CN109870463B - 一种电子芯片故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电子芯片故障检测装置，包括：软件检测模块，包括处理单元、输入单元和输出单元，输入单元和待检测芯片的输入接口连接，输出模块与待检测芯片的输出接口连接，处理单元通过输入单元将测试样本输入到待检测芯片，并听过输出单元接收由该待检测芯片的输出结果，并检测该输出结果的正确性；硬件检测模块，用于获取待检测芯片图像，通过该待检测芯片图像检测该待检测芯片的外部缺陷；运行状态检测模块，用于检测带检测芯片运行时的发热温度；生成模块，通过软件检测模块、硬件检测模块和运行状态检测模块的输出结果生成待检测芯片的故障检测报告。本发明对电子芯片进行多方面故障检测评估，符合对电子芯片全面检测的需要。

Description

一种电子芯片故障检测装置

技术领域

本发明涉及芯片检测技术领域，特别是一种电子芯片故障检测装置。

背景技术

电子芯片是将大量微电子元器件形成的集成电路集成到一块基板上，形成电子芯片；电子芯片目前被广泛应用于计算机，消费类电子，网络通信，汽车电子等公共设施。

由于电子芯片的集成度高，现有技术中，也有一些对电子芯片进行故障检测的设备，但这些设备往往只能对电子芯片的逻辑功能的正确性进行检测，功能单一，不能满足对电子芯片全方位故障检测的需要。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种电子芯片故障检测装置。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提出一种电子芯片故障检测装置，包括：

软件检测模块，包括处理单元、输入单元和输出单元，输入单元和待检测芯片的输入接口连接，输出单元与待检测芯片的输出接口连接，处理单元通过输入单元将测试样本输入到待检测芯片，并通过输出单元接收由该待检测芯片的输出结果，并检测该输出结果的正确性；

硬件检测模块，用于获取待检测芯片图像，通过该待检测芯片图像检测该待检测芯片的外部缺陷；

运行状态检测模块，用于检测待检测芯片运行时的发热温度；

生成模块，通过软件检测模块、硬件检测模块和运行状态检测模块的输出结果生成待检测芯片的故障检测报告。

在一种实施方式中，软件检测模块还包括电源单元和时钟单元；

电源单元用于为待检测芯片提供电源；

时钟单元用于为待检测芯片提供时钟信号。

在一种实施方式中，软件检测模块还包括存储单元，该存储单元用于存储不同测试样本及相应的标准结果；处理单元从存储单元中调取不同的测试样本输入到待测试芯片中；并将待检测芯片的输出结果和相应的标准结果进行比对，输出该待检测芯片的软件检测结果。

在一种实施方式中，运行状态检测模块包括温度传感器和发热检测单元；

温度传感器可设置在待检测芯片表面，检测待检测芯片的发热温度；

发热检测单元用于将温度传感器检测的发热温度和设定的温度阈值进行比较，输出运行状态检测结果。

在一种实施方式中，硬件检测模块，包括图像采集单元和表面缺陷检测单元；

图像采集单元用于获取待检测芯片图像；

表面缺陷检测单元用于根据待检测芯片图像检测待检测芯片的表面缺陷，输出硬件检测结果。

在一种实施方式中，图像采集单元包括工作台、CCD工业相机和照明机构，

工作台用于放置待检测芯片；

CCD工业相机设置于工作台上方，用于采集待检测芯片图像，并发送到表面缺陷检测单元；

照明机构用于为CCD工业相机提供光源。

在一种实施方式中，照明机构具体包括：

照明机构包括环形罩体，环形罩体同轴设有上、下两个开口，上开口与CCD工业相机的镜头配合，下开口对准待检测的芯片；

环形罩体内腔设有上下两层的环形LED单元，上下两层环形LED单元同轴平行设置，其中每个环形LED单元由多个均匀分布在环形罩体内腔的LED光源组成，其中，上层环形LED单元设置在环形罩体上开口内侧，其包括的LED光源向环形罩体内腔的轴线向下倾斜布置，与水平面的倾角为30°，且其发出的中心光线从环形另一侧的下开口射出；下层环形LED单元设置在环形罩体下开口内侧，其包括的LED光源向环形罩体内腔的轴线向下倾斜布置，与水平面的倾角为30°，且其发出的中心光线从下开口射出；

