CN107505341A - 一种基于x射线的led芯片缺陷自动检测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备，其具有X射线检测主体及屏蔽壳体；其中，X射线检测主体具有：X射线源，其产生的X射线照射置于载物台上的待检芯片；探测器，其探测穿过待检芯片的X射线；芯片夹具，其以可脱离的形式定位于载物台上，芯片夹具设有若干个芯片槽；运动平台，其被配置为实现载物台在X、Y和Z三方向上的运动；以及控制系统，其被配置为实时获取运动平台的位置坐标，并按一定路径驱动运动平台。本发明还提供了一种基于X射线的LED芯片缺陷自动检测方法。本发明可将隐藏的芯片内部的缺陷呈现在图像当中，并通过对缺陷部分的自动识别和提取，实现LED芯片的快速、无损和自动化批量检测。

Description

一种基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备及方法

技术领域

本发明涉及一种X射线自动检测领域。更具体地说，本发明涉及一种基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备及方法。

背景技术

在当今全球范围内节能减排、低碳环保的发展趋势下，LED光源正在迅速取代传统高功耗、高污染、低光效的传统照明光源。大功率LED作为一种新的固体光源，除了具有视觉(照明)功能外，还具有波长(光谱)和能量的特性，在许多特殊的领域有着广泛的应用前景。大功率LED器件的失效模式主要包括电失效(如短路或断路)、光失效、散热性能不足导致的光学性能劣化和机械失效(如引线断裂、脱焊等)。而这些因素都与封装结构和工艺有关。目前，通常采用加速环境实验来检测芯片质量，而该方法仅仅只能鉴别模组好坏，无法找到具体问题。同时，如果需要进行工艺提升，由于模组封装工艺较为复杂，其中共晶焊接和真空焊接的质量都检测需要高分辨的无损检测手段，并建立一套对大功率LED封装的检测及其质量的评估标准。X射线检测由于分辨率高，能穿透较厚的金属层，且对被测芯片不会造成物理损坏，是一种非常有潜力的检测手段。

传统的X射线检测系统往往是通用设备，在某些指标上并不能满足LED的芯片检测要求。其次，对于批量化得芯片检测，传统X射线设备由于缺乏自动化检测手段，往往需要人工调节，费时费力，缺少一种方便快捷的方法实现快速的芯片检测。再次，由于缺乏相应的处理软件，目前LED芯片的焊接缺陷仅能通过人眼进行判别，而人工判别具有较强的主观性，重复性和准确率较差等问题，且耗费时间，缺乏客观标准。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备，其可以实现LED芯片的快速、无损和自动化批量检测，节省人力物力，降低芯片的测试成本；

本发明还有一个目的是通过基于X射线的LED芯片缺陷自动检测方法，其能实现LED芯片缺陷部分的自动识别和提取，以提高芯片缺陷检测的准确率。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备，其具有X射线检测主体及设于所述X射线检测主体外围的屏蔽壳体；

