DE10208978B4

DE10208978B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Höhenverlaufs einer Drahtverbindung

Info

Publication number: DE10208978B4
Application number: DE2002108978
Authority: DE
Inventors: Walter Happold; Gunther Bohn; Florian Raisch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: DE10208978A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung eines Höhenverlaufs einer Drahtverbindung (2) umfassend die Schritte:
– Erzeugen eines Schattenwurfs (3) der Drahtverbindung (2) mittels einer Lichtquelle (6) an wenigstens einer Seite der Drahtverbindung (2),
– bildliches Aufnehmen des Schattenwurfs (3) und der Drahtverbindung (2),
– Berechnen des Höhenverlaufs der Drahtverbindung (2) aus der bildlichen Aufnahme anhand der geometrischen Beziehungen zwischen Drahtverbindung (2) und Schattenwurf (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Höhenverlaufs einer Drahtverbindung, insbesondere einer Bonddrahtverbindung. Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, die Qualität von Bonddrahtverbindungen, insbesondere hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit, zu überprüfen. Hierzu wird eine berührende elektronische Prüfung der Verbindungen durchgeführt. Weiterhin ist eine berührungslose, optische Erfassung der Drahtverbindungen mit Flächenkameras bekannt, welche anschließend eine Auswertung der zweidimensionalen Bilddaten mit einem Bildverarbeitungssystem ausführt.

In DE 40 03 983 C1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Überwachung von Halbleiterbauteilen, beispielsweise Verbindungsdrähten zwischen einem Halbleiter-Chip und einem Gehäuse, beschrieben. Dabei wird zur Ermittlung des Verlaufs der Drähte, insbesondere zur Ermittlung des Höhenverlaufs, die Halbleiterbauteile beleuchtet. Durch diese Beleuchtung können einerseits verlaufsspezifische Positionen von Lichtreflexionsstellen auf den Drähten mit einer Kamera beobachtet werden, woraus zusammen mit der Beleuchtungsrichtung und der Kameraposition die Höhe der Drähte bestimmt werden kann. Andererseits werfen die Drähte einen Schatten auf die darunterliegenden Schichten. Ein Vergleich dieses Schattenwurfs mit bereits abgespeicherten Referenzdaten, sog. Lerndaten, liefert ebenfalls eine Aussage über die Höhe der Drähte.

Weiter ist aus JP 02044205 A ein Verfahren zur Überprüfung von Bonddrähten bekannt, bei dem die Bonddrähte wiederum beleuchtet werden und der so gebildete Schattenwurf zur Qualitätsanalyse herangezogen wird. Dabei wird kontrolliert, ob der Schattenwurf an vorgesehenen Positionen verläuft oder nicht.

Beide oben beschriebenen Verfahren sehen jedoch nicht vor, den Schattenwurf mit den Drähten selbst in einer geometrischen Beziehung zu setzen und daraus den Höhenverlauf der Drähte abzuleiten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine einfache Bestimmung eines Höhenverlaufs einer Drahtverbindung, insbesondere einer Bonddrahtverbindung, möglich ist. Dabei kann erfindungsgemäß sowohl eine absolute Höhe der Drahtverbindung, als auch ein bogenförmiger Verlauf der Drahtverbindung bestimmt werden. Hierzu wird erfindungsgemäß ein Schattenwurf an wenigstens einer der beiden Seiten der Drahtverbindung erzeugt. Anschließend wird eine Aufnahme des Schattenwurfs und der Drahtverbindung gemacht, und basierend auf dem Verlauf der Drahtverbindung bzw. des Schattenwurfs auf der Aufnahme wird der Höhenverlauf der Drahtverbindung berechnet. Erfindungsgemäß kann somit ein berührungsloses, kostengünstiges und einfaches Verfahren zur Ermittlung von Höheninformationen eines Drahtverlaufes bereitgestellt werden. Hierbei kann insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren ideal mit bestehenden optischen Prüfverfahren, z.B. zur Kontrolle der Drahtverbindung mit einer Leiterplatte, kombiniert werden, bzw. bestehende Prüfvorrichtungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nachgerüstet werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein erster Schattenwurf an einer ersten Seite der Drahtverbindung und anschließend ein zweiter Schattenwurf an einer zweiten Seite der Drahtverbindung erzeugt. Die beiden Schattenwürfe werden nacheinander jeweils vorzugsweise insbesondere mit einer Kamera aufgenommen. Die Berechnung des Höhenverlaufs der Drahtverbindung kann nun anhand der Abbildung der Drahtverbindung und des ersten Schattenwurfs oder der Drahtverbindung und des zweiten Schattenwurfs oder der Drahtverbindung und des ersten und zweiten Schattenwurfs berechnet werden. Bei der Berechnung des Höhenverlaufs, nur basierend auf einem der beiden Schattenwürfe, kann der andere Schattenwurf für eine Kontrollrechnung verwendet werden. Bei der Berechnung des Höhenverlaufs mittels beider Schattenwürfe kann ein Mittelwert aus den aus dem ersten und dem zweiten Schattenwurf berechneten Werten gebildet werden.

