CN1138897A - 检验器件外观用的照明装置和使用该照明装置的器件外观自动检验装置 - Google Patents

Abstract

一种最适用于检验或观测极微小而精密器件外观的照明装置，和一种使用该照明装置的器件外观自动检验装置。该照明装置包括一个具有排列在照相机透镜周围的许多个亮度可控的发光元件的照射构架和一个用于控制每个上述发光元件的亮度的照度控制机构；而该器件外观自动检验装置除了包括该照明装置外还包括一个用于将拍摄的图像转换成许多个像素数据并将其输出的CCD(电荷耦合器件)照相机之类照相机、一个用于将像素数据转换成图像数据的图像处理机构、一个用于测量待测试器件的外观特定部位的尺寸和位置等的操作处理机构，以及用于接收从图像处理机构来的图像数据并显示与其对应的图像的显示机构。通过根据照相机拍摄的结果操作照度控制机构以控制每个发光元件的亮度从而使器件特定部位上的照度达到最佳值，可以容易地完成待测试器件的特定部位外观的高精度检验。

Description

检验器件外观用的照明装置和 使用该照明装置的器件 外观自动检验装置

本发明涉及一种检验电子元部件(下面总起来称作“器件”)如半导体器件、滤波器、振荡器等的外观用的照明装置，同时涉及一种使用该照明装置的自动检验器件外观用的装置。特别是，本发明涉及这样一种照明装置和自动检验器件外观的装置，它们被用于检验作为半导体器件典型例子的集成电路(IC)如表面安装大规模集成电路(LSI)的外观。

其次，此种类型的照明装置被用于当一个人或操作人员用他的眼睛观察器件来检验器件外观的时候，也被用于利用具有图像或图形处理机构的自动检验器件外观的装置来检验器件。此外，后面将利用主要用作自动检验器件外观的装置的光源的例子来说明照明装置，同时为了说明方便，将说明一个其中用该照明装置照射一个集成电路并用自动检验器件外观的装置来检验其外观的例子。但是，不用说，此种照明装置可用于照射不仅包括半导体器件而且包括滤波器、振荡器之类器件的所有器件并可用于检验器件的外观。(此外一种自动检验器件外观的装置也称之为“器件外部自动检验装置”或“器件外观自动检验装置”。)

这里应当指出，集成电路包括大规模集成电路的测试包括(例如)制造过程中晶片阶段的测试和对完成的封装的集成电路的测试。完成的封装的集成电路的测试包括测试其电学特性和检测其外观。外观的检测是由一个人或操作人员用他的眼睛观察封装的集成电路的外观或利用一种器件外观自动检验装置来进行的，而在任何情况下都需要照射此种集成电路。

至今为止，在集成电路的外观检验中使用的照明是这样的，就是在目视检验集成电路外观和使用器件外观自动检验装置两种情况下整个待测试的集成电路都在固定的亮度或辉度下被照明，而此种对待测试集成电路的固定照明是通过在集成电路上方或斜上方或其一侧的一个位置上安置一个光源并从该位置的光源照明的。这是因为常规的封装件相当大而每个封装件的输入/输出引线的数目相当少，因此两个相邻的引线之间的间隔(引线的间距)相当宽，还因为不需要高精度的公差，所以上述固定照明对目视检验外观和器件外观自动检验都足够了。

一个器件外观自动检验装置通常有一个类似于图像处理装置的图像处理部分。图5表示在先有的图像处理装置中一个处理图像数据的例子。一个照相机单元50将由它拍摄的图像转换为像元的数字数据，即由(例如)横坐标624像素×纵坐标484像素的总数302000像素组成的像素行列，并将其输出。像素数据直接存储在一个图像或图形存储器51中，或通过滤波器52和查找表(LUT)53存储在图像存储器51中。

查找表53是一个用于选择在电视(TV)监控器18之类上显示的颜色的转换表，并且是一个已经将对应于输人数据的输出数据预先写入其中而使输入数据的值作为其地址的存储器。查找表53的数据转换的作用是用来进行数据的二进制转换或数字化或预先处理一幅光和阴影的图像或显示图像的转换过程。

滤波器52的作用是，例如，当一个待测试的集成电路的周边被弄脏时，它用于通过与从阴影存储器58来的数据输出相配合地加重集成电路的边缘而进行预处理。窗口存储器55用于在电视监控器18的屏幕上划出一个或多个窗口。图形存储器56用于将测量结果显示为图形或者用作工作区。字符存储器57是一个用于主要显示字符的存储器并也用于编辑程序或显示汇集的结果等。

