為了說明本發(fā)明，這里將結(jié)合如下附圖描述優(yōu)選實施例，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的檢測系統(tǒng)的示意圖；圖2分別示出了側(cè)面棱鏡和中央棱鏡的兩條照射光束的路徑；
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，用于檢測具有帶引線的IC元件形式的對象的檢測系統(tǒng)如圖1所示，該檢測系統(tǒng)包括基準(zhǔn)1，其中有由參考邊12所確定的開孔2，基準(zhǔn)1提供與系統(tǒng)光軸A垂直的參考面；對象托架30，用于定位對象10，使其與基準(zhǔn)1的開孔2是重疊關(guān)系，于是位于由系統(tǒng)所聚焦的平面上；漫射光源3，用于通過開孔2發(fā)射漫射光，因此將對象10包括引線的輪廓和參考邊12的輪廓通過開孔2在幾個投影方向上投影。該系統(tǒng)還包括兩個光學(xué)側(cè)面棱鏡5，用于接收輪廓和引線的投影；中央棱鏡6和圖像探測系統(tǒng)9，該探測系統(tǒng)包括透鏡和有圖像傳感器的相機。
如圖1所示，光照3最好被橫向地放置在基準(zhǔn)1的頂上，但是也能夠被設(shè)置在基準(zhǔn)上方。最好，光照3發(fā)射單一波長或窄帶寬波長的光，以減少色散，否則在光學(xué)棱鏡中由于長的傳播距離可能引起色散。例如，這種窄帶寬的光照3可以通過濾光器(未示出)實現(xiàn)。
例如，對象可以由對象托架30定位在開孔2的附近區(qū)域且與開孔2重疊，對象托架30最好具有一個真空末梢以從上方吸住對象10。對象10與系統(tǒng)的光軸A對準(zhǔn)，它相對基座的位置能被對象托架所改變和調(diào)整以安排對象達到一種效果，對稱的對象點位于平行于開孔即基準(zhǔn)的參考面的平面中。光照3提供漫射的逆光照明。于是，通過把被檢測的具有引線的對象置于所述漫射光線中，對象10的引線或插腳81和對象10的封裝體82被光照3背光照射。
如上所述，基準(zhǔn)1為系統(tǒng)提供參考面。最好，該基準(zhǔn)以及參考面，至少基本上垂直于系統(tǒng)的光軸。開孔2在基準(zhǔn)1上形成，由四條參考邊12或兩對平行的參考邊12確定，其中，兩條相對的參考邊的間距已知?；鶞?zhǔn)1的兩條相對的參考邊12的間距比要被檢測的最大的IC元件的外部尺寸稍大。為了提供穩(wěn)定的參考面，基準(zhǔn)1由機械上強度大和穩(wěn)定的材料制成，如碳化物或不脹鋼?；鶞?zhǔn)1的上表面被打磨和拋光到相當(dāng)高的平整度?；鶞?zhǔn)1的參考邊12被制造得尖銳且直，并精確完成。構(gòu)成參考邊12的基準(zhǔn)1的孔壁可以被涂黑，以避免或減少來自相對的光照的反射。
在離開基準(zhǔn)的面后，來自各個光源并具有位于特定角度范圍內(nèi)的入射角的投影光照射在各自的側(cè)面棱鏡5上。這如圖1所示，所說明的優(yōu)選實施例包括兩個光學(xué)側(cè)面棱鏡，以用于檢測IC元件的兩個側(cè)面，這些側(cè)面包含IC的引線。兩個光學(xué)側(cè)面棱鏡5都相對于系統(tǒng)的光軸A對稱放置。每個光學(xué)側(cè)面棱鏡有六個側(cè)面和一個四邊橫截面，該四邊橫截面包括入射面61，出射面62和內(nèi)反射面52，該內(nèi)反射面52協(xié)同入射面和出射面工作，用于對象和開孔的輪廓的投影的內(nèi)反射，以指向成像面110的出射方向通過各個側(cè)面的出射面，使得所述輪廓和成像面之間的第一投影路徑被確定。
