CN106098571B - 一种塑封电子元器件的预开封方法 - Google Patents

一种塑封电子元器件的预开封方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于塑封电子元器件的预开封方法，包括：采集已定位在工作台上的待预开封器件的图像；对采集的图像进行处理，划定预开封区域；对划定的预开封区域分别在两个不同方向进行直线填充，生成两组直线段组；对填充的每组直线段组进行分段插补，生成对应于两个方向上的激光光束运动轨迹数据；根据两个方向上的激光光束运动轨迹数据交替对器件进行烧蚀扫描，并在每次扫描完成后将激光烧蚀扫描后预开封区域的图像与预开封区域的参考基准图像进行比较，直至器件刚刚暴露出内部引线键合丝或芯片，即完成器件预开封。本方法在精确快速地实现对塑封器件预开封的同时不会对器件内部引线键合丝或芯片产生损伤。

Description

一种塑封电子元器件的预开封方法
技术领域
本发明涉及塑封器件开封技术领域，具体涉及一种塑封器件的预开封方法。
背景技术
对塑封电子元器件封装体进行开封是电子元器件失效分析的第一步，传统的开封方法是采用化学湿法腐蚀，针对化学湿法腐蚀方法存在的方向性及可控性较差、容易对封装体中的引线键合丝及芯片造成损伤、容易造成微小器件引线框架散架等等不足。
现有技术中也出现了很多相应的改进方法，其中对器件进行预开封处理是最具有代表性的方法。预开封处理的目的是减薄器件外封装体开封面的厚度，使残留的封装材料尽可能地少，从而方便使用传统开封方法进行开封。预开封方法可选用的实现方式包括：机械铣削、激光烧蚀、砂纸打磨、等离子体刻蚀(化学干法腐蚀)等。
专利文献CN104599981A中公开了一种塑封器件的开封方法，其使用激光烧蚀芯片表面,先对塑封器件内部各个元件和芯片的位置和深度进行定位，得到器件内部各个元件和芯片的大小、位置以及深度信息，然后采用激光烧蚀的方法对塑封器件进行开封，以去除塑封器件表面的包封材料，使芯片区域刚刚暴露出内引线键合丝，阻容附近刚刚暴露出锡铅焊点，电感附近刚刚暴露出电感，最后采用腐蚀剂对掩膜后的塑封器件进行局部腐蚀。该方法在激光烧蚀过程中可以采用视频摄像头装置进行监视，以实时监测烧蚀情况。
但是，该方法中并没有披露进行激光烧蚀的具体控制过程和方法，特别是对于厚膜电路的激光烧蚀的路径控制以及烧蚀程度的控制。因为，通常塑封电子元器件中的元件布局较为复杂，例如芯片、电容等的位置、大小或深度等各不相同，烧蚀时必须控制和合理规划激光烧蚀的路径和走向。同时，为防止过度烧蚀导致器件损伤、或者烧蚀程度不够无法起到预开封作用，必须精确控制烧蚀程度，使得其能够烧蚀到在各个元件和芯片表面仅残留薄薄的一层包封材料，特别是特殊领域的预开封要求其包封材料的残留厚度达到0.01mm～0.1mm，上述方案中的烧蚀控制方式不能满足要求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于塑封电子元器件的预开封方法，其采用激光烧蚀方式并精确规划激光烧蚀的路径，同时采用图像处理方式精确控制烧蚀厚度，可以使得其中相应元件表面的包封材料的残留厚度被精确控制在0.01mm～0.1mm，实现对器件进行预开封。
为实现上述目的，按照本发明，提供一种用于塑封电子元器件的预开封方法，其包括：
S1采集已定位在工作台上的待预开封器件的图像；
S2对采集的图像进行处理，根据器件中元件的大小、位置及深度信息划定预开封区域；
S3对划定的预开封区域分别在两个不同方向进行直线填充，生成覆盖所述预开封区域的两组直线段组，其中每组直线段组由其中一个方向上填充的直线组成；
S4对填充的每组直线段组进行分段插补，从而生成对应于两个方向上的激光光束运动轨迹数据；