其中，所述X射线检测主体具有：

X射线源，其产生的X射线照射置于载物台上的待检芯片；

探测器，其探测穿过所述待检芯片的X射线；

芯片夹具，其以可脱离的形式定位于所述载物台上，所述芯片夹具设有若干个芯片槽；

运动平台，其被配置为实现载物台在X、Y和Z三方向上的运动；以及

控制系统，其被配置为实时获取所述运动平台的位置坐标，并按一定路径驱动所述运动平台。

优选的是，其中X射线检测主体设于一可移动的底板上，便于X射线检测主体的移动；

所述屏蔽壳体外侧还设有用于放置显示装置和输入装置的支撑架；其中，所述显示装置和输入装置分别电连接于所述控制系统，便于操作人员在屏蔽室外操作检测设备。

优选的是，其中，所述芯片夹具设有标识单元，用以标识芯片夹具的类型和待检芯片的数量，检测设备根据芯片夹具的类型设定相应的运动路线，对待检芯片进行逐一检测。

优选的是，其中，不同类型的所述芯片夹具的尺寸和厚度相同，所述载物台设有凹槽，所述芯片夹具以可脱离的形式嵌入所述凹槽。

优选的是，其中，所述标识单元为设于所述芯片夹具的若干个不同位置的标识点，根据标识点的数量和位置对芯片夹具的类型进行标识。

优选的是，其中，所述标识点为与所述芯片夹具一体成型的凹孔或凸点。

优选的是，其中，所述芯片夹具为钢质夹具。

优选的是，其中，所述屏蔽壳体由铅板制成，所述铅板的铅当量不小于3mm，以确保设备没有剂量泄露。

优选的是，其中，所述X射线源为微焦点X射线源，以提供LED芯片清晰的放大图像。

本发明的目的还可以进一步由基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备进行检测的方法来实现，该方法包括以下步骤：

步骤1：将待检芯片置于芯片夹具中，关闭屏蔽门，开启X射线源和探测器，检测设备根据芯片夹具上的标识单元确定芯片夹具的类型和待检芯片的数量，并设定相应的运动方案；

步骤2：控制运动平台调整载物台在X和Y向的位置，使第一待检芯片置于探测器的视野中心，得到第一探测图像；

步骤3：利用边缘检测算法对所述第一探测图像进行处理，得到待检芯片的高度位置数据，并根据所述高度位置数据控制运动平台调整芯片在Z向上的高度，得到第二探测图像；

步骤4：根据所述第二探测图像的信息调整X射线源的曝光剂量与曝光时间，得到合适的采集信号对比度，然后开始采集芯片目标图像；

步骤5：采用图像腐蚀算法对所述芯片目标图像进行处理，计算得到芯片内部气泡所占的面积，评估芯片焊接质量，并将扫描结果保存于指定文件夹；

步骤6：控制运动平台移动下一待检芯片到检测位置，重复步骤1-步骤5，直至完成所有芯片的扫描，并生成扫描报表。

优选的是，其中，采用所述图像腐蚀算法对所述芯片目标图像进行处理的步骤为：

步骤1：对所述芯片目标图像进行第一高斯平滑处理，得到图像J；

步骤2：通过CANNY算子对所述图像J进行边缘检测算法处理，得到图像K；

步骤3：对所述图像K进行第二高斯平滑处理，通过设置阈值裁减掉所述图像K四周的干扰，得到图像L；

步骤4：对所述图像L依次进行膨胀处理和腐蚀处理，区分出缺陷边界，得到图像M；

步骤5：对所述图像M进行霍夫变换，识别缺陷部位，完成对所述图像M的分割并标记所述缺陷部位，得到图像G。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明通过微焦点X射线源和数字化平板探测器可实现对大功率LED芯片的高分辨率无损检测；

(2)本发明通过芯片夹具及三轴运动控制系统的配合，可实现对芯片的自动化定位及检测，缩短扫描时间；

(3)本发明对X射线检测图像采用图像膨胀腐蚀算法进行处理，可实现LED芯片缺陷部分的自动识别和提取，显著提高了芯片缺陷检测的准确率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备的结构示意图；

图2为另一实例中芯片夹具的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了根据本发明的一种实现形式，其具有X射线检测主体及设于所述X射线检测主体外围的屏蔽壳体；

其中，所述X射线检测主体具有：

X射线源1，其产生的X射线照射置于载物台6上的待检芯片；

探测器2，其探测穿过所述待检芯片的X射线；

芯片夹具3，其以可脱离的形式定位于所述载物台上，所述芯片夹具设有若干个芯片槽31，芯片槽与待检芯片的封装尺寸相匹配；

运动平台4，其被配置为实现载物台在X、Y和Z三方向上的运动；以及

控制系统5，其被配置为实时获取所述运动平台的位置坐标，并按一定路径驱动所述运动平台。

作为该技术方案的一种实现方式，数字化平板探测器通过支撑立柱安装于微焦点X射线源40cm处，探测器的视野中心与微焦点X射线源的焦点对齐；三轴运动平台安装于X射线源左侧，安装时芯片夹具的第一芯片位于探测器的视野中心，并且这只是一种较佳的实例，并不局限于此；三轴运动平台通过控制系统将位置信息实时反馈给上位机。

