CN100474546C - 使用棱镜测绘毛细工具尖端的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供了一个和引线接合器和光学成像器一起使用来确定引线接合工具位置的系统。该系统包括设在该光学成像器和该引线接合工具之下的棱镜。该系统还包括位于该棱镜和该引线接合工具的下部之间且沿第一光轴的至少一个透镜。该至少一个透镜和该棱镜限定了位于该至少一个透镜和该引线接合工具的该下部之间的物平面。该至少一个透镜位于该棱镜和该光学成像器之间且沿第二光轴。该至少一个透镜和该棱镜限定了一个该至少一个透镜和该光学成像器之间的像平面。

Description

使用棱镜测绘毛细工具尖端的方法和装置

本申请要求享有于2004年6月21日提交的美国临时专利申请60/581476的优先权，通过引用将该临时申请的内容引入本申请。本申请是2003年6月10日提交的美国专利申请No.10/458535的部分延续，后者是2002年4月25日提交的美国专利申请No.10/131873的分案，母案于2004年5月4日出版，专利号为6729530，该母案又是2001年7月24日提交的美国专利申请No.09/912024的部分延续，后者于2002年7月2日出版，专利号为6412683。

技术领域

本发明一般性地涉及一种使用棱镜测绘毛细工具尖端(capillarytooltip)位置的方法和装置。更具体地，本发明涉及使用棱镜例如直角棱镜(cornercube prism)来解决由于该毛细工具尖端在不同的Z高度处位置(例如X和Y位置)偏差引起的接合位置的误差。

背景技术

电子组件例如集成电路芯片的制造通常要在不同制造工艺阶段对设备进行对准检查。这种对准检查步骤往往利用图像系统(visionsystem)或者图像处理系统(例如捕获图像、使之数字化并且使用计算机完成图像分析的系统)，以排列制造机器，从而正确布置和/或对准各组件和接合线。

在常规系统中，采用后附检查(post attach inspection)来确定制造机器的位置的变化是否适当以影响到接合线的正确布置和/或附着。同样，这些常规系统通常在产生这种不适当的附着(attachment)之后对偏移(misalignment)进行补偿，由此对成品率和生产量具有负面影响。这些常规系统具有另外的缺陷，即，不能容易地补偿由于接合毛细工具尖端在接触到被结合的设备时在X和Y位置上的偏差引起的接合位置的变化，进一步影响到设备成品率且负面地影响制造时间。

图11示出一种常规的图像系统。如图11所示，该常规系统包括两个图像设备，放在工件平面1112之下向上观测物体的第一成像设备1104和放在工件平面1112之上向下观测物体的第二成像设备。这些常规系统的缺点在于除了要用到多于一个的图像设备之外，它们还不能容易地补偿由于例如温度改变引起的系统中的变化。

此外，当毛细管尖端接触到处于不同高度Z的各种设备时，由于其在X和Y位置上的偏差而导致的在接合位置中的误差在常规系统中不能得到充分解决。本发明着眼于填补常规系统中的这个空白。

发明内容

根据一个示例性实施方案，本发明提供了一个和引线接合器和光学成像器一起使用来确定引线接合工具位置的系统。该系统包括设在该光学成像器和该引线接合工具之下的棱镜。该系统还包括位于该棱镜和该引线接合工具的下部之间且沿第一光轴的至少一个透镜。该至少一个透镜和该棱镜限定了一个位于该至少一个透镜和该引线接合工具的该下部之间的物平面。该至少一个透镜沿第二光轴位于该棱镜和该光学成像器之间。该至少一个透镜和该棱镜限定了一个位于该至少一个透镜和该光学成像器之间的像平面。

根据本发明的另一个示例性实施方案，提供了一种测绘毛细工具尖端的X轴和Y轴位置中至少之一的方法。该方法包括在光学成像器中接收处于第一Z轴位置的毛细工具尖端的第一图像。该方法还包括在光学成像器中接收处于第二Z轴位置的毛细工具尖端的第二图像。该方法还包括利用所接收的第一图像和所接收的第二图像，确定该毛细工具尖端从第一Z轴位置到第二Z轴位置的(1)X轴位置差或者(2)Y轴位置差中的至少一个。

根据本发明的又一个示例性实施方案，提供了一种测量在使用引线接合机器时由于具有棱镜的光学系统的角度变化而引入的误差的方法。该方法包括确定设在该光学系统的物平面处的第一分划板上的第一十字准线位置。该方法还包括确定设在该光学系统的像平面处的第二分划板上的第二十字准线位置。该方法还包括确定第一十字准线位置与第二十字准线位置之间的偏差，以测量该误差。

