CN101999260B - 光学检测设备和检测部件表面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来检测至少一个部件(11)的至少一个表面(11a)的光学检测设备，所述部件(11)能够通过保持部件(15)从第一工作站(2)运输到第二工作站(3)，一摄像仪器(18)被定向到所述部件(11)的第一表面(11a)。所述设备包括至少一个向所述第一表面(11a)发出波长在短波范围内的第一光束(25，26)的第一光源(12)，以及至少一个向所述部件(11)的至少一个第二表面(11b，11c)发出波长在长波范围的第二光束(29，30)的第二光源(13a，13b)，且所述第二表面(11b，11c)相对于所述第一表面(11a)的方位不同；所述摄像仪器接收在所述表面(11a至11c)反射的所述第一和第二光束(27，33，34)用来生成所述表面的图像(37)。

Description

光学检测设备和检测部件表面的方法

技术领域

本发明涉及一种光学检测设备和一种检测至少一个部件的至少一个表面的方法，依据权利要求1和10的前序部分可知，独立于在先的处理步骤，所述部件能够通过保持件从第一工作站运输到第二工作站，有摄像仪器指向所述部件的表面。

背景技术

在所谓的取放机(pick-and-place machine)中，部件——尤其是电子部件例如芯片或管芯(die)——通常在第一工作站被一保持件例如夹持件捡起，然后在第二工作站被放置在载体材料上或载体材料内。放置部件以前，通常对所述部件进行检查，即通过摄像仪器对所述部件的表面进行图示记录，以便生成用于检验目的的表面图像。

在传输过程中和将被传送的部件的下表面的检测或检查过程中，这类夹持件保持夹持所述部件始终朝下。以这种方式，尽管隔有间隙地设置在所述部件下方的摄像仪器能够实施对所述部件底表面的图像记录，部件——例如其基底表面为矩形或者正方形的部件——的侧面分布的表面没有被摄像仪器检测到。类似地，已知借助构造复杂的检查设施，具有矩形基底表面和正六面体形的部件的侧表面实际上也能够检测到图像；然而，为此目的，一方面，用来记录所述部件的各个不同表面的传输路径过程中需要有一个中途停顿，另一方面，还需要多个摄像设备或者一个构造复杂的镜像系统。这将不利地导致这类取放机的吞吐率下降，因为需要中途停顿和制造复杂的检查设施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可行的光学检测系统，用来检测取放机中的至少一个部件的表面，所述系统能够快速光学检测所述部件的多个不同方位的表面，其结构简单且制造成本不高。

本发明目的是通过根据权利要求1的特征所得的设备以及根据权利要求10的特征所得的方法来实现的。

本发明的其中一实质要点包括一种用于检测至少一个部件的至少一个表面的光学检测设备，所述部件尤其是指电子部件，其能够通过保持元件从第一工作站传输到第二工作站，摄像仪器指向所述部件的第一表面，至少要用到一个第一光源，所述第一光源将波长在短波范围的第一光束发射到所述第一表面；至少还要用到一个第二光源，所述第二光源将波长在长波范围的第二光束发射到所述部件的至少一个第二表面；所述摄像仪器接收所述表面反射的第一和第二光束。在这方面，所述至少一个第二表面相对于所述至少一个第一表面的方位不同，因此，例如平行正六面体形的部件，其具有底部和四个侧面。

当然，如果是不同的部件形状，第二表面也可能包括多个表面而不是四个表面。

通过使用两个光源和发出不同波长的光束，这样有利地使得所述部件例如管芯的底表面以及分布成侧向外周(例如所述部件的正面)的其它表面都可能用同一个摄像仪器通过图像记录下来，因为这类光源系统或者照明系统一方面能够用简单直接的方式实现所述第一表面的不同焦平面的相互协调，另一方面能够实现所述至少一个第二表面的不同焦平面的相互协调。

