CN117347365A - 视觉检查装置和视觉检查方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及视觉检查装置和视觉检查方法。视觉检查装置包括其上放置有具有盖的FCBGA型半导体封装的台架、位于台架上方的相机、位于相机和台架之间的同轴照明设备、位于相机和台架之间的倾斜照明设备，以及控制设备。控制设备被配置为由同轴照明设备和倾斜照明设备利用照明光线照射FCBGA型半导体封装，由相机捕获FCBGA型半导体封装以获取捕获图像，通过捕获图像的二值化过程来整合预定像素值的像素的数目以获取判定值，并且比较判定值与预定值以确定非缺陷产品或缺陷产品。
Description
相关申请的交叉引用
于2022年7月5日提交的日本专利申请号2022108707的公开内容，包括说明书，附图和摘要，通过整体引用并入本文。
技术领域
本公开涉及视觉检查装置，并且可应用到，例如具有盖的半导体封装的视觉检查装置。
背景技术
在倒装芯片球栅格阵列(FCBGA)型半导体封装中，安装在布线板上的半导体芯片被称为盖的遮罩所覆盖，并且半导体芯片和盖经由散热膏等与彼此接触。并且其具有作为散热板的功能。(例如，日本专利早期公开第JP-A-2011146415号)。
发明内容
例如，在FCBGA型半导体封装完成之后，FCBGA型半导体封装可以在检查过程中被按压。这时，可能发生盖形变。
根据本说明书和附图的描述，其他对象和新颖特征将变得清楚。
下面将简要描述本公开的代表性实施例的概要。即，视觉检查装置包括：其上安装有具有盖的FCBGA型半导体封装(半导体设备)的台架，同轴照明设备和倾斜照明设备，利用来自同轴照明设备和倾斜照明设备的照明光线照射该FCBGA型半导体封装，相机，该相机获得由同轴照明设备和倾斜照明设备利用照明光线照射的该FCBGA型半导体的捕获图像，以及控制设备。在此，同轴照明设备和倾斜照明设备位于台架和相机之间。控制设备将捕获图像转换为二值图像中，通过整合二值图像的预定像素值的像素的数目来计算判定值，并且通过比较判定值和预定值来判断检查目标的通过或否决。
根据本公开，检查盖形变是可能的。
附图说明
图1是示意性地示出FCBGA型半导体封装的结构的横截面视图。
图2是示出图1中所示的盖的修改的视图。
图3是根据实施例的示出视觉检查装置的示例性配置的图示。
图4是具有盖形变的FCBGA型半导体封装的捕获图像的图示。
图5是图4中所示的捕获图像的直方图的图示。
图6是通过对图4中所示的捕获图像进行二值化所获取的图像的图示。
具体实施方式
下面将参考附图描述实施例。然而，在以下描述中，相同的组件由相同的附图标号表示，并且可以省略其重复描述。应当注意的是，为了清楚地解释，与实际实施例相比，关于相应部分的宽度、厚度，形状，附图可以以等式的方式表示。此外，在多个附图中，相应元素的尺寸关系，相应元素的比例等不一定与彼此一致。
首先，将参考图1描述检查目标的结构，该检查目标的结构是具有盖的FCBGA型半导体封装(半导体设备)的结构。图1是示意性示出FCBGA型半导体封装的结构的横截面视图。
在FCBGA型半导体封装1中，半导体芯片20由称为盖30的遮罩覆盖。盖30由高度导热的金属材料(例如，铜)制成。盖30在顶部30b处附着于半导体芯片20。此外，盖30仅通过边缘30a附着于线路基板10。盖30的边缘30a是与线路基板10接触的外框架部分(带盖的)。为了使盖30作为散热器工作，例如，在底部填充胶(UF)树脂21被固化之后，散热膏22被施加到半导体芯片20的底部表面。例如，盖30以以下方式附着于线路基板10。黏着剂(盖黏着树脂)23线性地施加到线路基板10，盖30的边缘30a附着于被施加粘着剂23的部分，盖30被附着，并且粘着剂23被固化。
接下来，FCBGA型半导体封装1的问题将参考图2描述。图2是示出了图1中所示的盖30的修改的视图。
