CN108172527A - 一种光学检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学检测系统，所述光学检测系统包括：成像子系统以及测距子系统；其中，所述成像子系统用于通过第一光路获取芯片位置图像信息，以及通过第二光路获取基板位置图像信息；所述测距子系统用于获取至少三个不同位置处所述芯片和所述基板之间的距离信息。该光学检测系统首先使得封装的芯片和基板在同视窗内成像，对芯片和基板的位置进行初步调整，然后采用高分辨率显微成像突破衍射极限的方式进行能量探测，依据激光共聚焦原理，使得芯片和基板之间的距离测量精确度为0.1μm，极大程度的提高了芯片封装的成品率，且结构简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及芯片封装光学检测系统技术领域，更具体地说，尤其涉及一种光学检测系统。
背景技术
随着科学技术的不断发展，各种各样的电子产品已广泛应用于人们的日常生活以及工作中，为人们的生活带来了极大的便利。
基于芯片封装技术而言，是集成电路装配为芯片产品的一个过程，也就是说，将铸造生成出来的集成电路裸片放在一个起到承载作用的基板上，然后把相对应的管脚引出来，最后固定包装成一个整体。主要用于防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降或损坏芯片，且封装后的芯片也便于安装和运输。
芯片封装技术的好坏会直接影响到芯片本身性能的发挥，在芯片封装过程中，需要解决的问题是将芯片和基板进行对准以及对芯片和基板进行角度调整。
但是，国内传统的芯片封装检测系统精度很低，且结构复杂，而国外的芯片封装检测系统精度较高，但是成本很高，没有办法普及应用。
那么，如何提供一种精度高，成本低的芯片封装检测系统，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种光学检测系统，该光学检测系统检测精度高，且成本较低。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光学检测系统，应用于芯片封装过程中芯片和基板之间的对准及角度调整，所述光学检测系统包括：成像子系统以及测距子系统；
其中，所述成像子系统用于通过第一光路获取芯片位置图像信息，以及通过第二光路获取基板位置图像信息；
所述测距子系统用于获取至少三个不同位置处所述芯片和所述基板之间的距离信息。
优选的，在上述光学检测系统中，所述第一光路上设置有第一半反半透镜、第二半反半透镜、第一反射镜以及第一显微物镜；
其中，通过所述第一显微物镜的光经过所述第一反射镜进行垂直反射，再依次透过所述第二半反半透镜和所述第一半反半透镜在所述成像子系统中进行成像。
优选的，在上述光学检测系统中，所述第一显微物镜为数值孔径0.35的显微物镜。
优选的，在上述光学检测系统中，所述第二光路上设置有第二反射镜、第三半反半透镜、五棱镜以及第二显微物镜；
其中，通过所述第二显微物镜的光经过所述五棱镜进行多次反射，形成与入射光垂直的光，再透过所述第三半反半透镜，再经过所述第二反射镜进行垂直反射至所述第一半反半透镜上，再通过所述第一半反半透镜进行垂直反射至所述成像子系统中进行成像。
优选的，在上述光学检测系统中，所述第二显微物镜为数值孔径0.35的显微物镜。
优选的，在上述光学检测系统中，所述测距子系统包括：第一半反半透棱镜、第二半反半透棱镜、第三半反半透棱镜、第一激光光源、第二激光光源、第一星孔光电池以及第二星孔光电池；
其中，所述第一激光光源发射出的光通过所述第一半反半透棱镜垂直反射至所述第二半反半透镜，经过所述第二半反半透镜垂直反射至所述第一反射镜，再经过所述第一反射镜垂直反射，以通过所述第一显微物镜至所述芯片上的预设位置；经过所述芯片反射回来的光通过所述第一显微物镜，经过所述第一反射镜垂直反射至所述第二半反半透镜，再经过所述第二半反半透镜垂直反射并透过所述第一半反半透棱镜，再经过所述第三半反半透棱镜进行垂直反射至所述第一星孔光电池上；