S5根据两个方向上的激光光束运动轨迹数据交替对器件进行烧蚀扫描，即每次以其中一个方向上的激光光束运动轨迹数据扫描所述预开封区域而下一次以另一个方向上的激光光束运动轨迹数据扫描所述预开封区域，并在每次扫描完成后将激光烧蚀扫描后预开封区域的图像与预开封区域的参考基准图像进行比较，直至器件刚刚暴露出内部引线键合丝或芯片，即完成器件预开封。
作为本发明的进一步优选，所述器件刚刚暴露出内部引线键合丝或芯片的判断依据是：当所述激光烧蚀扫描后预开封区域的图像中出现孤立目标、或当所述激光烧蚀扫描后预开封区域的图像与所述预开封区域的参考基准图像的灰度变化大于预先设定的差值。
作为本发明的进一步优选，所述预开封区域的参考基准图像为对器件进行过两次烧蚀扫描后所获取的所述器件预开封区域的图像进行灰度化处理后再取所有像素点灰度值的平均值的图像。
作为本发明的进一步优选，所述的预开封区域可以是矩形、圆形、多边形或者由封闭曲线构成的任意形状。
作为本发明的进一步优选，所述两个不同方向中的第一方向与第二方向相互呈一定角度，优选是0-90°，最优选是45°。
作为本发明的进一步优选，所述两个不同方向中的第一方向与工作台的X轴方向一致或与Y轴方向一致。
作为本发明的进一步优选，所述的预开封区域可以有多个，多个预开封区域之间相交或不相交。
作为本发明的进一步优选，每个预开封区域分别填充生成有覆盖对应预开封区域的两组直线段。
作为本发明的进一步优选，所述的多个预开封区域的设定烧蚀扫描顺序的设定顺序与预开封区域在所述器件图像上划定的先后顺序一致。
作为本发明的进一步优选，所述的多个预开封区域的烧蚀扫描顺序可以进行调整。
作为本发明的进一步优选，采集图像的图像采集装置的成像光路与输出激光的激光器的传输光路在光路上同轴共焦。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明中，根据器件中元件的大小、位置及深度信息划定预开封区域，并据此生成激光光束运动轨迹，从而控制和合理规划激光烧蚀的路径和走向，获得精确的激光光束运动轨迹数据，从而可实现精确的预开封烧蚀；
(2)本发明中，采用图像处理方式精确控制烧蚀厚度，可以使得其中相应元件表面的包封材料的残留厚度被精确控制，厚度可以达到0.01mm～0.1mm，可以实现对器件的精确预开封；
(3)本发明的方法操作简单、控制准确、速度快，能够适用于各种特殊器件(包括微小器件、厚膜电路等)的电子元器件的预开封，提高开封的效率和成功率，同时不会对器件内部引线键合丝或芯片产生损伤。
附图说明
图1是按照本发明实施例的用于塑封电子元器件的预开封方法的步骤示意图；
图2是按照本发明实施例的用于塑封电子元器件的预开封方法的处理一个预开封区域的具体流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明，从而对本发明保护的范围做出更为清楚明确的界定。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
按照本发明实施例的用于塑封电子元器件的预开封方法，其包括如下步骤：
S1：采集已定位在工作台上的待预开封器件的图像。
本实施例中，优选通过图像采集设备例如视频摄像头等进行图像采集，并通过相对于工作台的上位机进行处理和控制。
本实施例中，上位机优选为普通PC机或工控机，所述视频摄像头配备有电动变倍调节镜头，上位机与视频摄像头通过网口进行连接、上位机与变倍调节镜头的电动控制器通过串口进行连接。上位机将接受到的视频摄像头传输来的器件图像输出到显示终端上。
变倍调节镜头的光学变倍范围可以根据实际需求进行具体选择，例如可以为0.47X—0.65X。
S2：对采集的图像进行处理，根据器件中元件的大小、位置及深度信息划定预开封区域。
不同类型的器件，由于其中元件的大小、位置及深度信息不同，其对应的预开封区域也可以不同。例如可以是矩形、圆形、多边形或者由封闭曲线构成的任意形状。另外，预开封区域可以有多个，多个预开封区域之间可以相交或不相交。
