CN114445486A - 一种芯片翘曲变形测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种芯片翘曲变形测量方法及装置，方法包括：采用光束平差法标定双目相机的内外参数同时对所述双目相机二次校正得到相机标定结果；采用标定好的所述双目相机在第一温度下采集待测样本的散斑图案的第一图像，所述待测样品预先制备所述散斑图案；所述第一图像包括第一左图像和第一右图像；将所述待测样本的温度加热或冷却至第二温度并采用标定好的所述双目相机在所述第二温度下采集所述待测样本的散斑图案的第二图像；所述第二图像包括第二左图像和第二右图像；获取所述第一图像和所述第二图像的像素点的三维坐标；依据所述三维坐标计算所述待测样本的翘曲、应变和热膨胀系数；提升测量效率与精度。

Description

一种芯片翘曲变形测量方法及装置

技术领域

本发明涉及芯片翘曲变形测量技术领域，尤其涉及一种芯片翘曲变形测量方法及装置。

背景技术

所有芯片都需要承受使用时的高温负荷和关机时的低温负荷。当温度发生变化时，由于不同材料的热膨胀系数不同，芯片的多种材质的不同变形量会造成应力集中，导致封装体产生翘曲，甚至破裂。因此，翘曲是电子封装中评估器件可靠性最为重要指标之一。

当前集成电路封装日益趋向薄型化、小型化和结构复杂的方向发展。有着更薄层厚的BGA等封装形式的芯片存在着温度载荷下较以往封装形式产生更大翘曲的问题。而且随着POP(package-on-package)即芯片的3D封装体叠层技术的发展变得更为严峻。亟待一套有效的方法和装置能够准确评价整个温度载荷过程的翘曲变形分析。

目前，国内外应用于翘曲变形测量的方法和技术主要有以下几种：激光光切法、莫尔条纹阴影法、DIC数字图像相关法等。

日本CORES公司的core9038a是激光光切法技术的典型代表。该系统测量效率低，需要逐行扫描被测件才能完成一次全场位移测量。只能测量相对于玻璃表面为基准点的表面平坦度。且玻璃下部加热不便，不利于整个被测件的均匀恒定加热。

美国Akrometrix公司的AXP2.0系统是阴影莫尔条纹法(ShadowMoire)技术的典型代表。该系统相机分辨率有限，必须是Gratingpitch的1.5倍甚至更高。另外因样品上部光栅的存在，温控主要由底部控制，无法达到上下同时均匀的温度控制，导致器件正反面热膨胀存在一定因加热引入的差异。还有整测量过程需要移动样品，对于于高精度场景其噪声不可忽略。最后对样品有一定要求，样品表面需要连续。为消除组件测量位置造成的水平偏移角，应用最小二乘法拟合旋转，统一至一个坐标系。

丹麦Dantec公司的显微系统Q-400μDIC是DIC技术的典型代表。该系统手动标定对重复性有一定操作要求。恒温控制系统通过底部单面传导方式，均匀性有限。另外最高130摄氏度。未采取隔振措施且光源采用常亮灯，势必需要较长的曝光时间，其成像影响不可忽略。

另外，各系统配套的温度控制单元本身在高温时所产生的对热浪、升降温时可能的凝露甚至结霜等现象的影响未见有明确方案。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明为了解决现有的问题，提供一种芯片翘曲变形测量方法及装置。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：

一种芯片翘曲变形测量方法，包括如下步骤：S1：采用光束平差法标定双目相机的内外参数同时对所述双目相机二次校正得到相机标定结果；S2：采用标定好的所述双目相机在第一温度下采集待测样本的散斑图案的第一图像，所述待测样品预先制备所述散斑图案；所述第一图像包括第一左图像和第一右图像；S3：将所述待测样本的温度加热或冷却至第二温度并采用标定好的所述双目相机在所述第二温度下采集所述待测样本的散斑图案的第二图像；所述第二图像包括第二左图像和第二右图像；S4：获取所述第一图像和所述第二图像的像素点的三维坐标；S5：依据所述三维坐标计算所述待测样本的翘曲、应变和热膨胀系数。