根据本发明的又一个示例性实施方案，提供了一种采用光学成像器确定当引线接合工具沿Z轴移动时该引线接合工具位置误差的方法。该方法包括在该光学成像器中接收处于第一Z轴位置的该引线接合工具的至少一部分的第一图像，并且将第一图像提供给处理器。该方法还包括在该光学成像器中接收处于第二Z轴位置的该引线接合工具的至少一部分的第二图像，并且将第二图像提供给处理器。该方法还包括确定第一和第二位置之间的位置误差。

下面将参照附图和对本发明示例性的实施方案的描述阐述本发明的这些和其它方面。

附图说明

从下面具体描述并结合阅读附图中可以最清楚地理解本发明。需要强调指出，根据常见应用，附图中的各个部件没有按比例绘出。相反，为清楚起见故意放大或者减小了各个部件的尺寸。附图中包括有下列这些图：

图1是本发明的一个示例性实施方案的透视图；

图2A是根据本发明第一个示例性实施方案的成像光迹的侧视图；

图2B是根据本发明的第二个示例性实施方案的成像光迹的侧视图；

图3是根据本发明一个示例性实施方案的成像光迹的透视图；

图4A和图4B分别是本发明一个示例性实施方案的透视图和侧视图；

图5示出本发明一个示例性实施方案的聚焦远心；

图6是根据本发明所述的示例性反向反射直角棱镜偏移(cornercube offset)工具的细节图；

图7A-7C示出绕所述示例性图像系统的直角棱镜的顶点倾斜的结果；

图8A-8C示出绕所述示例性图像系统的X轴和Y轴倾斜的结果；

图9是根据本发明第三个示例性实施方案的成像光迹的侧视图；

图10A-10D是本发明的第四个示例性实施方案的各个视图；

图11是根据现有技术所述的图像系统；

图12A-12F是本发明第五个示例性实施方案的图解；

图13A-13D是本发明的第六个示例性实施方案的不同视图；

图14A示出当毛细管尖端沿Z轴移动时用于测绘其X和Y位置的一个示例性装置的一部分；

图14B示出该毛细管尖端在一个规定位置附近的几个示例性高度Z的前进路径的图像；

图15A示出通过使用两个十字准线确定光轴的位移位置的偏差的示例性装置的一部分；和

图15B示出作为该系统所测到的接合位置误差的分划板初始位置和最终位置的照相图像。

详细描述

在这里特意将2003年6月6日提交的美国专利申请No.10/458535和2001年7月24提交的美国专利申请No.09/912024的整个公开内容通过参考而全部引入，如同将其全部阐明一样。

本发明的一个目的是测量并校正因在位置X和Y上的偏离而引入的毛细管尖端在不同Z位置时的位置误差。

根据特定示例性的实施方案，本发明涉及采用直角棱镜偏移工具测绘毛细工具尖端在沿Z轴移动时其X和Y位置的方法和装置。引线接合器的光学系统结合直角棱镜偏移工具一起测绘出毛细管尖端沿Z轴移动时的X和Y位置。

根据本发明的另一个示例性方案，该系统通过采用两个分划板确定光轴角度中偏差。将第一分划板布置在像平面(也即光学系统的物平面)，将第二分划板布置在物平面，并且其经由直角棱镜设备成像在该像平面。

根据本发明的另一示例性方案，引线接合器光学系统包括低放大率和高放大率光学元件，其包括透镜和照相机和图像处理系统。该毛细管尖端的像形成在该引线接合器光学系统的像平面，然后由图像处理系统处理。因而，图像系统获得并且处理位于每个规定高度Z的该毛细管尖端的像，从而确定它的X和Y位置。因而，当毛细管尖端与不同高度Z的各个设备接触时由于毛细管尖端的X和Y位置的偏差而导致的接合位置误差能够得以校正。

根据本发明的又一个示例性方面，该系统用于正常工作期间的球形接合器，以通过校正由于毛细管尖端在高度Z变化时的在X和Y位置上的偏差而导致的误差，从而提高接合位置的精度。通过允许校正因光轴角度的变化而引起的误差也提高了接合位置精度。

使用由引线接合器，直角棱镜偏移工具和合适的照明器构成的光学系统，可以在引线接合器毛细管的尖端沿Z轴移动的时候测绘出其X和Y位置。通过确定至少一个分划板上的十字准线的位置变化，可以测得因光学系统的位移位置的变化引入的误差。在一个示例性实施方案中，一个分划板放在光学系统的像平面上，另一个分划板置于物平面上并且经由直角棱镜偏移工具成像在像平面。

参照图1，其示出本发明的一个示例性实施方案的透视图。该系统包含于引线接合机器100中，并且采用一个直角棱镜106(也即直角隅镜106)，该直角棱镜具有多个内反射表面(图6中有最佳显示)，位于接合工具104的物平面112A(物平面112A示于图2A中，是图1所示的平面112的一部分)处或者之下。

