CN115910836A - 一种基于机器视觉的芯片开封方法及开封装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及芯片开封技术领域，具体而言，涉及一种基于机器视觉的芯片开封方法，包括利用开封激光光束发射至芯片表面，对芯片进行逐层开封。在芯片开封前后，分别投射指示激光线，采集指示激光线的结构光图像，计算指示激光光源与指示激光线的垂向距离，利用前后两次的垂直距离计算开封深度。根据开封深度确认是否继续开封。本申请还涉及一种基于机器视觉开封装置，包括开封机构、指示激光光源、图像采集装置、视觉成像机构以及处理器。处理器根据采集的图像计算开封深度，并结合视觉成像机构的图像数据向开封机构发送开封启动信号或开封停止信号。本装置对芯片逐层开封的前提下，使开封过程进行闭环调节。

Description

一种基于机器视觉的芯片开封方法及开封装置

技术领域

本申请涉及芯片开封技术领域，具体而言，涉及一种基于机器视觉的芯片开封方法及开封装置。

背景技术

激光开封机使用高功率高能量激光束平扫去除已封装好的集成电路芯片的表层材料，按照预设轨迹，将表层材料以物理方式逐层蚀刻，直至使得芯片内部的金属触角结构外露，为后道的芯片失效分析准备材料，使得检测人员方便测试芯片的可靠性及其性能。在开封过程要求不损伤芯片功能，且保持芯片、接合焊盘、接合线及引线框架处于无损状态。

现有的开封技术中存在以下问题：芯片开封方法采用发射激光按照预设轨迹对芯片进行开封。在开封过程中，芯片开封机只能按照给定值进行开封，无法检测并反馈已开封的深度，会存在开封不足或者开封过度损伤芯片。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种基于机器视觉的芯片开封方法及开封装置，其在对芯片逐层开封的前提下，使开封过程进行闭环调节。

第一方面，提供了一种基于机器视觉的芯片开封方法，包括以下步骤：

S1，在微型电子器材表面投射一条第一指示激光线，采集第一指示激光线的结构光图像，并计算指示激光光源与第一指示激光线的垂向距离L₁。

S2，利用开封激光光束发射至微型电子器材的表面，对微型电子器材进行一次开封。

S3，在开封后的微型电子器材的表面投射第二指示激光线，采集第二指示激光线的结构光图像，并计算指示激光光源与第二指示激光线的垂向距离L₂。

S4，利用L₁和L₂计算开封深度z。

S5，判断开封深度z是否小于设定深度h；若开封深度z小于设定深度h，重复步骤S3-S4；在开封深度z等于设定深度h时，停止开封。

在一种实施方案中，将微型电子器材设于载物台上；利用图像采集装置采集指示激光线的结构光图像；其中，

指示激光线的结构光图像为指示激光线在微型电子器材上表面与载物台上表面之间形成的断层图像。

在一种实施方案中，L₁的计算方法包括：获取指示激光光源A至图像采集装置的镜头中心点B的基线距离AB，获取指示激光光源在图像坐标系的极限位移距离x，获取图像采集装置的相机焦距f。

根据三角形相似定理得到公式一：

根据公式一计算得到第一指示激光线的断层处O至AB的垂直距离m₁。

获取L₁与AB之间的夹角α，根据公式

计算得到L₁。

L₂的计算方法包括：获取指示激光光源A至图像采集装置的镜头中心点B的距离AB，获取指示激光光源在图像坐标系的极限位移距离y，获取图像采集装置的相机焦距f。

根据三角形相似定理得到公式二：

根据公式二计算指示激光光源A至第二指示激光线的断层处O'的距离L₂。

获取L₂与AB之间的夹角α，根据公式

计算得到L₂。

在一种实施方案中，在S4中，利用L₁和L₂计算开封深度z包括：利用公式z＝L₂-L₁计算得到所述开封深度z。

在一种实施方案中，在S1和S3中，采集指示激光线的结构光图像包括：沿垂直指示激光线方向采集多张指示激光线的结构光图像；在S4中，计算开封深度z包括：根据多张指示激光线的结构光图像计算出多个开封深度z，利用多个开封深度z的平均值作为开封深度值。

在一种实施方案中，图像采集装置的图像采集速度为20-40张/秒。

在一种实施方案中，在S2中，对微型电子器材进行开封的一次进给量为γ。在S5中，在判断出开封深度z是否小于设定深度h时，还包括：判断开封深度z与设定深度h的差值是否小于进给量γ，若开封深度z与设定深度h的差值小于进给量γ，对开封的进给量γ进行调整。