优选的，采用光束平差法标定所述双目相机的内外参数同时对所述双目相机二次校正得到相机标定结果包括如下步骤：S11：自动标定装置做两个自由度的旋转运动得到标定板多个不同的姿态；S12：采用所述双目相机获取不同姿态下所述标定板上物体点的图像点；S13：通过所述图像点对所述双目相机进行标定并二次校正得到所述相机标定结果。

优选的，所述标定板一物体点P经过相机光心S投影到图像点p的过程包括如下：世界坐标系下的物体点P到相机坐标系的旋转矩阵为R，平移矩阵为T，在考虑实际相机主点偏差与镜头畸变后，得到相机实际成像的共线方程为：

其中，

a₂＝cosωsinκ

b₂＝cosωcosκ

c₂＝-sinω

ω为绕坐标系x轴的旋转角度，

为绕坐标系y轴的旋转角度，κ为绕坐标系z轴的旋转角度，(x,y)为图像点p的像素坐标，(c_x,c_y)为主点偏差，f为焦距，(Δx,Δy)为畸变偏差，(X_C,Y_C,Z_C)为P点在相机坐标系下的坐标，(X_W,Y_W,Z_W)为P点在世界坐标系下的坐标，(X_S,Y_S,Z_S)为相机光心S点在世界坐标系下的坐标；采用光束平差算法求解所述共线方程得到所述双目相机的内外参数。

优选的，在镜头光心方向考虑带有二次平面校正的主点偏差，在所述相机像平面内计算主点偏差，同时计算带有二次平面校正的镜头畸变对所述双目相机进行二次校正，得到新的共线方程：

其中，σ_x为x向偏差，σ_y为y向偏差，σ_x包含像平面内x向的主点偏差、镜头在光心方向下的x向主点偏移、镜头畸变；σ_y包含像平面内y向的主点偏差、镜头在光心方向下的y向主点偏移、镜头畸变。

优选的，获取所述第一图像和/或所述第二图像的像素点的三维坐标包括如下步骤：S41：从所述第一左图像和/或所述第二左图像中选取所述待测样本的感兴趣区域作为图像子区；S42：根据所述图像子区采用数字图像相关法对同一温度下的左右图像进行匹配确定所述第一右图像和/或所述第二右图像对应的图像子区；S43：获取所述第一图像和/或所述第二图像的所述图像子区的像素点的三维坐标。

优选的，采用数字图像相关法计算所述左、右图像的相似程度进行匹配得到所述第一右图像或所述第二右图像对应的所述图像子区，所述相似程度通过下式进行计算：

其中，f(x,y)为左图像子区点(x,y)的灰度值；g(x′,y′)为右图像子区点(x′,y′)的灰度值，r₀,r₁为左右图像之间由于亮度不同而导致的灰度差。

优选的，利用所述相机内外参数和图像相关匹配结果对所述第一图像和所述第二图像的所述图像子区的像素点进行校正；

采用最小二乘法求解式计算所述图像子区的像素点的三维坐标：

其中，(u₁,v₁)和(u₂,v₂)分别为校正后的左图像点的像素坐标和右图像点的像素坐标，m为相机参数矩阵，m的上标l表示左相机，m的上标r表示右相机。

优选的，依据所述三维坐标计算所述待测样本的翘曲时采用刚体位移的坐标系转换方法将所述第二温度下的三维坐标对齐到所述第一温度下，所述刚体位移的坐标系转换方法包括：选择所述图像子区的所有面片节点，采用最小二乘法拟合一个平面作为第一基准平面；采用6点法则建立世界坐标系，使得最小二乘法拟合的所述第一基准平面水平并且移动平面至最低点得到第二基准平面，使所述第二基准平面成为位移计算的参考平面；此时翘曲的表达转变为点到所述参考平面的距离。