在图1中所示的FCBGA型半导体封装1的完成之后的检查过程中，例如，在非缺陷/缺陷产品的筛选测试中，可能如图2所示的发生盖形变。具体地，当产品未对准发生在测量单元中时，诸如，在筛选测试设备中的其上放置有FCBGA型半导体封装1的插座，FCBGA型半导体封装1的上表面上的盖30可能被传送FCBGA型半导体封装1的测量手柄等按压。此时，可能发生盖形变。该盖形变可能导致盖30的边缘30a从线路基板10移动到预定高度或更多。在该情况下，假定形变量(d)是盖30的边缘30a通常固定的底部表面和盖30的边缘30a由于形变而上升的底部表面端部分之间的距离。
接下来，能够检查上面所描述的盖形变的视觉检查装置将参考图3描述。图3是根据实施例的示出了视觉检查装置的示例性配置的图示。
视觉检查装置100包括相机110、第一照明设备120、第二照明设备130、台架140，以及控制设备150。相机110位于例如台架140的正上方并且以视角垂直向下定向的方式来被定位。相机110被定位使得FCBGA型半导体封装1位于视野中。第一照明设备120和第二照明设备130照射照明光线以使放置于台架140上的FCBGA型半导体封装1的亮度能够由相机110拍摄。利用该配置，相机110可以对FCBGA型半导体封装1的上表面拍摄。即，相机110可以拍摄FCBGA型半导体封装1的外观的图像。相机110包括成像设备111和透镜112。相机110使亮度数字化(光强度)。
第一照明设备120位于相机110和台架140之间。第一照明设备120包括表面发射照明(surface emitting illumination)(光源)121和半反射镜(半透射镜)122。来自表面发射照明121的照明光线在相机110的相同光轴上由半反射镜122反射，并且照射到台架140上的FCBGA型半导体封装1上。以相机110的相同光轴照射到成像目标上的散射光由FCBGA型半导体封装1反射，并且镜面反射的光传输通过半反射镜112以到达相机110，从而捕获FCBGA型半导体封装1的捕获图像。第一照明设备120是同轴落射照明(coaxial epi-illumination)设备(同轴照明设备)。
注意的是，表面发射照明121的光源颜色是单一颜色，例如蓝色。此外，优选地使用能够调整光源的功率的光源，并且其示例包括用于以发光二极管(LED)的脉冲调光占空比(pulse dimming duty)调整照明光线的量的设备。例如，光源的亮度可以调整到256(0到256)灰阶。
第二照明设备130位于相机110和台架140之间。第二照明设备130是斜杆式照明设备并且以相对于相机110的光轴的预定角度照射台架140上的FCBGA型半导体封装1。提供了四个斜杆式照明以面向FCBGA型半导体封装1的四侧。预定角度例如是35度到45度。
注意的是，第二照明设备130的光源颜色是单色的，例如具有比表面发射照明121的照明光线波长更长的红色颜色。优选地使用能够调整光源的功率的光源，并且其示例包括用于以LED的脉冲调光占空比调整照明光线的量的设备。例如，光源的亮度可以调整到256(0到256)灰阶。
控制设备150包括中央处理设备(CPU)、存储设备，以及输入/输出设备。由相机110捕获的图像数据经由图像捕获设备(捕获板)存储在存储设备中。存储设备由二级存储设备(例如RAM(随机存取存储器)和HDD(机械硬盘))组成。存储设备存储用于控制视觉检查装置100的上面所描述单元的操作的程序(软件)，并且例如检查阈值的数据在下面描述。CPU执行存储在主存储设备中的程序。输入/输出设备包括触摸板、鼠标、图像捕获设备(捕获板)、监视器、电机控制设备，以及I/O信号控制装置等。
CPU在所存储的图像数据上执行图像处理。CPU经由I/O信号控制设备(包括电机控制设备、传感器、切换控制等)来控制驱动单元例如台架140的XY工作台、第一照明设备120和第二照明设备130。