在一种实施方案中，在微型电子器材的表面设有特征识别符，为不同特征识别符匹配不同的开封程序，在S1之前，还包括：采集所述微型电子器材的特征识别符，根据特征识别符选择与该微型电子器材对应的开封程序。

在一种实施方案中，还包括：实时采集所述微型电子器材图像，提取微型电子器材图像的边缘灰度值并与预设值比对，根据比对结果，调整开封激光的输出功率值。

根据本申请的第二方面，还提供了一种基于机器视觉的芯片开封装置，包括：

开封机构，包括光纤激光器，用于投射开封激光；

指示激光光源，用于投射指示激光线；

图像采集装置，用于采集指示激光光源发出的指示激光线的结构光图像；

视觉成像机构，通过结构光图像提取图像数据；

处理器，与图像采集装置、视觉成像机构和开封机构通讯连接，用于根据图像采集装置采集的图像计算出开封深度z，并结合视觉成像机构的图像数据向开封机构发送开封启动信号或开封停止信号。

本申请中的一种基于机器视觉的芯片开封方法及开封装置具有的有益效果：

通过对芯片采取逐层开封的方式，每开封一层，对开封深度进行一次计算，能获得实时的开封深度，通过比较开封深度与设定深度确认是否继续开封。

在开封前，基于机器视觉采集芯片的特征识别符，提取对应的开封程序，避免了人为选择程序出现操作失误的情况。

将开封深度与设定深度的差值与开封进给量进行比较，根据比较情况实时对开封进给量γ进行调整，能够实时检测并反馈已开封的深度，对开封进给量进行调节，避免出现开封不足或者开封过度损伤芯片。实现闭环调控，提高开封的准确性，避免芯片在开封时发生损伤。

通过实时采集每层开封后的芯片图像，并提取图像的边缘灰度值并与预设值比对，根据比对结果，调整开封激光的输出功率值。能基于机器视觉进行烧灼检测，实行闭环调控开封激光的输出功率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的基于机器视觉的芯片开封方法的流程图；

图2为指示激光线扫描芯片的示意图；

图3为计算L₁和L₂的示意图；

图4为根据本申请实施例示出的基于机器视觉的芯片开封装置结构示意图。

附图标记：

1-光纤激光器；2-图像采集装置；3-处理器；4-芯片。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为根据本申请实施例示出的基于机器视觉的芯片开封方法的流程图。参见图1，本发明提供了一种基于机器视觉的芯片开封方法，包括以下步骤：

S1，在芯片表面投射第一指示激光线，图像采集装置采集第一指示激光线的结构光图像，计算得到指示激光光源A至第一指示激光线的垂直距离L₁。

S2，利用开封激光光束发射至芯片的表面，对芯片进行一次开封。

S3，完成一次开封后，在开封后芯片的表面投射第二指示激光线，图像采集装置采集第二指示激光线的结构光图像，计算得到指示激光光源A至第二指示激光线的垂直距离L₂。

S4，利用L₁和L₂计算开封深度z。

S5，判断开封深度z是否小于设定深度h；若当前开封深度z小于设定深度h，重复步骤S3-S4；在当前开封深度z等于设定深度h时，停止开封。

在一种实施方案中，在S1中，将芯片设于载物台上，利用图像采集装置采集指示激光线的结构光图像。其中，指示激光线的结构光图像为指示激光线在芯片上表面与载物台上表面之间形成的断层图像。如图2所示，由于芯片上表面与载物台上表面间具有高度差，断层出现在芯片的边缘位置，采集结构光图像时，识别率极高，提高了可视化的效果，并且芯片与载物台之间有明显的色彩对比度。因此利用断层图像进行计算L₁和L₂。

