CN116727260A - 多工位ai缺陷视觉检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多工位AI缺陷视觉检测系统，供储料机构、移栽机构、机械手、定位相机、转盘、动位相机、机壳和控制器，所述供储料机构设置在机壳的进出料口处且设有若干个可供料盘堆设的工位，所述移栽机构靠近供储料机构设置并可将各个料盘于各个工位之间进行位置切换，所述转盘安装在机壳的内腔中部，若干个所述机械手分别设置在供储料机构与转盘之间并可将芯片在转盘与各个料盘之间进行转移，若干个所述定位相机分别设置靠近各组机械手设置并可拍摄被机械手所夹持的芯片的底部，若干个所述动位相机环绕转盘设置并可分别拍摄被放置在转盘之上的芯片的顶部或周侧，整体设计结构简单，流水作业效率高，还可保证检测结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及芯片缺陷检测的技术领域，特别是多工位AI缺陷视觉检测系统的技术领域。
背景技术
半导体芯片是指内含集成电路的硅片，由晶圆分割而成，体积很小，通常是计算机或其他电子设备的一部分。在半导体芯片的制造过程中，不同工艺流程环节都可能引入外观缺陷，如衬底基材存在杂质、湿洗杂质去除不完全、镀膜不完全、化学气相淀积和物理气相淀积不均匀、离子注入散落杂质、氧化异常以及热处理温度不均匀导致裂纹等。此外，通过晶片切割工艺在晶圆上切割出半导体芯片的步骤也可能对芯片造成损伤，如表面划伤等。为了保证半导体芯片的质量符合要求，工厂需要在出厂前预先对半导体芯片进行外观检测。
目前，半导体芯片的外观检测方式主要为工人手动利用放大镜进行全检。此种检测方式不但对IQC镜检人员的经验要求较高，而且检测结果受到检测人员的水平和情绪等主观因素的影响，得不到保障。事实上，由人的视觉形成的标准是一个非量化的、非恒定的尺度，因而造成质量标准会产生波动，进而直接导致产品质量控制不稳定。IQC镜检人员还很容易因分神等原因而漏检，进而导致关键缺陷无法做到百分百剔除。此外，人眼判断速度不及计算机对图像的处理运算速度快，无法大规模检测，不但会导致检测效率低，还增加了产品的生产成本，尤其是对于体积极小的贴装芯片而言，人眼难以进行快速判断。
虽然有部分业内人士根据缺陷的特征，如几何特征、颜色特征、纹理特征和投影特征等而利用机械进行自动芯片的自动缺陷检测，如公告号为CN111707614A的发明专利所公开的一种光学芯片表面沾污缺陷检测方法。然而，此类检测方法由于采用二维运动平台输送工件导致检测效率仍然得不到大幅度提升，同时也难以实现背面检测。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出多工位AI缺陷视觉检测系统，可利用机械手和转盘将位于各个料盘之中的各片半导体芯片依序经过各个定位相机和动位相机以完成不同部位的视觉检测工作，还可利用移栽机构在检测过程中实时调整各个料盘的位置，既便于工人或AGV上下料，还不耽误检测工作的正常进行，可有效以进一步提高检测效率。
为实现上述目的，本发明提出了多工位AI缺陷视觉检测系统，包括机壳、控制器以及分别与控制器电连接的供储料机构、移栽机构、机械手、定位相机、转盘和动位相机，所述供储料机构设置在机壳的进出料口处且设有若干个可供料盘堆设的工位，所述移栽机构靠近供储料机构设置并可将各个料盘于各个工位之间进行位置切换，所述转盘安装在机壳的内腔中部，若干个所述机械手分别设置在供储料机构与转盘之间并可将芯片在转盘与各个料盘之间进行转移，若干个所述定位相机分别设置靠近各组机械手设置并可拍摄被机械手所夹持的芯片的底部，若干个所述动位相机环绕转盘设置并可分别拍摄被放置在转盘之上的芯片的顶部或周侧。