在另一实例中，其中X射线检测主体设于一可移动的底板7上，便于X射线检测主体在屏蔽壳体内的移动或搬运；并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求实施X射线检测主体与屏蔽壳体之间的不同结构态样。

所述屏蔽壳体外侧还设有用于放置显示装置8和输入装置9的支撑架10；其中，所述显示装置和输入装置分别电连接于所述控制系统，便于操作人员在屏蔽室外操作检测设备。

在另一实例中，参照图2，所述芯片夹具设有标识单元32，用以标识芯片夹具的类型和待检芯片的数量。

在另一实例中，不同类型的所述芯片夹具的尺寸和厚度相同，所述载物台设有凹槽，所述芯片夹具以可脱离的形式嵌入所述凹槽，在本实现方式中，不同类型的芯片夹具均设置成相同的尺寸和厚度，便于检测设备对夹具上标识单元的扫描和定位。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求实施芯片夹具和载物台结构关系的不同态样。

在另一实例中，所述标识单元为设于所述芯片夹具的若干个不同位置的标识点，根据标识点的数量和位置对芯片夹具的类型进行标识。

在另一实例中，所述标识点为与所述芯片夹具一体成型的凹孔或凸点，并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求实施标识点的不同结构态样。

在另一实例中，所述芯片夹具为钢质夹具。

参照图2，作为芯片夹具的一种实现方式，根据芯片基板类型在钢板上打磨出2mm深的芯片槽，用于固定待检测芯片，同时在被检测区域，将模板挖空，留出20mm*20mm的检测空间，在夹具左下角有标记点，用于标识本次检验的芯片类型及数量，本图2示出的为一个4芯片的芯片夹具。

在另一实例中，所述屏蔽壳体由铅板制成，所述铅板的铅当量不小于3mm。

在另一实例中，所述X射线源为微焦点X射线源，以提供LED芯片清晰的放大图像。

X射线检测图像具有清晰度低、对比度低、缺陷边缘模糊、图像噪声多、存在较大的背景起伏等特点，很难将缺陷部分直接提取出来。

因此，在另一实例中，本发明提供了一种基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备进行检测的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将待检芯片置于芯片夹具中，关闭屏蔽门，开启X射线源和探测器，检测设备根据芯片夹具上的标识单元确定芯片夹具的类型和待检芯片的数量，并设定相应的运动方案；

步骤2：控制运动平台调整载物台在X和Y向的位置，使第一待检芯片置于探测器的视野中心，得到第一探测图像；

步骤3：由于探测器和射线源相对位置固定，根据芯片在探测器上的实际投影大小，通过简单的几何换算可以得到芯片当前的高度信息；

本实例利用边缘检测算法对所述第一探测图像进行处理，得到芯片的高度位置数据，并根据所述高度位置数据控制运动平台调整芯片在Z向上的高度，得到第二探测图像；

步骤4：根据所述第二探测图像的信息调整X射线源的曝光剂量与曝光时间，得到合适的采集信号对比度，然后开始采集芯片目标图像；

步骤5：采用图像腐蚀算法对所述芯片目标图像进行处理，计算得到芯片内部气泡所占的面积，评估芯片焊接质量，并将扫描结果保存于指定文件夹；

步骤6：控制运动平台移动下一芯片到检测位置，重复步骤1-步骤5，直至完成所有芯片的扫描，并生成扫描报表。

在另一实例中，采用图像腐蚀算法对所述芯片目标图像进行处理的步骤为：

步骤1：对所述芯片目标图像进行第一高斯平滑处理，得到图像J；

步骤2：通过CANNY算子对所述图像J进行边缘检测算法处理，得到图像K；

步骤3：对所述图像K进行第二高斯平滑处理，通过设置阈值裁减掉所述图像K四周的干扰，得到图像L；

步骤4：对所述图像L依次进行膨胀处理和腐蚀处理，区分出缺陷边界，得到图像M；

步骤5：对所述图像M进行霍夫变换，识别缺陷部位，完成对所述图像M的分割并标记所述缺陷部位，得到图像G。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备及方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备，其特征在于，包括X射线检测主体及设于所述X射线检测主体外围的屏蔽壳体；