优选的，刚体位移的坐标转换采用以下三种方法：平均法：使用时序相邻的两个图像全场所有点的平均RT矩阵做配准；单点法：基准图像上固定1个单点作为基准点，之后所有图像的同一个点向所述基准点平移对齐；3点法：基准图像上固定3个点作为基准点，之后所有图像对应的3个点向所述基准点平移旋转对齐。

本发明还提高一种芯片翘曲变形测量的装置，包括：第一单元：采用光束平差法标定双目相机的内外参数，同时对所述双目相机二次校正得到相机标定结果；第二单元：采用标定好的所述双目相机在第一温度下采集待测样本的散斑图案的第一图像，所述待测样品预先制备所述散斑图案；所述第一图像包括第一左图像和第一右图像；第三单元：将所述待测样本的温度加热或冷却至第二温度并采用标定好的所述双目相机在所述第二温度下采集所述待测样本的散斑图案的第二图像；所述第二图像包括第二左图像和第二右图像；第四单元：获取所述第一图像和所述第二图像的像素点的三维坐标；第五单元：依据所述三维坐标计算所述待测样本的翘曲、应变和热膨胀系数。

本发明的有益效果为：提供一种芯片翘曲变形测量方法及装置，通过采用自动标定提升标定效率与稳定性；并采用光束平差法标定双目相机同时二次校正提升相机标定精度。

附图说明

图1是本发明实施例中一种芯片翘曲变形测量方法的示意图。

图2是本发明实施例中得到相机标定结果的方法示意图。

图3是本发明实施例中相机中心投影示意图。

图4是本发明实施例中获取第一图像和/或第二图像的像素点的三维坐标的方法示意图。

图5是本发明实施例中一种待测样本翘曲的示意图。

图6(a)-图6(c)是本发明实施例中待测样本在翘曲变形中产生刚性位移的示意图.

图7是本发明实施例中3点法刚体位移的坐标转换的示意图。

图8是本发明实施例中一种芯片翘曲变形测量系统的示意图。

图9是本发明实施例中自动标定单元的结构示意图。

图10是本发明实施例中自动标定单元的结构示意图。

图11是本发明实施例中一种制斑效果的示意图。

图12是本发明实施例中循环风加热制冷单元的示意图。

图13是本发明实施例中除湿单元的示意图。

图14是本发明实施例中热浪消除单元的示意图。

图15是本发明实施例中自动化采集数据的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

激光光切法采用高精度激光位移传感器测量Z向距离，配合XY向运动机构，实现全场多点3D位移测量。

阴影莫尔条纹法使用参考光栅与其样品上的阴影之间的几何干涉来测量图像中每个像素位置的相对垂直位移。它需要一个规则的光栅，一个与光栅大约呈45°的白光源以及一个垂直于光栅的相机。通过垂直平移样品提高测量分辨率并提供干涉条纹的自动排序。

数字图像相关法是将高对比度的随机斑点图案应用于感兴趣的表面，利用两个相机组成一套双目系统，针对被测量物体的同一点，使用小像素面片内斑点特征识别。应用立体三角测量原理，在3D空间中确定像素面片相对于相机的空间位置。在样品上步进像素面片计算，即可得到三维全场位移进而计算其他量值。

如图1所示，本发明提供一种芯片翘曲变形测量方法，包括如下步骤：

S1：采用光束平差法标定双目相机的内外参数同时对所述双目相机二次校正得到相机标定结果；

S2：采用标定好的所述双目相机在第一温度下采集待测样本的散斑图案的第一图像，所述待测样品预先制备所述散斑图案；所述第一图像包括第一左图像和第一右图像；

S3：将所述待测样本的温度加热或冷却至第二温度并采用标定好的所述双目相机在所述第二温度下采集所述待测样本的散斑图案的第二图像；所述第二图像包括第二左图像和第二右图像；