Um einen möglichst einfachen apparativen Aufbau und ein schnelles Verfahren zu ermöglichen, wird vorzugsweise die Lichtquelle zur Erzeugung des ersten und zweiten Schattenwurfs geschwenkt. Dabei wird die Lichtquelle derart geschwenkt, dass in einer ersten Position der erste Schattenwurf erzeugt wird und in einer zweiten Position der zweite Schattenwurf erzeugt wird.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Drahtverbindung bzw. das Bauteil, auf welchem die Drahtverbindung angeordnet ist, gekippt, um den ersten und den zweiten Schattenwurf zu erzeugen.

Gemäß einer noch anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Drahtverbindung bzw. das Bauteil, auf dem die Drahtverbindung angeordnet ist, um 180° gedreht, um den ersten und den zweiten Schattenwurf zu erzeugen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind zwei Lichtquellen zur Erzeugung der beiden Schattenwürfe vorgesehen, wobei der erste Schattenwurf mit der ersten Lichtquelle erzeugt wird und der zweite Schattenwurf mit der zweiten Lichtquelle erzeugt wird.

Besonders bevorzugt erzeugt die Lichtquelle ein paralleles Licht. Dadurch können Unschärfen am Rand des Schattenwurfs minimiert werden und die Genauigkeit der Berechnung verbessert werden.

Um ein besonders exaktes Bild der Drahtverbindung bzw. des Schattenwurfs zu erhalten, weist die Kamera vorzugsweise ein telezentrisches Objektiv auf. Besonders bevorzugt ist die Kamera dabei als eine Matrix-Kamera oder eine Zeilen-Kamera ausgebildet.

Vorzugsweise wird der Höhenverlauf der Drahtverbindung über trigonometrische Beziehungen berechnet. Dadurch kann der Rechenaufwand relativ gering gehalten werden und somit die Zeit zur Ermittlung des Höhenverlaufs reduziert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung eines Höhenverlaufs einer Drahtverbindung umfasst eine Lichtquelle zur Erzeugung eines Schattenwurfs auf wenigstens einer Seite der Drahtverbindung, eine Kamera zur Aufnahme der Drahtverbindung und des Schattenwurfs sowie eine Recheneinheit zur Berechnung des Höhenverlaufs der Drahtverbindung. Die Recheneinheit berechnet dabei den Höhenverlauf anhand der von der Drahtverbindung sowie des Schattenwurfs gemachten Aufnahme. Erfindungsgemäß kann somit eine besonders einfach aufgebaute Vorrichtung bereitgestellt werden, welche in schneller und zuverlässiger Weise den Höhenverlauf einer Drahtverbindung, insbesondere einer Bonddrahtverbindung berechnen kann. Da zur Berechnung nur eine Aufnahme durch die Kamera notwendig ist, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine besonders hohe Prüfgeschwindigkeit auf. Weiterhin ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, gleichzeitig mehrere Höhenverläufe von Drahtverbindungen zu berechnen, welche in der Aufnahme abgebildet sind. Anhand der bekannten Geometrie des Aufbaues der Vorrichtung könnte somit mittels den erzeugten Schatten des Drahtes dessen Höhenverlauf berechnet werden.