在側(cè)面棱鏡的入射面和出射面發(fā)生折射是可能的，這依賴于投影光照射到相應(yīng)面的角度。當(dāng)側(cè)面棱鏡的反射面相對于成像面的傾斜使得通過入射面以某一預(yù)定角度范圍進入的反射光被調(diào)節(jié)為平行于系統(tǒng)的中軸，出射面垂直于中軸。結(jié)果，離開各自側(cè)面棱鏡的投影被調(diào)節(jié)為平行于所述中軸A，即系統(tǒng)的光軸。
系統(tǒng)還包括光學(xué)中央棱鏡6，該中央棱鏡有入射折射面63和出射折射面64，其中對象輪廓和開孔的入射的投影光，在入射折射面63和出射折射面64都被折射，以在所述輪廓和成像面110間形成第二投影路徑。中央棱鏡6有六邊的橫截面，在使用兩個側(cè)面棱鏡的情況下，有8個側(cè)面，在使用四個側(cè)面棱鏡的情況下，中央棱鏡6有10個側(cè)面。中央棱鏡6有一軸，繞該軸對稱放置中央棱鏡，其中，當(dāng)中央棱鏡被置于系統(tǒng)中時，該中央棱鏡的軸與系統(tǒng)的中軸A重合。
當(dāng)中央棱鏡的出射折射面64相對于中軸以一定角度傾斜以使從出射折射面出來的光線被折射成與光軸A平行時，入射折射面與成像面平行，即垂直于系統(tǒng)的中軸，并因此垂直于中央棱鏡的法線。
根據(jù)優(yōu)選實施例，當(dāng)使用兩個相對的側(cè)面棱鏡時，兩個偏長方形棱鏡8被放置在光學(xué)側(cè)面棱鏡和中央棱鏡之下，即位于(i)側(cè)面棱鏡各自的出射面62和中央棱鏡的出射折射面64，和(ii)成像面110之間，偏長方形棱鏡被調(diào)節(jié)指向該檢測系統(tǒng)的光軸A。此外，每一偏長方形棱鏡8相對于系統(tǒng)的光軸對稱放置。偏長方形棱鏡的這種放置可以允許向系統(tǒng)的光學(xué)中軸A移動進入各個偏長方形棱鏡的投影光，以減少獲取投影的圖像所需的圖像面積。
每一偏長方形棱鏡8包含垂直于光軸的入射面和出射面，和兩個內(nèi)反射面，用于反射投影光，該投影光在其路徑內(nèi)通過所述棱鏡。使入射面具有的尺寸能夠接收投影路徑91和投影路徑92的光，即分別離開側(cè)面棱鏡5和中央棱鏡6的光。各自的投影光首先被垂直投射到入射面，再以45度角投射到第一反射面，以90度角被反射。投射光接著再以45度角投影到第二反射面，于是所述光在最后的反射后平行于中軸A。因為投影光平行于系統(tǒng)光軸進入各自的偏長方形棱鏡，因而每一反射面相對于所述軸A以45度角傾斜，因此對比入射和出射偏長方形棱鏡的投影光，各自的投影光的方向沒有被偏長方形棱鏡所改變，但僅僅是移動得更靠近系統(tǒng)的光學(xué)中軸。因此，減少了雙面檢測的圖象面積，而導(dǎo)致有效的圖像分辨率的提高，于是得到改善的測量精度。
最好，提供連結(jié)到視頻相機7，并對準(zhǔn)系統(tǒng)的光軸放置的透鏡(未示出)。在成像面上放置傳感器板，該傳感器板屬于視頻相機7，于是包含基準(zhǔn)1的參考邊12的輪廓、對象10的引線端81和封裝體82的輪廓的投影的單一圖像被獲取。這個圖像為該對象的一側(cè)生成，這通過將基準(zhǔn)1的參考邊12、對象10的引線端81和封裝體82的輪廓沿著兩個投影路徑91和92進行投影，這兩個投影路徑91和92具有兩個不同的方向，分別對應(yīng)于兩個不同的視角θ1和θ2，于是包含有三維信息。將視頻相機7所獲取的圖像使用數(shù)字圖像處理方法，如邊緣檢測方法，進行數(shù)字化和分析。也就是說，該系統(tǒng)提取，如對象10的封裝外形和引線端的特征的相對位置，并通過對獲取的圖像進行相關(guān)和分析計算機械參數(shù)，如引線間距和接頭尺寸。
參考圖2，分別示出了左側(cè)面棱鏡和中央棱鏡的兩條投影光路，其中，僅公開一側(cè)的棱鏡的配置，因為優(yōu)選的配置相對于光軸對稱，于是相應(yīng)的投影光路徑就通過如圖1所示的相對的第二側(cè)面棱鏡(未示出)生成。