S4：获取所述第一图像和所述第二图像的像素点的三维坐标；

S5：依据所述三维坐标计算所述待测样本的翘曲、应变和热膨胀系数。

本发明通过采用自动标定提升标定效率与稳定性；并采用光束平差法标定双目相机同时二次校正提升相机标定精度。

在本发明的一种实施例中，还可以设置其他温度点，继续如上所述在设置的温度点下采集图像。

如图2所示，在本发明的又一种实施例中，采用光束平差法标定所述双目相机的内外参数同时对所述双目相机二次校正得到相机标定结果包括如下步骤：

S11：自动标定装置做两个自由度的旋转运动得到标定板多个不同的姿态；

S12：采用所述双目相机获取不同姿态下所述标定板上物体点的图像点；

S13：通过所述图像点对所述双目相机进行标定并二次校正得到所述相机标定结果。

在本发明的一种实施例中，可以得到18-24个不同的姿态。

本发明采用自动化标定装置便捷可靠，避免人为多次操作的不一致性。

假设标定板一物体点P经过相机光心S投影到图像点p的过程包括如下：

世界坐标系下的物体点P到相机坐标系的旋转矩阵为R，平移矩阵为T，

如图3所示，是本发明实施例中相机中心投影示意图。

在考虑实际相机主点偏差与镜头畸变后，得到相机实际成像的共线方程为：

a₁＝cosφcosκ+sinφsinωsinκ，

其中，a₁＝cosφcosκ+sinφsinωsinκ

a₂＝cosωsinκ

a₃＝-sinφcosκ+cosφsinωsinκ

b₁＝-cosφsinκ+sinφsinωcosκ

b₂＝cosωcosκ

c₂＝-sinω

ω为绕坐标系x轴的旋转角度，

为绕坐标系y轴的旋转角度，κ为绕坐标系z轴的旋转角度，(x,y)为图像点p的像素坐标，(c_x,c_y)为主点偏差，f为焦距，(Δx,Δy)为畸变偏差，(X_C,Y_C,Z_C)为P点在相机坐标系下的坐标，(X_W,Y_W,Z_W)为P点在世界坐标系下的坐标，(X_S,Y_S,Z_S)为相机光心S点在世界坐标系下的坐标；

采用光束平差算法求解所述共线方程得到双目相机的内外参数。

在镜头光心方向考虑带有二次平面校正的主点偏差，在所述相机像平面内计算主点偏差，同时计算带有二次平面校正的镜头畸变对所述双目相机进行二次校正，得到新的共线方程：

其中，σ_x为x向偏差，σ_y为y向偏差，σ_x包含像平面内x向的主点偏差、镜头在光心方向下的x向主点偏移、镜头畸变；σ_y包含像平面内y向的主点偏差、镜头在光心方向下的y向主点偏移、镜头畸变。

可以理解的是，本发明中待测样品预先制备所述散斑图案，具体制备方法后面详细论述。

采用标定好的双目相机采集待测样品的散斑图按，然后根据散斑评估算法，可从对比度，灰度梯度和平均像素占用数三个维度进行可测性评估。提高一次测量的成功率。

双目相机一次采集可以得到左右两幅图像。

如图4所示，获取所述第一图像和/或所述第二图像的像素点的三维坐标包括如下步骤：

S41：从所述第一左图像和/或所述第二左图像中选取所述待测样本的感兴趣区域作为图像子区；

S42：根据所述图像子区采用数字图像相关法对同一温度下的左右图像进行匹配确定所述第一右图像和/或所述第二右图像对应的图像子区；

S43：获取所述第一图像和/或所述第二图像的所述图像子区的像素点的三维坐标。

具体地，采用数字图像相关法计算所述左、右图像的相似程度进行匹配得到所述第一右图像或所述第二右图像对应的所述图像子区，所述相似程度通过下式进行计算：

其中，f(x,y)为左图像子区点(x,y)的灰度值；g(x′,y′)为右图像子区点(x′,y′)的灰度值，r₀,r₁为左右图像之间由于亮度不同而导致的灰度差。

然后，根据时序匹配计算跟踪点的左像素坐标(u_c1,v_c1)，右像素坐标(u_c2,v_c2)，再利用立体视觉技术进行三维重建，最后利用三维重建的结果计算翘曲，应变和热膨胀系数CTE。