在一种实施方案中，如图3所示，L₁的计算方法包括：

根据三角形相似定理：

式中：

AB为指示激光光源A至图像采集装置的镜头中心点B的基线距离，由标定得出；

DE为指示激光光源在图像坐标系的极限位移距离，已知参数，记为x；

BF为图像采集装置的相机焦距，已知参数，记为f；

m₁为第一指示激光线的断层处O至AB的垂直距离。

由式(1)得出：

L₁为指示激光光源A至第一指示激光线的断层处O的距离：

式中：

α为AO与AB之间的夹角，由图像采集装置标定得出；

由(2)和式(3)得出：

在一种实施方案中，如图3所示，L₂的计算方法包括：

根据三角形相似定理：

式中：

AB为指示激光光源A至图像采集装置的镜头中心点B的距离，由标定得出；

DG为指示激光光源在图像坐标系的极限位移距离，已知参数，记为y；

BF为图像采集装置的相机焦距，已知参数，记为f；

m₂为第二指示激光线的断层处O'至AB的垂直距离。

由式(5)得出：

L₂为指示激光光源A至第二指示激光线的断层处O'的距离：

式中：

α为AO与AB之间的夹角，由图像采集装置标定得出；

由(6)和式(7)得出：

在一种实施方案中，如图2所示，图像采集装置根据错列断层的指示激光线，基于虚拟共聚焦成像的聚焦面特性，求解视差相对像素距离，该距离通过图像中各点空间坐标转换即可反映空间中开封深度z的距离。在S4中，利用L₁和L₂计算开封深度z包括：利用公式z＝L₂-L₁计算得到开封深度z。

在一种实施方案中，如图2所示，在S1和S3中，指示激光线方向为X方向，垂直指示激光线方向为Y方向，采集指示激光线的结构光图像包括：沿Y方向通过移动芯片或者移动指示激光线，利用图像采集装置持续采集多张指示激光图像，基于激光线扫描成像算法生成断层的指示激光线结构光图像，结合结构光图像和机器视觉算法得到三维点云图，更加准确的确认断层处的位置。

在S4中，为了减少测量数值误差，计算开封深度z包括：根据多张指示激光线的结构光图像计算出多个开封深度z，利用多个开封深度z的平均值作为开封深度值。

在一种实施方案中，激光光斑在图像坐标系的极限位移距离DE或者DG通过图像的像素点计算得出，已知像元尺寸为10μm，计算DE或者DG直线覆盖的像元数，两者相乘得出DE的物理值x和DG的物理值y。

在一种实施方案中，图像采集装置为CCD相机，CCD相机的图像采集速度为30张/秒。

在一种实施方案中，在S2中，对芯片进行开封的一次进给量γ为0.1mm。在S5中，在判断出开封深度z是否小于设定深度h时，还包括：判断开封深度z与设定深度h的差值是否小于进给量γ，若开封深度z与设定深度h的差值小于进给量γ，将开封的进给量γ调整为0.01mm。实时对进给量γ进行调整，实现闭环调控，提高开封的准确性，避免芯片在开封时发生损伤。

在一种实施方案中，在芯片表面设有特征识别符，特征识别符包括轮廓特征及OCR特征，不同特征识别符匹配不同的开封程序，在S1之前，还包括：采集芯片表面的特征识别符，根据特征识别符选择与该芯片对应的开封程序。开封程序中的设定参数包括开封激光的输出功率值、芯片开封的设定深度h、每层开封的进给量γ等数值。本方法可以基于机器视觉反向匹配开封程序，在开封前，基于机器视觉算法采集芯片的特征识别符，提取对应的开封程序，避免了人为选择程序出现操作失误的情况。

在一种实施方案中，为了防止出现过度烧灼的现象，还包括：实时采集芯片图像，提取芯片图像的边缘灰度值并与预设值比对，根据比对结果，调整开封激光的输出功率值。通过图像采集装置采集芯片图像，将芯片图像二值化，提取边缘灰度值RGB(RGB＝0为白色域，RGB＝255为黑色域)，当边缘灰度值RGB大于等于75时，触发烧灼机制，通过RS485协议，发送十六进制字符给上位机，反馈降低开封激光的输出功率值。本方法能基于机器视觉烧灼检测，实行闭环调控开封激光的输出功率。

本发明还提供了一种基于机器视觉的芯片开封装置，如图4所示，包括：

开封机构，包括光纤激光器1，用于投射开封激光。

指示激光光源，用于投射指示激光线。

图像采集装置2，用于采集指示激光光源发出的指示激光线的结构光图像以及采集芯片4的图像。

视觉成像机构，通过芯片4的图像提取图像数据。

处理器3，与所述图像采集装置、视觉成像机构和开封机构通讯连接，用于根据所述图像采集装置采集的图像计算出开封深度z，并结合所述视觉成像机构的图像数据向所述开封机构发送开封启动信号或开封停止信号。

本发明提供了一种基于机器视觉的芯片开封方法及开封装置，通过对芯片采取逐层开封的方式，每开封一层，对开封深度进行一次计算，能获得实时的开封深度，通过比较开封深度与设定深度确认是否继续开封。

本发明在开封前，基于机器视觉采集芯片的特征识别符，提取对应的开封程序，避免了人为选择程序出现操作失误的情况。

将开封深度与设定深度的差值与开封进给量进行比较，根据比较情况实时对开封进给量γ进行调整，能够实时检测并反馈已开封的深度，对开封进给量进行调节，避免出现开封不足或者开封过度损伤芯片。实现闭环调控，提高开封的准确性，避免芯片在开封时发生损伤。

