DE102009040137A1 - Illuminating device for recording image of die in vision system that is utilized for aligning die in die bonder, has scattering centers pseudo randomly arranged at surface of plate such that light coupled into plate is scattered by surface - Google Patents

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    • G02B6/004—Scattering dots or dot-like elements, e.g. microbeads, scattering particles, nanoparticles
    • G02B6/0041—Scattering dots or dot-like elements, e.g. microbeads, scattering particles, nanoparticles provided in the bulk of the light guide

Abstract

The device has a scattering plate mounted between a camera lens and an object, where the plate has a front side formed such that light of a light source is coupled to the plate. Scattering centers are pseudo randomly arranged at a surface of the plate such that light coupled into the plate is scattered by the surface of the plate. The scattering centers are formed as holes at the surface of the plate corresponding to a Halton sequence and/or a Faure sequence, and masks form the scattering centers at the surface of the plate.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beleuchtungsvorrichtung zur Bildaufnahme mit einer Kamera. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Beleuchtungsvorrichtung für das Visionsystem eines Die Bonders. Die erfindungsgemässe Beleuchtungsvorrichtung verwirklicht insbesondere das Prinzip der Direktbeleuchtung. Von einer direkten Beleuchtung (Auflicht) spricht man, wenn der Strahlengang der Beleuchtung teilweise im Strahlengang der Kameraoptik zum Objekt hin verläuft. Im Gegensatz dazu stehen Verfahren der seitlichen Beleuchtungen.The present invention relates to a lighting device for image recording with a camera. In particular, the present invention relates to a lighting device for the vision system of a Die Bonders. The lighting device according to the invention in particular realizes the principle of direct lighting. Direct illumination (reflected light) is used when the beam path of the illumination partially extends in the beam path of the camera optics towards the object. In contrast, there are methods of lateral lighting.

Auf einem Die Sonder gibt es mehrere Visionsysteme, welche für das präzise Ausrichten der Dies und die Qualitätskontrolle benötigt werden.On a Die Sonder there are several vision systems, which are needed for the precise alignment of the dies and the quality control.

Mit dem Trend hin zu immer dünneren Dies verhalten sich diese mechanisch nicht mehr als starre Körper, sondern eher wie eine flexible Folie. Vor allem am Dickpunkt, wo die Dies von der Trägerfolie abgenommen werden, können lokal auf dem Die Verkippungswinkel von mehr als 3° auftreten (warped dies). Da sich Dies, insbesondere strukturlose (blank dies), optisch wie Spiegel verhalten, können je nach Beleuchtungskonzept solche verkippte Flächen im Vision System nicht mehr sichtbar gemacht werden und bleiben schwarz. Ein korrektes Alignment ist nahezu nicht möglich.With the trend towards ever thinner dies, these are no longer behaving mechanically as rigid bodies, but more like a flexible film. Especially at the thick point, where the dies are removed from the carrier foil, the tilt angles of more than 3 ° can occur locally (warped). Since this, in particular structureless (blank this), behave visually like mirrors, depending on the lighting concept, such tilted surfaces can no longer be made visible in the vision system and remain black. A correct alignment is almost impossible.

Mit der Erfindung soll erreicht werden, dass trotz beschränkter Platzverhältnisse, die spiegelnden, verbogenen Dies gleichmässig ausgeleuchtet und brauchbare Bilder aufgenommen werden können.With the invention is to be achieved that despite limited space, the specular, bent Dies evenly lit and usable images can be recorded.

Dem Fachmann sind verschiedene Konzepte für direkte Beleuchtungen bekannt, die im folgenden kurz anhand der 1 und 2 erläutert werden sollen:The person skilled in various concepts for direct lighting are known, which will be briefly described below with reference to the 1 and 2 should be explained:

1a zeigt eine sogenannte Beleuchtungsbox, wie sie in US6783257 offenbart ist. Die Beleuchtungsbox besteht aus einem halbdurchlässigen Spiegel (23), einem Diffusor (25) und einem Leuchtdiodenarray (24). Die Box wird zwischen Kameraobjektiv (7) und Objekt (4) montiert. Das Licht des Diodenarrays geht durch den Diffusor über den Spiegel auf das Objekt. Das Bild des Objekts wird durch den halbdurchlässigen Spiegel aufgenommen. Nachteilig ist hierbei allerdings, dass die Beleuchtungsbox in axialer Richtung viel Platz benötigt. Um eine ausreichende Tiltfähigkeit zu erreichen, wäre beispielsweise eine quadratische Leuchtfläche von 50 × 50 mm nötig, was dazu führt, dass in axialer Richtung ebenso 50 mm benötig werden. 1a shows a so-called lighting box, as in US6783257 is disclosed. The lighting box consists of a semi-transparent mirror ( 23 ), a diffuser ( 25 ) and a light-emitting diode array ( 24 ). The box is placed between camera lens ( 7 ) and object ( 4 ) assembled. The light of the diode array passes through the diffuser through the mirror onto the object. The image of the object is captured by the semi-transparent mirror. The disadvantage here, however, that the lighting box needs a lot of space in the axial direction. In order to achieve a sufficient Tiltfähigkeit, for example, a square luminous area of 50 × 50 mm would be necessary, which means that in the axial direction also 50 mm are needed.