所述第二激光光源发射出的光通过所述第二半反半透棱镜垂直反射至所述第三半反半透镜，经过所述第三半反半透镜垂直反射至所述五棱镜，经过所述五棱镜进行多次反射，形成与入射光垂直的光，以通过所述第二显微物镜至所述基板上的预设位置；经过所述基板反射回来的光通过所述第二显微物镜，经过所述五棱镜的多次反射，再经过所述第三半反半透镜垂直反射并透过所述第二半反半透棱镜，再经过所述第三半反半透棱镜进行垂直反射至所述第二星孔光电池上。
优选的，在上述光学检测系统中，所述第一激光光源的波长为630nm-635nm，包括端点值，所述第二激光光源的波长为630nm-635nm，包括端点值。
优选的，在上述光学检测系统中，所述第一星孔光电池的孔直径为0.004mm-0.006mm，包括端点值，所述第二星孔光电池的孔直径为0.004mm-0.006mm，包括端点值。
通过上述描述可知，本发明提供的一种光学检测系统包括：成像子系统以及测距子系统；其中，所述成像子系统用于通过第一光路获取芯片位置图像信息，以及通过第二光路获取基板位置图像信息；所述测距子系统用于获取至少三个不同位置处所述芯片和所述基板之间的距离信息。
该光学检测系统首先通过成像子系统对芯片和基板的相对位置进行粗调，之后再采用精确的测距子系统获取多个位置处芯片和基板之间的距离信息进行精确调整，检测精度可达0.1um，保证了芯片和基板的玩好封装，且相比较进口的检测系统成本很低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种光学检测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种光学检测系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种成像子系统的光路原理示意图；
图4为本发明实施例提供的一种成像子系统的传递函数示意图；
图5为本发明实施例提供的一种测距子系统激光定位离焦能量变化分析图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种光学检测系统的结构示意图。
所述光学检测系统包括：成像子系统11以及测距子系统14。
其中，所述成像子系统11用于通过第一光路12获取芯片位置图像信息，以及通过第二光路13获取基板位置图像信息。
所述测距子系统14用于获取至少三个不同位置处所述芯片15和所述基板16之间的距离信息。
具体的，所述光学检测系统设置在光学运动平台上，光学运动平台带动所述光学检测系统在待封装的芯片15和基板16之间进行运动，实现芯片封装位置检测和角度检测。也就是说，通过成像子系统11分别对芯片15和基板16进行成像，同时成像在成像子系统11中，即在一个视窗内显示芯片位置图像和基板位置图像，便于芯片15和基板16进行第一步位姿的初步调整，之后，采用测距子系统14获取至少三个不同位置处芯片15和基板16之间的距离信息，依据该距离信息对芯片15和基板16的相对位置进行精确调整。
例如，芯片和基板上均设置有相对应的标记位置，通过对二者的标记位置进行高精度的定位，以便于精确调整芯片和基板的位置关系。
参考图2，图2为本发明实施例提供的另一种光学检测系统的结构示意图。
进一步的，如图2所示，所述第一光路12上设置有第一半反半透镜21、第二半反半透镜22、第一反射镜23以及第一显微物镜24。
其中，通过所述第一显微物镜24的光经过所述第一反射镜23进行垂直反射，再依次透过所述第二半反半透镜22和所述第一半反半透镜21在所述成像子系统11中进行成像。
所述第二光路13上设置有第二反射镜25、第三半反半透镜26、五棱镜27以及第二显微物镜28。
