CN115900552A - 基于3d动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统及方法，该系统包括显示机构、伺服传送机构、外部触发传感机构、线激光3D相机采集机构和处理机构；伺服传送机构控制电路单元和传送带或滑台模组批量传输芯片匀速逐次通过3D采集机构；外部触发传感机构触发控制线激光3D相机对逐个芯片的点云数据采集；线激光3D相机采集机构采集芯片的传送视野内3D点云信息并将数据传输给处理机构；处理机构启动伺服传送机构，接收点云数据和精度阈值，计算出芯片管脚的空间特征参数，并对管脚形变程度进行测量，将评估结果在上位机软件上显示和硬盘存储，将检测数据提供给企业云上其他Web服务集成调用。本发明能够实现缺陷异常的准确、批量化检测。

Description

基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统及方法

技术领域

本发明涉及芯片封装检测，特别是一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统及方法。

背景技术

针对现有装备生产过程中，芯片、元器件在二筛和转移过程中，封装有一定概率出现对设备、装备制造质量造成影响的物理外观缺陷。据生产过程中的长期统计，存在较大概率(现场统计大于40％)引脚翘曲缺陷。芯片管脚的缺脚、脚间距异常、翘曲过大可能会带来芯片安装过程的质量问题，严重影响设备的质量安全。此外，即使进入存储环节，塑封器件长期存放存在“湿潮”问题，造成管脚脱锡氧化，严重者甚至会引起搭接短路、芯片烧毁等严重安全问题。在《GJB3243-98电子元器件表面安装要求》等标准化文件中明文规定元器件(管脚)引线歪斜度误差不大于0.08mm，元器件(管脚)引线的共面性误差不应大于0.1mm。因此，面对批量器件，如何有效解决芯片管脚的空间缺陷检测问题，确认用于加工制造的批量芯片符合质量标准要求，特别是针对安全性、可靠性有较高要求的应用场景意义重大。

同时，在很多特种装备研制中，芯片的使用还具有多品种、多批次、小批量等特点。如何柔性对接到原先完整生产流程中器件入库筛选和制造备料环节，高效的解决芯片管脚空间缺陷检测对于加工制造的效率提升和成本降低也成为急需解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统及方法，以实现对芯片管脚空间缺陷的准确、批量化检测，不断提升芯片用于加工制造环节的安全质量检测需求。

技术方案：本发明所述的一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统，包括相互电性连接的显示机构、伺服传送机构、外部触发传感机构、线激光3D相机采集机构和处理机构；

显示单元：用于显示和输入设定芯片器件的采集参数；

伺服传送机构：通过直流伺服控制电路单元，控制传送带或滑台模组批量传输芯片匀速、逐次通过3D采集机构；

外部触发传感机构：通过对管式触发传感器，外部触发控制线激光3D相机对逐个芯片的点云数据采集；

线激光3D相机采集机构：采集芯片的传送视野内3D点云信息，并将所采集的点云数据传输给处理机构；

处理机构：用于启动伺服传送机构，接收采集机构所传输的点云数据和显示单元所输入的精度阈值，从点云数据中提取、计算得出芯片管脚的空间特征参数，并根据采集参数对管脚形变程度进行测量，将评估通过或异常定位结果标注在2D灰度图上在上位机软件上显示和硬盘存储；并将检测数据通过Web API提供给企业云上其他Web服务集成调用；

所述系统还包括缺陷芯片剔除机构，该机构利用外部触发传感机构的触发信号，在芯片检测出异常后，将芯片通过吸盘或翻盖机构剔除出检测流水线，配合存储的检测数据，方便后续人工或设备进行器件管脚修复。

一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测方法，所述方法采用了上述的一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统，包括以下步骤：

(1)接通检测系统设备的电源，在显示结构上打开检测软件人机界面，设置检测所需的管脚形变阈值参数和数据存储路径；

(2)将批量器件通过排序入料设备或手动捡入，逐次放在直线滑台模组上；

(3)通过外部控制开关或检测软件中启动直线传送机构或滑台模组，使得批量器件能够匀速移动，连续通过对管式触发传感器产生连续的外部触发脉冲；

(4)采集组件会根据芯外部触发脉冲，控制线激光动态扫描的启动和停止，确保每次扫描过程中视野中只检测一个目标芯片，并将采集到包含目标芯片的3D点云数据传输给处理机构；