如果，取而代之的是采用发出光线为同一波长的同一光源来对所述部件的所有表面进行照明，在摄像仪器所在区域将会因此产生不同焦平面，从而使得要在所述摄像仪器所在区域内在传感器元件(例如平面结构的传感器元件)上呈现对所有表面的更清晰的记录图像就更难了。另一方面，通过使用发出短波并用于对分布在底部的所述部件的表面进行照明的光源，由此产生用来对所述第一表面进行清晰成像的焦平面，此焦平面能够更容易与发出长波的至少一个第二光源所发出的第二光束的多个焦平面中的某一焦平面相协调。这是因为在所述摄像仪器所在区域内的某一路径段内，具有被反射的第一光束的多个焦平面，而波长在长波范围内的第二光束的焦平面只有少数位于这个路径段上。

另外，采用本发明其优势在于只需要设置一个摄像仪器，而不需要多个。

本发明的另一显著优势在于在从第一工作站到第二工作站的传输过程中无需中途停顿，以便于——如迄今为止的常规方法一样——对检测区域或检查区域的所述部件定位，优选向上和向下定位，人们甚至可以图示地检测到所述部件(例如所述部件可以是平行正六面体形的)的底表面和边缘侧表面。

根据优选实施例，所述光学检测设备上至少设有一个至少部分分隔反射光束的光束分隔板，所述第一光源的光束能够在到达所述第一表面之前在此光束分隔板上被偏转，所述第一表面是指分布于底部的所述部件的表面。因此，所述第一光源可能位于所述摄像仪器、部件及光束分隔板所共有的光轴之外。

设置在光轴上的所述光束分隔板最好设计在一表面上，使得所述光束分隔板反射由第一光源最先发出的光束，以便引导所述光束到所述部件的底部第一表面上，但并不反射那些在所述部件的底部第一表面上反射后返回的第一光束，而是以透光的方式传输所述光束，以便使所述光束随后入射到设置在所述光束分隔板下方的所述摄像仪器上。

在所述光束分隔板和所述部件之间的区域，第一光束在射向所述部件前进的路径和从所述部件返回的路径上，均会达到平行于所述光轴或者位于所述光轴上的摄像仪器。

优选地是，所述至少一个第二光源发出的第二光束指向所述至少一个第二表面，且相对于所述表面平面成一入射角，并从所述第二表面反射且相对于所述第二表面的表面平面成一反射角。从一个或多个所述第二表面反射的第二光束被引导至一反射元件上，所述反射元件最好位于所述部件上方且固定在固定所述部件的保持件上，然后所述第二光束从此反射元件再次反射，以便随后被引导至所述摄像仪器上。在这一方面，第二次反射的所述第二光束，类似于返回路径上的所述第一光束，通过所述光束分隔板传输并被引导至位于所述光束分隔板下方或旁边的所述摄像仪器上。所述摄像仪器同样可能陈设在相对于所述光束分隔板的其他位置。

所述摄像仪器设有至少一个传感器，所述传感器最好成平面形，用来检测被反射的光束并生成至少一个所述表面的图像，所述传感器能够重新将检测到的图像数据电子地传输给显示仪器，在显示仪器中预先进行适当的电子图像数据处理以提高被成像的表面的清晰度。

所述反射元件至少有一个、最好有两个或四个反射面，所述反射面相对于光轴倾斜成一定角度，以便将所述先前已经在所述部件的周边侧向第二表面上被反射过的入射光束在反射状态引导到所述摄像仪器的传感器的表面上，同时考虑距离其他成像表面的相应间距。