具体地，利用所述相机内外参数和图像相关匹配结果对所述第一图像和所述第二图像的所述图像子区的像素点进行校正；以对所述第一图像的左图像点(u_c1,v_c1)进行校正为例：

采用最小二乘法求解式计算所述图像子区的像素点的三维坐标：

其中，(u₁,v₁)和(u₂,v₂)分别为校正后的左图像点的像素坐标和右图像点的像素坐标，m为相机参数矩阵，m的上标l表示左相机，m的上标r表示右相机。

计算翘曲：

使用被测样本初始温度即第一温度T1下两个对角线上多个点拟合参考面，利用坐标转换算法以参考面为水平面建立世界坐标系；然后计算第二温度T2下两个对角线上多个点的三维坐标，采用刚体位移的方法将第二温度T2下的三维点对齐到第一温度T1下；最后计算这些点到参考平面的距离，绘制每个温度带点的位置曲线以及3D位移云图来描述样本翘曲。

如图5所示，是本发明实施例中一种待测样本翘曲的示意图。

应变通过如下公式计算：

其中，L为变形前的长度，ΔL为变形后的伸长量。

热膨胀系数通过下式计算：

其中，ΔT为测量样本两个温度点T，T′状态下的变化量，ε为ΔT引起测量样本的应变。

如图6(a)-图6(c)所示，待测样本在翘曲变形中产生刚性位移的示意图。

在一种具体的实施例中，依据所述三维坐标计算所述待测样本的翘曲时采用刚体位移的坐标系转换方法将所述第二温度下的三维坐标对齐到所述第一温度下，所述刚体位移的坐标系转换方法包括：

选择所述图像子区的所有面片节点，采用最小二乘法拟合一个平面作为第一基准平面；

采用6点法则建立世界坐标系，使得最小二乘法拟合的所述第一基准平面水平并且移动平面至最低点得到第二基准平面，使所述第二基准平面成为位移计算的参考平面；

此时翘曲的表达转变为点到参考平面的距离。

刚体位移的坐标转换采用以下三种方法：

平均法：使用时序相邻的两个图像全场所有点的平均RT矩阵做配准；

单点法：基准图像上固定1个单点作为基准点，之后所有图像的同一个点向所述基准点平移对齐；

3点法：基准图像上固定3个点作为基准点，之后所有图像对应的3个点向所述基准点平移旋转对齐。

如图7所示，是3点法刚体位移的坐标转换的示意图。

本发明采用刚体位移和坐标系转换算法，使得样本在不可避免的热胀或刚体位移后可准确、灵活的统一基准；

本发明还提供一种芯片翘曲变形测量的装置，包括：

第一单元：采用光束平差法标定双目相机的内外参数，同时对所述双目相机二次校正得到相机标定结果；

第二单元：采用标定好的所述双目相机在第一温度下采集待测样本的散斑图案的第一图像，所述待测样品预先制备所述散斑图案；所述第一图像包括第一左图像和第一右图像；

第三单元：将所述待测样本的温度加热或冷却至第二温度并采用标定好的所述双目相机在所述第二温度下采集所述待测样本的散斑图案的第二图像；所述第二图像包括第二左图像和第二右图像；

第四单元：获取所述第一图像和所述第二图像的像素点的三维坐标；

第五单元：依据所述三维坐标计算所述待测样本的翘曲、应变和热膨胀系数。

如图8所示，本发明硬件系统主要包括双目相机1、光源2、温度控制单元8，自动标定单元5、除湿单元7、热浪消除单元3、控制单元9依序连接。

自动标定单元5设置在温度仓4内，整个温度仓4设置在隔振台6上。引入隔振平台，可以减小各种振动造成的成像拖影

如图9所示，是本发明自动标定单元的示意图。

在一种实施例中，自动标定单元由双轴旋转机构、背光源组成。双轴旋转机构可以实现标定板不同姿态的摆放，背光源减小背景对标定板图像的干扰，增加标定板图像对比度，提高图像检测质量。首先，自动标定单元供电，打开背光源；然后，利用控制单元9控制自动标定单元运动多个不同姿态，同时控制双目相机1触发同步采集图像；最后，采用二次校正模型的光束平差法标定双目相机内外参数，实现自动化相机标定过程。自动化标定装置便捷可靠，避免人为多次操作的不一致性。