在一个示例性实施方案中，直角棱镜偏移对准工具109(包括直角棱镜106和透镜元件108，110)具有总共三个内反射表面218，220和221(图6中有最佳显示，并在下面描述)。在另一个示例性实施方案中，直角棱镜106可以具有多个全内反射表面。例如，直角棱镜106可以由熔融石英，蓝宝石，金刚石，氟化钙或者其他光学玻璃形成或者包括这些材料。要指出的是，还可以使用由Duryea PA的SchottGlass Technologies制造的光学性能玻璃例如BK7。还要指出，可以选择直角棱镜106的材料，使之相对于所需工作波长具有最大透射率。

在像平面112B(图2A中所示像平面112B是图1所示的平面112的一部分)上方安装一个光学成像单元102，例如CCD成像器，CMOS成像器或者照相机，以通过直角棱镜偏移对准工具(cornercube offsetalignment tool)109接收接合工具104的间接图像。在另一个示例性实施方案中，还可以采用例如由Houston，TX的Ionwerks Inc.制造的位置敏感探测器(PSD)作为光学成像单元102。在这种实施方案中，当例如采用光纤来照射接合工具104中的孔时，能够利用该PSD来记录由接合工具104反射的光点的位置。还应考虑，根据需要，该PSD可以是四单元(quad cell)或者二单元(bi-cell)探测器。

在一个示例性实施方案中，该图像系统的焦点(与图2所示的假想平面211重合)位于直角棱镜106的底表面(示于图2A)的上方。另外，该示例性实施方案包括两个位于物平面112A和像平面112B处或者之下的优选为相同的透镜元件108，110。示于图2B中的另一个示例性实施方案包括位于平面112之下并且与光轴114，116(示于图1)一致的单个透镜元件205。以下，将直角棱镜106(也即角隅棱镜)和透镜元件108，110(或者透镜元件205)的组合称为组件109、直角棱镜偏移工具109、和/或直角棱镜偏移对准工具109。

包括透镜元件108，110的直角棱镜偏移工具109的像平面与光学成像单元102的物平面112B重合。换句话说，直角棱镜106和透镜元件108，110的像平面与也位于物平面112A内的接合工具104对准。在一个示例性实施方案中，透镜元件108，110(或者205)优选具有单一的(unitary)放大因子。第一透镜元件108布置在接合工具104和直角棱镜106之间的第一光轴114上。第二透镜元件110与第一透镜元件108基本上处于同一平面内，并且布置在光学成像单元102和直角棱镜106之间的第二光轴116上(参见图1)。在一个示例性实施方案中，根据接合机器100具体的设计因素，第一光轴和第二光轴114和116基本上彼此平行，并且互相分开。在一个示例性实施方案中，尽管根据与该接合机器相关的设计因素，距离118可以小到0.100in.(2.54mm)，第一光轴114和第二光轴116之间的距离118大约为0.400in.(10.160mm)。

图2A是成像光迹的详细的侧视图，并示出本发明一个示例性实施方案中成像的一般概念。在图2A中，为清楚而将示例性的光迹210，214分开，以解释由于位置改变而得到的像所具有的相对抗扰性(immunity)。因为透镜元件108，110是作为单一放大率中继器，所以像点也分开相同的距离。图2A也显示了接合工具104位置的改变怎样得到补偿。例如，一旦采用常规方法来精确测量成像单元102和接合工具104之间的距离(示于图1)，本发明能够补偿由于系统的变化而引起的接合工具104偏移位置222的变化。接合工具104的位置能够被精确地测量出来，因为直角棱镜偏移工具109将接合工具104成像到光学系统(该图中未示出)的像平面112B上。

接合工具104的基准位置被示出作为从第一位置202沿着第一光轴114(示于图1)传播的一条反射光线，构成从第一位置202穿过第一透镜元件108的直接图像光束210。直接图像光束210继续沿着第一光轴114前进，然后它通过直角棱镜106的顶表面226到达第一内反射表面218上。然后，直接图像光束210反射到第二内反射表面220，该表面接着将它引导到第三内反射表面221(图3中有最佳显示)。接着，直接图像光束210通过直角棱镜106的顶表面226返回，形成沿着第二光轴116(示于图1)的反射图像光束212，并且通过第二透镜元件110到达像平面112B。反射图像光束212被图像单元102作为图像204探测。

现在考虑例如由于系统中温度的变化导致接合工具104的位置偏移了距离222的情况。如图2A所示，接合工具104的偏移图像示为位置206，并且沿着第二位置光迹214的路径成像。如图2A所示，直接图像光束214沿着与来自于第一位置202的直接图像光束210类似的路径传播。通过第一透镜元件108，第二位置206图像作为直接图像光束214传播。之后，直接图像光束214通过直角棱镜106的顶表面226，到达第一内反射表面218。然后，直接图像光束214反射到第二内反射表面220，该表面接着将该光束引导到第三内反射表面221(图3中有最佳显示)。接着，直接图像光束214传播通过直角棱镜106的顶表面226，形成反射图像光束216，并且通过第二透镜元件110到达像平面112B。反射图像光束216作为在第二位置208形成的反射图像被成像单元102观测到。尽管上面的例子是基于沿X轴的位置变化来描述的，但是其同样适用于沿Y轴的变化。