显示控制部分54是一个控制部分，它直接处理或加工从照相机单元50来的像素数据，或处理从图像存储器51来的像素数据，并在电视监控器18上显示一个图像或图形。该显示控制部分54根据指令使用窗口存储器55、图形存储器56和/或字符存储器57的数据显示图像。

在使用由此种带照相机的图像处理装置组成的器件外观自动检验装置的场合下，对从前的器件外观的检验也可以在上述仅照明亮度可自动调整的固定照明下实现。

但是，由于最近的市场需求，各种设备的小型化程度和部件或元件的高密度安装程度已经提高，而器件也已小型化，带有数目增加的表面安装封装件。具体地说，以超大规模集成电路(VLSI)中的方形扁平封装件(QFP)为例，该封装件如此小，长度和宽度范围为10mm×10mm到30mm×30mm，而且此种封装件在其四边上装有引线，每侧边上具有多达8到76根引线。此外，引线的间距极窄，范围为0.3mm到0.8mm，而其厚度小到2mm到10mm。

因为表面安装的封装件如方形扁平封装(QFP)件或小外形封装件(SOP)应该直接焊接在印刷电路板的表面上，所以引线端部的底面必须是扁平的而引线间距的宽度必须是恒定的。为了对外观进行需要这样精细微小而精确的观测的检验，上述先有技术的固定照明是不够的，要求更精密更严格可控的照明。这是因为即使发现引线之间光反射的差异，也很难通过先有技术的固定照明确定引线的端部底面是不是扁平的，或确定引线间距的宽度是不是恒定的。

本发明的一个目的是提供一种器件外观检验中使用的紧凑的照明装置，它适合于能够均匀地照射器件并易于从任何特定方向照射一个器件。

本发明的另一个目的是提供一种具有上述照明装置的紧凑的高分辨率的器件外观自动检验装置，它适合于高精度地自动检验器件外观。

根据本发明的检验器件外观用的照明装置包括一个在其大体中心部分有一个开孔用于安置照相机或操作人员眼睛的照射构架、多个排列在上述照射构架开孔周围的亮度可控的发光元件，以及一个用于选择性地控制每个上述发光元件的亮度的照度控制机构。在照射一个待测试器件(亦称在测器件，通常称为DUT)的场合下，如果对待测试器件的整个照射有一些不均匀，那么可以调节每个发光元件的亮度以消除此种照射的不均匀。同时，有时从待测试器件稍许下方的方向来的照射可以使从待检验(待观测)的待测试器件的一些部分来的反射好于从其它方向来的照射产生的效果，于是在这些场合下控制每个发光元件的亮度，例如熄灭安置在照射构架上部的发光元件而仅仅点亮安置在照射构架下部的发光元件。相反的照射通常也是可行的。通过这样的照射，待检验的待测试器件的一些部分可以受到比其它部分更强的照射。或者反过来，从而提供一种明暗的显著对比。此处，“亮度调节”或“亮度控制”指增大或减小每个照明元件的亮度，也指点亮或熄灭每个发光元件。亮度控制可以通过手动或自动方式进行。

照射构架的形状最好为与待测试器件相似的四边形，例如，如果待测试器件的垂直方向长或水平方向长，那么照射构架也是垂直方向长或水平方向长。这是因为整个待测试器件的表面可以充分暴露于照射区。中心部分处的开孔可以有这样的尺寸，就是可以插入一个照相机或可以使视线或眼睛向着待测试器件转动。构架的尺寸取决于待测试器件的尺寸。

发光元件可以是一个小型的发光体，如发光二极管(LED)、荧光管、白炽灯之类。发光元件排列在照明构架的给定区域内。最好发光元件规则地排列成行和列，因为可以获得照射的均匀性，并易于通过发光元件的此种规则排列控制其亮度。在待测试器件在光的反射中具有特定性质或特点时，希望改变上下部分或左右部分中发光元件的数目。最好可以通过电压或电流的控制来控制每个发光元件的亮度。

控制每个发光元件的亮度用的照度控制机构对每个发光元件的亮度进行控制，包括每个发光元件的点亮或熄灭。首先，使所有发光元件以同一亮度点亮，而如果待测试器件的待观测表面上的照度不均匀，那么对行单元、列单元和/或方块单元进行发光元件亮度的控制，以消除照明的不均匀性。此外，一个方块由多个发光元件组成。每个发光元件的亮度控制可以在其端部进行。这种亮度控制可以用手动或自动方式实现，而在亮度自动控制的情况下，最好亮度可以由给定的控制程序控制，而控制程序可以在获得的最佳值处停止。该照度控制机构可以安装在一个邻接照射构架的位置上或另一个分离的位置处。