作为优选，所述供储料机构包括供储料支撑架和辅助切换组件，所述供储料支撑架的顶部设有若干个通槽，每一个所述通槽分别形成一个工位并与一组辅助切换组件相对应，所述辅助切换组件包括供储料横向驱动模组、供储料纵向驱动模组、托盘和盘体传感器，所述供储料纵向驱动模组由供储料横向驱动模组驱动水平运动并靠近或远离供储料支撑架，所述托盘由供储料纵向驱动模组驱动竖向运动以调节高度，所述托盘可在供储料横向驱动模组和供储料纵向驱动模组的配合作用下伸入或伸出所对应的通槽之中，所述盘体传感器安装在托盘之上并可实时监测所在托盘所承托的料盘的数量。
作为优选，所述移栽机构包括移栽直线驱动模组、移栽支座、移栽夹具和夹具活动驱动器，所述移栽支座由移栽直线驱动模组驱动而沿着各个工位的设置方向直线移动，所述移栽夹具安装在移栽支座之上并由夹具活动驱动器驱动而完成夹持或放开动作。
作为优选，所述机械手包括机械臂和取片头，所述取片头由机械臂驱动而调节前后、上下或左右方位，所述取片头包括取片支座、吸管、取片切换模组和取片转动驱动模组，两根所述吸管分别竖向平行设置并由取片转动驱动模组驱动自转，两根所述吸管的顶部分别通过气管与气泵间接连接且同时由取片切换模组驱动竖向运动以进行高度调整并始终保持一上一下的设置状态。
作为优选，所述取片切换模组包括取片电机、取片主动轮、取片被动轮、取片传动带和夹具，所述取片主动轮和取片被动轮一上一下设置且分别与取片支座可转动式连接，所述取片传动带同时套设在取片主动轮和取片被动轮之外，两根所述吸管分别贯穿所在取片转动驱动模组，两个所述取片转动驱动模组分别通过夹具与取片传动带的相对的两段平直段相固定。
作为优选，所述取片切换模组还包括滑块和滑轨，两个所述取片转动驱动模组分别通过滑块滑动连接在安装于取片支座的外壁处的滑轨之上。
作为优选，所述定位相机包括定位支座、定位摄像头和定位光源，所述定位摄像头和定位光源分别通过定位支座而与机壳相连接。
作为优选，所述转盘包括盘体、工装和旋转驱动器，所述盘体由旋转驱动器驱动自转，若干个所述工装环绕固定于盘体的顶面，所述机壳的壳壁处还设有视窗和报警器，所述报警器与控制器电连接。
作为优选，所述动位相机包括动位横向驱动模组、动位纵向驱动模组、动位摄像头和动位光源，所述动位纵向驱动模组由动位横向驱动模组驱动而水平运动并靠近或远离转盘的圆心，所述动位摄像头和动位光源同时由动位纵向驱动模组驱动竖向运动以调节高度。
多工位AI缺陷视觉检测系统的检测方法，包括如下步骤：
Stp1：所述机械手将位于供储料机构的其中一个工位之上的料盘内的芯片取出并利用定位相机进行初次底面拍摄检测；
Stp2：所述机械手将经过初次底面拍摄检测后的芯片转移至自转的转盘之上以依次经过各个动位相机并进行顶面和周侧的多个点位的拍摄检测；
Stp3：所述机械手将经过顶面和周侧的多个点位的拍摄检测后的芯片从转盘之上取出并利用定位相机进行二次底面拍摄检测；
Stp4：所述机械手将经过二次底面拍摄检测后的芯片转移至供储料机构的另一个工位之上的料盘内。
本发明的有益效果：
1）通过联用供储料机构、移栽机构、机械手、定位相机、转盘、动位相机、机壳和控制器，可利用储料机构和移栽机构进行各个料盘的位置切换，同时利用机械手和转盘将位于各个料盘之中的各片半导体芯片依序经过各个定位相机和动位相机以完成不同部位的视觉检测工作，整体设计结构简单，逻辑清晰，重复定位精度高，流水作业效率高，还可保证检测结果的准确性；
2）通过设置带有若干个通槽的储料支撑架与由供储料横向驱动模组、供储料纵向驱动模组和托盘所共同构成的辅助切换组件相组合作为供储料机构，同时与由移栽直线驱动模组、移栽支座、移栽夹具和夹具活动驱动器所共同构成的移栽机构相配合，可在检测过程中实时调整各个料盘的位置，既便于工人或AGV上下料，还不耽误检测工作的正常进行，可有效提高检测效率；
3）通过采用取片电机、取片主动轮、取片被动轮、取片传动带和夹具共同构成取片切换模组，可在取片电机驱动取片主动轮正转或反转时，配合取片被动轮以带动取片传动带随之同步正转或反转，从而使两根吸管的上下位置进行切换，保证在狭小的空间能仍然对半导体芯片进行准确且高效地吸取和释放。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
图1是本发明多工位AI缺陷视觉检测系统的立体结构示意图；
图2是本发明多工位AI缺陷视觉检测系统的主视图；
图3是本发明多工位AI缺陷视觉检测系统的俯视图；
图4是本发明多工位AI缺陷视觉检测系统的供储料机构在装有料盘时的立体结构示意图；
图5是本发明多工位AI缺陷视觉检测系统的移栽机构在装有料盘时的立体结构示意图；
图6是本发明多工位AI缺陷视觉检测系统的机械手的立体结构示意图；
图7是本发明多工位AI缺陷视觉检测系统的取片头的立体结构示意图；
图8是本发明多工位AI缺陷视觉检测系统的定位相机的立体结构示意图；
图9是本发明多工位AI缺陷视觉检测系统的转盘和动位相机的装配示意图。
图中：1-供储料机构、11-供储料支撑架、111-通槽、12-供储料横向驱动模组、13-供储料纵向驱动模组、14-托盘、15-盘体传感器、2-移栽机构、21-移栽直线驱动模组、22-移栽支座、23-移栽夹具、24-夹具活动驱动器、3-机械手、31-机械臂、32-取片头、321-取片支座、322-吸管、323-取片切换模组、3231-取片电机、3232-取片主动轮、3233-取片传动带、3234-夹具、3235-滑块、3236-滑轨、324-取片转动驱动模组、4-定位相机、41-定位支座、42-定位摄像头、43-定位光源、5-转盘、51-盘体、52-工装、6-动位相机、61-动位横向驱动模组、62-动位纵向驱动模组、63-动位摄像头、7-机壳、8-料盘、9-报警器。
具体实施方式
参阅图1至图9，本发明多工位AI缺陷视觉检测系统，包括机壳7、控制器以及分别与控制器电连接的供储料机构1、移栽机构2、机械手3、定位相机4、转盘5和动位相机6，所述供储料机构1设置在机壳7的进出料口处且设有若干个可供料盘8堆设的工位，所述移栽机构2靠近供储料机构1设置并可将各个料盘8于各个工位之间进行位置切换，所述转盘5安装在机壳7的内腔中部，若干个所述机械手3分别设置在供储料机构1与转盘5之间并可将芯片在转盘5与各个料盘8之间进行转移，若干个所述定位相机4分别设置靠近各组机械手3设置并可拍摄被机械手3所夹持的芯片的底部，若干个所述动位相机6环绕转盘5设置并可分别拍摄被放置在转盘5之上的芯片的顶部或周侧。
所述供储料机构1包括供储料支撑架11和辅助切换组件，所述供储料支撑架11的顶部设有若干个通槽111，每一个所述通槽111分别形成一个工位并与一组辅助切换组件相对应，所述辅助切换组件包括供储料横向驱动模组12、供储料纵向驱动模组13、托盘14和盘体传感器15，所述供储料纵向驱动模组13由供储料横向驱动模组12驱动水平运动并靠近或远离供储料支撑架11，所述托盘14由供储料纵向驱动模组13驱动竖向运动以调节高度，所述托盘14可在供储料横向驱动模组12和供储料纵向驱动模组13的配合作用下伸入或伸出所对应的通槽111之中，所述盘体传感器15安装在托盘14之上并可实时监测所在托盘14所承托的料盘8的数量。
所述移栽机构2包括移栽直线驱动模组21、移栽支座22、移栽夹具23和夹具活动驱动器24，所述移栽支座22由移栽直线驱动模组21驱动而沿着各个工位的设置方向直线移动，所述移栽夹具23安装在移栽支座22之上并由夹具活动驱动器24驱动而完成夹持或放开动作。
所述机械手3包括机械臂31和取片头32，所述取片头32由机械臂31驱动而调节前后、上下或左右方位，所述取片头32包括取片支座321、吸管322、取片切换模组323和取片转动驱动模组324，两根所述吸管322分别竖向平行设置并由取片转动驱动模组324驱动自转，两根所述吸管322的顶部分别通过气管与气泵间接连接且同时由取片切换模组323驱动竖向运动以进行高度调整并始终保持一上一下的设置状态。在工作期间，两根吸管322的转动角度可分别由所在取片转动驱动模组324进行调节，同时气泵还可利用气管对吸管322的吸气和充气进行控制，从而一方面使吸管322可靠近半导体芯片并利用负压作用进行吸取固定，还可调节所吸取的半导体芯片的放置放置角度。
所述取片切换模组323包括取片电机3231、取片主动轮3232、取片被动轮、取片传动带3233和夹具3234，所述取片主动轮3232和取片被动轮一上一下设置且分别与取片支座321可转动式连接，所述取片传动带3233同时套设在取片主动轮3232和取片被动轮之外，两根所述吸管322分别贯穿所在取片转动驱动模组324，两个所述取片转动驱动模组324分别通过夹具3234与取片传动带3233的相对的两段平直段相固定。通过采用取片电机3231、取片主动轮3232、取片被动轮、取片传动带3233和夹具3234共同构成取片切换模组323，可在取片电机3231驱动取片主动轮3232正转或反转时，配合取片被动轮以带动取片传动带3233随之同步正转或反转，从而使两根吸管322的上下位置进行切换，保证在狭小的空间能仍然对半导体芯片进行准确且高效地吸取和释放。
所述取片切换模组323还包括滑块3235和滑轨3236，两个所述取片转动驱动模组324分别通过滑块3235滑动连接在安装于取片支座321的外壁处的滑轨3236之上。
所述定位相机4包括定位支座41、定位摄像头42和定位光源43，所述定位摄像头42和定位光源43分别通过定位支座41而与机壳7相连接。其中，定位光源43可为定位摄像头42提供充足的光线，有效避免自动识别失败。
所述转盘5包括盘体51、工装52和旋转驱动器，所述盘体51由旋转驱动器驱动自转，若干个所述工装52环绕固定于盘体51的顶面，所述机壳7的壳壁处还设有视窗和报警器9，所述报警器9与控制器电连接。
所述动位相机6包括动位横向驱动模组61、动位纵向驱动模组62、动位摄像头63和动位光源，所述动位纵向驱动模组62由动位横向驱动模组61驱动而水平运动并靠近或远离转盘5的圆心，所述动位摄像头63和动位光源同时由动位纵向驱动模组62驱动竖向运动以调节高度。其中，动位光源可为动位摄像头63，提供充足的光线，避免因阴影等原因而造成的疵点误判现象的发生。
多工位AI缺陷视觉检测系统的检查方法，包括如下步骤：
Stp1：所述机械手3将位于供储料机构1的其中一个工位之上的料盘8内的芯片取出并利用定位相机4进行初次底面拍摄检测；
Stp2：所述机械手3将经过初次底面拍摄检测后的芯片转移至自转的转盘5之上以依次经过各个动位相机6并进行顶面和周侧的多个点位的拍摄检测；
Stp3：所述机械手3将经过顶面和周侧的多个点位的拍摄检测后的芯片从转盘5之上取出并利用定位相机4进行二次底面拍摄检测；
Stp4：所述机械手3将经过二次底面拍摄检测后的芯片转移至供储料机构1的另一个工位之上的料盘8内。
本发明工作过程：
在工作前，参阅图4，以工位的数量为四个为例，可使四个工位从左至右依次为进料工位、辅助工位、合格品工位和不合格品工位。首先，工人手动或通过AGV上料方式在进料工位处放置一摞（如12个）装有待检测的半导体芯片的料盘8，再在辅助工位处放置一摞（如3个）空的料盘8。接着，移栽直线驱动模组21、移栽支座22和移栽夹具23则相互配合，先从辅助工位取出一个空的料盘8并转移至合格品工位，再从辅助工位取出一个空的料盘8并转移至不合格品工位。然后，各组辅助切换组件分别通过供储料横向驱动模组12和供储料纵向驱动模组13之间的相互配合，利用托盘14将位于所对应的工位之上的料盘8全部托举起。
在工作时，以机械手3的数量为两个且分别用于上料和下料而定位相机4的数量为两个且分别与两个机械手3一一对应设置为例。首先，用于上料的机械手3将位于对应进料工位的托盘14的最顶部的料盘8之中的半导体芯片取出并利用所对应的定位相机4进行初次底面拍摄检测，再转移至转盘5的其中一个工装52之上。随后，旋转驱动器驱动盘体51自转，从而使该装有半导体芯片的工装52依次经过各个动位相机6以完成顶面和周侧的多个点位的拍摄检测。接着，用于下料的机械手3将该半导体芯片从所在工装52之中取出并利用所对应的定位相机4进行二次底面拍摄检测，再根据最终的检测结果放置在位于对应合格品工位或不合格品工位的托盘14的料盘8之中。如此重复，直至位于对应进料工位的托盘14的最顶部的料盘8之中所有的半导体芯片均被取出。随后，供储料机构1和移栽机构2再将该料盘8转移至对应辅助工位、合格品工位或不合格品工位的托盘14之上。接下来，位于对应进料工位的托盘14之上的剩余的装有待检测的半导体芯片的料盘8则继续重复如上检测工序。在此期间，当对应进料工位的托盘14之上的料盘8即将被取空时，工人或AGV还可在进料工位处放置一摞新的装有待检测的半导体芯片的料盘8。此外，当对应位于合格品工位或不合格品工位的托盘14之上的料盘8放满时，供储料机构1可再将上述料盘8分别放回合格品工位或不合格品工位处以待工人或AGV再进行下料。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.多工位AI缺陷视觉检测系统，其特征在于：包括机壳（7）、控制器以及分别与控制器电连接的供储料机构（1）、移栽机构（2）、机械手（3）、定位相机（4）、转盘（5）和动位相机（6），所述供储料机构（1）设置在机壳（7）的进出料口处且设有若干个可供料盘（8）堆设的工位，所述移栽机构（2）靠近供储料机构（1）设置并可将各个料盘（8）于各个工位之间进行位置切换，所述转盘（5）安装在机壳（7）的内腔中部，若干个所述机械手（3）分别设置在供储料机构（1）与转盘（5）之间并可将芯片在转盘（5）与各个料盘（8）之间进行转移，若干个所述定位相机（4）分别设置靠近各组机械手（3）设置并可拍摄被机械手（3）所夹持的芯片的底部，若干个所述动位相机（6）环绕转盘（5）设置并可分别拍摄被放置在转盘（5）之上的芯片的顶部或周侧。
2.如权利要求1所述的多工位AI缺陷视觉检测系统，其特征在于：所述供储料机构（1）包括供储料支撑架（11）和辅助切换组件，所述供储料支撑架（11）的顶部设有若干个通槽（111），每一个所述通槽（111）分别形成一个工位并与一组辅助切换组件相对应，所述辅助切换组件包括供储料横向驱动模组（12）、供储料纵向驱动模组（13）、托盘（14）和盘体传感器（15），所述供储料纵向驱动模组（13）由供储料横向驱动模组（12）驱动水平运动并靠近或远离供储料支撑架（11），所述托盘（14）由供储料纵向驱动模组（13）驱动竖向运动以调节高度，所述托盘（14）可在供储料横向驱动模组（12）和供储料纵向驱动模组（13）的配合作用下伸入或伸出所对应的通槽（111）之中，所述盘体传感器（15）安装在托盘（14）之上并可实时监测所在托盘（14）所承托的料盘（8）的数量。
3.如权利要求1所述的多工位AI缺陷视觉检测系统，其特征在于：所述移栽机构（2）包括移栽直线驱动模组（21）、移栽支座（22）、移栽夹具（23）和夹具活动驱动器（24），所述移栽支座（22）由移栽直线驱动模组（21）驱动而沿着各个工位的设置方向直线移动，所述移栽夹具（23）安装在移栽支座（22）之上并由夹具活动驱动器（24）驱动而完成夹持或放开动作。
4.如权利要求1所述的多工位AI缺陷视觉检测系统，其特征在于：所述机械手（3）包括机械臂（31）和取片头（32），所述取片头（32）由机械臂（31）驱动而调节前后、上下或左右方位，所述取片头（32）包括取片支座（321）、吸管（322）、取片切换模组（323）和取片转动驱动模组（324），两根所述吸管（322）分别竖向平行设置并由取片转动驱动模组（324）驱动自转，两根所述吸管（322）的顶部分别通过气管与气泵间接连接且同时由取片切换模组（323）驱动竖向运动以进行高度调整并始终保持一上一下的设置状态。
5.如权利要求4所述的多工位AI缺陷视觉检测系统，其特征在于：所述取片切换模组（323）包括取片电机（3231）、取片主动轮（3232）、取片被动轮、取片传动带（3233）和夹具（3234），所述取片主动轮（3232）和取片被动轮一上一下设置且分别与取片支座（321）可转动式连接，所述取片传动带（3233）同时套设在取片主动轮（3232）和取片被动轮之外，两根所述吸管（322）分别贯穿所在取片转动驱动模组（324），两个所述取片转动驱动模组（324）分别通过夹具（3234）与取片传动带（3233）的相对的两段平直段相固定。
6.如权利要求5所述的多工位AI缺陷视觉检测系统，其特征在于：所述取片切换模组（323）还包括滑块（3235）和滑轨（3236），两个所述取片转动驱动模组（324）分别通过滑块（3235）滑动连接在安装于取片支座（321）的外壁处的滑轨（3236）之上。
7.如权利要求1所述的多工位AI缺陷视觉检测系统，其特征在于：所述定位相机（4）包括定位支座（41）、定位摄像头（42）和定位光源（43），所述定位摄像头（42）和定位光源（43）分别通过定位支座（41）而与机壳（7）相连接。
8.如权利要求1所述的多工位AI缺陷视觉检测系统，其特征在于：所述转盘（5）包括盘体（51）、工装（52）和旋转驱动器，所述盘体（51）由旋转驱动器驱动自转，若干个所述工装（52）环绕固定于盘体（51）的顶面，所述机壳（7）的壳壁处还设有视窗和报警器（9），所述报警器（9）与控制器电连接。
9.如权利要求1所述的多工位AI缺陷视觉检测系统，其特征在于：所述动位相机（6）包括动位横向驱动模组（61）、动位纵向驱动模组（62）、动位摄像头（63）和动位光源，所述动位纵向驱动模组（62）由动位横向驱动模组（61）驱动而水平运动并靠近或远离转盘（5）的圆心，所述动位摄像头（63）和动位光源同时由动位纵向驱动模组（62）驱动竖向运动以调节高度。
10.如权利要求1至9任一项所述的多工位AI缺陷视觉检测系统的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
Stp1：所述机械手（3）将位于供储料机构（1）的其中一个工位之上的料盘（8）内的芯片取出并利用定位相机（4）进行初次底面拍摄检测；
Stp2：所述机械手（3）将经过初次底面拍摄检测后的芯片转移至自转的转盘（5）之上以依次经过各个动位相机（6）并进行顶面和周侧的多个点位的拍摄检测；
Stp3：所述机械手（3）将经过顶面和周侧的多个点位的拍摄检测后的芯片从转盘（5）之上取出并利用定位相机（4）进行二次底面拍摄检测；
Stp4：所述机械手（3）将经过二次底面拍摄检测后的芯片转移至供储料机构（1）的另一个工位之上的料盘（8）内。
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