CN101454637A

CN101454637A - 用于凸起检查的方法和装置

Info

Publication number: CN101454637A
Application number: CNA2007800190470A
Authority: CN
Inventors: 徐健; 刘通
Original assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore
Current assignee: Agency for Science Technology and Research Singapore
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2009-06-10
Also published as: US20070273874A1; WO2007136347A1; US7471381B2

Abstract

本发明公开了一种动态成像、校准、及测量表面(18)上的多个凸起(16)的凸起高度和共面度的方法，包括：用来自至少一个光源(12)的多光谱灯照亮这多个凸起(16)；以及在成像器件(20)处接收第一波长的光，以使第一波长的光与该表面成第一角度地从这多个凸起(16)反射出；以及捕获这多个凸起(16)的至少一部分的俯视图像。在成像器件(20)处接收第二波长的光，以使第二波长的光与该表面成第二角度地从这多个凸起(16)反射出，以及捕获这多个凸起(16)的至少一部分的至少一个倾斜侧视图像。处理被捕获的图像以确定绝对凸起高度和共面度。还可使用波长选择滤光器(36、40)和分色镜(25、28、30)。

Description

用于凸起检查的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于凸起的三维检查的方法和装置，具体地但非排他地，涉及移动的晶片凸起和球栅阵列(ball grid array)的动态检查。

定义

凸起被认为是包括晶片凸起和球栅阵列中的焊球。

背景技术

通常，进行晶片凸起和/或焊球的高度和共面度检查来检查任何明显的不平和缺少的凸起或焊球，因为元件中的这些缺陷意味着失去电接触，从而导致元件失效。

目前的方法包括从不同视点和角度获取元件表面上的多个凸起的多个图像，并对相关的图像测量结果进行三角测量计算，以确定每个凸起相对于预先计算好的校准平面的三维位置。这通过在使用多个照相机、或者使用具有对准元件上的不同角度的多个光源的单个照相机连续地进行多次曝光以捕获来自不同角度的图像的同时保持元件不动来实现。这些方法不适于检查生产出的每个元件，因为它们要求元件暂时停止以获取图像，增长了总生产时间，因而增加了生产成本。因为每个生产批次仅有一个抽样组会被检查，所以如果有缺陷的元件恰好不在抽样组中则它们仍然会通过检查。此外，通过这些方法获得的侧视图在视野深度上是有限的，如果元件尺寸大于视野深度则需要进行多次曝光以检查整个元件。这再次增长了检查时间。

发明内容

根据第一优选方面，提供了一种动态成像、校准、及测量表面上的多个凸起的凸起高度和共面度的方法，该方法包括：用来自至少一个光源的多光谱灯照亮这多个凸起；在成像器件处接收第一波长的光，以捕获这多个凸起的至少一部分的俯视图像，所述第一波长的光已经与该表面成第一角度地从这多个凸起反射出；在成像器件处接收第二波长的光，以捕获这多个凸起的至少一部分的至少一个倾斜侧视图像，所述第二波长的光已经与该表面成第二角度地从这多个凸起反射出；以及，处理被捕获的图像以确定绝对凸起高度和共面度。

该方法还可以包括在成像器件处接收第三波长的光，以捕获这多个凸起的至少一部分的至少一个倾斜侧视图像，在处理被捕获的图像的步骤之前，所述第三波长的光已经与该表面成第三角度地从这多个凸起反射出。

接收光可以包括使光从波长选择分色镜反射出、通过波长选择滤光器滤光并使用镜子。

俯视图和倾斜侧视图像可以在单次曝光中被接收和捕获，并且可以在表面移动的同时被接收和捕获。

第一角度可以与平面成90度。

第二角度和第三角度可以选自以下各项组成的组：相同的和不同的，并且可以与表面成10°到25°之间。

成像器件可以包括用于降低透视畸变的远心透镜，并且可以选自以下各项组成的组：彩色CCD照相机和黑白CCD照相机。

多光谱灯可以是选自以下各项组成的组的可触发闪光灯(triggerable strobe light)：卤素灯和LED灯，该LED灯优选地为对于每种颜色都具有可变亮度控制的RGB LED灯。

由第二波长的光捕获的倾斜侧视图像以及由第三波长的光捕获的倾斜侧视图像是关于这多个凸起的选自以下各项组成的组的一部分：相同的和不同的。

根据第二优选方面，提供了用于动态成像、校准和测量表面上的多个凸起的凸起高度和共面度的装置，该装置包括：光源，用于用多光谱灯照亮这多个凸起；图像捕获器件；第一波长选择件，用于将第一波长的光引向该图像捕获器件，以便可以捕获这多个凸起的至少一部分的俯视图像，所述第一波长的光已经与该表面成第一角度地从这多个凸起反射出；第二波长选择件，用于将第二波长的光引向该图像捕获器件，以便可以捕获这多个凸起的至少一部分的至少一个倾斜侧视图像，所述第二波长的光已经与该表面成第二角度地从这多个凸起反射出。