Da aber der Abstand zwischen Kameraobjektiv und Objekt häufig limitiert ist und dieser Bereich beispielsweise noch von einem Bondarm durchfahren werden muss, kann dieses Konzept häufig nicht verwendet werden.However, since the distance between the camera lens and the object is often limited and this area, for example, still has to be traversed by a bonding arm, this concept can often not be used.

1b zeigt eine sogenannte Beleuchtung im Blendenpunkt. Bei diesem Konzept wird die Lichtquelle über einen Strahlteiler an den Ort der Blende gespiegelt. Dies hat gegenüber einer Beleuchtungsbox den Vorteil, das die Dimensionen der Beleuchtung wesentlich kleiner sind. Dieses Konzept wird auf der 2100-Plattform von der Anmelderin eingesetzt. Leider führt auch dieses Konzept aufgrund der knappen Platzverhältnisse in der Kamera zu Problemen. So können auf der 2100 Plattform beispielsweise nur Dies mit einem Tilt < 1.5° beleuchtet werden. 1b shows a so-called illumination in the f-stop. In this concept, the light source is mirrored via a beam splitter to the location of the aperture. This has the advantage over a lighting box that the dimensions of the lighting are much smaller. This concept is used on the 2100 platform by the Applicant. Unfortunately, this concept also leads to problems due to the limited space available in the camera. For example, only dies with a tilt <1.5 ° can be illuminated on the 2100 platform.

2 zeigt eine Vorrichtung zur Direktbeleuchtung, bei der ein Streuglas eingesetzt wird. Dieses Konzept ist beispielsweise in US6783257 (CSS-Patent) offenbart. Bei diesem Konzept wird zwischen Kameraobjektiv (7) und Objekt (4) ein Streuglas (5) montiert. Durch die Seitenflächen wird Licht von Leuchtdioden (2) ins Glas eingekoppelt. Auf der Oberseite des Glases befinden sich Streuzentren (6), an welchen ein Teil des eingekoppelten Lichts Richtung Objekt gestreut wird. Das Bild des Objekts wird durch die offene Fläche zwischen den Streuzentren aufgenommen. Leider ist auch diese Beleuchtungsvorrichtung mit Nachteilen behaftet: Die Beleuchtung mit Streuglas passt zwar mechanisch, hat aber den Nachteil, dass aufgrund der regelmässig verteilten Streuzentren auf spiegelnden Objekten eine gegenseitige Abdeckung stattfindet. Diese Abdeckung führt dazu, dass das Kamerabild einer spiegelnden Fläche Intensitätsvariationen aufweist, welche ein Alignement und das Auge stören. 2 shows a device for direct lighting, in which a scattering glass is used. This concept is for example in US6783257 (CSS patent). In this concept, between camera lens ( 7 ) and object ( 4 ) a spreading glass ( 5 ) assembled. Through the side surfaces light from light emitting diodes ( 2 ) coupled into the glass. On top of the glass there are scattering centers ( 6 ), at which a part of the coupled-in light is scattered in the direction of the object. The image of the object is captured by the open area between the scattering centers. Unfortunately, this lighting device has drawbacks: Although the lighting with diffuser glass fits mechanically, but has the disadvantage that due to the regularly distributed scattering centers on reflecting objects takes place a mutual coverage. This coverage results in the camera image of a specular surface having intensity variations that interfere with alignment and the eye.

Es besteht daher das Bedürfnis nach einer Beleuchtungsvorrichtung, welche den engen Platzverhältnissen bei Die Sondern Rechnung trägt, wobei aber im Wesentlichen keine oder zumindest reduzierte Intensitätsinhomogenitäten in den Bildern zu verzeichnen sind.There is therefore a need for a lighting device which takes into account the limited space available in the case of the ones, but essentially no or at least reduced intensity inhomogeneities can be recorded in the images.