很难通过用相机110从FCBGA型半导体封装1的上方拍摄来直接观察盖形变。因此，在本实施例中，通过来自第一照明设备120和第二照明设备130的照明光束对盖形变部分着色。相机110从上面对FCBGA型半导体封装1拍照，并且基于FCBGA型半导体封装1的捕获图像的亮度和暗度来间接地观察盖形变。
在盖30的表面例如是镀镍的并且第一照明设备120和第二照明设备130的亮度较高(盖30的表面的亮度较高)时，即使盖30的边缘30a变形，边缘30a的形变部分和其他部分之间亮度的差异也较小。因此，调整第一照明设备120和第二照明设备130的亮度以提高亮度差异。优选直接在FCBGA型半导体封装1上方照射照明光线的第一照明设备120的亮度相对较低。由于该照明未单独提供充足的亮度，优选使倾斜地照射FCBGA型半导体封装1的第二照明设备130的亮度比第一照明设备120的亮度略高。
第一照明设备120和第二照明设备130的示例性设置在下面示出。第一照明设备120的亮度：5到10(256灰阶)。第二照明设备130的亮度：15到20(256灰阶)。FCBGA型半导体封装1的正面的亮度：70到85(lx)。这里，“5到10”意味着“5或更多以及10或更少”。同样的内容应用到其他数字范围。
检测盖形变的方法将参考图4到图6描述。图4是具有盖形变的FCBGA型半导体封装1的捕获图像的图示。图5是图4中所示的捕获图像的直方图的图示。图6是通过对图4中所示的捕获图像进行二值化所获取的图像的图示。
(图像捕获：步骤S10)控制设备150将第一照明设备120和第二照明设备130设置到预定条件，照射第一照明设备120和第二照明设备130，并且从上方利用相机110捕获FCBGA型半导体封装1以拍摄捕获图像。捕获图像例如是8位灰度数据(256灰度级)。在如图4中所示的捕获图像中，盖30的边缘30a的变形部分DF的上表面比未变形部分更暗。
(二值化过程：步骤S20)控制设备150在预定阈值范围内，针对由相机110所捕获的捕获图像执行二值化过程。二值化过程通过直方图创建(步骤S21)、阈值化(步骤S22)，以及二值化(步骤S23)来被执行。
(步骤S21)为了设置阈值，控制设备150创建图5中所示的直方图。横坐标表示像素值(指示亮度的灰阶，并且值越大越亮)，并且纵坐标表示出现像素的数目。具有较大数目的出现像素的区域(A)是盖30没有盖形变的部分。在像素值比区域(A)更小的一侧，存在出现像素的数目略大的区域(B)。区域(B)是盖30的形变部分。在像素值比区域(B)的像素值更小的一侧存在出现像素的数目更小的区域(C)。此外，在像素值大于区域(A)的一侧存在出现像素的数目更小的区域(D)。
(步骤S22)控制设备150在区域(A)和区域(B)之间的边界处设置第一阈值数值(Th1)，并且在区域(B)和区域(C)之间的边界处设置第二阈值数值(Th2)。要注意的是，通过适当地设置第一照明设备120和第二照明设备130，区域(A)和区域(B)之间的边界以及区域(B)和区域(C)之间的边界变得清楚，并且第一阈值数值(Th1)和第二阈值数值(Th2)可以被设置。
(布置S23)控制设备150执行二值化，在二值化中具有第一阈值数值(Th1)和第二阈值数值(Th2)之间的像素值的像素(区域(B))被设置为“1”(白色)，并且具有其他像素值的区域(区域(C)、区域(A)，以及区域(D))中的像素被设置为“0”(黑色)。换句话说，控制设备150提取其中像素值在预定范围内的像素。通过执行该二值化过程，获取了图6中所示的图像，并且盖30的形变部分变成白色。
(印迹分析(blob analysis)：步骤S30)控制设备150通过整合图6中所示的图像的白色像素来计算白色区域。所计算的白色区域(像素的数目)被用作判定值。
(判断过程：步骤S40)在判定值超过预设测试阈值数值时，控制设备150确定缺陷(步骤S40)。这里，判定值和检查阈值是像素的数目，并且判定值随着盖变形的形变量更大而更大。