Um auf einfache Weise einen ersten und einen zweiten Schattenwurf erzeugen zu können, umfasst die Vorrichtung zur Ermittlung des Höhenverlaufs vorzugsweise eine Schwenkvorrichtung für die Lichtquelle, um die Lichtquelle von einer ersten Position in eine zweite Position zu verschwenken.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Kippvorrichtung zum Kippen der Drahtverbindung bzw. des Bauteils, auf welchem die Drahtverbindung angeordnet ist, um den zweiten Schattenwurf zu erzeugen.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung eines zweiten Schattenwurfs ist das Vorsehen einer Schwenkvorrichtung, um die Drahtverbindung bzw. das Bauteil mitsamt der Drahtverbindung um 180° zu verschwenken, um den zweiten Schattenwurf zu erzeugen.

Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung des Höhenverlaufs einer Drahtverbindung eine zweite Lichtquelle. Die zweite Lichtquelle dient zur Erzeugung eines zweiten Schattens auf einer der ersten Seite der Drahtverbindung gegenüberliegenden zweiten Seite.

Bei zwei Schattenwürfen kann die Recheneinheit den Höhenverlauf entweder basierend auf der Drahtverbindung und dem ersten Schattenwurf oder basierend auf der Drahtverbindung und dem zweiten Schattenwurf oder basierend auf der Drahtverbindung und dem ersten und zweiten Schattenwurf berechnen.

Eine noch andere Möglichkeit zur Erzeugung eines zweiten Schattenwurfs ist dadurch gegeben, dass ein Spiegel vorgesehen ist, welcher schwenkbar angeordnet ist, sodass der erste und der zweite Schatten mittels einer Lichtquelle erzeugt werden kann.