Die erfindungsgemässe direkte Beleuchtung umfasst eine Streuplatte, welche zwischen Kameraobjektiv und Objekt montiert wird. In die Streuplatte wird von der Seite Licht eingekoppelt, welches an Streuzentren Richtung Objekt gestreut wird. Damit kein Licht direkt in die Optik gelangt, sind die Streuzentren auf der Objektivseite abgedeckt. Das Bild des Objekts wird durch die offene Fläche zwischen den Streuzentren aufgenommen. Dies ist dem in 2 beschriebenen System ähnlich.The direct illumination according to the invention comprises a diffusion plate, which is mounted between the camera lens and the object. In the scattering plate is coupled from the side of light, which is scattered at scattering centers direction object. So that no light gets directly into the optics, the scattering centers on the lens side are covered. The image of the object is captured by the open area between the scattering centers. This is the in 2 described system similar.

Um nun allerdings spiegelnde Objekte gleichmässig auszuleuchten und aufzunehmen, sind bei der erfindungsgemässen Vorrichtung die Streuzentren quasi-zufällig, beispielsweise entsprechend einer Halton Sequenz verteilt.However, in order to evenly illuminate and record specular objects, in the device according to the invention the scattering centers are quasi-random, for example distributed according to a Halton sequence.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Figuren und anhand eines Beispiels beschrieben und gegenüber dem Stand der Technik abgegrenzt. The invention will now be described with reference to the following figures and by way of example and with respect to the prior art.

3 zeigt die Seitenansicht einer in einen Die Sonder eingebauten Streuplatte. Wie im CCS-Patent beschrieben, wird Licht über die Seitenflächen in das Streuglas eingekoppelt. Im Gegensatz zum CCS-Patent ist im vorliegenden Beispiel das Glas rechteckig und es wird lediglich von zwei gegenüberliegenden Seiten Licht eingekoppelt. 3 shows the side view of a built-in a special scatter plate. As described in the CCS patent, light is coupled via the side surfaces in the scattering glass. In contrast to the CCS patent, in the present example the glass is rectangular and light is coupled in only from two opposite sides.

4 zeigt die Draufsicht der entsprechenden Streuplatte. Wie im CCS-Patent beschrieben, werden runde Streuzentren verwendet. Im Gegensatz zum CCS-Patent werden Streuzentren aber nicht auf der Oberfläche angebracht, sondern ins Glas geätzt und mit Farbe gefüllt. Danach werden die Farbpunkte mit einem überlappenden Chrompunkt überdeckt, um zu verhindern, dass Licht direkt ins Kameraobjektiv gelangt. 4 shows the top view of the corresponding scatter plate. As described in the CCS patent, round scattering centers are used. In contrast to the CCS patent, scattering centers are not applied to the surface but are etched into the glass and filled with paint. Thereafter, the color dots are overlapped with an overlapping dot of chrome to prevent light from entering the camera lens directly.

Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die Streuzentren regelmässig über die Oberfläche verteilt angeordnet sind, werden erfindungsgemäss die Streuzentren gemäss einer pseudorandom-Verteilung angeordnet.In contrast to the prior art, in which the scattering centers are regularly distributed over the surface, the scattering centers according to the invention are arranged according to a pseudorandom distribution.

5 zeigt Ausschnitte der zur Herstellung solcher Streuzentren verwendbaren Masken in unterschiedlichen Ausführungsformen. Unten links ist der Ausschnitt einer Maske sichtbar, welche zu regelmässig angeordneten Streuzentren führt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Demgegenüber sind in den anderen drei Bereichen entsprechend der vorliegenden Erfindung die Masken für pseudorandom verteilte Streuzentren dargestellt, welche zu einem im Wesentlichen homogen ausgeleuchteten Bild führen. Unterschiedliche Punktgrössen und Abstände sind wählbar. 5 shows sections of masks usable for producing such scattering centers in different embodiments. At the bottom left, the section of a mask is visible, which leads to regularly arranged scattering centers, as they are known from the prior art. In contrast, in the other three areas according to the present invention, the masks for pseudorandom distributed scattering centers are shown, which lead to a substantially homogeneously illuminated image. Different point sizes and distances are selectable.

In den 6a und 7a sind Simulationsbilder gezeigt, welche die Differenz zwischen regelmässig verteilten Streuzentren (6a) und pseudorandom verteilten Streuzentren (7a) zeigen.In the 6a and 7a Simulation images are shown showing the difference between regularly distributed scattering centers ( 6a ) and pseudo-random distributed scattering centers ( 7a ) demonstrate.