这样构造的发光装置可以均匀地照射一个待测试器件，也可以强烈地照射待测试器件的特定位置或部分，使得(例如)即使一个集成电路具有许多个引线和非常窄的引线间距宽度，它也可以照射集成电路而使得能够精确地测量引线端部的平整度和/或引线间距的宽度。

另一方面，根据本发明的器件外观自动检验装置包括构造如上的亮度可控的紧凑的照明装置、一个用于对待测试器件进行拍摄或成像并将拍摄的图像转换成许多个像素数据并将其输出的照相机、一个用于处理从该照相机输入的像素数据并将其转换成图像数据的图像处理机构、一个用于根据预先设定的检验项目测量待测试器件的外观的操作处理机构，以及用于根据从该图像处理机构输入的图像数据显示一个图像的显示机构。

该照相机最好是一个CCD(电荷耦合器件)照相机。原因是在此种照相机中很容易完成模拟/数字(A/D)的转换，但也可以使用常规的照相机。A/D转换最好在照相机中进行。最好照相机的灵敏度很高，因为希望在光的反射中明显地拍摄亮光和阴影。照相机的透镜安装在上述照明装置的照射构架中心部分处形成的开孔中并与待测试器件相对。

由照相机获得的像素数据被送入图像处理机构并在该机构中转换成图像数据。该图像处理机构可以具有与先有技术中图像处理装置相同的构造，而最好将上述照度控制机构设置在该图像处理机构中。原因是照度的控制是利用由图像处理机构处理的图像数据和操作处理机构中的操作数据来实现的。

操作处理机构在图像数据的基础上进行各种操作处理并输出结果。图像数据和(如果需要)从操作处理的结果得到的数据被供应到显示机构(电视监控器)中，而显示机构显示与图像数据对应的待测试器件的图像。

操作处理机构根据预先设定的检验(测量)项目进行各种测量，并通过测量结果的输出终端输出测量结果，而且同时显示和/或打印出来。检验项目包括：例如，上述方形扁平封装件的大规模集成电路的引线数目、引线间距宽度、引线的不平度或类似项目，虽然检验项目可以随待测试器件而不同。

图1是表示根据本发明的一种检验器件外观用的照明装置的实施例的透视图；

图2是表示安装了根据本发明的图1中照明装置的一种器件外观自动检验装置的实施例连同待测试的集成电路的示意图；

图3例示利用图1的照明装置拍摄的集成电路引线的照明状态，其中图3(A)是表示一个优质集成电路引线的侧视图，图3(B)是从左侧观看图3(A)的透视图，图3(C)是表示一个劣质集成电路引线的侧视图，图3(D)是从左侧观看图3(C)的透视图；

图4是说明利用根据本发明的器件外观自动检验装置的一个检验过程例子的流程图；

图5是说明先有技术图像处理装置的一个例子的图像数据流程的示意图。

现在参照附图详细说明本发明的优选实施例。

根据本发明的一种照明装置和器件外观自动检验装置可以用于照明所有器件，不仅包括半导体器件，而且包括滤波器、振荡器之类器件，并用于检验器件的外观。但是，下面将说明一个例子，其中利用该照明装置照明典型的半导体器件-集成电路并利用器件外观自动检验装置检验它们的外观，特别是引线的外观。

图1是表示根据本发明的一种检验器件外观用的照明装置的实施例的透视图。根据本发明的该照明装置包括一个照射构架10、许多个亮度可控的发光元件19和一个照度控制部分11，该照射构架10在其大体中心部分有一个开孔，用于在其上面安置照相机或操作人员的眼睛，该许多个亮度可控的发光元件19排列在照射构架10的开孔的周围，该照度控制部分11用于选择性地控制每个发光元件19的亮度。

因为本实施例的照明装置的结构用于照射集成电路如方形扁平封装的超大规模集成电路，所以照射构架10做成水平方向长的矩形形状，类似于图2中所示的水平方向长的集成电路。同时，在本实施例中，在矩形构架10的中心部分处的开孔中安置照相机9的透镜，而以开孔为中心在其周围排列许多个发光元件19。

发光元件19采用发光二极管(LED)，它们规则地排列成行和列。但是，开孔上方的构架上部中安置的发光元件排列较稀，大约是构架下部和两侧部分的密度的一半(上部中的发光元件基本上是交错排列的)。发光元件的此种规则排列可以容易地控制其亮度，而构架上部中排列的发光元件排列较稀的原因是本发明的目的主要在于测量引线的外观，而从集成电路稍许下方方向来的强烈照射可以容易地检验其外观。最好发光元件19以此种方式这样排列，使得在考虑外观检验项目时可以得到最佳的照明状态。当然，也可以使发光元件排列得并不稀而可以控制其亮度。

