CN104137243A - 用于检查引线焊接的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于检查引线焊接的系统和方法。该系统包括：摄像机，用于拍摄在其上安装半导体芯片的基板；图像处理器，用于从摄像机拍摄的基板的图像中检测检查目标引线部分；存储器，用于存储参考数据，所述参考数据是用于确定所检测的检查目标引线部分是否被正常连接的标准；以及正常态确定器，用于通过使用检查目标引线部分的角度和参考数据确定引线是否被正常连接。该系统还可以包括：摄像机驱动器，用于调节摄像机的高度；和控制器，用于控制摄像机驱动器在改变摄像机高度的同时拍摄基板的多个图像。因此，可以通过使用2D图像中的引线焊接方向来确定引线是否被正常焊接，并因此可以提高引线焊接检查的精度并可以简化其处理。

Description

用于检查引线焊接的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于检查引线焊接的系统和方法，并且更具体地，涉及可以通过使用在2维图像中的引线焊接方向来确定引线是否被正常焊接，并因此可以提高引线焊接检查精度并简化其处理的一种用于检查引线焊接的系统和方法。
背景技术
一般而言，其上安装有半导体芯片的基板被用于电子部件中，该半导体芯片包括用作输入/输出端的形成于晶片上的焊盘，并且这样制造的半导体芯片被安装在基板上。
安装半导体芯片的处理包括个体化半导体芯片的处理、将个体化的半导体芯片粘接到基板的处理、经由导电引线连接半导体芯片和基板的处理以及模封半导体芯片的处理。
经由导电引线连接半导体芯片和基板的处理是通过使用具有几微米至几十微米直径的导电引线将形成在半导体芯片上的焊盘和形成在基板上的连接盘电连接的处理。在引线焊接处理期间或之后，执行检查基板的处理。在这种情况下，检查引线是否将焊盘和连接盘正常地连接。
为了检查引线的连接状态，相关技术方法执行2维(2D)图像检查和3D图像检查。3D图像检查3维地检查引线从而提供高性能。但是，执行3D图像检查花费太多时间，因此难以在真正的生产线上执行全面检查
同时，当由照相机拍摄基板来执行2D图像检查时，可以使用照明装置以使检查目标突出，并应当考虑该照明装置的照度和照明位置。然而，由于在半导体芯片的焊盘和基板上的连接盘之间存在各种部件，可能难以在拍摄的图像上区分各种部件和引线。在这种情况下，由于不能获取引线的精确连接状态，在检查结果中可能存在误差。此外，取决于照明装置的照度和照明位置图像可能失真，并且取决于检查程序操作者的技能或工作环境在检测结果中可能出现误差。
因此，对于以简单的方式使用2D图像检查来减少检查时间并提高检查性能的方法存在需求。
发明内容
技术问题
本发明的一个方面是至少解决上述问题和/或缺点，并至少提供下面描述的优点。因此，本发明的一个方面是提供一种用于检查引线焊接的系统和方法，可以通过使用在2维图像中的引线焊接方向来确定引线是否被正常焊接，并因此可以提高引线焊接检查精度并简化其处理。
技术方案
根据示例性实施例的一个方面，提供一种用于检查引线焊接的系统，所述系统包括:摄像机，用于拍摄在其上安装半导体芯片的基板；图像处理器，用于从摄像机拍摄的基板的图像中检测检查目标引线部分；存储器，用于存储参考数据，所述参考数据是用于确定所检测的检查目标引线部分是否被正常连接的标准；以及正常态确定器，用于通过使用所述检查目标引线部分的角度和所述参考数据确定引线是否被正常连接。
对每根引线所述检查目标引线部分可以包括至少两个部分，并且，所述参考数据可以包括当所述检查目标引线部分被正常连接时形成的正常连接角度，并且当所述检查目标引线部分的角度和所述正常连接角度之间的差落在误差容限以内时，正常态确定器可以确定引线被正常连接。
所述检查目标引线部分可以是引线的球部分和引脚部分，并且所述参考数据可以包括关于由球部分的方向和引脚部分的方向所形成的角度的误差容限角度。当由球部分的方向和引脚部分的方向所形成的角度落在误差容限角度以内时，正常态确定器可以确定引线被正常连接。
所述误差容限角度随着引线长度减小而增加。
所述的系统还包括：摄像机驱动器，用于调节摄像机的高度；和控制器，用于控制摄像机驱动器在改变摄像机高度的同时拍摄基板的多个图像。
可以基于摄像机的景深和检查目标引线部分的高度设置摄像机的高度。