其中，通过所述第二显微物镜28的光经过所述五棱镜27进行多次反射，形成与入射光垂直的光，再透过所述第三半反半透镜26，再经过所述第二反射镜25进行垂直反射至所述第一半反半透镜21上，再通过所述第一半反半透镜21进行垂直反射至所述成像子系统11中进行成像。
具体的，如图3所示，以举例的形式提供了一种成像子系统的光路设计图，本发明实施例中，所述光学检测系统采用两个显微物镜分别对芯片15和基板16进行成像，之后对于芯片15的成像通过第一反射镜23、第二半反半透镜22、第一半反半透镜21，对于基板16的成像通过五棱镜27、第三半反半透镜26、第二反射镜25同时成像至成像子系统11内，即在同一个视窗内显示芯片和基板的像，便于芯片15和基板16进行第一步位姿的初步调整。
需要说明的是，在芯片封装过程中，所述第一显微物镜24固定不动，通过移动芯片15对芯片进行聚焦，所述第二显微物镜28可以移动，对基板11进行聚焦，聚焦时放大倍率不变，由于所述第二显微物镜28需要进行移动，那么采用五棱镜27使光经过多次反射后都可以垂直出射。
进一步的，所述第一显微物镜24和所述第二显微物镜28的数值孔径优选为0.35，所述第一显微物镜24和所述第二显微物镜28的工作距离优选为20.5mm，所述第一显微物镜24和所述第二显微物镜28的放大倍率优选为20X，所述第一显微物镜24和所述第二显微物镜28的视场优选为950μm×710μm。
所述成像子系统11的具体结构并不作限定，采用CCD相机即可，其中CCD相机优选采用分辨率为2592×1944，像素尺寸为2.2μm×2.2μm，靶面尺寸为1/2.5″的CCD相机。
那么，通过第一显微物镜24和第二显微物镜27以及所述光学检测系统放大倍率为5X的要求，可计算得到显微系统中成像物镜f＝50mm。
通过上述CCD相机参数可计算得出CCD相机的有效靶面尺寸为5.7024mm×4.2768mm，通过CCD相机靶面尺寸以及成像物镜的焦距得到物镜的视场角2ω＝±4.08°，通光口径取6mm。
那么，成像物镜的光学参数为：f＝50mm、通光口径取6mm以及通光口径取6mm。如图4所示，横坐标为空间频率，纵坐标为0-1的数值，通过该传递函数的曲线可知，成像系统的成像质量良好，满足高精度检测的成像要求。
进一步的，如图2所示，所述测距子系统14包括：第一半反半透棱镜29、第二半反半透棱镜30、第三半反半透棱镜31、第一激光光源32、第二激光光源33、第一星孔光电池34以及第二星孔光电池35。
其中，所述第一激光光源32发射出的光通过所述第一半反半透棱镜29垂直反射至所述第二半反半透镜22，经过所述第二半反半透镜22垂直反射至所述第一反射镜23，再经过所述第一反射镜23垂直反射，以通过所述第一显微物镜24至所述芯片15上的预设位置；经过所述芯片15反射回来的光通过所述第一显微物镜24，经过所述第一反射镜23垂直反射至所述第二半反半透镜22，再经过所述第二半反半透镜22垂直反射并透过所述第一半反半透棱镜29，再经过所述第三半反半透棱镜31进行垂直反射至所述第一星孔光电池34上。
所述第二激光光源33发射出的光通过所述第二半反半透棱镜30垂直反射至所述第三半反半透镜26，经过所述第三半反半透镜26垂直反射至所述五棱镜27，经过所述五棱镜27进行多次反射，形成与入射光垂直的光，以通过所述第二显微物镜28至所述基板16上的预设位置；经过所述基板16反射回来的光通过所述第二显微物镜28，经过所述五棱镜27的多次反射，再经过所述第三半反半透镜26垂直反射并透过所述第二半反半透棱镜30，再经过所述第三半反半透棱镜31进行垂直反射至所述第二星孔光电池35上。
具体的，在本发明实施例中，巧妙的将激光光路设计在光学检测系统中，采用两个激光光源配合第一显微物镜和第二显微物镜以及第一星孔光电池和第二星孔光电池，依据激光共聚焦原理，完成对芯片和基板的精确定位，以完成芯片和基板之间相对位置的精确调整。
进一步的，所述第一激光光源和所述第二激光光源的波长为630nm-635nm，包括端点值。所述第一星孔光电池和所述第二星孔光电池的孔直径为0.004mm-0.006mm，包括端点值。