其中，所述X射线检测主体具有：

X射线源，其产生的X射线照射置于载物台上的待检芯片；

探测器，其探测穿过所述待检芯片的X射线；

芯片夹具，其以可脱离的形式定位于所述载物台上，所述芯片夹具设有若干个芯片槽；

运动平台，其被配置为实现载物台在X、Y和Z三方向上的运动；以及

控制系统，其被配置为实时获取所述运动平台的位置坐标，并按一定路径驱动所述运动平台。

2.如权利要求1所述的基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备，其特征在于，X射线检测主体设于一可移动的底板上，所述屏蔽壳体外侧还设有用于放置显示装置和输入装置的支撑架；

其中，所述显示装置和输入装置分别电连接于所述控制系统。

3.如权利要求1所述的基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备，其特征在于，所述芯片夹具设有标识单元，用以标识芯片夹具的类型和待检芯片的数量。

4.如权利要求3所述的基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备，其特征在于，不同类型的所述芯片夹具的尺寸和厚度相同，所述载物台设有凹槽，所述芯片夹具以可脱离的形式嵌入所述凹槽。

5.如权利要求3所述的基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备，其特征在于，所述标识单元为设于所述芯片夹具的若干个不同位置的标识点。

6.如权利要求5所述的基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备，其特征在于，所述标识点为与所述芯片夹具一体成型的凹孔或凸点。

7.如权利要求1所述的基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备，其特征在于，所述芯片夹具为钢质夹具，所述屏蔽壳体由铅板制成，所述铅板的铅当量不小于3mm。

8.如权利要求1所述的基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备，其特征在于，所述X射线源为微焦点X射线源。

9.一种应用如权利要求3～8中任一项基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备进行检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将待检芯片置于芯片夹具中，关闭屏蔽门，开启X射线源和探测器，检测设备根据芯片夹具上的标识单元确定芯片夹具的类型和待检芯片的数量，并设定相应的运动方案；

步骤2：控制运动平台调整载物台在X和Y向的位置，使第一待检芯片置于探测器的视野中心，得到第一探测图像；

步骤3：利用边缘检测算法对所述第一探测图像进行处理，得到待检芯片的高度位置数据，并根据所述高度位置数据控制运动平台调整芯片在Z向上的高度，得到第二探测图像；

步骤4：根据所述第二探测图像的信息调整X射线源的曝光剂量与曝光时间，得到合适的采集信号对比度，然后开始采集芯片目标图像；

步骤5：采用图像腐蚀算法对所述芯片目标图像进行处理，计算得到芯片内部气泡所占的面积，评估芯片焊接质量，并将扫描结果保存于指定文件夹；

步骤6：控制运动平台移动下一待检芯片到检测位置，重复步骤1-步骤5，直至完成所有芯片的扫描，并生成扫描报表。

10.如权利要求9采用基于X射线的LED芯片缺陷自动检测设备进行检测的方法，其特征在于，采用图像腐蚀算法对所述芯片目标图像进行处理的步骤为：

步骤1：对所述芯片目标图像进行第一高斯平滑处理，得到图像J；

步骤2：通过CANNY算子对所述图像J进行边缘检测算法处理，得到图像K；

步骤3：对所述图像K进行第二高斯平滑处理，通过设置阈值裁减掉所述图像K四周的干扰，得到图像L；

步骤4：对所述图像L依次进行膨胀处理和腐蚀处理，区分出缺陷边界，得到图像M；

步骤5：对所述图像M进行霍夫变换，识别缺陷部位，完成对所述图像M的分割并标记所述缺陷部位，得到图像G。