该装置还可以包括第三波长选择件，用于将第三波长的光引向该图像捕获器件，以便可以捕获这多个凸起的至少一部分的至少一个倾斜侧视图像，所述第三波长的光已经与该表面成第三角度地从这多个凸起反射出。

波长选择件可以选自以下各项组成的组：分色镜和滤光器。

俯视图和倾斜侧视图像在单次曝光中被捕获，并且可以在表面移动的同时被捕获。

第一角度可以与表面成90度。

光源可以是选自以下各项组成的组的可触发闪光灯：卤素灯和LED灯，该LED灯优选地为对于每种颜色都具有可变亮度控制的RGB LED灯。

由第二波长的光捕获的倾斜侧视图像与由第三波长的光捕获的倾斜侧视图像可以是关于这多个凸起的不同的部分。

能够捕获从不同角度观察时这多个凸起的相同的至少一部分的多个倾斜侧视图像。

该装置还可以包括用于将光引向该成像器件的多个镜子。

附图说明

为了可以完全地理解并容易地实践本发明，现在将仅仅以非限制性实例的方式描述本发明的优选实施例，描述将参照所附的说明性附图。

附图中：

图1是用于凸起的三维动态检查的装置的示意图；

图2是根据本发明第一实施例的多个凸起的俯视图像；

图3是图2的这多个凸起的一部分的倾斜侧视图像；

图4是图2的这多个凸起的一部分的倾斜侧视图像，其不同于图3的这多个凸起的那部分；

图5是根据本发明第二实施例的多个凸起的俯视图像；

图6是图5的这多个凸起的倾斜侧视图像；

图7是图6的这多个凸起的另一倾斜侧视图像；

图8是根据本发明第三实施例的多个凸起的俯视图像和倾斜侧视图像的结合；以及

图9是用于凸起的三维动态检查的方法的流程图。

具体实施方式

根据一个方面，提供了如图1中所示的用于凸起的动态三维检查的装置10。装置10包括用来照亮元件14的至少一个彩色光源12，该元件上具有设置在表面18上的多个凸起16。元件14例如可以是晶片凸起或者球栅阵列(BGA)器件。彩色光源12可以是发光二级管光、卤素光或者其他可触发光源。优选地，彩色光源12包括红色、绿色和蓝色LED，以提供相应波长为580nm、485nm和475nm的50％的光，并且该彩色光源对于每个波长的光都具有单独的亮度控制。包括来自光源12的多个不同波长的光(例如，红光、绿光和蓝光)的多光谱灯以低的倾斜角投射到这多个凸起16上，优选地与表面18成10°到25°之间入射。

装置10还包括：成像器件20、多个镜子22、为第一波长的光而选的至少一个滤光器24、以及为第一波长的光而选的至少一个分色镜25。成像器件20可以是彩色CCD照相机，典型地是3CCD彩色照相机，优选地具有1024×1024像素的分辨率。为了进行快速图像捕获，可以使用连接至高帧率彩色照相机的照相机。可以将远心透镜附加在照相机上以降低透视畸变。

第一实施例中，第一波长的光是绿光，因此滤光器24和分色镜25都应该是仅为绿光而选的。带箭头的线26示出了在绿光已经与表面18成约90°的角地从多个凸起16的至少一部分反射出之后，绿光到达照相机20的路径。在被照相机20接收并作为绿色俯视图像50(如图2中所示)被彩色CCD照相机的绿色通道捕获之前，绿光由镜子22引导，通过绿色滤光器24并从绿色分色镜25反射出。在本实施例中，捕获了12列凸起。俯视图像50提供了可以用于二维凸起检查的信息(包括接桥和缺少的凸起、异常的凸起尺寸、凸起的错放)，并且还提供了用于三维三角测量计算的信息。俯视图像50中的凸起大体呈圆形。

装置10还包括：为第二波长的光而选的至少一个分色镜28和为第三波长的光而选的至少一个分色镜30。在本实施例中，第二波长的光是红光，并设置红色分色镜28，以便在允许其他波长的光通过的同时仅反射红光。第三波长的光是蓝光，同样地，设置至少一个蓝色分色镜30，以便在允许其他波长光通过的同时仅反射蓝光。

带箭头的线32示出了在红光已经与表面18成约10°-25°角地从多个凸起16的至少一部分反射出之后，红光到达照相机20的路径。在被照相机20接收并作为第一倾斜侧视图像52(如图3中所示)被彩色CCD照相机的红色通道捕获之前，红光从红色分色镜28反射出、由多个镜子34引导并通过红色滤光器36。