(5)处理机构根据动态扫描获得的3D点云数据，经过点云数据滤波、拟合处理后分别获得2D灰度图像和3D深度图；

(6)处理机构在芯片的灰度图中识别出感兴趣区域，配合深度图找出芯片上表面区域和各个Pin针的顶端区域，在灰度图中计算Pin针顶端区域的像素间距，判断管脚间距和缺脚异常；在深度图中，计算出各个区域的深度值，并统计各个Pin针的顶端区域的深度值与上表面深度值的差值；若某个Pin针与相邻脚间距或深度值差值不在正常范围内，则认为其存在翘曲或者不共面缺陷；

(7)处理机构将评估通过或异常定位结果标注在2D灰度图上在上位机软件上显示和硬盘存储；并将检测数据可通过Web API供企业云上的Web服务使用。

一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统。

一种计算机设备，包括储存器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明通过高精度线激光3D相机采集，速度快、精度高，通过传送带或直线滑台模组能够实现批量器件的连续检测，且不受环境光线影响，环境适应性强；

2、本发明所述方法具有较高的通用性和器件适应性，基于3D点云数据，能够实现针对视野范围内任意封装规格和形式的芯片管脚在空间中的绝对位置，并可根据管脚数量、高度、相对位置判断形变是否存在形变缺陷，便于实现标准化、可量化的芯片质量管理；

3、本发明能够在检测软件界面上输入形变检测的阈值参数评价范围，计算得出芯片管脚的空间特征参数，并根据采集参数对管脚形变程度进行测量，从而实现对检测的芯片进行评估，记录缺陷量化数值和定位。

附图说明

图1为本发明所述系统的架构图；

图2为本发明所述方法的步骤流程图；

图3为实施例1中针对芯片管脚空间缺陷的独立式批量在线3D视觉检测系统主体结构图；

图4为系统采用的3D动态扫描成像器采集有效测量区域的点云数据示意图；

图5为实例2中的针对芯片管脚空间缺陷的自动式批量在线3D视觉检测系统主体结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统，包括彼此相连的显示机构、线激光3D相机采集机构、外部触发传感机构、伺服传送机构以及处理机构；

显示机构：为带触摸屏的显示器，能够通过显示器看系统运行的相关信息，显示和输入设定芯片器件的采集参数。

线激光3D相机采集机构：通过线激光3D相机采集芯片的视野内3D点云信息，通过以太网接口与处理机构进行通讯，将所采集的点云数据传输给处理机构；

外部触发传感机构：通过对管式触发传感器，外部触发控制线激光3D相机对逐个芯片的点云数据采集。

伺服传送机构：如图2所示，将批量器件手动捡入，通过导轨控制按钮控制直流伺服控制电路单元，以操作直线滑台模组批量传输芯片匀速、逐次通过3D采集机构。

处理机构：启动伺服传送机构后，工控机接收采集机构所传输的点云数据和显示单元所输入的精度阈值，从点云数据中提取、计算得出芯片管脚的空间特征参数，并根据采集参数对管脚形变程度进行测量，将评估通过或异常定位结果标注在2D灰度图上在上位机软件上显示和硬盘存储；并将检测数据通过Web API供企业云的Web服务调用。

如图3所示，本实施例中系统的显示器为带触摸屏的显示器，其分辨率为1920*1080；箱体内工控机CPU配置要求i5以上配置，带USB3.0接口，8G以上内存，64位操作系统，装有与检测系统相配套的检测软件。

如图3所示，一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测方法，具体步骤如下：接通检测系统设备的电源，在显示器1上打开检测软件人机界面，设置检测所需的管脚形变阈值参数(选项：默认值0.08mm)和数据存储路径(选项，根据时间和器件类型生成默认路径)；将批量器件逐次放在直线滑台模组4上。通过外部导轨控制开关5启动直线滑台模组4，使得批量器件能够匀速移动，连续通过对管式触发传感器3产生连续的外部触发脉冲。线激光3D相机采集机构2会根据外部触发脉冲，控制线激光动态扫描的启动和停止，确保每次扫描过程中视野中只检测一个目标芯片，并将采集到包含目标芯片的3D点云数据传输给箱体内的处理机构。

如图4所示，线激光3D相机采集机构对待测芯片外观的单次采集原理如下：线激光3D相机安装高度H距离台面大于10cm、小于25cm，以滑台模组水平表面为参考面，完成扫描成像的初始化标定；直线滑台模组将待测对象匀速通过3D相机的线激光动态扫描成像；滑台模组导程1mm对应线激光3D相机的5000个脉冲，每个脉冲产生点云对应实际距离0.0002mm；将采集到的原始点云数据经过滤波、拟合处理后，生成芯片高精度的点云数据，然后对点云数据进行处理和转化。3D线扫描工业相机输出的数据格式是严格规定的，而且数据之间相互匹配，生成芯片的2D灰度图和深度图；然后，在芯片的灰度图中识别出感兴趣区域，配合深度图找出芯片上表面区域和各个Pin针的顶端区域，在灰度图中计算Pin针顶端区域的像素间距，判断管脚间距和缺脚异常；在深度图中，计算出各个区域的深度值，并统计各个Pin针的顶端区域的深度值与上表面深度值的差值。若某个Pin针与相邻脚间距或深度值差值不在正常范围内，则认为其存在翘曲或者不共面缺陷。