标定板采用光刻技术，使用热膨胀系数低的纳钙玻璃或石英玻璃材质。

本发明采用大功率同步光源，成倍降低系统曝光时间，减小拖影且引入隔振平台减小振动影响。

通过本发明的设备采用如下两种方法进行制备散斑图案：

(1)在微小视野应用中设计颗粒度0.5um-10um不同程度的石墨粉,或者碳粉，配合耐高温底漆。通过向碳粉室吹入气体形成粉尘，再经过出口喷出。

如图10所示，是本发明的一种制斑效果。在合适的距离上可形成良好的随机性。

(2)在其他场景应用中，使用散斑投射装置制备。

如图11所示，散斑投影装置由光源10，mask片11和透镜12顺序连接组成。进行样本表面特征的生成。首先使用随机矢量化模板生成工具生产散斑。之后将设计好的随机散斑图案制作在纳钙玻璃或石英玻璃上作为mask片。散斑投射器受控于系统控制器。一个完成的时序是：先散斑投射，后相机采集，关闭散斑投射。

本发明采用可评估的制斑技术，提升测量样件的可测性与一次测量成功率。

如图12所示，在本发明中采用循环风加热制冷单元，在支撑单元14上的测试样本13多角度均匀受热，解决传导或单侧辐射温控均一性不足或需要长时间保温带来的效率低的问题，配合多点测温提供快速、均一的精确控温技术。

现有技术在带有温箱模块和相机镜头的视觉技术中，普遍存在高低温交替水汽凝结形成的水雾甚至结霜，观察视窗温度变形和保温性差，高温时观察视窗上表面产生的热气流扰动对图像采集的影响。

如图13所示，本发明设置除湿模块，待测样品放入温度仓4后，整体温度循环系统形成密闭空间。在温度控制单元8和温度仓4之间设置除湿单元7，然后设置S1,S2,S3三个密封阀。首先关闭S1密封阀，打开S2,S3密封阀。除湿单元7开始由S3循环出风经过管路、温度仓4、温度控制单元8，经过S2回到除湿单元7。除湿方式可以是化学除湿氧化钙、物理除湿吸附除湿周期性更换除湿剂。整个过程完毕后，关闭S2,S3密封阀，打开S1密封阀便可进入正常的工作模式。通过管路连接将温度仓4、除湿单元7和温度控制单元8联通形成密闭空间。

本发明还设置观察视窗，温度仓4的观察视窗采用双层石英光学玻璃中间层真空处理。可以采用热膨胀系数低的石英光学玻璃作为观察视窗材料，中间做真空层处理降低外层玻璃在低温时低于0℃形成凝露或结霜，影响视觉观测；也降低高温情况下温度扩散至外层玻璃到镜头之间形成热气流扰动，亦影响成像质量。

如图14所示，本发明基于热气流和环境气流扰动，设置匀速风扇和固定风口于观察视窗到镜头之间，形成匀速稳定的气流场。

本发明通过如上设置多维度共同提高数据稳定性和系统测量精度。

如图15所示，是一种具体地流程示意图。

本发明需要预先设置需要测试的多个温度点，设定起始温度；启动温度控制装置进行加温或降温处理；实时获取多个点位和样本的温度，判断升温速率和温度是否达到序列当前的设定值；如果未达继续变温处理，待达到设定值后停止温度控制装置；延时数秒等待循环气流停止；采集系统按客户设定的采集数量和采集间隔进行图像采集，并对应保存此刻的样本和5点温度数值；之后启动温度控制装置，变温到下一序列温度设置点，如此循环指导完成所有程序设定的序列温度点；自动化采集结束，之后可进入分析模式进行数据处理。

本发明采用大功率同步光源，成倍降低系统曝光时间，同时采用软管连接温度控制单元和温度仓，引入隔振平台，减小各种振动造成的成像拖影；采用大功率同步爆闪光源，瞬时可提供高达2-3倍过载的亮度。同比减小曝光时间至原来的1/2到1/3，在不同的应用场景可选择特定波长的光源以达最优效果。如可见光中450nm波长的蓝光、不可见光中的红外波段730nm、激光等。

同时采用双频阻尼光学隔振平台或更优的主动抗振，降低地面等周边设备引起的振动。有效提升因为振动造成的曝光时间的图像拖影。

本申请实施例还提供一种控制装置，包括处理器和用于存储计算机程序的存储介质；其中，处理器用于执行所述计算机程序时至少执行如上所述的方法。

本申请实施例还提供一种存储介质，用于存储计算机程序，该计算机程序被执行时至少执行如上所述的方法。

本申请实施例还提供一种处理器，所述处理器执行计算机程序，至少执行如上所述的方法。

所述存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备、或者它们的组合来实现。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，ErasableProgrammable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，FerromagneticRandom Access Memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，SynchronousStatic Random Access Memory)、动态随机存取存储器(DRAM，Dynamic Random AccessMemory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM，Synchronous Dynamic Random AccessMemory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM，Double Data RateSynchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAMEnhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM，Sync Link Dynamic Random Access Memory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM，Direct Rambus Random Access Memory)。本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。

本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种芯片翘曲变形测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：采用光束平差法标定双目相机的内外参数同时对所述双目相机二次校正得到相机标定结果；

S2：采用标定好的所述双目相机在第一温度下采集待测样本的散斑图案的第一图像，所述待测样品预先制备所述散斑图案；所述第一图像包括第一左图像和第一右图像；

S3：将所述待测样本的温度加热或冷却至第二温度并采用标定好的所述双目相机在所述第二温度下采集所述待测样本的散斑图案的第二图像；所述第二图像包括第二左图像和第二右图像；

S4：获取所述第一图像和所述第二图像的像素点的三维坐标；

S5：依据所述三维坐标计算所述待测样本的翘曲、应变和热膨胀系数。

2.如权利要求1所述的芯片翘曲变形测量方法，其特征在于，采用光束平差法标定所述双目相机的内外参数同时对所述双目相机二次校正得到相机标定结果包括如下步骤：

S11：自动标定装置做两个自由度的旋转运动得到标定板多个不同的姿态；

S12：采用所述双目相机获取不同姿态下所述标定板上物体点的图像点；

S13：通过所述图像点对所述双目相机进行标定并二次校正得到所述相机标定结果。

3.如权利要求2所述的芯片翘曲变形测量方法，其特征在于，所述标定板一物体点P经过相机光心S投影到图像点p的过程包括如下：

世界坐标系下的物体点P到相机坐标系的旋转矩阵为R，平移矩阵为T，在考虑实际相机主点偏差与镜头畸变后，得到相机实际成像的共线方程为：

其中，

a₂＝cosωsinκ

b₂＝cosωcosκ

c₂＝-sinω

ω为绕坐标系x轴的旋转角度，

为绕坐标系y轴的旋转角度，κ为绕坐标系z轴的旋转角度，(x,y)为图像点p的像素坐标，(c_x,c_y)为主点偏差，f为焦距，(Δx,Δy)为畸变偏差，(X_C,Y_C,Z_C)为P点在相机坐标系下的坐标，(X_W,Y_W,Z_W)为P点在世界坐标系下的坐标，(X_S,Y_S,Z_S)为相机光心S点在世界坐标系下的坐标；

采用光束平差算法求解所述共线方程得到所述双目相机的内外参数。

4.如权利要求3所述的芯片翘曲变形测量方法，其特征在于，在镜头光心方向考虑带有二次平面校正的主点偏差，在所述相机像平面内计算主点偏差，同时计算带有二次平面校正的镜头畸变对所述双目相机进行二次校正，得到新的共线方程：

其中，σ_x为x向偏差，σ_y为y向偏差，σ_x包含像平面内x向的主点偏差、镜头在光心方向下的x向主点偏移、镜头畸变；σ_y包含像平面内y向的主点偏差、镜头在光心方向下的y向主点偏移、镜头畸变。

5.如权利要求4所述的芯片翘曲变形测量方法，其特征在于，获取所述第一图像和/或所述第二图像的像素点的三维坐标包括如下步骤：

S41：从所述第一左图像和/或所述第二左图像中选取所述待测样本的感兴趣区域作为图像子区；

S42：根据所述图像子区采用数字图像相关法对同一温度下的左右图像进行匹配确定所述第一右图像和/或所述第二右图像对应的图像子区；

S43：获取所述第一图像和/或所述第二图像的所述图像子区的像素点的三维坐标。

6.如权利要求5所述的芯片翘曲变形测量方法，其特征在于，采用数字图像相关法计算所述左、右图像的相似程度进行匹配得到所述第一右图像或所述第二右图像对应的所述图像子区，所述相似程度通过下式进行计算：

其中，f(x,y)为左图像子区点(x,y)的灰度值；g(x′,y′)为右图像子区点(x′,y′)的灰度值，r₀,r₁为左右图像之间由于亮度不同而导致的灰度差。

7.如权利要求6所述的芯片翘曲变形测量方法，其特征在于，利用所述相机内外参数和图像相关匹配结果对所述第一图像和所述第二图像的所述图像子区的像素点进行校正；

采用最小二乘法求解式计算所述图像子区的像素点的三维坐标：

其中，(u₁,v₁)和(u₂,v₂)分别为校正后的左图像点的像素坐标和右图像点的像素坐标，m为相机参数矩阵，m的上标l表示左相机，m的上标r表示右相机。

8.如权利要求7所述的芯片翘曲变形测量方法，其特征在于，依据所述三维坐标计算所述待测样本的翘曲时采用刚体位移的坐标系转换将所述第二温度下的三维坐标对齐到所述第一温度下，所述刚体位移的坐标系转换包括：

选择所述图像子区的所有面片节点，采用最小二乘法拟合一个平面作为第一基准平面；

采用6点法则建立世界坐标系，使得最小二乘法拟合的所述第一基准平面水平并且移动平面至最低点得到第二基准平面，使所述第二基准平面成为位移计算的参考平面；

此时翘曲的表达转变为点到所述参考平面的距离。

9.如权利要求8所述的芯片翘曲变形测量方法，其特征在于，刚体位移的坐标转换采用以下三种方法：

平均法：使用时序相邻的两个图像全场所有点的平均RT矩阵做配准；

单点法：基准图像上固定1个单点作为基准点，之后所有图像的同一个点向所述基准点平移对齐；

3点法：基准图像上固定3个点作为基准点，之后所有图像对应的3个点向所述基准点平移旋转对齐。

10.一种芯片翘曲变形测量的装置，其特征在于，包括：

第一单元：采用光束平差法标定双目相机的内外参数，同时对所述双目相机二次校正得到相机标定结果；

第二单元：采用标定好的所述双目相机在第一温度下采集待测样本的散斑图案的第一图像，所述待测样品预先制备所述散斑图案；所述第一图像包括第一左图像和第一右图像；

第三单元：将所述待测样本的温度加热或冷却至第二温度并采用标定好的所述双目相机在所述第二温度下采集所述待测样本的散斑图案的第二图像；所述第二图像包括第二左图像和第二右图像；

第四单元：获取所述第一图像和所述第二图像的像素点的三维坐标；

第五单元：依据所述三维坐标计算所述待测样本的翘曲、应变和热膨胀系数。

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