类似地，带箭头的线38示出了在蓝光已经与表面18成约10°-25°角地从多个凸起16的至少一部分反射出之后，蓝光到达照相机20的路径。在被照相机20接收并作为第二倾斜侧视图像54(如图4中所示)被彩色CCD照相机的蓝色通道捕获之前，蓝光从蓝色分色镜30反射出、由同一镜子34引导并通过蓝色滤光器40。

在倾斜侧视图像52、54中，凸起呈新月形。在本实施例中，倾斜侧视图像52中所捕获的凸起不同于倾斜侧视图像54中所捕获的凸起。红色的倾斜侧视图像52示出了与俯视图像50中所示的中间六列凸起相对应的凸起，而蓝色的倾斜侧视图像54与俯视图像50中最左边的三列和最右边的三列凸起相对应。

通过调整分色镜25、28、30与多个凸起16之间的距离，而能够使得不同颜色的光的光学路径长度保持相同。这是为了允许在单次曝光(典型地花费10到50微秒)中从不同角度和视点同时捕获相应的图像50、52、54。

装置10还可以包括位置传感器(未示出)，以检测元件14的存在，从而触发光源12和照相机20来捕获同步的图像。也可以包括图像抓取器(image grabber)、闪光灯控制箱及显示器件。

应注意的是，当元件14被多光谱灯照亮时，该多光谱灯被多个凸起16散射。然而，通过从战略上定位波长选择分色镜25、28、30、滤光器24、36、40和多个导向镜20、22、34，照相机20只接收一种已经以特定角度和视点从多个凸起16反射出的特定波长的光，从而只捕获来自该特定角度和视点的一种颜色的图像。以相同角度和视点反射的其他波长的光被分色镜25、28、30和波长选择滤光器24、36、40阻止而不能到达照相机20。

例如，俯视图50只由绿光组成，因为绿色滤光器24和绿色分色镜25阻止了来自以90°从多个凸起16反射出的多光谱灯的蓝光和红光到达照相机20。因此，从特定角度和视点捕获的每个图像都具有与从不同角度和视点捕获的另一图像不同的颜色。因此，可以仅使用一台照相机同时捕获重叠在同一照相机焦点平面上的多个相应图像，尽管在图像处理和分析过程中，每个图像都能通过其自身单独的颜色与其他图像区分开。

通过改变为不同波长而选的分色镜的数量和位置，可以容易地得到本发明的其他实施例。例如，分色镜28、30可以被放置在多个凸起的相对侧上，从而使绿色俯视图像56(图5)以及红色和蓝色倾斜侧视图像58、60(图6和7)每个均显示出相同的多个凸起，尽管是从不同角度和视点。因此，为每个凸起捕获了多个倾斜侧视图像，以允许得到更大数量的共面度结果。当将这更大数量的结果进行平均时就可以提高测量精度。

图8示出了该发明的另一个实施例，其中成像器件20是2K×2K的黑白CCD照相机，且分色镜25、28、30被放置在元件14的全部四个侧面上。因为黑白CCD照相机没有彩色通道，所以一定不允许多个相应图像重合在同一焦点平面上，这是因为这多个相应图像随后不能在图像处理和分析过程中通过颜色彼此区分开。然而，本实施例允许照相机覆盖更大的总检查区，此时，多光谱灯形成俯视图像62，而红光、蓝光和绿光在该俯视图像的每一侧上形成多个凸起的相应倾斜侧视图像62、64、68。

图9示出了一种利用之前图1至图8中所述的装置进行凸起的动态检查的方法100。该方法100包括用自光源42的多光谱灯照亮多个凸起16的步骤102，以及于CCD照相机20处接收不同波长的光的步骤104a、104b、104c，其中特定波长的光已经以特定角度和视点从多个凸起16反射出。因此，可以通过照相机20捕获多个凸起16的至少一部分的俯视图和倾斜侧视图像。优选地，同时捕获这些图像。此后，在另一步骤106中处理被捕获的图像以确定凸起高度和共面度。虽然，优选的是捕获多种颜色的多个倾斜侧视图像，但是本发明可以包括只捕获一种颜色的倾斜侧视图像。

所述本发明的实施例允许仅使用一台照相机进行凸起的动态成像，其中元件14不必为了捕获多个图像而暂时停止。这多个图像可以在元件移动的同时于单次曝光中同时捕获。这可以大大地缩短检查时间，并且允许检查生产的每个元件而没有增加生产时间和成本。本发明还允许更大的侧视检查区而不会遭受由于倾斜的视角带来的焦点没对准问题。与目前的方法相比，通过提供为不同波长的光而选的多个分色镜以增加视野深度而扩大了侧视焦点范围。与使用目前的方法所需的多次曝光相比，通过设有足够数量的分色镜以覆盖元件上的所有凸起，使得整个元件可以在单次曝光中被检查，缩短了检查时间。