根据另一个示例性实施例的一个方面，提供一种用于检查引线焊接的方法，所述方法包括：通过使用摄像机拍摄在其上安装半导体芯片的基板；从摄像机拍摄的基板的图像中检测检查目标引线部分；和通过使用所检测的检查目标引线部分的角度和参考数据确定引线是否被正常连接。
所述拍摄在其上安装半导体芯片的基板可以包括在改变摄像机高度的同时拍摄基板的多个图像。
根据另一个示例性实施例的一个方面，提供一种计算机可读介质，所述计算机可读介质在计算机中记录用于执行上述方法之一的程序。
有益效果
根据本发明，可以通过使用在2维图像中的引线焊接方向来确定引线是否被正常焊接，并因此可以提高引线焊接检查精度并可以简化其处理。特别地，当引线用直线连接时，可以简单地通过仅检查引线的两端来容易且迅速地确定引线是否被正常连接。此外，当引线用曲线连接时，可以在2D图像中确定引线是否被正常焊接。此外，可以不应用复杂的自动聚焦技术精确地检查安装在基板上的大多数的检查目标部分。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例要由引线焊接检查系统检查的基板的示例的图；
图2是说明根据本发明的示例性实施例的引线焊接检查系统的配置的方框图；
图3是示出根据本发明的第一示例性实施例的引线焊接检查方法的图；
图4是示出根据本发明的第二示例性实施例的引线焊接检查方法的图；
图5是示出根据本发明的示例性实施例要由引线焊接检查系统检查的基板的示例的侧视图；
图6是示出根据本发明示例性实施例的引线焊接检查系统的操作的流程图。
最佳模式
现在将详细参考本总体发明构思的实施例，其示例在附图中被示出，在附图中相同的附图标记通篇指代相同的元件。为解释本总体发明构思，下面通过参考附图对实施例进行描述。
图1是示出根据本发明的示例性实施例要由引线焊接检查系统检查的基板的示例的图。
参考图1，可以在基板1上安装包括半导体芯片10的各种部件，并且在图1中示出了在其上安装半导体芯片10的基板1的部分的拍摄图像。
基板1可由在其中形成引线的印刷电路板(PCB)陶瓷基板形成，并且可以在基板1上安装半导体芯片10，并且可以经由导电引线20将基板1和半导体芯片10彼此连接。
连接到引线的多个连接盘5被形成在基板1上，并以均匀的间隔被布置在半导体芯片10的圆周方向上。连接到在半导体芯片10中的电路的多个焊盘15形成于半导体芯片10上，并且可以被布置在半导体芯片10的上表面或侧表面上。连接盘5可以大于焊盘15。连接盘5和焊盘15可以经由连接半导体芯片10和基板1的引线20彼此电连接。
如上所述连接连接盘5和焊盘15的引线20可包括弧(loop)25、球21和引脚23。
球21被形成为球形且形成在引线20的一端，并与半导体芯片10的焊盘15电连接。
引脚23形成于引线20的另一端，并与基板1的连接盘5电连接。如从上方观察引脚23可形成为具有宽入口的U形，并且如从侧面观察引脚23连接到弧25的部分可能向上弯曲。
弧25被形成为线形以连接球21和引脚23，并且可以被形成为星光线或曲线。
引线20的球21和引脚23通过焊接或其它处理被分别电连接至半导体芯片10和基板1，并且弧25连接球21和引脚3，从而将半导体芯片10和基板10电连接。
具体实施方式
在下文中，将参考图2描述一种用于检查如图1所示在其上安装半导体芯片的基板的引线是否被正常焊接的系统。
图2是说明根据本发明的示例性实施例的引线焊接检查系统的配置的方框图。
参考图1和图2，根据本发明的引线焊接检查系统100将在其上焊接芯片10的基板1拍摄为2D图像，并且确定引线20是否被正常连接。为了实现这点，引线焊接检查系统100可包括照明设备110、摄像机120、摄像机驱动器130、图像处理器140、存储器150、正常态确定器160、输出器170和控制器180。
为了使摄像机120拍摄精确图像，照明设备110向基板1发射光线。在这种情况下，可以通过考虑照度和位置来安装照明设备110，以使在拍摄图像上不产生阴影。
摄像机120通过2维地拍摄向其焊接芯片10的基板1来生成基板的图像。摄像机120可使用电荷耦合器件(CCD)摄像机或者互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像机。此外，摄像机120可以通过在不同高度处拍摄基板1生成基板的多个图像。摄像机120生成基板的多个图像的原因将被详细说明。
摄像机驱动器130可以在控制器180的控制下调节摄像机120在基板上的高度，并生成基板的多个图像。
图像处理器140通过处理摄像机120拍摄的图像为每根引线检测检查目标引线部分，并向正常态确定器160发送检查目标引线部分。用于从图像中检测期望部分的方法可以使用公知的算法，或者可以应用将在未来开发出的新算法。例如，可以通过使用霍夫变换算法从图像中确认线。
存储器150可存储用于确定引线20是否被正常连接的参考数据。此外，根据示例性实施例，存储器150可存储用于拍摄基板的多个图像的摄像机高度数据。根据示例性实施例，参考数据和摄像机高度数据可以以各种形式被提供，并且可由检查者在检查地点输入或者可以由设计者在建立系统时输入。
通过比较从引线20的方向中获得的信息和参考数据，正常态确定器160确定引线20是否被正常连接。下面将解释用于正常态确定器160确定引线20是否被正常连接的方法。
输出器170可通过使用液晶显示器(LCD)或发光二极管(LED)显示器来实现，并可以显示由图像处理器140处理的图像以及由正常态确定器160确定引线20是否被正常连接的结果。当有异常连接的部分时，输出器170可以显示引线的哪个部分被异常连接的信息。
控制器180控制引线焊接检查系统100的整体操作。特别地，控制器180可以控制摄像机驱动器130在根据存储于存储器150中的摄像机高度数据调节摄像机120的高度的同时，获取基板的多个图像。此外，可以通过控制照明设备110或参考数据来调整照度，并且可以根据检查者的指令改变存储于存储器150中的摄像机高度数据。
在下文中，将参考图3说明根据本发明的第一示例性实施例的引线焊接检查方法。
图3是示出根据本发明的第一示例性实施例的引线焊接检查方法的图。
参考图3，图像处理器140从通过拍摄向其焊接芯片10的基板1而获取的基板的图像中检测为每根引线预先定义的检查目标引线部分20a、20b、…、20n-1和20n。为每根引线所检测的检查目标引线部分可以是至少两个部分。
通过比较在每个检查目标引线部分20a、20b、…、20n-1和20n和预先定义的参考P之间形成的角度θ20a、θ20b、…、θ20n-1、θ20n(在下文中指引线部分的角度)与存储于存储器150中的参考数据，正常态确定器160确定正常/异常。此处引述的参考数据包括每个引线部分20a、20b、…、20n-1、20n的正常连接角度θa、θb、…、θn-1、θn。正常连接角度是指在根据预先定义的标准精确地焊接引线时形成的角度。
当引线部分20a、20b、…、20n-1、20n的角度和正常连接角度之间的差落入预先定义的标准的误差容限以内时，正常态确定器160可确定引线部分20a、20b、…、20n-1、20n被正常连接。
由图像处理器140所检测的检查目标引线部分的数量(n)和引线部分的位置可以由检查员或系统设计者预先定义。随着检查目标引线部分的数量(n)增加，可以改善检查精度，但系统负载也增加。考虑到这点，可以适当调整引线部分的数量。另外，随着检查目标引线20弯曲程度增加，可调整增加检查目标引线部分的数量(n)。另外，当检查目标引线20几乎是直线时，可仅将对应于引线20的相对端的球部分20a和引脚部分20n作为检查区域。
图4是示出根据本发明的第二示例性实施例的引线焊接检查方法的图。
参考图4，图像处理器140从通过拍摄在其上焊接芯片10的基板1获取的基板的图像中检测对应于引线20的相对端的球部分20a和引脚部分20n。
通过比较球部分20a的角度和引脚部分20n的角度与参考数据之间的差，正常态确定器160确定引线20是否被正常连接。例如，当引线20的弧25用直线将球21和引脚23连接时，由图像处理器140所检测的由球部分20a的方向和引脚部分20n的方向形成的角度可能是180°(或0°)，如图4的视图(a)中所示。但是，即使当在制造处理或用于检查的图像处理的处理期间引线20被正常连接时，由球部分20a的方向和引脚部分20n的方向形成的角度可能不是精确的180°(或0°)，并且可能存在误差(θ)，如图4的视图(b)中所示。
因此，当由球部分20a的方向和引脚部分20n的方向形成的角度落在误差容限角度以内时，正常态确定器160可确定引线20被正常连接。
该误差容限角度可以被设定为，当检查目标引线20的长度增加时减小而当检查目标引线20的长度减小时增加。这是因为，当引线20的长度长时，即使在球部分20a的方向和引脚部分20n的方向之间的微小偏差也很有可能导致引线20在中心处被断开。