其中，下层环形LED单元的水平高度与放置在工作台上的待检测芯片表面的距离F_b满足：

式中，F_b表示下层LED单元的水平高度与待检测芯片上表面的垂直距离，δ_d表示下层环形LED单元的内半径，δ_w表示CCD工业相机在工作台上的工作区域内径。

在一种实施方式中，表面缺陷检测单元，包括：

预处理单元，用于对待检测芯片图像进行滤波、光照均匀校正和二值化处理，输出预处理图像；

分割单元，用于对预处理图像进行边缘检测和分割处理，将预处理图像中的待检测芯片部分进行分割，获取分割图像；

特征提取单元，用于对分割图像进行缺陷特征提取，输出缺陷特征参数；

缺陷识别单元，用于根据缺陷特征参数识别相应的表面缺陷结果。

在一种实施方式中，预处理单元，对待检测芯片图像进行滤波处理，具体包括：

根据设定的分解层数和小波基，对待检测芯片图像进行小波分解，获取小波分解系数；

对获取的小波分解系数进行阈值处理，其中采用的阈值函数为：

式中，

表示阈值处理后的小波系数，a表示阈值处理前的小波系数，Y_γ、Y_β分别表示设定的阈值，sgn(·)表示符号函数；

将阈值处理后的小波系数进行小波逆变换，重构得到滤波处理以后的待检测芯片图像。

在一种实施方式中，预处理单元，对待检测芯片图像进行光照均匀校正处理，具体包括：

对滤波处理后的待检测芯片图像进行光照均匀校正处理：

将滤波处理后的待检测芯片图像由RGB色彩空间转换至HSV色彩空间，分别获取该滤波处理后的待检测芯片图像中像素点的色调H、饱和度S和亮度V；

对该滤波处理的后待检测芯片图像进行亮度均匀校正处理，其中采用的校正函数为：

其中，τ(x,y)表示光照均匀校正处理后像素点(x,y)的亮度值，V(x,y)表示滤波处理的后待检测芯片图像中像素点(x,y)的亮度值，G(x,y)表示像素点(x,y)的光照分量，通过双边滤波估计所得，表示图像的光照分量均值，

分别表示设定的校正处理权重因子；

根据亮度均匀校正后所得的亮度、色调和饱和度重新合成彩色图像，并将该彩色图像从HSV彩色空间转换至RGB彩色空间，输出光照均匀校正处理后的待检测芯片图像。

本发明的有益效果为：本发明通过从软件、硬件以及运行状态对电子芯片进行故障检测，分别对电子芯片的逻辑功能实现、外部缺陷以及运行状态参数对电子芯片进行多方面故障检测评估，能够准确地对电子芯片的性能做出准确的评价，符合对电子芯片全面检测的需要。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的框架结构图；

图2为本发明软件检测模块的框架结构图；

图3为本发明运行状态检测模块的框架结构图；

图4为本发明硬件检测模块的框架结构图；

图5为本发明一种实施方式的照明机构主视图；

图6为本发明一种实施方式的照明机构仰视图。

具体实施方式

结合以下应用场景对本发明作进一步描述。

参见图1、图2，其示出一种电子芯片故障检测装置，包括：

软件检测模块1，包括处理单元11、输入单元12和输出单元13，输入单元12和待检测芯片的输入接口连接，输出单元与待检测芯片的输出接口连接，处理单元11通过输入单元12将测试样本输入到待检测芯片，并通过输出单元13接收由该待检测芯片的输出结果，并检测该输出结果的正确性；

硬件检测模块2，用于获取待检测芯片图像，通过该待检测芯片图像检测该待检测芯片的外部缺陷；

运行状态检测模块3，用于检测待检测芯片运行时的发热温度；

生成模块4，通过软件检测模块1、硬件检测模块2和运行状态检测模块3的输出结果生成待检测芯片的故障检测报告。

本发明上述实施方式，通过从软件、硬件以及运行状态对电子芯片进行故障检测，分别对电子芯片的逻辑功能实现、外部缺陷以及运行状态参数对电子芯片进行多方面故障检测评估，能够准确地对电子芯片的性能做出准确的评价并且声称可视化的故障检测报告，符合对电子芯片全面检测的需要。