进一步的优选实施例来源于从属权利要求。

附图说明

优点和功能可通过下文描述推知，附图中：

图1是现有技术中具有光学检测设备的取放机的示意图；

图2是本发明实施例的取放机内的光学检测设备的示意图，其中没有示出光束路径；

图3是图2所示光学检测设备的示意图，其中示出了第一光源的第一光束的光束路径；

图4是图2所示光学检测设备的示意图，其中示出了第二光源的第二光束的光束路径；

图5是根据本发明的光学检测设备所记录的电子部件的表面图像。

标号清单：

1a，1b，1c  部件

2           第一工作站

3           第二工作站

4           检测阶段

5           夹持元件

6，7        传输方向

8           摄像仪器

9           记录区域

11          电子部件

11a         第一表面

11b，c      第二表面

12          第一光源

13a，13b    第二光源

14          检测设备

15          夹持元件

16          传输方向

17          物镜

18          摄像仪器

19          光束分隔板

20          透镜

22          另一物镜部分

23          反射元件

23a，23b    反射面

24          间距

25          第一光束

26          被反射的第一光束

27          被反射的第一光束

27a         光轴

28          传感器

29，30      第二光束

31，32      反射光束

33，34      反射光束

35          第一表面的记录图像

36          第二表面的记录图像

37          图像

具体实施方式

图1显示了根据现有技术的具有光学检测设备的取放机的示意图。从图1可看出，电子部件1a——可能是例如正平行六面体的芯片——正从工作站2(在此部件1a被取出)传输到工作站3(在此部件被放下)。将在工作站3放下的电子部件1c正通过夹持元件或夹钳5在第一、第二工作站2、3之间传输，并穿过一检测区域或检查区域4。传输路径用箭头6、7表示。

在检测区域4中，摄像仪器8设置在底部，以传统方式实现记录电子部件1b的表面，用来生成图像，如标号9所示。

图2示出的是根据本发明实施例的用于取放机的光学检测设备。在光学检测设备14中设置有电子部件11、第一光源12以及第二光源13a和13b。

第一光源12发出波长在短波范围内的光束，而第二光源13a和13b发出波长在长波范围内的光束。

夹持元件15夹持电子部件的上侧，例如通过采用真空来实现。

在将要进行的图像记录过程中，电子部件的传输方向用箭头16表示，同样可以理解的是，在图像记录过程中电子部件11存在停顿且随后夹持元件15也有停顿。在有停顿的情况下，电子部件被停在摄像仪器上方，进行多个图像记录，此间夹持元件15和电子部件在Z轴方向(即向上和向下的方向)上没有移动，这与传输过程没有中途停顿的情形相似，这是必要的。

物镜17设置在摄像仪器18的上方，物镜17内设有光束分隔板19，根据光束的入射方向，光束分隔板19能够同时具有反射和透光的作用。

透镜20用来汇聚光束。

图3显示的是根据本发明实施例的光学检测设备，图中示出了第一光源12所发出的光束的路径。

设置在具有第一表面11a和第二表面11b、11c的电子部件11上方的是反射元件23，反射元件23与电子部件11之间间隔有间隙24。

第一光源12发出光束25。第一光束25撞到光束分隔板19上，此光束分隔板19以此入射方向具有反射的作用，将光束反射使之偏转到电子部件上，如标号26表示，反射的光束26随后撞到电子部件11的底表面11a上并以180°角反射，因为它们垂直到达表面11a的表面平面，如标号27所示。

在表面11a上反射的第一光束27随后以另一入射方向入射到光束分隔板19上，所述光束分隔板19也可能是一个镜子，借助恰当设计过的表面，能够使该入射方向的光束透过而具有透光作用。

然后反射的波长在短波范围内的第一光束27撞到传感器28上，传感器28最好为平面结构且能够检测入射光束并由此再现电子部件的表面11a。

图4示出的是根据图2、图3所示的光学检测设备，本图显示了代表第二光束的光束路径，第二光束是从第二光源13a和13b发出的。

第二光束29、30从第二光源13a、13b中发出，所述第二光束相对于所述侧表面11b和11c具有合适的指向，并以一入射角α1撞到侧表面11b和11c上。另外，前侧面和后侧面能够被其他的第二光源或者同一第二光源照亮。不过，本图未示出这种情况。

以入射角α1入射到表面上的光束29、30在这些表面11b和11c上反射并在反射状态以一反射角α2离开所述表面。在这些表面上反射的第二光束31、32现在撞到固定在夹持元件15上的反射元件23的反射面23a、23b上。随后这些第二光束31、32在反射面23a、23b上发生再一次反射，使得反射的光束33、34被引导至传感器28上。起先，这些反射的第二光束33、34相似地穿过所述光束分隔板，此光束分隔板在这个入射方向是设计为透光的。

与第一和第二光束的共有焦平面一致，反射面23a和23b被定向到平面传感器28的区域，并相对光轴27a成β角，夹持元件15、电子部件11、透镜20、镜子19和传感器28都位于此光轴27a上。类似地，依据所需的共有焦平面，反射元件23和电子部件11之间的间距24相应被调整。