如圖2所示的兩條投影路徑都從對象的一點P開始，該點確定了將被檢測的對象的輪廓點，其中，該點能沿著光學(xué)側(cè)面棱鏡5和中央棱鏡6所提供的兩條投影路徑91和92觀測到。于是該對象點P應(yīng)當(dāng)位于能被系統(tǒng)所聚焦的平面中。這兩條不同的投影路徑91和92提供一個對象點在兩個不同的視角θ1和θ2的兩個不同的視圖。
第一投影路徑91由光學(xué)側(cè)面棱鏡5的內(nèi)表面52的全部內(nèi)反射所定義。該第一投影路徑91與第一視角θ1相關(guān)。這如圖2所示，所述第一投影路徑包括路徑a，b和c，其開始于對象點P，結(jié)束于成像面110。
第二投影路徑92由中央棱鏡6的在入射折射面63和出射折射面64的折射所定義。該第二投影路徑92與第二視角θ2相關(guān)。這如圖2所示，所述第二投影路徑包括路徑d，e和f，其開始于對象點P，結(jié)束于成像面110。
兩個不同的視角θ1和θ2通過在側(cè)面棱鏡5的反射面52的平面和中央棱鏡6的入射折射面63的平面之間的預(yù)定角度來提供。
雖然只有在側(cè)面棱鏡5的反射面52的反射用來移動投影光以平行于光學(xué)中軸A，但通過中央棱鏡的第二投影路徑的投影光在入射折射面和出射折射面被移動兩次以調(diào)節(jié)該光使其平行于光軸A。
要將投影光向光學(xué)中軸，即中央棱鏡的法線移動，中央棱鏡必須有比外部其他介質(zhì)高的折射系數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其他介質(zhì)是空氣，其折射系數(shù)大約為1。
如圖2所示，在面100和成像面110之間，第一投影路徑91的投影光和第二投影路徑92的投影光被調(diào)節(jié)以平行于系統(tǒng)的光軸A。
根據(jù)本發(fā)明，在兩投影光光線之間的光程差在出射面100被補償，該出射面被設(shè)置平行于基準(zhǔn)1，并與光學(xué)側(cè)面棱鏡5的底面對齊，但是視角θ1和θ2之間的最大許可角差被保持，在圖像中維持了引線端81和參考邊12之間足夠的空白。
第一投影路徑91和第二投影路徑92之間在面100的光程差6可以通過公式1進行計算δ＝[a/n1]+[(b+c)/n2]-[(d+f)/n1]-e/n3其中a，b，c，d，e和f都是投影路徑91和92的部分長度，n1是光學(xué)棱鏡以外的介質(zhì)的折射系數(shù)，n2是光學(xué)棱鏡5的材料的折射系數(shù)，n3是中央棱鏡6的材料的折射系數(shù)。這里，光程可以表示為Lo＝Lg*n，其中Lo是光程，Lg是幾何長度，n是幾何長度所通過的材料的折射系數(shù)。
由于棱鏡5以外的介質(zhì)最好是空氣，所以n1等于1，于是公式1可以寫作δ＝a+[(b+c)/n2]-(d+f)-[e/n3]通過分別選擇具有合適的折射系數(shù)n2和n3的材料，第一投影路徑91(a+b+c)和第二投影路徑(d+e+f)之間的光程差δ就可以被補償。
使用除空氣外的另一種介質(zhì)作為其他介質(zhì)也是可能的，如另一種氣體，液體，或玻璃。
如上所述，影響兩條投影路徑91和92的光程的一個方面是給光學(xué)側(cè)面棱鏡5和中央棱鏡6選擇適合的光學(xué)材料，該投影路徑91和92分別以視角θ1和θ2來自諸如參考邊12或?qū)ο蟮囊€端81的相同對象點。
減小兩條投影路徑間的光程差的另一個方面是采用合適的視角θ1和θ2，以及合適的光學(xué)側(cè)面棱鏡5和/或中央棱鏡6的尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，影響兩條投影路徑91和92的光程相等的另一個方面是基準(zhǔn)1的開孔2的尺寸，以及光學(xué)側(cè)面棱鏡5和/或中央棱鏡6相對于基準(zhǔn)1和基準(zhǔn)1的開孔2的設(shè)置。