在一种实施方式中，软件检测模块1还包括电源单元14和时钟单元15；

电源单元14用于为待检测芯片提供电源；

时钟单元15用于为待检测芯片提供时钟信号。

在一种实施方式中，软件检测模块1还包括存储单元16，该存储单元16用于存储不同测试样本及相应的标准结果；处理单元11从存储单元16中调取不同的测试样本输入到待测试芯片中；并将待检测芯片的输出结果和相应的标准结果进行比对，输出该待检测芯片的软件检测结果。

存储单元中储存有各种用于检测样本，在进行软件检测时，处理单元从存储单元中调用若干预存的测试样本输入到待检测芯片中，并且采集由待检测芯片输出的结果，将待检测芯片输出的结果和存储单元中相应的标准结果进行比对，当比对结果为相同时，输出待检测芯片软件检测结果为正确，否则输出软件检测结果为故障。

在一种实施方式中，参见图3，运行状态检测模块3包括温度传感器31和发热检测单元32；

温度传感器31可设置在待检测芯片表面，检测待检测芯片的发热温度；

发热检测单元32用于将温度传感器31检测的发热温度和设定的温度阈值进行比较，输出运行状态检测结果。

通过温度传感器采集待检测芯片在工作时的温度，并且和设定的阈值进行比较，当检测的温度大于设定的阈值是，发热检测单元输出该待检测芯片的运行状态检测结果为异常。

由于电子芯片的运行温度能够很好地反映该芯片的运行性能，因此通过温度去检测电子芯片在运行是的状态性能，能够准确反映出该芯片的运行状态。

在一种实施方式中，参见图4，硬件检测模块2，包括图像采集单元21和表面缺陷检测单元22；

图像采集单元21用于获取待检测芯片图像；

表面缺陷检测单元22用于根据待检测芯片图像检测待检测芯片的表面缺陷，输出硬件检测结果。

由于在制备的过程中，芯片的表面时长会存有缺陷，该电子芯片的表面缺陷可能会导致其性能或者缩短芯片的寿命，例如，传统电子芯片中对芯片的内部逻辑电路进行验证发现电路是正确的，但是其输出的结果不对，这很可能就是由于芯片的硬件部分，如表面存在缺陷，而导致了芯片不能正常运作；因此，通过图像采集单元采集待检测芯片的表面图像，并且根据采集的图像进行表面缺陷检测，能够准确地检测待检测芯片的表面缺陷。

在一种实施方式中参见图5、图6，图像采集单元21包括工作台90、CCD工业相机91和照明机构，

工作台90用于放置待检测芯片；

CCD工业相机91设置于工作台90上方，用于采集待检测芯片图像，并发送到表面缺陷检测单元22；

照明机构用于为CCD工业相机91提供光源。

在一种实施方式中，照明机构具体包括：

照明机构包括环形罩体921，环形罩体921同轴设有上、下两个开口，上开口922与CCD工业相机91的镜头配合，下开口923对准待检测的芯片；

环形罩体内腔924设有上下两层的环形LED单元，上下两层环形LED单元同轴平行设置，其中每个环形LED单元由多个均匀分布在环形罩体内腔924的LED光源组成，其中，上层环形LED单元925设置在环形罩体921上开口922内侧，其包括的LED光源向环形罩体内腔924的轴线向下倾斜布置，与水平面的倾角为30°，且其发出的中心光线从环形另一侧的下开口923射出；下层环形LED单元926设置在环形罩体921下开口923内侧，其包括的LED光源向环形罩体内腔924的轴线向下倾斜布置，与水平面的倾角为30°，且其发出的中心光线从下开口923射出；

其中，下层环形LED单元926的水平高度与放置在工作台90上的待检测芯片100表面的距离F_b满足：

式中，F_b表示下层LED单元的水平高度与待检测芯片上表面的垂直距离，δ_d表示下层环形LED单元926的内半径，δ_w表示CCD工业相机91在工作台90上的工作区域内径。

对待检测芯片的表面图像进行采集时，由于芯片表面可能会存在金属材质，因此对光线的要求很高，因此采用上述照明机构，能够实现明暗场同时照明，避免了待检测芯片表面的反射而导致的影响图像采集的效果，为待检测芯片图像采集提供了最佳的光照效果。