图5示出的是借助传感器28利用入射的被反射的第一和第二光束而获得的图像。图像37包括标号35所表示的第一表面11a和标号36所表示的第二表面11b、11c中的一个。由图5可清楚地得知，所记录的图像呈现出必要的清晰度以便于区分例如电子部件(其可以是芯片或管芯)的表面11a、11b和11c上的隆起或焊盘。

本申请文件所公开的所有技术特征对于本发明来说都是必需的，相对于现有技术来说，他们无论单独来说还是结合来说，都具有新颖性。

Claims (10)

1.用于检测至少一个部件（11）的至少第一和第二表面（11a，11b，11c）的光学检测设备，所述部件能够被一保持元件（15）从第一工作站（2）传输到第二工作站（3），一摄像仪器（18）指向所述部件（11）的所述第一表面（11），其特征在于，

至少一个第一光源（12）向所述第一表面（11a）发射波长在短波范围的第一光束（25，26），

至少一个第二光源（13a，13b）向所述部件（11）的至少一个所述第二表面（11b，11c）发射波长在长波范围的第二光束（29，30），所述第二表面（11b，11c）相对于所述第一表面（11a）的方位不同，

所述摄像仪器接收在所述第一和第二表面（11a至11c）上反射的第一光束（27）和第二光束（33，34），用来生成所述第一和第二表面的图像（37）。

2.根据权利要求1所述的光学检测设备，其特征在于，还包括至少一个至少局部反射光束的光束分隔板（19），所述第一光源（12）的第一光束（25，26）在到达所述第一表面（11a）之前能够在所述光束分隔板（19）上偏转。

3.根据权利要求2所述的光学检测设备，其特征在于，所述部件（11）、光束分隔板（19）和摄像仪器（18）设置在同一光轴（27a）上，在所述部件（11）的第一和第二表面（11a至11c）上反射的所述第一光束（27）位于或平行于所述光轴。

4.根据权利要求1所述的光学检测设备，其特征在于，所述至少一个第二光源（13a，13b）的第二光束（29,30,31,32）相对于所述表面平面成一入射角（α1）射到所述至少一个第二表面（11b，11c）上，且相对于所述第二表面（11b，11c）的表面平面成一反射角（α2）从所述第二表面反射出去。

5.根据权利要求3所述的光学检测设备，其特征在于，一固定到所述保持元件（15）上的反射元件（23）用来反射被所述第二表面（11b，11c）反射的第二光束（31，32），以便将所述第二光束引导到所述摄像仪器（18）上。

6.根据权利要求5所述的光学检测设备，其特征在于，所述光束分隔板（19）设计成反射从第一方向入射的第一光束（25），还透过从第二方向入射并在所述第一表面（11a）上反射的第一光束（27）和在所述反射元件（23）上反射的第二光束（33，34）。

7.根据权利要求1所述的光学检测设备，其特征在于，所述摄像仪器具有至少一个传感器（28），用来检测被反射的光束并生成所述第一和第二表面（11a-c）的至少一幅图像（35-37）。

8.根据权利要求2或3或5或6所述的光学检测设备，其特征在于，至少一个透镜元件（20）设置在所述光束分隔板（19）和所述部件（11）之间的所述反射光束（27,33,34）的光束路径上。

9.根据权利要求5或6所述的光学检测设备，其特征在于，所述反射元件（23）具有至少一个反射面（23a，23b），且所述反射面（23a，23b）相对所述光轴（27a）倾斜一角度（β）。

10.一种检测至少一个部件（11）的至少一个第一和第二表面（11a，11b，11c）的光学检测方法，所述部件（11）通过保持元件（15）从第一工作站（2）传输到第二工作站（3），一摄像仪器（18）被定向到所述部件（11）的所述第一表面（11a）上，其特征在于，

至少一个光源（12）将短波范围的第一光束（25,26）发射到所述第一表面（11a），至少一个所述第二光源（13a，13b）将长波范围的第二光束（29,30）发射到所述部件（11）的至少一个所述第二表面（11b，11c）上，且所述第二表面（11b，11c）相对于所述第一表面（11a）的方位不同，所述摄像仪器接收在所述第一和第二表面（11a－c）上反射的所述第一和第二光束（27,33,34）用来生成所述表面的图像（27）。

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