S3：上位机对划定的预开封区域分别在两个不同方向进行直线填充生成覆盖预开封区域的2组直线段组，填充结果传送到控制卡。
本实施例中，优选两个不同方向分别为工作台的X轴方向(即水平方向)以及与水平方向呈倾斜45度的方向。但本发明中并不限于上述方向，一般地，两个不同方向中的第一方向与第二方向相互呈一定角度，优选是0-90°，更优选是30-60°，最优选是45°。两个不同方向中的第一方向与工作台的X轴方向一致或与Y轴方向一致，但也可以是图像平面上的其他任意方向，最优选是与工作台的X轴方向一致。
在一个实施例中，预开封区域有多个，此时生成覆盖预开封区域的2组直线段组是按照所述多个预开封区域分别进行填充生成的。
在一个实施例中，控制卡为激光开封控制卡，通过USB口与上位机进行连接，通过IO口与视频摄像头进行连接。
S4：控制卡对接受到的填充直线段组进行分段插补生成对应于两个方向(水平方向及倾斜45度方向)的2组激光光束运动轨迹数据。
S5：利用两组激光光束运动轨迹数据控制激光器交替对器件进行一次烧蚀扫描。即每次以其中一个方向上的激光光束运动轨迹数据(例如水平方向)扫描所述预开封区域而下一次以另一个方向上的激光光束运动轨迹数据(例如倾斜45°方向)扫描所述预开封区域，并通过上位机对激光烧蚀每次扫描前及每次激光烧蚀扫描后预开封区域的图像进行比较，直至器件刚刚暴露出内部引线键合丝或芯片，完成器件预开封。
该步骤中，器件刚刚暴露出内部引线键合丝或芯片的判断依据是：当所述激光烧蚀扫描后预开封区域的图像中出现明显的孤立目标、或当所述激光烧蚀扫描后预开封区域的图像与所述预开封区域的参考基准图像的灰度变化大于预先设定的差值。
一个实施例中，所述预开封区域的参考基准图像为对器件进行过两次烧蚀扫描后所获取的所述器件预开封区域的图像进行灰度化处理后再取所有像素点灰度值的平均值的图像。
本实施例中，激光器的具体类型和型号可以根据实际情况进行具体选择，例如可以选用波长为630nm～670nm的红光激光器。视频摄像头的成像光路与所述的激光器的传输光路在光路上同轴共焦。
本发明中，激光烧蚀扫描是在一个预开封区域内按照水平、倾斜45度交替进行的，也可以是按照对所述的预开封区域的设定顺序逐个区域完成的。通过在多个方向上的路径规划，可以消除一直使用一个方向进行烧蚀扫描回产生的纹波。
在一个实施例中，多个预开封区域的设定烧蚀扫描顺序的默认设定顺序与预开封区域在所述器件图像上划定的先后顺序是一致的，多个预开封区域的烧蚀扫描顺序也可以进行调整改变。
下面结合具体的实施例对本发明的方法进行详细描述。
实施例1
取一待开封表面大小为20mmX7.1mm的器件，所述器件的激光预开封包括如下步骤：
(1)将器件置于工作台的视频摄像头下，调整器件位置至显示终端上显示出器件的完整图像；
(2)使用工作台上的固定器件工装固定器件；
(3)调整工作台高度至器件图像清晰显示；
(4)在器件图像上划定需要预开封的区域；
使用超声波或X射线对所述器件内部的引线键合丝、芯片的的位置进行测定，将所述预开封区域的边界线条切换为半透明状态，使用图形调整工具对所述预开封区域的位置、大小、倾斜方向等进行调整以准确地对所述测定的器件内部的引线键合丝、芯片的位置进行准确覆盖。
(5)上位机对划定的预开封区域分别在水平方向及倾斜45度方向进行直线填充生成覆盖预开封区域的2组直线段组，填充结果传送到控制卡；
控制卡为激光开封控制卡，通过USB口与上位机进行连接，通过IO口与视频摄像头进行连接。
(6)控制卡对接受到的填充直线段组进行分段插补生成对应于水平方向及倾斜45度方向的2组激光光束运动轨迹数据；
(7)选用一组激光光束运动轨迹数据控制激光器对器件进行一次烧蚀扫描；
(8)上位机对激光烧蚀扫描前及激光烧蚀扫描后预开封区域的图像进行比较，如果器件没有暴露出内部引线键合丝或芯片，则换另一个方向上激光光束运动轨迹数据再次对器件进行一次扫描，依次循环，直至器件刚刚暴露出内部引线键合丝或芯片，即可完成器件预开封。