其次，一个发光二极管的亮度大约为2000mcd(毫坎德拉)，因此发光二极管的数目最好考虑到待测试器件的尺寸、离待测试器件的距离、检验项目、测试精度等而后确定。通常，使用40至60个发光二极管就足够了。同时，最好采用提高照相机灵敏度的发光二极管发光颜色。

照度控制部分11设置在邻接照射构架10的位置上，并进行照射起动和根据测量结果校正照度。也就是，在照射起动时将一个校准靶安置在照明装置前面固定距离的测量位置上并进行照射，如果照相的图像良好，那么将此时得到的值设定为最佳值。如果照相的图像不好，那么根据预定的固定程序进行包括每个发光元件的点亮和熄灭在内的亮度控制，当达到最佳值时就停止进行控制。同时，照明装置是这样制造的，使得如果在每个待测试器件的测量中产生失效或缺陷，那么可以重新调整，从而能够每次在最佳状态下进行测量。

图2是表示安装了根据本发明的图1中照明装置的一种器件外观自动检验装置的实施例连同待测试的集成电路的示意图。待测试的集成电路20安置并固定在转动台21上，转动台21可转动地安装在测量平台22上。在本实施例中，该集成电路20是一个方形扁平封装的超大规模集成电路，而封装件的四侧设有引线，所有四侧均须测量。因此，每次将转动台21转动90度就可以测量一侧引线的外观，从而可以测量所有四侧上每侧引线的外观。当所有四侧上的引线外观均受到测量时，外观的检验就完成了。

照相机9和照明装置与待测试的集成电路20相对，并安置在两者间的一个固定距离处。照明装置以上述方式适当地照射集成电路20，而照相机9将拍摄的图像转化为许多个像素并将其输出到图像处理部分12中。照相机9是一个CCD(电荷耦合器件)照相机，在CCD照相机中拍摄到的图像立即通过A/D(模拟/数字)转换过程转换成484×624点的像素数据。通过合适地选择照相机9和集成电路20之间的距离和/或透镜的放大倍数可以提高对集成电路的距离分辨率。例如，图像采用集成电路20每10mm的距离为100个像素，则可以获得0.1mm/像素的高分辨率。实际上，本实施例中使用8位的图像数据，可以获得0.1mm的1/5(经验值)即约0.02mm的高分辨率。

图像处理部分12通过图像数据输入终端13a接受从照相机9来的像素数据，并对它们进行处理以加重图像的明暗。这种加重图像明暗的处理可以容易地确定测量位置。它的一个例子可以参照图3予以说明。其次，在图3中为说明方便起见仅例示待测试的集成电路20的一个引线。图3(A)是表示集成电路20的优质引线25的侧视图，可以看到引线25的端部底面是平的。图3(B)是图3(A)的前视图，它表示一种从集成电路稍许下方对集成电路20进行强烈照射的情况。由于这种照射，从图3(B)中用黑色表示的引线25的端面向照相机9射入强烈的反射光，它在电视监控器18上明显地显示成白色(明亮)。可以从这种白色或明亮部分中像素的数目测定或测量引线25的宽度，同时可以确定其中心位置。此外，虽然在图3中没有示出，也可以测定相邻两引线之间的间隔或距离即引线间距。

图3(C)是表示集成电路20的劣质引线26的一个例子的侧视图，可以看到引线26的端部稍许向上弯曲而引线26的端部底面不是平的。图3(D)是图3(C)的前视图，它也表示一种从集成电路稍许下方对集成电路20进行强列照射的情况。在劣质引线的情况下，从该劣质引线26的端面反射的光没有进入照相机9，这在电视监控器18上显示为黑色(黑暗)。因此，不能测定引线26的宽度及其中心位置。结果，可以确定是一个劣质物品，但是，操作人员也许想要确定劣质引线26的位置。此时通过驱动照度控制部分可以加重从集成电路稍许上方来的照射，由此从劣质引线26端部反射的强光射入照相机9而在图像处理部分12中可以确定劣质引线26端部的位置。此外，可以确定相对于优质引线25的位置的不平度(偏移程度)。

如上所述，图像处理部分12对从照相机9来的像素数据输入进行处理并将其转换为图像数据，并通过加重图像的明暗而在电视监控器上显示对应于图像数据的图像。如果需要的话，或者通过查找表53将集成电路的任何待测量部分变化为任何颜色的显示，或显示一个或多个窗口，或显示字符。从图像处理部分12来的输出信号通过一个电视图像输出终端17供给到电视监控器18上。

操作处理部分14在图像数据的基础上进行各种操作处理，如测定优质或劣质引线，测量引线宽度、引线间距的宽度或不平度等等。操作结果可以显示在电视监控器18上，也可以通过输出测量结果的输出终端16输出到外边。同时，从输入终端15输入测量项目和处理方法程序，用作对操作处理部分14设定选值。操作处理部分14也进行整个系统的控制。从操作处理部分14来的控制数据从照明装置控制数据输出终端13b输出到照明装置上。其次，可以在操作处理部分14本身上设置设定按钮和/或10个键，以便能够通过按钮和/或10个键输入测量项目和处理方法程序。将照度控制部分11也设置在操作处理部分14内是方便的。

图4是用于说明当一个劣质集成电路特别是其外观在测定程序中受到检测时操作的例子的流程图。一个待测试的集成电路20固定在转动台21上，而后通过测量开始信号开始反射光的测量(步骤30)。下一步31确定是否可以测量预先设定的测量点，即是否可以测量所有引线。当步骤31中的测定结果为“是”时，该集成电路的测量结果被输出到步骤32中而外观检验就结束(步骤33)。当步骤31中的测定结果为“否”时，照射控制部分11开始操作而实现步骤34中的发光元件19的亮度控制。例如，可以改变点亮的发光二极管的位置。随后，在步骤35中对上一步骤中不能测量的一个或多个引线进行重新测量，而在步骤36中确定引线的测量是否能够完成。当步骤36中的测定结果为“是”时，那么该集成电路的测量结果被输出到步骤32中而外观检验就结束(步骤33)。当步骤36中的测定结果为“否”时，过程又返回到步骤34，其中可以再次改变点亮的发光二极管的位置，而在步骤35中再次对上面第二次测量中不能测量的一个或多个引线进行重新测量。在这个例子中步骤35中的重新检验进行三次，而重新检验(重新试验)的次数i通过步骤37和38计数。当重新检验的次数超过三次，即步骤38中的测定结果为“是”时，过程进行到步骤39，该步骤中作出测量不可能进行的决定，于是外观检验结束(步骤40)。

从上述说明可以清楚看出，根据本发明，可以容易地以高精度进行对最新的非常归凑微小的器件的外观检验。因为根据本发明的照明装置有许多个发光元件，其每一个的亮度可以控制而且它们排列在照相机的周围以观测一个待测试器件，并且每个发光元件的亮度可以根据观测结果进行控制，所以它可以均匀地照射待测试器件，也可以从一个特定方向对待测试器件进行照射，因此可以正确而精密地对待测试器件的特定部分进行照射并对其进行观测。因此，本发明提供了一种对待测试器件的微小而非常精细的部分进行观测的费用不贵的照明装置。

根据本发明的外观自动检验装置装有可以从任何方向照射待测试器件的待测量的一部分或几部分的照明装置。因此，该外观自动检验装置可以使得用照相机拍摄的待测试器件的一部分的明暗很明显，而自动测量很容易完成。同时，通过增加图像数据中的像素数目可以将待测试器件的距离分辨率提高到小于0.1mm/像素，因而可以进行极高精度的测量。

以这种方式本发明对于检验或观测半导体器件、滤波器、振荡器之类器件的精细而微小的外观是最佳的，而其技术效果是显著的。

Claims (3)

1、一种检验器件外观用的照明装置，包括：

一个照射构架，在该构架的大体中心部分有一个开孔，用于在其上面安置照相机或操作人员的眼睛；

多个亮度可控的发光元件，排列在上述照射构架的开孔的周围；以及

一个照度控制机构，用于选择性地控制每个上述发光元件的亮度。

2、如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，上述发光元件为发光二极管。

3、一种器件外观自动检验装置，包括：

一种检验器件外观用的照明装置，包括一个照射构架、多个亮度可控的发光元件和一个照度控制机构，该照射构架在其大体中心部分有一个开孔，用于在其上面安置照相机或操作人员的眼睛，该多个亮度可控的发光元件排列在上述照射构架的开孔的周围，该照度控制机构用于选择性地控制每个上述发光元件的亮度；

一个照相机，用于对待测试器件进行拍摄或成像并将拍摄的图像转换成许多个像素数据而后将其输出；

一个图像处理机构，用于处理从上述照相机输入的像素数据并将其转换成图像数据；

一个操作处理机构，用于根据预先设定的检验项目测量待测试器件的外观；以及

显示机构，用于根据从上述图像处理机构输入的图像数据显示一个图像。

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