通过实验可知，所述光学检测系统，可将芯片和基板之间的距离定位精确度达到0.1μm，该精确度保证芯片和基板的玩好封装。
如图5所示，所述测距子系统中，激光定位的离焦为0.1μm时，能量下降3％，所以选择的星孔光电池需要能够识别能量变化量由于3％即可，满足定位精确度为0.1μm，极大程度的提高芯片封装的成品率。
通过上述描述可知，本发明提供的一种光学检测系统，首先使得封装的芯片和基板在同视窗内成像，对芯片和基板的位置进行初步调整，然后采用高分辨率显微成像突破衍射极限的方式进行能量探测，依据激光共聚焦原理，使得芯片和基板之间的距离测量精确度为0.1μm，极大程度的提高了芯片封装的成品率，且结构简单，成本低。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种光学检测系统，应用于芯片封装过程中芯片和基板之间的对准及角度调整，其特征在于，所述光学检测系统包括：成像子系统以及测距子系统；
其中，所述成像子系统用于通过第一光路获取芯片位置图像信息，以及通过第二光路获取基板位置图像信息；
所述测距子系统用于获取至少三个不同位置处所述芯片和所述基板之间的距离信息。
2.根据权利要求1所述的光学检测系统，其特征在于，所述第一光路上设置有第一半反半透镜、第二半反半透镜、第一反射镜以及第一显微物镜；
其中，通过所述第一显微物镜的光经过所述第一反射镜进行垂直反射，再依次透过所述第二半反半透镜和所述第一半反半透镜在所述成像子系统中进行成像。
3.根据权利要求2所述的光学检测系统，其特征在于，所述第一显微物镜为数值孔径0.35的显微物镜。
4.根据权利要求2所述的光学检测系统，其特征在于，所述第二光路上设置有第二反射镜、第三半反半透镜、五棱镜以及第二显微物镜；
其中，通过所述第二显微物镜的光经过所述五棱镜进行多次反射，形成与入射光垂直的光，再透过所述第三半反半透镜，再经过所述第二反射镜进行垂直反射至所述第一半反半透镜上，再通过所述第一半反半透镜进行垂直反射至所述成像子系统中进行成像。
5.根据权利要求4所述的光学检测系统，其特征在于，所述第二显微物镜为数值孔径0.35的显微物镜。
6.根据权利要求4所述的光学检测系统，其特征在于，所述测距子系统包括：第一半反半透棱镜、第二半反半透棱镜、第三半反半透棱镜、第一激光光源、第二激光光源、第一星孔光电池以及第二星孔光电池；
其中，所述第一激光光源发射出的光通过所述第一半反半透棱镜垂直反射至所述第二半反半透镜，经过所述第二半反半透镜垂直反射至所述第一反射镜，再经过所述第一反射镜垂直反射，以通过所述第一显微物镜至所述芯片上的预设位置；经过所述芯片反射回来的光通过所述第一显微物镜，经过所述第一反射镜垂直反射至所述第二半反半透镜，再经过所述第二半反半透镜垂直反射并透过所述第一半反半透棱镜，再经过所述第三半反半透棱镜进行垂直反射至所述第一星孔光电池上；
所述第二激光光源发射出的光通过所述第二半反半透棱镜垂直反射至所述第三半反半透镜，经过所述第三半反半透镜垂直反射至所述五棱镜，经过所述五棱镜进行多次反射，形成与入射光垂直的光，以通过所述第二显微物镜至所述基板上的预设位置；经过所述基板反射回来的光通过所述第二显微物镜，经过所述五棱镜的多次反射，再经过所述第三半反半透镜垂直反射并透过所述第二半反半透棱镜，再经过所述第三半反半透棱镜进行垂直反射至所述第二星孔光电池上。
7.根据权利要求6所述的光学检测系统，其特征在于，所述第一激光光源的波长为630nm-635nm，包括端点值，所述第二激光光源的波长为630nm-635nm，包括端点值。
8.根据权利要求6所述的光学检测系统，其特征在于，所述第一星孔光电池的孔直径为0.004mm-0.006mm，包括端点值，所述第二星孔光电池的孔直径为0.004mm-0.006mm，包括端点值。
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