其中器件刚刚暴露出内部引线键合丝或芯片的判断依据是，当所述激光烧蚀扫描后预开封区域的图像中出现明显的孤立目标、或当所述激光烧蚀扫描后预开封区域的图像与所述预开封区域的参考基准图像的灰度变化大于预先设定的差值。
本实施例中，预开封区域的参考基准图像为对器件进行过2次烧蚀扫描后所获取的所述器件预开封区域的图像进行灰度化处理后再取所有像素点灰度值的平均值的图像。
实施例2
取一待开封表面大小为1mmX0.5mm的器件，所述器件的激光预开封包括如下步骤：
(1)将器件置于工作台的视频摄像头下，调整器件位置至显示终端上显示图像的区域中心位置显示出器件的完整图像；
(2)使用工作台上的固定器件工装固定器件；
(3)调整工作台高度至器件图像清晰显示；
(4)调整变倍调节镜头的变倍数至器件图像基本充满显示终端上的图像显示区域；
(5)在器件图像上划定需要预开封的区域；
优选地，使用超声波或X射线对所述器件内部的引线键合丝、芯片的的位置进行测定，将所述预开封区域的边界线条切换为半透明状态，使用图形调整工具对所述预开封区域的位置、大小、倾斜方向等进行调整以准确地对所述测定的器件内部的引线键合丝、芯片的位置进行准确覆盖。
(6)上位机对划定的预开封区域分别在水平方向及倾斜45度方向进行直线填充生成覆盖预开封区域的2组直线段组，填充结果传送到控制卡；
控制卡为激光开封控制卡，通过USB口与上位机进行连接，通过IO口与视频摄像头进行连接。
(7)控制卡对接受到的填充直线段组进行分段插补生成对应于水平方向及倾斜45度方向的2组激光光束运动轨迹数据；
(8)上位机对激光烧蚀扫描前及激光烧蚀扫描后预开封区域的图像进行比较，如果器件没有暴露出内部引线键合丝或芯片，则换另一个方向上激光光束运动轨迹数据再次对器件进行一次扫描，依次循环，直至器件刚刚暴露出内部引线键合丝或芯片，即可完成器件预开封。
其中器件刚刚暴露出内部引线键合丝或芯片的判断依据是，当所述激光烧蚀扫描后预开封区域的图像中出现明显的孤立目标、或当所述激光烧蚀扫描后预开封区域的图像与所述预开封区域的参考基准图像的灰度变化大于预先设定的差值。
本实施例中，预开封区域的参考基准图像为对器件进行过2次烧蚀扫描后所获取的所述器件预开封区域的图像进行灰度化处理后再取所有像素点灰度值的平均值的图像。
实施例3
取一待开封表面大小为20mmX15mm的厚膜电路，所述厚膜电路的激光预开封包括如下步骤：
(1)使用超声波或X射线对所述厚膜电路内部的各个元件、芯片的位置进行测定；
(2)将器件置于工作台的视频摄像头下，调整厚膜电路位置至激光预开封软件在显示终端上显示出厚膜电路的完整图像；
(3)使用工作台上的固定器件工装固定厚膜电路；
(4)调整工作台高度至器件图像清晰显示；
(5)在厚膜电路图像上按照步骤(1)中测定的每个元件、芯片的位置分别划定需要预开封的区域；
优选地，对于厚膜电路中位置相邻且高度相同的多个元件或芯片可以划为同一个预开封的区域。
优选地，将所述划定的多个预开封区域的边界线条切换为半透明状态，使用图形调整工具对所述分别划定的多个预开封区域的位置、大小、倾斜方向等进行调整以准确地对所述测定的内部的各个元件、芯片的位置进行准确覆盖。
更优选地，对上述的多个预开封区域的设定顺序可以进行调整。
(6)上位机对划定的预开封区域按照设定顺序分别在水平方向及倾斜45度方向进行直线填充生成覆盖预开封区域的2组直线段组，填充结果传送到控制卡；
控制卡为激光开封控制卡，通过USB口与上位机进行连接，通过IO口与视频摄像头进行连接。
(7)控制卡对接受到的填充直线段组进行分段插补生成按照设定顺序的预开封区域对应于水平方向及倾斜45度方向的2组激光光束运动轨迹数据；
(8)按照预开封区域的设定顺序选定第一个需要进行预开封的区域；