Vorzugsweise ist die Kamera als Matrix-Kamera oder als Zeilen-Kamera ausgebildet.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel ist in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung eines Höhenverlaufs einer Drahtverbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 eine Draufsicht auf eine Drahtverbindung mit einem Schattenwurf an einer ersten Seite der Drahtverbindung, und
3 eine Draufsicht auf die Drahtverbindung mit einem Schattenwurf an der anderen Seite der Drahtverbindung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den 1 bis 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Ermittlung eines Höhenverlaufs einer Bonddrahtverbindung dargestellt.
Wie insbesondere in 1 gezeigt, umfasst die Vorrichtung 1 zur Ermittlungs des Höhenverlaufs der Bonddrahtverbindung 2 eine Lichtquelle 6, welche um einen Schwenkpunkt S schwenkbar ist. Die Lichtquelle 6 gibt ein telezentrisches, d.h. paralleles Licht aus. Das Licht der Lichtquelle 6 wird an einem halbdurchlässigen Spiegel 7 reflektiert und wird auf die Bonddrähte 2 gerichtet, welche auf einer Leiterplatte 5 angeordnet sind. Senkrecht über den Bonddrähten 2 ist eine Kamera 8 angeordnet, welche Bilder durch den halbdurchlässigen Spiegel 7 aufnimmt. Die Kamera 8 ist mit einer Recheneinheit 9 verbunden.
Es sei angemerkt, dass anstelle der telezentrischen Lichtquelle auch alternativ eine Punktlichtquelle verwendet werden kann. Ebenfalls können anstelle der schwenkbaren Lichtquelle zwei verschiedene Lichtquellen angeordnet sein, die z.B. Lichtstrahlen in unterschiedlichen Winkeln auf den Spiegel 7 absenden.
Nachfolgend wird anhand der 1 bis 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, verbindet der Bonddraht 2 eine Leiterplatte 5 mit einem Chip 10. Dabei sind eine Vielzahl von Bonddrähten 2 zur Verbindung der Leiterplatte 5 mit dem Chip 10 vorgesehen. Der Bonddraht 2 verläuft dabei bogenförmig, sodass eine unbeabsichtigte Kontaktierung an der Leiterplatte bzw. dem Chip verhindert werden kann. Erfindungsgemäß wird nun die Tatsache ausgenutzt, dass bei einem schrägen Lichteinfall auf die Bonddrahtverbindung 2 je nach Richtung des Lichteinfalls ein Schatten an einer Seite der Bonddrahtverbindung 2 erzeugt wird. In 2 ist hierbei ein erster Schatten 3 an der rechten Seite der Drahtverbindung 2 sichtbar und in 3 ist ein zweiter Schatten 4 an der linken Seite der Drahtverbindung 2 ersichtlich.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit das von der Lichtquelle 6 erzeugte Licht durch den Spiegel 7 abgelenkt und trifft derart auf die Bonddrahtverbindung 2, dass der erste Schatten 3 rechts des Drahtes 2 entsteht. Nun wird mittels der Kamera 8 der Schattenwurf 3 sowie die Drahtverbindung 2 aufgenommen. Anschließend erfolgt mittels der Recheneinheit 9 eine Berechnung des Höhenverlaufs der Drahtverbindung 2, basierend auf der Aufnahme der Drahtverbindung sowie des ersten Schattenwurfs 3. Diese Berechnung kann beispielsweise anhand von trigonometrischen Beziehungen zwischen der Drahtverbindung 2 und dem Schattenwurf 3 berechnet werden, da die Geometrie der Prüfvorrichtungen und insbesondere der Winkel, mit welcher das Licht auf die Bonddrahtverbindung auftrifft, bekannt sind.
Um ein genaueres Ergebnis zu erhalten oder auch um eine Prüfmöglichkeit zu haben, wird vorzugsweise die Lichtquelle 6 in ihre zweite Position verschwenkt, sodass die Lichtstrahlen in einem anderen Winkel auf die Bonddrahtverbindungen 2 auftreffen, sodass, wie in 3 gezeigt, ein zweiter Schattenwurf 4 an der linken Seite der Bonddrahtverbindungen erzeugt wird. Anhand dieses zweiten Schattenwurfs 4 kann in gleicher Weise wie beim ersten Schattenwurf 3 eine Höheninformation hinsichtlich der Drahtverbindung 2 erhalten werden. Diese zweite Höheninformation kann einerseits zur Überprüfung der ersten Höheninformation verwendet werden oder kann auch gemeinsam mit der Information aus dem ersten Schattenwurf 3 in der Recheneinheit 9 verarbeitet werden, um eine besonders genaue Bestimmung des Höhenverlaufs der Bonddrahtverbindung 2 zu ermöglichen. Erfindungsgemäß kann hierbei sowohl eine absolute Höhe der Bonddrahtverbindung 2 ermittelt als auch ein bogenförmiger Verlauf (Loop-Höhe) ermittelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei ideal mit bestehenden optischen Prüfverfahren, beispielsweise einer optischen Überprüfung der Kontakte o.