在一种实施方式中，表面缺陷检测单元22，包括：

预处理单元221，用于对待检测芯片图像进行滤波、光照均匀校正和二值化处理，输出预处理图像；

分割单元222，用于对预处理图像进行边缘检测和分割处理，将预处理图像中的待检测芯片部分进行分割，获取分割图像；

特征提取单元223，用于对分割图像进行缺陷特征提取，输出缺陷特征参数；

缺陷识别单元224，用于根据缺陷特征参数识别相应的表面缺陷结果。

在一种实施方式中，预处理单元221，对待检测芯片图像进行滤波处理，具体包括：

根据设定的分解层数和小波基，对待检测芯片图像进行小波分解，获取小波分解系数；

对获取的小波分解系数进行阈值处理，其中采用的阈值函数为：

式中，

表示阈值处理后的小波系数，a表示阈值处理前的小波系数，Y_γ、Y_β分别表示设定的阈值，sgn(·)表示符号函数；

将阈值处理后的小波系数进行小波逆变换，重构得到滤波处理以后的待检测芯片图像。

采用上述方法对获取的待检测芯片图像进行滤波处理，采用上述自定义小波阈值函数对图像的小波系数进行滤波处理，能够有效地去除图像采集过程中受到的噪声影响，提高图像的质量，为后续对待检测芯片表面缺陷的检测和识别奠定了基础。

在一种实施方式中，预处理单元221，对待检测芯片图像进行光照均匀校正处理，具体包括：

对滤波处理后的待检测芯片图像进行光照均匀校正处理：

将滤波处理后的待检测芯片图像由RGB色彩空间转换至HSV色彩空间，分别获取该滤波处理后的待检测芯片图像中像素点的色调H、饱和度S和亮度V；

对该滤波处理的后待检测芯片图像进行亮度均匀校正处理，其中采用的校正函数为：

其中，τ(x,y)表示光照均匀校正处理后像素点(x,y)的亮度值，V(x,y)表示滤波处理的后待检测芯片图像中像素点(x,y)的亮度值，G(x,y)表示像素点(x,y)的光照分量，通过双边滤波估计所得，

表示图像的光照分量均值，

分别表示设定的校正处理权重因子；

根据亮度均匀校正后所得的亮度、色调和饱和度重新合成彩色图像，并将该彩色图像从HSV彩色空间转换至RGB彩色空间，输出光照均匀校正处理后的待检测芯片图像。

采用上述光照均匀校正处理对采集的待检测芯片图像进行校正，能够从图像数据对采集的图像进行进一步的光照均匀，解决图像因采集过程中受到的光照不均而导致图像不清晰或者影响表面缺陷判断不准确的问题。

需要说明的是，上述实施方式中，预处理单元首先对采集的待检测芯片图像进行滤波处理，然后进一步进行光照均匀校正处理；同时，在另一种实施方式中，预处理单元也可以先对待机的待检测芯片图像进行光照均匀校正处理，再进行滤波处理，其处理的顺序本发明不做限定。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种电子芯片故障检测装置，其特征在于，包括：

软件检测模块，包括处理单元、输入单元和输出单元，所述输入单元和待检测芯片的输入接口连接，所述输出单元与待检测芯片的输出接口连接，处理单元通过输入单元将测试样本输入到待检测芯片，并通过输出单元接收由该待检测芯片的输出结果，并检测该输出结果的正确性；