(9)上位机对激光烧蚀扫描前及激光烧蚀扫描后预开封区域的图像进行比较，如果器件没有暴露出内部引线键合丝或芯片，则换另一个方向上激光光束运动轨迹数据再次对器件进行一次扫描，依次循环，直至器件刚刚暴露出内部引线键合丝或芯片，即可完成第一个预开封区域。
其中器件刚刚暴露出内部引线键合丝或芯片的判断依据是，当所述激光烧蚀扫描后预开封区域的图像中出现明显的孤立目标、或当所述激光烧蚀扫描后预开封区域的图像与所述预开封区域的参考基准图像的灰度变化大于预先设定的差值。
本实施例中，预开封区域的参考基准图像为对器件进行过2次烧蚀扫描后所获取的所述器件预开封区域的图像进行灰度化处理后再取所有像素点灰度值的平均值的图像。
(11)按照预开封区域的设定顺序选定下一个需要进行预开封的区域重复步骤(9)、步骤(10)直至处理完成所有划出的预开封区域，完成器件预开封。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于塑封电子元器件的预开封方法，其包括：
S1采集已定位在工作台上的待预开封电子元器件的图像；
S2对采集的图像进行处理，根据电子元器件中的元件的大小、位置及深度信息在图像上划定预开封区域；
S3对划定的预开封区域分别在两个不同方向进行直线填充，以生成覆盖所述预开封区域的两组直线段组，其中每组直线段组由其中一个方向上填充的直线组成；
S4对填充的每组直线段组进行分段插补，从而生成对应于两个方向上的激光光束运动轨迹数据；
S5根据所述两个方向上的激光光束运动轨迹数据交替对电子元器件进行烧蚀扫描，即每次以其中一个方向上的激光光束运动轨迹数据扫描整个所述预开封区域而下一次以另一个方向上的激光光束运动轨迹数据扫描整个所述预开封区域，并在每次扫描完成后将所述预开封区域的图像与预开封区域的参考基准图像进行比较，直至电子元器件刚刚暴露出内部引线键合丝或芯片，结束扫描，即完成电子元器件预开封；
其中，所述电子元器件刚刚暴露出内部引线键合丝或芯片的判断依据为：所述激光烧蚀扫描后预开封区域的图像中出现孤立目标、或所述激光烧蚀扫描后预开封区域的图像与所述预开封区域的参考基准图像的灰度变化大于预先设定的差值。
2.根据权利要求1所述的预开封方法，其中，所述预开封区域的参考基准图像为对电子元器件进行过两次烧蚀扫描后所获取的所述电子元器件预开封区域的图像进行灰度化处理后再取所有像素点灰度值的平均值的图像。
3.根据权利要求1或2所述的预开封方法，其中，所述的预开封区域为圆形、多边形或者由封闭曲线构成的其他任意形状之一。
4.根据权利要求3所述的预开封方法，其中，所述的多边形为矩形。
5.根据权利要求1或2所述的预开封方法，其中，所述两个不同方向中的第一方向与第二方向相互呈0-90°。
6.根据权利要求1或2所述的预开封方法，其中，所述两个不同方向中的第一方向与第二方向相互呈30-60°。
7.根据权利要求1或2所述的预开封方法，其中，所述两个不同方向中的第一方向与第二方向相互呈45°。
8.根据权利要求1或2所述的预开封方法，其中，所述两个不同方向中的第一方向与工作台的X轴方向一致或与Y轴方向一致。
9.根据权利要求1或2所述的预开封方法，其中，所述的预开封区域的数量为多个，多个预开封区域之间相交或不相交。
10.根据权利要求9所述的预开封方法，其中，每个预开封区域分别填充生成有覆盖对应预开封区域的两组直线段。
11.根据权利要求9所述的预开封方法，其中，所述的多个预开封区域的设定烧蚀扫描顺序的设定顺序与预开封区域在所述电子元器件图像上划定的先后顺序一致。
12.根据权利要求9所述的预开封方法，其中，按照多个方向上的路径规划对所述的多个预开封区域的烧蚀扫描顺序进行调整，以消除一直使用一个方向进行烧蚀扫描会产生的纹波。
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