本发明通过实时采集每层开封后的芯片图像，并提取图像的边缘灰度值并与预设值比对，根据比对结果，调整开封激光的输出功率值。能基于机器视觉进行烧灼检测，实行闭环调控开封激光的输出功率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的芯片开封方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在微型电子器材表面投射一条第一指示激光线，采集所述第一指示激光线的结构光图像，并计算指示激光光源与所述第一指示激光线的垂向距离L₁；

S2，利用开封激光光束发射至微型电子器材的表面，对微型电子器材进行一次开封；

S3，在开封后的微型电子器材的表面投射第二指示激光线，采集所述第二指示激光线的结构光图像，并计算指示激光光源与所述第二指示激光线的垂向距离L₂；

S4，利用L₁和L₂计算开封深度z；

S5，判断开封深度z是否小于设定深度h；若开封深度z小于设定深度h，重复步骤S3-S4；在所述开封深度z等于设定深度h时，停止开封。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的芯片开封方法，其特征在于，将所述微型电子器材设于载物台上；利用图像采集装置采集指示激光线的结构光图像；其中，

所述指示激光线的结构光图像为指示激光线在所述微型电子器材上表面与载物台上表面之间形成的断层图像。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的芯片开封方法，其特征在于，所述L₁的计算方法包括：

获取指示激光光源A至图像采集装置的镜头中心点B的基线距离AB；

获取指示激光光源在图像坐标系的极限位移距离x；

获取图像采集装置的相机焦距f；

根据三角形相似定理得到公式一：

根据公式一计算得到第一指示激光线的断层处O至AB的垂直距离m₁；

获取L₁与AB之间的夹角α；

根据公式

计算得到所述L₁；

所述L₂的计算方法包括：

获取指示激光光源A至图像采集装置的镜头中心点B的基线距离AB；

获取指示激光光源在图像坐标系的极限位移距离y；

获取图像采集装置的相机焦距f；

根据三角形相似定理得到公式二：

根据公式二计算指示激光光源A至第二指示激光线的断层处O'的距离L₂；

获取L₂与AB之间的夹角α；

根据公式

计算得到所述L₂。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的芯片开封方法，其特征在于，在S4中，利用L₁和L₂计算开封深度z包括：利用公式z＝L₂-L₁计算得到所述开封深度z。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的芯片开封方法，其特征在于，

在S1和S3中，采集指示激光线的结构光图像包括：沿垂直所述指示激光线方向采集多张指示激光线的结构光图像；

在S4中，计算开封深度z包括：根据多张指示激光线的结构光图像计算出多个开封深度z，利用多个开封深度z的平均值作为开封深度值。

6.根据权利要求2所述的基于机器视觉的芯片开封方法，其特征在于，所述图像采集装置的图像采集速度为20-40张/秒。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的芯片开封方法，其特征在于，

在S2中，对微型电子器材进行开封的一次进给量为γ；

在S5中，在判断出所述开封深度z是否小于设定深度h时，还包括：判断所述开封深度z与设定深度h的差值是否小于进给量γ，若所述开封深度z与设定深度h的差值小于进给量γ，对开封的进给量γ进行调整。

8.根据权利要求1所述的基于机器视觉的芯片开封方法，其特征在于，在微型电子器材的表面设有特征识别符，为不同特征识别符匹配不同的开封程序，在S1之前，还包括：采集所述微型电子器材的特征识别符，根据所述特征识别符选择与该所述微型电子器材对应的开封程序。

9.根据权利要求1所述的基于机器视觉的芯片开封方法，其特征在于，还包括：实时采集所述微型电子器材图像，提取微型电子器材图像的边缘灰度值并与预设值比对，根据比对结果，调整开封激光的输出功率值。

10.一种采用如权利要求1-9任一所述的芯片开封方法的芯片开封装置，其特征在于，包括：

开封机构，包括光纤激光器，用于投射开封激光；

指示激光光源，用于投射指示激光线；

图像采集装置，用于采集指示激光光源发出的指示激光线的结构光图像；

视觉成像机构，通过所述结构光图像提取图像数据；

处理器，与所述图像采集装置、视觉成像机构和开封机构通讯连接，用于根据所述图像采集装置采集的图像计算出开封深度z，并结合所述视觉成像机构的图像数据向所述开封机构发送开封启动信号或开封停止信号。

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