硬件检测模块，用于获取待检测芯片图像，通过该待检测芯片图像检测该待检测芯片的外部缺陷；

运行状态检测模块，用于检测待检测芯片运行时的发热温度；

生成模块，通过所述软件检测模块、硬件检测模块和运行状态检测模块的输出结果生成待检测芯片的故障检测报告；

其中，所述硬件检测模块，包括图像采集单元和表面缺陷检测单元；

所述图像采集单元用于获取待检测芯片图像；

所述表面缺陷检测单元用于根据所述待检测芯片图像检测待检测芯片的表面缺陷，输出硬件检测结果；

所述图像采集单元包括工作台、CCD工业相机和照明机构，

所述工作台用于放置待检测芯片；

所述CCD工业相机设置于所述工作台上方，用于采集待检测芯片图像，并发送到所述表面缺陷检测单元；

所述照明机构用于为所述CCD工业相机提供光源；

其中，所述照明机构具体包括：

所述照明机构包括环形罩体，所述环形罩体同轴设有上、下两个开口，所述上开口与所述CCD工业相机的镜头配合，所述下开口对准所述待检测的芯片；

所述环形罩体内腔设有上下两层的环形LED单元，所述上下两层环形LED单元同轴平行设置，其中每个环形LED单元由多个均匀分布在环形罩体内腔的LED光源组成，其中，上层环形LED单元设置在所述环形罩体上开口内侧，其包括的LED光源向环形罩体内腔的轴线向下倾斜布置，与水平面的倾角为30°，且其发出的中心光线从环形另一侧的下开口射出；下层环形LED单元设置在所述环形罩体下开口内侧，其包括的LED光源向环形罩体内腔的轴线向下倾斜布置，与水平面的倾角为30°，且其发出的中心光线从所述下开口射出；

其中，所述下层环形LED单元的水平高度与放置在工作台上的待检测芯片表面的距离F_b满足：

式中，F_b表示下层LED单元的水平高度与待检测芯片上表面的垂直距离，δ_d表示下层环形LED单元的内半径，δ_w表示CCD工业相机在工作台上的工作区域内径。

2.根据权利要求1所述的一种电子芯片故障检测装置，其特征在于，所述软件检测模块还包括电源单元和时钟单元；

所述电源单元用于为所述待检测芯片提供电源；

所述时钟单元用于为所述待检测芯片提供时钟信号。

3.根据权利要求1所述的一种电子芯片故障检测装置，其特征在于，所述软件检测模块还包括存储单元，该存储单元用于存储不同测试样本及相应的标准结果；处理单元从所述存储单元中调取不同的测试样本输入到待测试芯片中；并将待检测芯片的输出结果和相应的标准结果进行比对，输出该待检测芯片的软件检测结果。

4.根据权利要求1所述的一种电子芯片故障检测装置，其特征在于，所述运行状态检测模块包括温度传感器和发热检测单元；

所述温度传感器设置在待检测芯片表面，检测待检测芯片的发热温度；

所述发热检测单元用于将所述温度传感器检测的发热温度和设定的温度阈值进行比较，输出运行状态检测结果。

5.根据权利要求1所述的一种电子芯片故障检测装置，其特征在于，所述表面缺陷检测单元，包括：

预处理单元，用于对所述待检测芯片图像进行滤波、光照均匀校正和二值化处理，输出预处理图像；

分割单元，用于对所述预处理图像进行边缘检测和分割处理，将预处理图像中的待检测芯片部分进行分割，获取分割图像；

特征提取单元，用于对所述分割图像进行缺陷特征提取，输出缺陷特征参数；

缺陷识别单元，用于根据所述缺陷特征参数识别相应的表面缺陷结果。

6.根据权利要求5所述的一种电子芯片故障检测装置，其特征在于，所述预处理单元，对待检测芯片图像进行滤波处理，具体包括：

根据设定的分解层数和小波基，对待检测芯片图像进行小波分解，获取小波分解系数；

对获取的小波分解系数进行阈值处理，其中采用的阈值函数为：

式中，θ(a)表示阈值处理后的小波系数，a表示阈值处理前的小波系数，Y_γ、Y_β分别表示设定的阈值，sgn(·)表示符号函数；

将阈值处理后的小波系数进行小波逆变换，重构得到滤波处理以后的待检测芯片图像。

7.根据权利要求6所述的一种电子芯片故障检测装置，其特征在于，所述预处理单元，对待检测芯片图像进行光照均匀校正处理，具体包括：

对滤波处理后的待检测芯片图像进行光照均匀校正处理：

将滤波处理后的待检测芯片图像由RGB色彩空间转换至HSV色彩空间，分别获取该滤波处理后的待检测芯片图像中像素点的色调H、饱和度S和亮度V；

对该滤波处理的后待检测芯片图像进行亮度均匀校正处理，其中采用的校正函数为：

其中，τ(x,y)表示光照均匀校正处理后像素点(x,y)的亮度值，V(x,y)表示滤波处理的后待检测芯片图像中像素点(x,y)的亮度值，G(x,y)表示像素点(x,y)的光照分量，通过双边滤波估计所得，表示图像的光照分量均值，

分别表示设定的校正处理权重因子；

根据亮度均匀校正后所得的亮度、色调和饱和度重新合成彩色图像，并将该彩色图像从HSV彩色空间转换至RGB彩色空间，输出光照均匀校正处理后的待检测芯片图像。

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