尽管已经在前面的描述中描述了本发明的优选实施例，但本领域技术人员应理解，在不背离本发明的前提下，可以对设计或结构的细节作出多种变化或修改。

Claims

1.一种动态成像、校准、及测量表面上的多个凸起的凸起高度和共面度的方法，所述方法包括：

a)用来自至少一个光源的多光谱灯照亮所述多个凸起；

b)在成像器件处接收第一波长的光，以捕获所述多个凸起的至少一部分的俯视图像，所述第一波长的光已经与所述表面成第一角度地从所述多个凸起反射出；

c)在所述成像器件处接收第二波长的光，以捕获所述多个凸起的至少一部分的至少一个倾斜侧视图像，所述第二波长的光已经与所述表面成第二角度地从所述多个凸起反射出；以及

d)处理被捕获的图像以确定绝对凸起高度和共面度。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述成像器件处接收第三波长的光，以捕获所述多个凸起的至少一部分的至少一个倾斜侧视图像，在处理被捕获的图像的步骤之前，所述第三波长的光已经与所述表面成第三角度地从所述多个凸起反射出。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，接收光包括使光从波长选择分色镜反射出。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，接收光包括通过波长选择滤光器滤光。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，接收光包括使用镜子。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述俯视图像和所述倾斜侧视图像在单次曝光中被接收和捕获。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述俯视图像和所述倾斜侧视图像在所述表面移动的同时被接收和捕获。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一角度与所述表面成90度。

9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二角度和所述第三角度选自以下各项组成的组：相同的和不同的。

10.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二角度和所述第三角度与所述表面成10°到25°之间。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成像器件包括用于降低透视畸变的远心透镜。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成像器件选自以下各项组成的组：彩色CCD照相机和黑白CCD照相机。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多光谱灯是选自以下各项组成的组的可触发闪光灯：卤素灯和LED灯，所述LED灯优选地为对于每种颜色都具有可变亮度控制的RGB LED灯。

14.根据权利要求2所述的方法，其中，由所述第二波长的光捕获的倾斜侧视图像以及由所述第三波长的光捕获的倾斜侧视图像是关于所述多个凸起的选自以下各项组成的组的一部分：相同的和不同的。

15.一种用于动态成像、校准、及测量表面上的多个凸起的凸起高度和共面度的装置，所述装置包括：

光源，用于用多光谱灯照亮所述多个凸起；

图像捕获器件；

第一波长选择件，用于将第一波长的光引向所述图像捕获器件，以捕获所述多个凸起的至少一部分的俯视图像，所述第一波长的光已经与所述表面成第一角度地从所述多个凸起反射出；

第二波长选择件，用于将第二波长的光引向所述图像捕获器件，以捕获所述多个凸起的至少一部分的至少一个倾斜侧图像，所述第二波长的光已经与所述表面成第二角度地从所述多个凸起反射出。

16.根据权利要求15所述的装置，还包括第三波长选择件，用于将第三波长的光引向所述图像捕获器件，以捕获所述多个凸起至少一部分的至少一个倾斜侧视图像，所述第三波长的光已经与所述表面成第三角度地从所述多个凸起反射出。

17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述波长选择件选自以下各项组成的组：分色镜和滤光器。

18.根据权利要求15所述的装置，其中，所述俯视图像和所述倾斜侧视图像在单次曝光中被接收和捕获。

19.根据权利要求15所述的装置，其中，所述俯视图像和所述倾斜侧视图像在所述表面移动的同时被接收和捕获。

20.根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一角度与所述表面成90度。

21.根据权利要求16所述的装置，其中，所述第二角度和所述第三角度选自以下各项组成的组：相同的和不同的。

22.根据权利要求16所述的装置，其中，所述第二角度和所述第三角度与所述表面成10°到25°之间。

23.根据权利要求15所述的装置，其中，所述成像器件包括用于降低透视畸变的远心透镜。

24.根据权利要求15所述的装置，其中，所述成像器件选自以下各项组成的组：彩色CCD照相机和黑白CCD照相机。

25.根据权利要求15所述的装置，其中，所述光源是选自以下各项组成的组的可触发闪光灯：卤素灯和LED灯，所述LED灯优选地为对于每种颜色都具有可变亮度控制的RGB LED灯。

26.根据权利要求16所述的装置，其中，由所述第二波长的光捕获的倾斜侧视图像与由所述第三波长的光捕获的倾斜侧视图像是关于所述多个凸起的不同的一部分。

27.根据权利要求15所述的装置，其中，能够捕获从不同角度观察时所述多个凸起的相同的至少一部分的多个倾斜侧视图像。

28.根据权利要求15所述的装置，还包括用于将光引向所述成像器件的多个镜子。