雖然參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了詳細地描述，但是應(yīng)該明白的是在不背離所附加的權(quán)利要求中所確定的本發(fā)明精神和范圍，可以進行各種變化、替代和改變。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)檢測系統(tǒng)，用于檢測具有帶引線的集成電路元件形式的對象，所述系統(tǒng)具有光軸并包括基準(zhǔn)(1)，該基準(zhǔn)中有由參考邊(12)所確定的開孔(2)，所述基準(zhǔn)提供一個至少基本上垂直于系統(tǒng)的光軸(A)的參考面，其中，待檢測的對象(10)被定位在預(yù)定位置，與基準(zhǔn)(1)的開孔(2)是重疊關(guān)系；橫向漫射光源(3)，用于橫向地照射漫射光到物體上和通過開孔(2)，從而通過開孔(2)在幾個投影方向，對被定位的對象(10)包括引線的輪廓和參考邊(12)的輪廓圖像進行投影；光學(xué)側(cè)面棱鏡(5)，用于接收來自第一投影方向的輪廓圖像的第一投影光，所述側(cè)面棱鏡有入射面(51)，出射面(62)和內(nèi)反射面(52)，該內(nèi)反射面協(xié)同入射面和出射面工作用于內(nèi)反射第一投影光，使其通過側(cè)面棱鏡的出射面，在出射方向指向成像面；光學(xué)中央棱鏡(6)，被放置以接收來自第二投影方向的輪廓圖像的第二投影光，所述中央棱鏡(6)在預(yù)定位置具有入射折射面(63)和與入射折射面協(xié)同工作的出射折射面(64)，以使第二投影光被入射折射面和被出射折射面折射到成像面(110)；其中，側(cè)面棱鏡(5)和中央棱鏡(6)被設(shè)計和放置，以使第一和第二投影的投影路徑在帶引線的對象(10)的輪廓和成像面(110)之間有相同的光程。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括在成像面上設(shè)置的圖像探測系統(tǒng)，用于探測所述輪廓的兩個投影的圖像。
3.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中，所述圖像探測系統(tǒng)包括透鏡和有圖像傳感器的相機(7)。
4.如權(quán)利要求1到3之一的系統(tǒng)，其中，所述的第一投影方向和所述第二投影方向分別對應(yīng)于第一視角(Θ1)和第二視角(Θ2)，這兩個視角相互不同。
5.如權(quán)利要求1到4之一的系統(tǒng)，還包括偏長方形棱鏡(8)，該偏長方形棱鏡被放置在側(cè)面棱鏡和中央棱鏡的出射面和成像面之間，用于將進入該偏長方形棱鏡的投影移動到平行并靠近于系統(tǒng)的光軸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于檢測具有帶引線的IC元件形式的對象，其中，對象(10)被定位為與基準(zhǔn)(1)的開孔(2)是重疊關(guān)系，并被橫向的漫射光源(3)所照射，從而通過開孔(2)在幾個投影方向?qū)⒖歼?12)的參考輪廓和對象(10)的輪廓圖像進行投影。提供了光學(xué)側(cè)面棱鏡(5)和中央棱鏡(6)以接收來自兩個不同的入射角的投影光，于是定義了兩個不同的投影路徑(91，92)，因此通過分析來自一個對象點的這兩條投影路徑的光，就可以獲取三維圖像。側(cè)面棱鏡(5)和中央棱鏡(6)被設(shè)計和放置以使第一和第二投影的投影路徑(91，92)在對象(10)的帶引線的輪廓和系統(tǒng)的成像面(110)之間有相同的光程。
文檔編號H05K13/04GK1448043SQ01814393
公開日2003年10月8日 申請日期2001年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月22日
發(fā)明者黃濟剛, 王英建, 涂編生, 譚其平 申請人:安捷倫科技有限公司