图3的示例性实施例与图4的示例性实施例在以下几点彼此不同。在图3的示例性实施例中，应为引线部分20a、20b、…、20n-1、20n的每一个提供参考数据。然而，在图4的示例性实施例中，参考数据仅包括单一的误差容限角度或最多包括关于引线20长度的适当数量的误差容限角度。
图3的示例性实施例提供相对复杂的参考数据，但具有即使当引线弯曲时也能够检查的优点。图4的示例性实施例提供简单的参考数据，但当引线弯曲时难以检查。
到现在为止已经描述了通过使用所拍摄的基板的2D图像来确定引线是否被正常焊接的方法。
当在基板上安装的各种芯片增加时，由于摄像机的景深，可能难以仅通过使用基板的单个图像来为在基板上安装的所有芯片精确地确定引线是否被正常焊接。摄像机的景深指的是焦点清晰呈现的区域，也就是对焦的空间的范围。在景深之外的区域里，图像不能清晰呈现。因此，当检查区域的高度随着在基板上安装的各种芯片增加而变化时，可通过在不同的水平上调节摄像机的高度来获取基板的多个图像，并且应当检查在相应的图像中对焦的检查区域。
图5是示出根据本发明的示例性实施例的要由引线焊接检查系统检查的基板的示例的侧视图。
如图5所示，对于在基板上安装的三个芯片A、B、C的每一个，基板1包括三个引线检查区域。检查区域A1、B1和C1可以位于基板1的上表面h0，检查区域A2可以位于基板1以上的高度h1处，检查区域A3和B2可以位于基板1以上的高度h2处，检查区域B3和C2可以位于基板1以上的高度h3处，并且检查区域C3可以位于基板1以上的高度h4处。当摄像机120的景深高于高度h3时，基板只可被拍摄一次。然而，当摄像机120的景深(D)如图5所示时，在调节摄像机120的高度的同时基板1应被拍摄三次。即，当摄像机120的景深低于高度h3时，在改变摄像机120的高度的同时基板1应被拍摄至少两次、至多五次，以便检查可以对焦。
可以通过从引线焊接教学数据或设计产品时生成的数据中获取高度来为每个检查目标引线部分生成摄像机高度数据，并且可以设置摄像机高度数据，以便可以通过使用摄像机的景深通过拍摄尽可能少的次数来为所有的检查目标获取对焦的基板的图像。
图6是示出根据本发明示例性实施例的引线焊接检查系统的操作的流程图。
首先，通过使用摄像机120拍摄引线焊接检查目标基板1获取基板的图像(S610)。当在操作S610中需要基板的多个图像时(S615-Y)，通过使用摄像机高度数据调节摄像机120的高度的同时获取基板的多个图像(S620)。
图像处理器140从在操作S610中获取的基板的图像中检测检查目标引线部分(S630)。检查目标引线部分的位置信息可以预先存储在存储器150中。
此后，正常态确定器160基于参考数据确定检查目标引线部分是否被正常连接(S640)。
根据图3的示例性实施例，在操作640中，正常态确定器160可比较为每个检查区域所检测的引线部分20a、20b、…、20n-1、20n的角度和相应的引线部分20a、20b、…、20n-1、20n的正常连接角度，并且，当这两个角度之间的差落在误差容限以内时，则正常态确定器160可确定引线被正常连接。
此外，根据图4的示例性实施例，当由引线的球部分20a的方向和引脚部分20n的方向形成的角度落在误差容限角度以内时，正常态确定器160可确定引线被正常连接。
最后，输出器170输出在操作S640中检查引线焊接正常/异常的结果(S650)。在操作S650中，输出器170可与结果一起输出基板的图像，并且，当存在异常连接的部分时，输出器170可输出引线的哪个部分被异常焊接的信息。
本发明的示例性实施例包括计算机可读介质，该计算机可读介质包括用于执行由各种计算机实施的操作的程序指令。计算机可读记录介质记录用于执行上述引线焊接检查方法的程序。计算机可读记录介质可包括程序命令、数据文件和或单独或组合的数据结构。计算机可读记录介质的示例包括特别是用于存储和执行程序指令的诸如硬盘、软盘和磁带的磁记录介质，诸如CD-ROM和DVD的光学记录介质，诸如光磁盘的磁光记录介质和诸如ROM、RAM和闪存的硬件设备。此外，计算机可读记录介质可以是光的传输介质，该光的传输介质包括用于发送信号指定程序指令、数据结构等的信号的载波、金属引线、波导等。程序指令的示例包括由编译器创建的机器语言代码，以及通过使用解释器可由计算机执行的高级语言代码。
虽然已参照其某些优选实施例示出和描述了本发明，但本领域技术人员将理解可在其中在形式和细节上做出各种变化，而不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。因此，本发明的范围不是由本发明的详细描述所限定，而是由所附权利要求所限定，并且该范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。

Claims (12)

1.一种用于检查引线焊接的系统，所述系统包括:
摄像机，用于拍摄在其上安装半导体芯片的基板；
图像处理器，用于从摄像机拍摄的基板的图像中检测检查目标引线部分；
存储器，用于存储参考数据，所述参考数据是用于确定所检测的检查目标引线部分是否被正常连接的标准；以及
正常态确定器，用于通过使用所述检查目标引线部分的角度和所述参考数据确定引线是否被正常连接，
其中，所述检查目标引线部分是引线的球部分和引脚部分，并且所述参考数据包括关于由球部分的方向和引脚部分的方向所形成的角度的误差容限角度，并且
其中，当由球部分的方向和引脚部分的方向所形成的角度落在误差容限角度以内时，正常态确定器确定引线被正常连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述误差容限角度随着引线长度减小而增加。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括：
摄像机驱动器，用于调节摄像机的高度；和
控制器，用于控制摄像机驱动器在改变摄像机高度的同时拍摄基板的多个图像。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，基于摄像机的景深和检查目标引线部分的高度设置摄像机的高度。
5.一种用于检查引线焊接的方法，所述方法包括:
通过使用摄像机拍摄在其上安装半导体芯片的基板；
从摄像机拍摄的基板的图像中检测检查目标引线部分；和
通过使用所检测的检查目标引线部分的角度和参考数据确定引线是否被正常连接，
其中，所述检查目标引线部分是引线的球部分和引脚部分，并且所述参考数据包括关于由球部分的方向和引脚部分的方向所形成的角度的误差容限角度，并且
其中，当由球部分的方向和引脚部分的方向所形成的角度落在误差容限角度以内时，确定引线被正常连接。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述误差容限角度随着引线长度减小而增加。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述拍摄在其上安装半导体芯片的基板包括在改变摄像机高度的同时拍摄基板的多个图像。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，基于摄像机的景深和检查目标引线部分的高度设置摄像机的高度。
9.一种用于检查引线焊接的系统，所述系统包括:
摄像机，用于拍摄在其上安装半导体芯片的基板；
图像处理器，用于从摄像机拍摄的基板的图像中检测检查目标引线部分；
存储器，用于存储参考数据，所述参考数据是用于确定所检测的检查目标引线部分是否被正常连接的标准；以及
正常态确定器，用于通过使用所述检查目标引线部分的角度和所述参考数据确定引线是否被正常连接。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，对每根引线所述检查目标引线部分包括至少两个部分，并且，所述参考数据包括当所述检查目标引线部分被正常连接时形成的正常连接角度，并且
其中，当所述检查目标引线部分的角度和所述正常连接角度之间的差落在误差容限以内时，正常态确定器确定引线被正常连接。
11.一种用于检查引线焊接的方法，所述方法包括:
拍摄在其上安装半导体芯片的基板；
从摄像机拍摄的基板的图像中检测检查目标引线部分；和
通过使用所检测的检查目标引线部分的角度和参考数据确定引线是否被正常连接。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，对每根引线所述检查目标引线部分包括至少两个部分，并且，所述参考数据包括当所述检查目标引线部分被正常连接时形成的正常连接角度，并且
其中，当所述检查目标引线部分的角度和所述正常连接角度之间的差落在误差容限以内时，确定引线被正常连接。
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