CH690139A5 - Lichtleiter zur seitlichen Beleuchtung eines Objektes. - Google Patents

Description

  
 


 Stand der Technik 
 



  Die Erfindung geht aus von einem Lichtleiter nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. 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 Objektes 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 überprüft 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 unzuverlässig, da der Prüfer nicht alle Fehler erkennen kann. 


 Vorteile der Erfindung 
 



  Der erfindungsgemässe Lichtleiter mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das Objekt, das sich innerhalb oder unterhalb der \ffnung 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 \ffnung des Lichtleiters so weggeleitet wird, dass es beispielsweise in das Objektiv eines darüber befindlichen Mikroskopes 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 unabhängigen Patentanspruch 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 einerseits eine möglichst vollständige Umlenkung des von den Seitenflächen des Objektes reflektierten Lichtes erfolgt. Dadurch kann die Lichtausbeute optimiert und andererseits eine Totalreflexion an einer Lichtaustrittsfläche vermieden werden. 



  In der Praxis hat sich als günstig erwiesen, den Neigungswinkel der Wandungen bezüglich der Horizontalen mit ca. 450 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 Mikroskopes fällt. 



  Durch eine ausreichende Höhe der wirksamen Lichtaustrittsfläche einer Wandung wird erreicht, dass die ganze Seitenfläche des Objektes ausgeleuchtet wird und somit ein vollständiges Bild ohne Nachjustage erhältlich ist. 



  Um die Ausleuchtung der Seitenflächen des Objekts zu verstärken, ist am äusseren Rand des Lichtleiters wenigstens ein Reflektor angeordnet. Oberhalb dieses wenigstens einen Reflektors kann ein weiterer Reflektor angeordnet werden, der auf die Oberseite des Objektes gerichtet ist, sodass 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 möglichst 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 überprüft werden. Beispielsweise sind bei der optischen Überprüfung 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 automatischer 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 gekennzeichnet 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 Ausführungsbeispiels. 
 


 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 \ffnung, 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 augebildeten leadframe angeordnet sein, deren Qualität nacheinander optisch zu überprüfen ist. 



  Der Lichtleiter 6 hat vorzugsweise vier rechtwinklig zueinander 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 vorgesehen, die das Licht des Lichtleiters in Richtung auf die \ffnung 11 verstärkt umlenken. An einer oder mehreren  geeigneten Stellen sind am Rand des Lichtleiters 6 \ffnungen für Lichtquellen 12 vorgesehen, deren Licht über den Lichtleiter auf die \ffnung 11 gelenkt wird.

   Die Lichtquellen sind mit einem regelbaren Netzteil 18 verbunden, sodass 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 markiert werden. 



  Der Lichtleiter 6 mit seiner \ffnung 11 ist so ausgebildet, dass das Objekt 1 weder bei der Justage noch bei der Betrachtung 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 Ausgestaltung des Lichtleiters 6 auf das optische Inspektionssystem 7 abgestimmt, sodass 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 \ff nung 11 erkennbar, die vorzugsweise quadratisch ausgebildet ist und zum Objekt 1 eine gewisse Übergrösse aufweist. Die Wandungen 5 umschliessen die \ffnung 11, sodass über diese Wandungen 5 das Objekt 1 von allen Seiten gleichzeitig beleuchtet werden kann. An geeigneter Stelle sind im Lichtleiter 6 \ffnungen zur Aufnahme der Lichtquellen 12 vorgesehen. Diese Lichtquellen können auch an den Ecken des Lichtleiters 6 positioniert sein. 



  Fig. 3 zeigt den Lichtleiter 6 nochmal im Querschnitt. Insbesondere ist der Neigungswinkel  alpha  der Wandungen 5 in Bezug auf die Horinzontale erkennbar. Der Winkel  alpha  wird dabei so gewählt, dass möglichst viel Licht aus dem Lichtleiter ausgekoppelt und auf die Seitenflächen 9 des Objekts 1 geleitet wird. Andererseits soll das reflektierte Licht von den Wandungen 5 nach oben abgelenkt werden, damit es in das optische Inspektionssystem 7 fällt. Der Winkel  alpha  kann unter Berücksichtigung des Brechungsindexes, z.B. n = 1,5, materialabhängig gewählt werden und wird so festgelegt, dass möglichst viel Licht aus dem Lichtleiter 6 ausgekoppelt wird. Bewährt hat sich ein Winkel von ca. 45 DEG  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 \ffnung 11 leiten. Die Reflektoren sind wegen des vorgegebenen Winkels  alpha  der Wandungen 5 bei n = 1,5 vorzugsweise gegenüber der Horizontalen mit einem Winkel  alpha 1  APPROX  30 DEG  geneigt, sodass aufgrund des Brechungsgesetzes möglichst viel Licht durch die Wandungen 5 geht. Sie sind vorzugsweise verspiegelt, sodass 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 \ffnung 11 hin umgelenkt und beleuchten somit die Seitenflächen 9 des Objekts 1. Die Seitenflächen 9 reflektieren diese Strahlung, sodass diese an den Wandungen 5 als Strahlung A min , B min , C min  und D min  in Richtung 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 (12)

1. Lichtleiter zur Beleuchtung eines Objekts, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (6) eine \ffnung (11) aufweist, in die das Licht des Lichtleiters derart leitbar ist, dass das Objekt (1) von der Seite her beleuchtbar ist, und dass die \ffnung (11) vorzugsweise vier Wandungen (5) aufweist, die als Umlenkspiegel ausgebildet sind und das von dem Objekt (1) reflektierte Licht von der \ffnung (11) des Lichtleiters (6) wegleiten.

2. Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Neigungswinkel ( alpha ) der Wandungen (5), vorzugsweise in Abhängigkeit vom Brechungsindex des Materials des Lichtleiters (6) wählbar ist.

3. Lichtleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel ( alpha ) der Wandungen (5) etwa 45 DEG beträgt.

4.

Lichtleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Lichtaustrittsfläche der Wandungen (5) wenigstens 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 \ffnung (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 Helligkeit der wenigstens einen Lichtquelle (12) steuerbar ist.

8.

Optisches Inspektionssystem mit einem Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (6) mit dem optischen Inspektionssystem (7) verbunden und dass das Objektiv des optischen Inspektionssystems (7) derart über der \ffnung (11) des Lichtleiters (6) angeordnet ist, dass es im Wesentlichen das von den Wandungen (5) reflektierte Licht aufnimmt.

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

10.

Optisches Inspektionssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Inspektionssystem (7) mit einer automatischen Bilderkennung (17) verbunden ist, und zur automatischen Positionierung des Objekts (1) in Relation zum Lichtleiter (6) und/oder zur Fehlererkennung des Objekts (1) ausgebildet ist.

11. Optisches Inspektionssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Inspektionssystem (7) ausgebildet ist, das Objekt (1) bei Erkennung eines Fehlers (1) zu markieren.

12. Verwendung eines optischen Inspektionssystems nach einem der Ansprüche 8-11, zur optischen Materialprüfung des Objekts (1), vorzugsweise eines Halbleiterchips.