实施例2：

如图5所示，引入自动分拣装置，一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统的操作步骤如下：

(1)接通检测系统设备的电源，在显示器上打开检测软件人机界面，设置检测所需的管脚形变阈值参数(选项：默认值0.08mm)和数据存储路径(选项：根据时间和器件类型生成默认路径)。

(2)将批量器件逐次放在直线传送装置上；通过控制软件启动直线传送装置，使得批量器件能够匀速移动。

(3)线激光3D相机采集机构根据外部触发，控制线激光动态扫描的启动和停止，确保每次扫描过程中视野中只检测一个目标芯片，并将采集到包含目标芯片的3D点云数据传输给箱体内的处理机构。

(4)系统中添加芯片的批量检入和缺陷芯片剔除机构，利用外部触发传感机构的触发信号，在芯片检测出异常后，将芯片通过吸盘挑拣到用于缺陷器件处理传送装置上，配合存储的检测数据，方便后续器件退回或管脚修复处理。

Claims (5)

1.一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统，其特征在于，包括相互电性连接的显示机构、伺服传送机构、外部触发传感机构、线激光3D相机采集机构和处理机构；

显示单元：用于显示和输入设定芯片器件的采集参数；

伺服传送机构：通过直流伺服控制电路单元，控制传送带或滑台模组批量传输芯片匀速、逐次通过3D采集机构；

外部触发传感机构：通过对管式触发传感器，外部触发控制线激光3D相机对逐个芯片的点云数据采集；

线激光3D相机采集机构：采集芯片的传送视野内3D点云信息，并将所采集的点云数据传输给处理机构；

处理机构：用于启动伺服传送机构，接收采集机构所传输的点云数据和显示单元所输入的精度阈值，从点云数据中提取、计算得出芯片管脚的空间特征参数，并根据采集参数对管脚形变程度进行测量，将评估通过或异常定位结果标注在2D灰度图上在上位机软件上显示和硬盘存储；并将检测数据通过Web API提供给企业云上其他Web服务集成调用。

2.根据权利要求1所述的一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统，其特征在于，所述系统还包括缺陷芯片剔除机构，该机构利用外部触发传感机构的触发信号，在芯片检测出异常后，将芯片通过吸盘或翻盖机构剔除出检测流水线，配合存储的检测数据，方便后续人工或设备进行器件管脚修复。

3.一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测方法，所述方法采用了如权利要求1所述的一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统，其特征在于，包括以下步骤：

(1)接通检测系统设备的电源，在显示结构上打开检测软件人机界面，设置检测所需的管脚形变阈值参数和数据存储路径；

(2)将批量器件通过排序入料设备或手动捡入，逐次放在直线滑台模组上；

(3)通过外部控制开关或检测软件中启动直线传送机构或滑台模组，使得批量器件能够匀速移动，连续通过对管式触发传感器产生连续的外部触发脉冲；

(4)采集组件会根据芯外部触发脉冲，控制线激光动态扫描的启动和停止，确保每次扫描过程中视野中只检测一个目标芯片，并将采集到包含目标芯片的3D点云数据传输给处理机构；

(5)处理机构根据动态扫描获得的3D点云数据，经过点云数据滤波、拟合处理后分别获得2D灰度图像和3D深度图；

(6)处理机构在芯片的灰度图中识别出感兴趣区域，配合深度图找出芯片上表面区域和各个Pin针的顶端区域，在灰度图中计算Pin针顶端区域的像素间距，判断管脚间距和缺脚异常；在深度图中，计算出各个区域的深度值，并统计各个Pin针的顶端区域的深度值与上表面深度值的差值；若某个Pin针与相邻脚间距或深度值差值不在正常范围内，则认为其存在翘曲或者不共面缺陷；

(7)处理机构将评估通过或异常定位结果标注在2D灰度图上在上位机软件上显示和硬盘存储；并将检测数据可通过Web API供企业云上的Web服务使用。

4.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-2中任一项所述的一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统。

5.一种计算机设备，包括储存器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-2中任一项所述的一种基于3D动态扫描技术的芯片引脚共面性检测系统。

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