ä., kombinierbar. Da das erfindungsgemäße Verfahren Standardkomponenten wie beispielsweise eine Matrix-Kamera, eine telezentrische Lichtquelle bzw. ein telezentrisches Objektiv verwendet. Dadurch kann die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sehr kostengünstig bereitgestellt werden. Weiterhin ist es möglich, dass bestehende Prüfvorrichtungen nachgerüstet werden, um das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer Höheninformation auszuführen.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung eines Höhenverlaufs einer Drahtverbindung 2 mit den Schritten: Erzeugen eines Schattenwurfs mittels einer Lichtquelle 6 an wenigstens einer Seite der Drahtverbindung 2, Aufnehmen des Schattenwurfs 3 sowie der Drahtverbindung 2 mittels einer Kamera 8 und Berechnen des Höhenverlaufs der Drahtverbindung 2, basierend auf der Aufnahme der Drahtverbindung 2 und des Schattenwurfs 3. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die vorhergehende Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines Höhenverlaufs einer Drahtverbindung (2) umfassend die Schritte: – Erzeugen eines Schattenwurfs (3) der Drahtverbindung (2) mittels einer Lichtquelle (6) an wenigstens einer Seite der Drahtverbindung (2), – bildliches Aufnehmen des Schattenwurfs (3) und der Drahtverbindung (2), – Berechnen des Höhenverlaufs der Drahtverbindung (2) aus der bildlichen Aufnahme anhand der geometrischen Beziehungen zwischen Drahtverbindung (2) und Schattenwurf (3).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Schattenwurf (3) an einer ersten Seite der Drahtverbindung (2) und ein zweiter Schattenwurf (4) an einer zweiten Seite der Drahtverbindung (2) erzeugt wird, welche nacheinander jeweils insbesondere mittels der Kamera (8) aufgenommen werden, und die Berechnung des Höhenverlaufs der Drahtverbindung, basierend auf der Aufnahme der Drahtverbindung (2) und dem ersten Schattenwurf (3) oder der Drahtverbindung (2) und dem zweiten Schattenwurf (4) oder der Drahtverbindung (2) und dem ersten und zweiten Schattenwurf (3, 4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (6) zur Erzeugung des ersten Schattenwurfs (3) und des zweiten Schattenwurfs (4) geschwenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtverbindung (2) gekippt wird, um den zweiten Schattenwurf (4) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtverbindung um 180° gedreht wird, um den zweiten Schattenwurf (4) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schattenwurf (3) mit seiner ersten Lichtquelle erzeugt wird und der zweiten Schattenwurf (4) mittels einer zweiten Lichtquelle erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle ein paralleles Licht erzeugt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Höhenverlaufs der Drahtverbindung mittels trigonometrischer Beziehungen erfolgt.
Vorrichtung zur Ermittlung eines Höhenverlaufs einer Drahtverbindung (2) umfassend mindestens eine Lichtquelle (6) zur Erzeugung wenigstens eines ersten Schattenwurfs (3) an einer ersten Seite der Drahtverbindung (2), eine Kamera (8) zur Aufnahme der Drahtverbindung (2) sowie des Schattenwurfs (3) und eine Recheneinheit (9) zur Berechnung des Höhenverlaufs der Drahtverbindung (2) aus der bildlichen Aufnahme anhand der geometrischen Beziehungen zwischen Drahtverbindung (2) und Schattenwurf (3).
Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Schwenkvorrichtung für die Lichtquelle (6), um die Lichtquelle von einer ersten Position in eine zweite Position zu verschwenken und einen ersten Schattenwurf (3) an einer ersten Seite der Drahtverbindung in der ersten Position der Lichtquelle (6) zu erzeugen und einen zweiten Schattenwurf (4) an einer zweiten Seite der Drahtverbindung in der zweiten Position der Lichtquelle (6) zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Kippvorrichtung zum Kippen der Drahtverbindung (2), um den zweiten Schattenwurf (4) zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine Schwenkvorrichtung zum Verschwenken der Drahtverbindung (2) um 180°, um den zweiten Schattenwurf (4) zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch eine zweite Lichtquelle zur Erzeugung des zweiten Schattenwurfs (4).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit zur Berechnung des Höhenverlaufs der Drahtverbindung (2), die Aufnahme der Drahtverbindung (2) und des ersten Schattenwurfs (3) oder der Drahtverbindung (2) und des zweiten Schattenwurfs (4) oder der Drahtverbindung (2) und des ersten und zweiten Schattenwurfs (3, 4) verwendet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch einen Spiegel (7) zur Ablenkung der Lichtstrahlen der Lichtquelle (6).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera als Matrix-Kamera oder als Zeilen-Kamera ausgebildet ist.