如图所示，接合工具104的初始位移(示出为偏移位置222)是由接合工具104的被测量到的位置的的第二位置208相对于基准位置204的位置差224来表示的。如上面图示所显示的，组件109中的位移不会影响成像单元102所观测到的反射图像。换句话说，本发明的组件109可以沿着X和Y轴中的一个或者两个轴平移，使得接合工具104的图像显得对成像单元102来说是相对静止的。但是，由于透镜系统中的畸变，接合工具104的测量位置会有最小限度的误差(下面具体讨论)。

再次参照图2A，直角棱镜偏移对准工具109的顶点228(示出为虚线)位于第一光轴114和第二光轴226之间近似中点的位置。为了便于安装直角棱镜106，可以去掉直角棱镜106的下部235，提供一个基本上平行于顶表面226的底表面223。除去下部235不会影响到图像光线的反射，因为从物平面112A发出的图像光线不会碰到底表面223。

示例性直角棱镜106包括顶表面226，第一反射表面218，底表面223，第二反射表面220，和第三反射表面221。如果设置顶表面226，使得光轴114，116与该顶表面226垂直，那么第一反射表面218相对于顶表面226将具有大约45°的第一角度230，并且相对于底表面223具有大约135°的第二角度234。同样地，分水线(ridgeline)225(由第二和第三反射表面220和221相交形成)分别相对于顶表面226和底表面223具有类似的角度232和236。此外，第二和第三反射表面220和221沿分水线225彼此正交。在这个示例性实施方案中，如果需要的话，可以把直角棱镜106的底表面223作为安装表面。但是，应该指出，不一定需要形成使得图像光线和反射光线与之垂直的顶表面226。这样，直角棱镜106将重新引导入射光或者传输接合工具104的图像平行于它自身，使入射光和反射光束具有等于118的偏移。

本发明可以采用例如在可见光，UV和IR光谱内的光，优选采用其波长相对于直角棱镜106的制造材料表现出全内反射的光。制造直角棱镜偏移对准工具106的材料是根据该工具将通过的光的所希望的波长为基础选择的。预计，制造直角棱镜偏移对准工具109可能用来处理位于UV(1nm)到近IR(3000nm)之间的预定范围波长的光。在一个优选实施方案中，可以选择光的波长范围位于大约i)1到400nm，ii)630到690nm，以及iii)750到3000nm之间。也可以通过环境光或者利用人工光源(未示出)来提供照明。在一个示例性实施方案中，可以采用典型的具有折射率为1.5到1.7的光学玻璃来制造直角棱镜106。注意，该折射率是基于所选的材料而言的，该材料在所需的工作波长处具有最大透射率。在一个实施方案中，直角棱镜偏移对准工具109具有大约1.517的折射率。

图3是根据本发明一个示例性实施方案所述的在与透镜元件108，110的间距垂直的方向上传输的图像光迹的透视图。图2A中所示的成像属性也在图3中同样明显。例如，接合工具104的基准位置用第一位置302表示，它的像304被看作第一直接图像光线310，该光线沿着第一光轴114传播，通过第一透镜元件108；穿过直角棱镜106的顶表面226；与直角棱镜106的第一反射表面218碰撞；在平行于顶表面226的路径上传播通过直角棱镜106；与第二反射表面220碰撞；与第三反射表面221碰撞，通过顶表面226从直角棱镜106出射，并且沿着第二光轴116传播通过第二透镜元件110，到达像平面112B，构成光迹312，并且在位置304处由成像单元102观测。图3也示出了接合工具104的位移，该位移由从第二位置306到第二观测位置308的光迹314，316的路径示出。

图4A-4B分别是本发明一个示例性实施方案中的透射图和侧视图，示出了透镜元件108，110和直角棱镜106。两个透镜元件108，110(或者205)优选为成对透镜(doublet)，根据它们离开物平面112A和像平面112B的焦距以及假想平面211，将其设在直角棱镜106上方。优选成对透镜是基于它们的出色的光学性能。如图4A-4B所示，一个示例性实施方案中的直角棱镜106具有三个内反射表面218，220和221。如图4B所示，透镜元件108，110的外缘与直角棱镜106彼此重合。

图5图示出本发明的图像系统的一个示例性实施方案中的聚焦远心(telecentricity)。如图5所示，透镜元件108，110产生一个单一放大率，并且这样相对于直角棱镜106设置，使得能够保持该机器图像系统的聚焦远心。注意，从透镜元件108到直角棱镜106的顶点228之间的前焦距502等于从透镜元件110到直角棱镜106的顶点228之间的前焦距502。还要指出的是，从透镜元件108到物平面112A之间的后焦距504等于从透镜元件110到像平面112B之间的后焦距504。

图6是本发明中的一个示例性直角棱镜106的细节图。应指出的是，内反射表面218和分水线225允许接合工具104的像在X和Y方向上偏移。还要指出的是，优选对直角棱镜106的表面进行研磨，以使反射光束在5弧秒(arc second)的范围内与入射光束平行。

如图6所示，表面220和221沿着分水线225彼此正交。此外，分水线225和表面218之间的角度大约为90°。还有，表面218和分水线相对于顶表面226和底表面223形成45°的角。还要指出的是，表面218，220和221相交形成三角形的底表面223，可以利用该底表面方便地安装直角棱镜106。

图7A-7C图示出在一个示例性图像系统中围绕直角棱镜偏移对准工具109的正交坐标轴倾斜的结果。图7A是透镜元件108，110和直角棱镜106的俯视图。示例性的像起始点(image origin)702，703，704，706，707和708对应于成像光迹210，214(示于图2A)的位置。注意，光轴位置710对应于如果直角棱镜106不沿Z轴倾斜的话，接合工具104的像所处的地方。

图7B-7C是绕Z轴倾斜所得结果的曲线图，表示了以弧分(arcminute)为单位的倾斜与以微米为单位的误差的关系。图7B示出围绕Z轴倾斜与误差和沿Y轴的图像位置的关系的结果，图7C示出围绕Z轴倾斜与误差和沿X轴的图像位置的关系的结果。

图8A-8C示出围绕该示例性的图像系统的X和Y轴倾斜所得结果。图8A是附加的示例性图像光迹210，212，214，216的侧视图。在图8A中，分别用箭头804和点802表示X轴和Y轴，箭头806表示倾斜。

图8B-8C是绕X和Y轴倾斜所得结果的曲线图，表示了以弧分为单位的倾斜与以微米为单位的误差的关系。图8B示出绕X轴倾斜对误差和沿Y轴的图像位置的曲线，图8C示出绕Y轴倾斜对误差和沿X轴的图像位置的曲线。

图9是根据本发明第三示例性实施方案的图像光迹的详细的侧视图。在图9中，示出接合工具104的基准位置作为反射光线，它从第一位置914(在构成所示平面112一部分的物平面112A上)沿着第一光轴114(示于图1中)传播，构成直接图像光束922从第一位置914通过透镜元件902。注意在这个示例性实施方案中，透镜元件902具有一个相对平坦的上表面904和一个凸起的下表面906。直接图像光束922沿第一光轴114传播，然后通过透镜元件902的上表面904，在穿过凸起的下表面906。之后，直接图像光束922反射到全反射表面908上。在一个优选实施方案中，全反射表面908是一个平面镜。接着，直接图像光束922沿着第二光轴116(示于图1中)返回通过透镜元件902，构成反射图像光束920，并且达到像平面112B上。成像单元102(示于图1中)探测到的是反射图像光束920的像912。类似地，接合工具104的位移也示于图9中，并且通过从第二位置910到第二观测位置916的直接图像光束918、924的路径示出。

由于常规引线接合机器的性质，当将毛细管工具从闲置(idle)位置移到接合位置，该毛细管工具倾向于以弓形方式(图14A中所图示的弧1414)移动。因而，当使毛细管尖端1400进入对设备(未示出)进行接合的状态的时候，它沿弧1414的移动就引入X和Y位置误差。毛细管尖端1400接触设备的高度因系统而变，还随接合的设备的高度不同而变。这些X和Y位置误差以及光轴角度的变化导致接合位置误差。

图14A图示了一个根据本发明所述的当毛细管1404的尖端1400移到接合设备(未示出)的位置的时候，其沿Z轴沿弧1414移动时用来测绘尖端1400的X和Y位置的装置。这个示例性系统测量并且校正因毛细管尖端1400沿Z轴不同位置的X和Y的偏差所引入的误差。理想地，该实施方案包括光学系统成像器1402，透镜110和108(或者单个透镜，例如图2B所示)，照明器1020例如环式照明器，和直角棱镜106。

在一个示例性实施方案中，光学系统1402包括低放大率和高放大率光学元件。如图14A所示，将透镜110沿第一光轴1401设置在光学系统1402和直角棱镜106之间。将透镜108沿第二光轴1403设在物平面1412和直角棱镜106之间，且与透镜110处于同一水平轴上。第一和第二光轴基本上彼此平行，如果不是绝对平行的话。

利用照明系统1020(例如环式照明器)，透镜108和110，以及直角棱镜106，在光学系统1402的像平面1410上形成毛细管尖端1400的像。该毛细管尖端1400在每个额定的Z高度的像可以由图像系统1402获得并且处理，以确定毛细工具尖端1400沿弧1414移动时X和Y的位置。当毛细管尖端1400在不同的Z高度与不同设备接触同时沿弧1414移动时(如图14B所示)，由于它在X和Y位置的偏离而导致的接合位置的误差能够通过例如合适的X-Y表(未示出)的重定位来校正，因而提高了在接合非常微小节距设备时的引线边界的精度。如图14B所示，利用这个示例性系统，当毛细管尖端1400沿弧1414从起点1520到终点1522移动时，可以追踪到毛细管尖端1400的像。

图15A-15B图示了本发明另一个示例性实施方案。因为光轴角度的偏差是另一个产生误差的因素，所以本发明人提出一个方法来测量和最终解决这个误差。如图15A所示，将第一位置指示器1501例如分划板按需放在像平面1410(相对于光学系统1402，像平面1410可视为物平面1410)处。将第二位置指示器1503设在物平面1412上方，并且，由直角棱镜106以及透镜108和110将其成像在像平面1410，从而通过将两个十字准线1502，1504(分别设在分划板1501，1503内)叠加起来，以确定光轴的角度的偏差。

图15B图示了在光学系统1402所观测到的位置指示器1501和1503的位置1512和1514之间的位移误差。

因而，通过确定分划板1501和1503上的两个十字准线的位置的偏差可以测量由光学系统1402的角度变化引入的误差，然后补偿该误差。该误差是这样测得的：首先确定像平面1410(像平面1410可以视为相对于光学系统1402的物平面)处的分划板1501上的第一十字准线的位置。其次，确定位于直角棱镜106的物平面1412的第二十字准线的位置。最后，通过测量第一和第二位置之间的差计算位移误差。从这个数据可以校正接合位置的误差，该误差是当毛细管尖端1400在不同高度接触不同设备时，由于光学系统角度的变化和/或毛细管尖端1400的位置差造成的X(ΔX)和/或Y(ΔY)位置偏差引起的。

参照图10A，其图示了本发明又一个示例性实施方案的侧视图。在图10A中，图像系统1000包括多个直角棱镜1014，1020，1026和各自的透镜组1016/1018，1022/1024，1028/1030，它们被用作对准装置，以提高模片固定和组件的拾取/放置的精度，例如模片1008，1010，1012。这将有效地取代常规的仰视(up-looking)照相机(也即压模照相机(die camera)——未示出)，这种照相机常见于大多数常规的中精度到高精度放置(例如模片固定和拾取/放置)设备。在该示例性实施方案中，成组的各自带有不同的透镜间距1017，1023，1029的多个直角棱镜1014，1020，1026各自提供模片1018，1010，1012的位置的间接图像。本领域普通技术人员理解，一次仅仅观测一个模片。采用多个直角棱镜/透镜的结合使得能够使用各种不同尺寸的模片。在其它方面，例如所用的材料，反射方法等等，这个示例性实施方案与第一示例性实施方案类似。

如上所述，第一示例性实施方案的这个变例适应这些类型的设备接受和放置的各种模片尺寸。在这个示例性实施方案中，朝下的光学探测器1002，例如照相机(例如衬底照相机)观测将要放置的元件例如模片1008，1010或者1012的下侧面上的特征。之后通过图像系统(未示出)能够识别模片1008，1010，1012的这些特征，以便利用拾取工具1004部分地根据拾取/放置工具1004和光学探测器1002之间的预定距离将模片精确地放在基板(未示出)上。本领域普通技术人员理解，拾取工具1004可以是旋转或者非旋转拾取工具。这个示例性实施方案还保留着在上面第一示例性实施方案中所述的直角棱镜对准的精确性方面光学优点。

图10B是图10A所示的示例性实施方案的平面图。在图10B中，直角棱镜1014，1020，1026彼此靠近放置，形成组件1015。如果需要的话，可以采用常规的粘接方法将直角棱镜1014，1020，1026接合在一起，或者可以使用机械设备例如夹具或者例如容器组件将它们互相对准地固定。后一种方法允许简单地替换各个直角棱镜/透镜组件，以按需容纳不同尺寸的模片。尽管这个示例性实施方案示出了三个直角棱镜偏移工具，但应该理解可以使用至少两个直角棱镜偏移工具。

如果需要的话，透镜1016，1018，1022，1024，1028，1030可以由单一的光学元件形成，而不是多个单个的透镜，以简化系统的组装。这种方法示于图10C-10D中。如图10C所示，透镜片1040嵌入在与各个透镜1016，1018，1022，1024，1028，1030基本上等效的光学元件1016a，1018a，1022a，1024a，1028a，1030a之内。

图12A-12F图示了本发明的另一个实施方案。在这些示例性实施方案中，使用直角棱镜提高光纤的对准精度。如前面示例性实施方案中的一样，使用直角棱镜使得可以使用单个光学探测器，而不需要常规的多个探测器系统。

参照图12A，这个示例性实施方案包括直角棱镜1014，透镜1016，1018，对纤芯1212，1213各自的光纤包层边缘1210，1211(其依次产生反射1224，1225以显示出包层边缘1210，1211的轮廓)进行照明的暗场照明系统1220，1221(对本领域技术人员是公知的)。在这个示例性实施方案中，朝下的光纤1208由面向下的光学探测器1002例如照相机(也即衬底照相机)观测。面朝下的光学探测器1002探测来自纤芯1212发射的光1222，然后能够确定光纤中心线1223和向下的光学探测器1002的中心线之间的合适的偏移1027。如图12A中进一步所示的，朝下的光纤1208和光学探测器1002彼此偏离一个预定的距离1006。还示出了设在直角棱镜1014附近的朝上的光纤1209和相关的暗场照明系统1221的情况。

图12B是图12A所示的示例性实施方案的平面图，其示出了透镜组1016/1018和直角棱镜1014的相对位置。

然后，在图12C中，将朝下的光学探测器1002和朝下的光纤1208重新定位，使得朝下的光学探测器1002的中心线1229与朝上的光纤1209的中心线1231对准。再一次使用暗场照明系统1221照射朝上的光纤1209，以通过图像系统进行辨认，从而确保与光学探测器1002的正确对准。

接着，如图12D所示，根据在上面相对于图12A讨论的过程中所确定的偏移1027，再次将光学探测器1002和朝下的光纤1208重新定位。结果，朝下的光纤1208和朝上的光纤1209得以互相对准。

然后，如图12E所示，使用常规技术在接点1226将光纤1208和1209连接起来，例如使用辐射(未示出)将光纤熔融在一起，或者例如机械装置。

图12F图示了本发明的又一个实施方案。在这个示例性实施方案中，使用直角棱镜偏移对准工具1014将光纤分束器1200的各个光纤(子光纤)1202a相对于单独的光纤1208等对准。如前面示例性实施方案中一样，使用直角棱镜偏移对准工具允许使用单个光学探测器，而无需常规的多探测器系统。由于将光纤1208和子光纤1202a，b等对准并且耦合的步骤与上面的示例性实施方案类似，这里不再重复。

一旦将第一子光纤与单个光纤1208对准，则针对另一子光纤例如1202b以及另外的单个光纤(未示出)重复这个过程。

当然，这个示例性实施方案不限于位于光学探测器1002的下面光纤分束器的光纤簇。该实施方案也可以颠倒光纤簇1200和光纤1208的相对位置，使得光纤簇1200位于直角棱镜1014的上方。

图13A-13D图示了本发明的另一个实施方案。在这个示例性实施方案中，使用直角棱镜偏移对准工具提高光纤1208与电路元件例如探测器1302的对准精度。在图13A中，示例性探测器1302是阵列1300的一部分，尽管本发明不限于此。还期望探测器1302可以是二极管例如光电二极管或者光辐射发射体。如前面示例性实施方案中一样，使用直角棱镜偏移对准工具允许使用单个光学探测器，而无需常规的多探测系统。

参照图13A，这个示例性实施方案包括直角棱镜1014，透镜1016，1018，对光纤芯层1212的光纤包层边缘1210(其产生反射1224以显示出包层边缘1210的轮廓)照明的暗场照明系统1220(对熟悉本领域的人是公知的)，以及光学探测器1002。在这个示例性实施方案中，朝下的光纤1208由朝下的光学探测器1002例如照相机(例如衬底照相机)观测。朝下的光学探测器1002探测来自光纤芯层1212发射的光1222，然后能够确定光纤中心线1223和朝下的光学探测器1002的中心线1229之间的合适偏移1027。如图13A中进一步示出的，朝下的光纤1208和光学探测器1002彼此偏移开一个预定的距离1006。

在图13B中，然后将朝下的光学探测器1002和朝下的光纤1208重新定位，使得朝下的光学探测器1002的中心线1229与探测器1302的光学中心线1304对准。可以理解，光学中心线1304可以不必与探测器的物理中心重合，而是取决于探测器1302的特定的布局。在这里，确定光学中心线1304可以通过确定探测器的激活敏感区域的中心的位置来完成。

接着，如图13C所示，根据在上面参照图13A所讨论的过程中确定的偏移1027(图13A中示出了偏移1027)将光学探测器1002和朝下的光纤1208再次重新定位。结果，朝下的光纤1208和探测器1302得以互相对准。如图13D所示，然后使用常规技术例如光学环氧树脂类，UV环氧树脂类将光纤1208和探测器1302保持在对准位置。

尽管本发明主要通过采用直角棱镜设备(例如直角棱镜)进行图示和描述，但本发明并不限于此。可以使用其它的棱镜设备，特别是其它的反射棱镜。在本发明的某些设置中，希望具有平行的图像光线。在这种设置中，反射棱镜例如直角棱镜可以提供基本上互相平行地进入且射出的光束；然而，在一些设置中，可能需要非平行光束/图像光线，因此可以利用其它类型的棱镜。

尽管本发明已经参照这些示例性实施方案进行了描述，但是其不限于此。相反，应该认为所附权利要求包括本发明的其它变例和实施方案，本领域普通技术人员可以在不脱离本发明的实质和范畴的前提下获得这些变例和实施方案。

Claims (18)

1、和引线接合器和光学成像器一起使用来确定引线接合工具位置的系统，该系统包括：

设在该光学成像器和该引线接合工具之下的棱镜；和

沿第一光轴位于该棱镜和该引线接合工具的下部之间的至少一个透镜，该至少一个透镜和该棱镜限定了一个位于该至少一个透镜和该引线接合工具的该下部之间的物平面，且沿第二光轴该至少一个透镜位于该棱镜和该光学成像器之间，该至少一个透镜和该棱镜限定了一个位于该至少一个透镜和该光学成像器之间的像平面。

2、如权利要求1的系统，其中该棱镜是直角棱镜。

3、如权利要求1的系统，其中该至少一个透镜包括第一透镜和第二透镜，沿第一光轴第一透镜位于该棱镜和该引线接合工具的该下部之间，第一透镜和该棱镜限定该物平面，沿第二光轴第二透镜位于该棱镜和该光学成像器之间，第二透镜和该棱镜限定该像平面。

4、如权利要求1的系统，其中第一光轴和第二光轴彼此平行。

5、如权利要求1的系统，还包括：

设在第一光轴内和该物平面上方的第一位置基准；和

设在第二光轴内和该像平面上方的第二位置基准。

6、如权利要求5的系统，其中第一位置基准和第二位置基准分别是分划板，第一分划板的像叠加在第二分划板的像上，并且提供给该光学成像器。

7、如权利要求6的系统，还包括与该光学成像器通信的处理器，用来确定第一和第二分划板间的X轴之差或者Y轴之差中的至少一个。

8、如权利要求1的系统，还包括设在该物平面和该引线接合工具的该下部之间的照明器。

9、如权利要求1的系统，其中，当该引线接合工具沿一个垂直的轴移动的时候，该引线接合工具的至少其尖端的位置的间接图像经过该至少一个透镜和该棱镜而提供给该光学成像器。

10、如权利要求1的系统，其中该至少一个透镜提供图像的多个放大率级别。

11、如权利要求1的系统，其中该光学成像器是照相机或者位置敏感探测器。

12、测绘毛细工具尖端的X轴和Y轴位置中至少之一的方法，该方法包括：

在光学成像器中接收位于第一Z轴位置的毛细工具尖端的第一图像；

在光学成像器中接收位于第二Z轴位置的毛细工具尖端的第二图像；

利用所接收的第一图像和所接收的第二图像，确定该毛细工具尖端从第一Z轴位置到第二Z轴位置的(1)X轴位置差或者(2)Y轴位置差中的至少一个。

13、如权利要求12的方法，其中所述确定步骤包括确定X轴位置差和Y轴位置差。

14、如权利要求12的方法，其中(1)接收第一图像的步骤包括在光学成像器中接收经由直角棱镜偏移工具提供的作为间接图像的第一图像，(2)接收第二图像的步骤包括在该光学成像器中接收经由该直角棱镜偏移工具提供的作为另一间接图像的第二图像。

15、如权利要求12的方法，还包括对X轴位置差和Y轴位置差中的至少一个进行校正。

16、用于测量光学系统的角度变化而引入的误差的方法，所述光学系统与引线接合机器一同使用，且所述光学系统包括成像器、棱镜和至少一个透镜，所述引线接合机器包括引线接合工具，该棱镜设在该光学成像器和该引线接合工具以下，该至少一个透镜位于该棱镜和该引线接合工具的下部之间，该方法包括：

确定设在该光学系统的物平面的第一分划板上的第一十字准线位置，沿该成像器和该棱镜之间的光轴确定该第一十字准线位置；

确定设在该光学系统的像平面的第二分划板上的第二十字准线位置，沿该引线接合工具和该棱镜之间的另一光轴确定该第二十字准线位置；以及

确定第一十字准线位置与第二十字准线位置之间的偏差，以测量该误差。

17、采用光学成像器确定引线接合工具在其沿Z轴移动时的位置误差的方法，该方法包括：

在该光学成像器中接收位于第一Z轴位置处的该引线接合工具的至少一部分的第一图像；

将第一图像提供给处理器；

在该光学成像器中接收位于第二Z轴位置处的该引线接合工具的至少一部分的第二图像；

将第二图像提供给处理器；

确定第一和第二位置之间的位置误差。

18、如权利要求17的方法，其中(1)接收第一图像的步骤包括经由一个直角棱镜偏移工具接收作为间接图像的第一图像，和(2)接收第二图像的步骤包括经由该直角棱镜偏移工具接收作为另一间接图像的第二图像。

Images