Mittels dieser Simulation wurden verschiedene Algorithmen zur Verteilung der Streuzentren getestet:

  • • Gleichförmig verteilte Zufallszahlen
  • • Halton Sequence
  • • Faure Sequence
  • • Gleichförmig verteilte Varianz um gleichmässige Verteilung.
By means of this simulation different algorithms for the distribution of the scattering centers were tested:
  • • Uniformly distributed random numbers
  • • Halton Sequence
  • • Faure Sequence
  • • Uniformly distributed variance around even distribution.

Mit dem Algorithmus der Halton Sequenz wurde das geringste Verhältnis von Standardabweichung zum Mittelwert der Graustufen über ein Bild ermittelt.With the Halton sequence algorithm, the lowest ratio of standard deviation to the mean of the gray levels across an image was determined.

Für die regelmässig verteilte Struktur ergibt sich ein Verhältnis von Standardabweichung zu Mittelwert der Graustufen von 14.5% über das ganze Bild. 6a zeigt die Simulation, 6b die Bestätigung.For the regularly distributed structure there is a ratio of standard deviation to mean value of gray scale of 14.5% over the whole picture. 6a shows the simulation, 6b the confirmation the verification.

Für die pseudorandom (halton sequence) verteilte Struktur ergibt sich ein Verhältnis von Standardabweichung zu Mittelwert der Graustufen von 0.6% über das ganze Bild. 7a zeigt die Simulation, 7b die Bestätigung.For the structure distributed over the pseudorandom (halton sequence), the ratio of standard deviation to mean value of the gray scale is 0.6% over the whole image. 7a shows the simulation, 7b the confirmation the verification.

Zum weiteren Vergleich zeigen die 8 und 9 Dies eines Wafers, einmal mit der Beleuchtung im Blendenpunkt (8) gemäss Stand der Technik und einmal mit der erfindungsgemässen Streuglasbeleuchtung (9). Dabei wird der vorteilhafte Effekt des Einsatzes des erfindungsgemässen Streuglasses deutlich sichtbar.For further comparison show the 8th and 9 This of a wafer, once with the illumination in the f-stop ( 8th ) according to the prior art and once with the inventive scattered glass illumination ( 9 ). In this case, the advantageous effect of the use of the inventive scattering gate is clearly visible.

Es wurde auch die Tiltfähigkeit der erfindungsgemässen Beleuchtungsvorrichtung, d. h. die Akzeptanz des Systems gegenüber einer Schrägstellung oder einer Verbiegung des Dies, ermittelt. 10 zeigt dabei die für die Messung verwendete Geometrie und 11 zeigt die entsprechenden Messergebnisse.The tilting capability of the illumination device according to the invention, ie the acceptance of the system with respect to an inclination or a bending of the die, was also determined. 10 shows the geometry used for the measurement and 11 shows the corresponding measurement results.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6783257 [0006, 0009] US 6783257 [0006, 0009]

Claims (5)

Beleuchtungsvorrichtung für ein Visionssystem für Die Sonder umfassend: zumindest eine Lichtquelle und zumindest eine Streuplatte, wobei mindestens eine der Stirnseiten der Streuplatte so ausgebildet ist, dass Licht der Lichtquelle in die Streuplatte eingekoppelt werden kann, wobei an zumindest einer Oberfläche der Streuplatte Streuzentren vorgesehen sind, so dass in die Streuplatte eingekoppeltes Licht zumindest teilweise durch eine Oberfläche der Streuplatte gestreut wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuzentren an der Oberfläche nicht regelmässig angeordnet sind und vorzugsweise pseudozufällig angeordnet sind.Illumination device for a vision system for The special comprising: at least one light source and at least one diffusion plate, wherein at least one of the end sides of the diffusion plate is formed such that light from the light source can be coupled into the diffusion plate, wherein scattering centers are provided on at least one surface of the diffusion plate, so that light coupled into the diffusion plate is at least partially scattered by a surface of the diffusion plate, characterized in that the scattering centers are not regularly arranged on the surface and are preferably arranged pseudo-randomly. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Streuzentren entsprechend einer Halton Sequenz ausgestaltet ist.Lighting device according to claim 1, characterized in that the arrangement of the scattering centers is designed according to a Halton sequence. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Streuzentren entsprechend einer Faure Sequenz ausgestaltet ist.Lighting device according to claim 1, characterized in that the arrangement of the scattering centers is designed according to a Faure sequence. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuzentren zu einer der Oberflächen hin farblich überdeckt sind und somit lediglich in Richtung der anderen Oberfläche streuen.Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the scattering centers are color-covered to one of the surfaces and thus scatter only in the direction of the other surface. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuzentren als Löcher eine Oberfläche der Streuplatte ausgebildet sind.Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the scattering centers are formed as holes a surface of the scattering plate.
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