将描述设置检查阈值的方法。在测试之前提前确定测试阈值。针对每个产品准备具有不同形变的相同产品的许多样本。这里，测量并且知晓每个样本的形变量。例如，样本可以被安装在实施例中的视觉检查装置的台架上，并且测量布线板10的上表面和脊30的边缘30a的下表面之间的距离差异。
控制设备150针对每个样本执行上面描述的步骤S10到S30的过程以获取相应判定值及其形变量。基于所获取的形变量和判定值之间的关系，控制设备150在控制设备150的存储设备中将形变量等于或大于预定值的形变值存储为检查阈值。针对每个产品执行这些过程。
根据本实施例，检查脊形变而不使用三维检查功能(例如激光测长功能或相移测长投影仪)是可能的。此外，通过检查脊形变，减少盖形变的缺陷产品的运输是可能的。
虽然已经基于实施例具体描述了本公开的发明人做出的公开，但是毫无疑问，本公开不限于上述实施例，并且可以进行各种修改。
Claims (14)
1.一种视觉检查装置包括：
台架，检查目标待被安装在所述台架上；
同轴照明设备和倾斜照明设备，利用来自所述同轴照明设备和所述倾斜照明设备的照明光线照射所述检查目标；
相机，所述相机获得由所述同轴照明设备和所述倾斜照明设备利用所述照明光线照射的所述检查目标的捕获图像；以及
控制设备，其中
所述控制设备将所述捕获图像转换为二值图像中，
所述控制设备通过整合所述二值图像的预定像素值的像素的数目来计算判定值，以及
所述控制设备通过比较所述判定值和预定值来针对所述检查目标判定非缺陷产品或缺陷产品。
2.根据权利要求1所述的视觉检查装置，其中
所述同轴照明设备和所述倾斜照明设备位于所述台架和所述相机之间。
3.根据权利要求1所述的视觉检查装置，其中
所述检查目标是具有盖的FCBGA型半导体封装，并且
所述视觉检查装置是用于检查具有所述盖的所述FCBGA型半导体封装的外观的装置。
4.根据权利要求2所述的视觉检查装置，其中
通过检查具有另一盖的另一FCBGA型半导体封装来获取所述预定值，所述另一盖变形到已知量的形变。
5.根据权利要求2所述的视觉检查装置，其中
所述同轴照明设备的所述照明光线是蓝色的，并且所述倾斜照明设备的所述照明光线是红色的。
6.根据权利要求2所述的视觉检查装置，其中
所述控制设备设置所述同轴照明设备的亮度以及所述倾斜照明设备的亮度使得所述盖的形变可以被检测。
7.根据权利要求6所述的视觉检查装置，其中
所述控制设备将所述同轴照明设备的所述亮度设置为低于所述倾斜照明设备的所述亮度。
8.一种视觉检查的方法，包括：
(a)在台架上安装检查目标；
(b)由同轴照明设备和倾斜照明设备向所述检查目标照射来自所述同轴照明设备和倾斜照明设备的照明光线；
(c)通过相机获得由所述同轴照明设备和所述倾斜照明设备利用所述照明光线照射的所述检查目标的捕获图像；
(d)在控制设备上将所述捕获图像转换为二值图像；
(e)在所述控制设备上通过整合所述二值图像的预定像素值的像素的数目来计算判定值；
(f)在所述控制设备上通过比较所述判定值和预定值来针对所述检查目标判定非缺陷产品或缺陷产品。
9.根据权利要求8所述的视觉检查方法，其中
所述同轴照明设备和所述倾斜照明设备位于所述台架和所述相机之间。
10.根据权利要求8所述的视觉检查方法，其中
所述检查目标是具有盖的FCBGA型半导体封装。
11.根据权利要求10所述的视觉检查方法，其中
通过检查具有另一盖的另一FCBGA型半导体封装来获取所述预定值，所述另一盖变形到已知量的形变。
12.根据权利要求8所述的视觉检查方法，其中
所述同轴照明设备的所述照明光线是蓝色的，并且所述倾斜照明设备的所述照明光线是红色的。
13.根据权利要求8所述的视觉检查方法，其中
所述控制设备设置所述同轴照明设备的亮度以及所述倾斜照明设备的亮度以检测所述盖的形变。
14.根据权利要求13所述的视觉检查方法，其中
所述控制设备将所述同轴照明设备的所述亮度设置为低于所述倾斜照明设备的所述亮度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |