TW200823774A - Image capturing for pattern recognition of electronic devices - Google Patents

Description

200823774 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及處理，例如在執行電子器件鍵合以前的定位過程中電子器 件上多個位置處的圖像捕獲，尤其是涉及模式識別(PR: Pattern Recognition ) 的定位。 【先前技術】 〜 在半導體裝配和封裝工業中，通常有必要電性連接不同的電子器件， 例如積體電路晶片或晶粒到襯底上，通過鍵合將其裝配在襯底上。在導電 _盤之間使用導電線或直接連接完成這種電性連接。電子器件上的鍵合盤 ( bond pads )必須相對於用來執行鍵合的鍵合工具對齊定位。 例如，在導線鍵合中，在將導電線鍵合到鍵合盤以前，首先必須確定 鍵合盤的位置。通常使用視覺系統來捕獲電子器件的圖像，以定位其鍵合 盤。將被鍵合的襯底放置在工作臺上，接著其被裝配到定位平臺(positioning stage)如XY平臺上。該定位平臺相對於視覺系統移動電子器件，以捕獲 襯底上預定點的圖像進行PR定位。有時，視覺系統有可能尋找電子器件上 的幾個位置標記，並且使用它們計算電子器件上所有鍵合盤的位置，假設 它們是一個固定的圖案模式。在其他情形下，從選定的位置標記處計算鍵 合位置可能無法提供足夠的精度，每個鍵合盤的每個鍵合位置必須被識 •別。一個範例是LED器件，其中在將被鍵合的襯底上方鍵合位置是以點陣 形式散佈的，在PR定位過程中每個鍵合位置最好應該是個別地被識別。 對於普通的鍵合應用而言，總的鍵合時間通常包括:（1)物料的裝載 和卸載，（2) PR定位，和（3)實際的鍵合。在存在大量離散的鍵合位置 的場合，如LED鍵合，PR定位時間佔據了總鍵合時間很顯著的比重。節 約PR定位時間在提高鍵合裝置産能方面將是一個重要的因數。 在處理時間方面，由於定位平臺需要在每個鍵合位置使電子器件相對 於視覺系統停止以便攝像機曝光，以致於視覺系統能夠捕獲鍵合位置的圖 像以藉此定位鍵合點’所以傳統的PR定位方法花費了大量的時間。因此， 爲了從點到點移動而進行PR定位，每次的位置變化，定位平臺需要經歷加 速和減速，還不包括電子器件停止時所花費的時間。這種方法是浪費時間。 200823774 圖1是典型的移動順序示意圖，其表明了在現有的PR定位系統中執行 PR圖像抓取的點。移動速度_時間曲線10粗略估計了定位平臺移動，以相 對於視覺系統定位電子器件的鍵合位置。PR抓取曲線12表示了鍵合位置 .的圖像何時獲得。這些曲線表明在波谷位置14當定位平臺使電子器件停在 鍵合位置的時候，在同一個時間點16視覺系統捕獲鍵合位置的圖像。因此， .定位平臺需要在相鄰的鍵合位置之間（之內）加速減速，在這些鍵合位置 處該定位平臺被停止以進行圖像捕獲。 圖2是現有的PR定位方法的示意圖，其中LED鍵合位置18相對於視 覺系統點到點的移動。其表明了一行規則地分隔開來的LED鍵合位置18。 定位平臺跟隨移動順序20，以從一個LED鍵合位置18移動到另一個位置， _並停留在每個LED鍵合位置18處，以捕獲鍵合位置的圖像。 一種減少較長的PR定位時間的影響的方法是合倂固定有分離的電子 器件的雙工作臺，以便於PR定位能夠在一個電子器件上進行，而同時鍵合 同步地在另一個電子器件上進行。但是，這種方法成本不經濟，並且在同 時進行PR定位和鍵合期間必須使工作臺同步方面可能引入了控制的複雜 性。 當使用傳統的PR定位方法時所需的很長的曝光時間是PR定位處理過 程中的瓶頸。由於電子器件靜止所花的浪費時間對於PR定位時間而言是主 要的貢獻因數，而圖像捕獲之類的花費的時間相當少，減少在鍵合點之間 電子器件移動加速減速上花費的時間量將是有益的。和平臺僅僅全速通過 _所有的鍵合點相比，平臺需要在每個鍵合點處停留時平臺的移動時間顯著 更長。因此，如果在避免了需要來停留在每個鍵合位置以捕獲鍵合位置的 圖像的同時，PR定位能夠得以完成，那麽PR定位時間能夠連同電子器件 總的處理時間一起被顯著地減少。 【發明内容】 因此’本發明的一個目的在於在每個鍵合位置處，通過將持續地停止 移動電子器件的需要最小化，以避免現有的PR定位方法的前述缺點。 本發明的另一個目的在於：將電子器件相對於視覺系統以和傳統的PR 定位方法相比更高的速度移動通過多個鍵合位置，並進行PR定位。 因此，第一方面，本發明提供一種用於電子器件模式識別的圖像捕獲 200823774 方法，該方法包括以下步驟：相對於視覺系統移動電子器件，以在電子器 件的目標位置上方定位視覺系統；確定視覺系統何時被定位來觀看目標位 置；然後在電子器件相對於視覺系統進行相對移動且不停下來的同時，使 用視覺系統捕獲目標位置的圖像。 第二方面，本發明提供一種用於電子器件模式識別的圖像捕獲裝置， 其包含有:視覺系統，用於捕獲電子器件的圖像；定位平臺，用於相對於 .視覺系統定位電子器件，以便於視覺系統觀察電子器件上的目標位置；其 中，在電子器件相對於視覺系統進行相對移動且不停下來的同時，視覺系 統被用來捕獲目標位置的圖像。 ~ 參閱後附的描述本發明實施例的附圖，隨後來詳細描述本發明是很方 便的。附圖和相關的描述不能理解成是對本發明的限制，本發明的特點限 定在申請專利範圍中。 【實施方式】 圖3是包含有本發明較佳實施例所述的PR定位裝置和方法的導線鍵合 裝置22的立體示意圖。該鍵合裝置22設置在待鍵合的電子器件，如以襯底 24形式的上方。襯底24固定在工作臺26上，該工作臺26較適宜地裝配在定 位平臺，如XY平臺上。該XY平臺可被操作來將襯底24相對於鍵合裝置22 移動。 鍵合裝置22具有視覺系統，該視覺系統通常包括：高亮度的光源，如 軸向光源30 ;環向光源32 ;和與圖像捕獲機控制板（image grabber board) 相連的CCD攝像機34 〇當軸向光源30和CCD攝像機34位於環向光源32上方 的時候，該環向光源32中較適宜地形成有孔洞36，以分別照射襯底24上的 目標位置和捕獲被照射的目標位置的圖像。同時也設置有鍵合工具38，其 位於鍵合裝置22上，以在完成PR定位之後將導線鍵合到襯底24上。 圖4是圖3中導線鍵合裝置的側視未意圖。軸向光源30在大體平行於 襯底24平面的方向上投射軸向光線。因此，相鄰于軸向光源30設置分光 器（beam splitter)(圖中未τρ〇以通過场向光源32中的孔洞36將軸向光線投 射到襯底24上。從襯底24的表面反射的光線通過孔洞36朝向CCD攝像 機34，以用於圖像捕獲。 圖5是根據本發明較佳實施例所述的PR定位裝置主要部件的方框不思 200823774 圖。該PR定位裝置通常由主機4〇所控制。主機40控制定位和圖像控制板 42，該定位和圖像控制板負責在預定位置由視覺系統所捕獲的圖像和定位 平臺的相對移動之間的同步。定位和圖像控制板42從位置編碼器元^ 合適地爲分別從X編碼器48和/或Y編碼器50獲得測量値的X編碼器介 面板44和/或Y編碼器介面板46，接收關於電子器件位置的位置反饋。它 們監控驅動XY平臺的X和Y馬達的X和Y位置。主機40同樣也傳送指 令到XY平臺的移動控制器52，以移動裝配在工作臺26上的襯底24。 當定位和圖像控制板42監測到視覺系統的攝像機34在目標位置的上方 時，它將啓動啓動攝像機54開始曝光以觀看該目標位置，同時啓動捕獲機 控制板56以獲得目標位置的圖像。同時，它也觸發光線控制板58以便於軸 向光源30和環向光源32在圖像捕獲期間使用必需的光線強度照射襯底24的 目標位置。當電子器件在不停留的情況下關於視覺系統經歷相對移動的同 時，所有上述工作得以完成。 較適宜地，定位平臺在不停留的情形下被編程來以大體均勻的速度， 並且更加合適地講是以定位平臺被配置來操作的最高速度，沿著移動路徑 移動之際，此時視覺系統正執行大量目標位置的圖像捕獲，主機40將提供 大量的將被定位的鍵合位置的預存儲座標，圖像將在那裏被獲得。在這些 座標處的編碼器的位置被用作爲觸發位置。 在由X編碼器48和/或Y編碼器50所監測的目標位置處，當襯底24仍然在 移動的時候，定位和圖像控制板42將會同時啓動攝像機54、軸向光源30和 環向光源32以捕獲圖像。除了使用編碼器位置以觸發圖像捕獲之外，圖像 捕獲也能通過來自主機40的獨立的命令被啓動，如同使用傳統的、通常需 要電子器件的移動停止的PR定位方法，不過曝光時間可能仍然有益地較 短’因爲攝像機54具有較短的曝光時間。 因此，爲了實現上述的PR定位方法，和現有技術相比，具有較短曝光 時間的快速攝像機和具有較高強度的光源是必須的。較佳地，攝像機54的 曝光時間小於1毫秒，更合適地是小於20微秒。由軸向環向光源所産生的光 線60的強度較佳地高於傳統所使用的光線強度的30倍。類似地 '脈衝式照 明設備是優選的，以便於過度激勵光源而産生很高的持續一小段時間的光 強，持續時間足夠照射目標位置以用於曝光的持續時間。而且，値得注意 200823774 的是，攝像機54的曝光時間和所使用的光強和電子器件的移動速度相關。 較高的移動速度需要較短的曝光時間，而如果移動速度較低，那麽可能使 用較長曝光時間的攝像機。類似地，所需的光強依賴於曝光時間。更高的 暫態光強爲更短地曝光時間所需要。而且，通過使用更高的快速攝像機(gain camem)能夠進一步降低光強。 當定位平臺全速移動電子器件沒有停留的時候，上述的特徵使得攝像 機54能夠安裝在多個待定位的鍵合位置的上方。因此，攝像機Μ在不犧 牲定位精度的同時，能夠在飛行中（on-the-fly)捕獲鍵合位置的圖像由 於工作臺26處於持續的移動中，對於位置點的圖像捕獲時間被減少到_ 機54的曝光時間，其可能小於20微秒。而且，由於曝光時間可以忽略不 • 計，所以在圖像捕獲期間圖像的捕獲時間實際上將會更多地爲圖像傳輸時 間（其相對較長）所限制，而較少地爲攝像機曝光時間或平臺移動時間所 限制。 圖6是示範性的移動順序示意圖，其表明了在本發明較佳實施例所述的 PR定位系統中執行PR圖像抓取的點。從速度-時間曲線62中，可以看出定位 平臺將電子器件從停留加速到基本穩定的速度64，在此期間視覺系統被操 作來觀看一系列的鍵合位置。較爲合適地，這是定位平臺被配置來作業的 最高速度。根據PR捕獲曲線66，在不需將電子器件的移動慢下來或者停下 來的情況下，完成一系列的PR捕獲68。這導致了有意義的時間節省。 傷 圖7是根據本發明較佳實施例所述的PR定位方法的示意圖，其中，以 陣列形式佈置的LED鍵合點70相對於圖像捕獲攝像機移動。移動路徑72 表明了定位平臺/電子器件的移動方向。値得注意的是，對於每行LED鍵合 點70，在那行上定位平臺可以相對於視覺系統全速移動電子器件，此後， 其將會在該方向上減速以便於移動視覺系統抓取另一行的圖像，等等。因 此，定位平臺僅僅需要在每行的末端將在特定方向上移動的電子器件停下 來，而不是在每個LED鍵合點。在不需要在每個LED鍵合點之間加速減速 • 的情況下，這節約了大量的時間。 • 圖8是表明對於以相互交錯形式佈置的LED鍵合點74而言，和本較佳實 施例所述的方法相比，PR定位是如何使用現有的方法完成的。移動路徑76 表明了現有的穿越不同的交錯的LED鍵合點74的方法。使用在每個LED鍵合 200823774 點74停留的現有方法來捕獲圖像，其通常是在每行LED鍵合點74之間對角 地（diagonally)移動，其是由於那代表了相鄰的LED鍵合點74之間最短的 距離。 如果根據本發明的PR方法採用相同的移動路徑76，這仍然將會引入通 過定位平臺加速減速以在LED鍵合點之間移動，因爲該移動包含有γ軸方向 上的變化。但是，移動路徑78表明了移動路徑如何能進一步被改進的方法 所加強。取代對於每個LED鍵合點74而言對角的、包含在γ軸上加速減速的 移動電子器件，每次修改移動路徑來穿越通過每行LED鍵合點74的整個長 度是可能的。因此，設置在同一行上的LED鍵合點74的加速減速得以最小 化。從而，由於在每個led鍵合點74處不必須停留不僅節約了時間，而且 •會g夠選定更有效的移動路徑78，其更進一步最小化了定位平臺加速減速的 需要，而更加提高了PR定位速度。 在半導體裝配和封裝過程中PR定位裝置和方法的應用除了導線鍵合 和其他類型的鍵合之外，所述的裝置和方法同樣也使用在其他的應用 中，例如，用於定位引線框上所有弓丨線中心和自動晶粒座對中以設置晶粒 的每個晶粒座的中心的視覺引線定位器（Visual Lead Locator)應用。而且 後鍵合的檢查同樣也能被如此進行，以便於被識別的模式是被鍵合材料的 圖像。這可能被用來區別後鍵合質量控制過程中鍵合材料的鍵合質量。傳 統意義上，這些操作是浪費時間，並且因此在大多數情況下執行它們是沒 有實際意義的。使用本發明實施例所述的裝置和方法，檢查時間大大縮短， ®並且因此完成操作來改善鍵合精度和器件質量更加富有實際意義。 圖9是根據本發明較佳實施例所述的PR定位方法當施加於引線框器件 80時的示意圖。該引線框器件80其上具有晶粒82，該晶粒82具有多個用於 鍵合的鍵合盤84。該鍵合盤84應該通過它們中間的鍵合導線電氣連接於引 線86上。爲了實施導線鍵合，視覺系統沿著移動路徑88能被移動以捕獲每 根引線86的圖像，而定位引線框80上所有引線86的中心。而且，視覺系統 . 能沿著移動路徑90被移動以捕獲鍵合盤84的圖像，以便於定位晶粒82上所 有鍵合盤84的中心。 値得欣賞的是，和前述現有技術相比，根據本發明較佳實施例所述的 PR定位裝置和方法導致大大減少了PR定位時間。從而，由於PR定位通常佔 用了鍵合時間的顯著部分，所以鍵合裝置的生産力得以提高。 200823774 此處描述的本發明在所具體描述的內容基礎上很容易産生變化、修正 和/或補充，可以理解的是所有這些變化、修正和/或補充都包括在本發明的 上述描述的精神和範圍內。 200823774 【圖式簡單說明】 根據本發明所述的用於PR定位的裝置和方法的範例現結合附圖進行描 述，其中： 圖1是典型的移動順序示意圖，其表明了在現有的PR定位系統中執行 PR圖像抓取的點。 •圖2是現有的PR定位方法的示意圖，其中LED鍵合位置相對於視. 覺系統點到點的移動。 圖3是包含有本發明較佳實施例所述的PR定位裝置和方法的導線-合 裝置的立體示意圖。 圖4是圖3中導線鍵合裝置的側視示意圖。 圖5是根據本發明較佳實施例所述的PR定位裝置主要部件的方框示意 圖。 _6是示範性的移動順序示意圖，其表明了在本發明較佳實施例所述的 PR定位系統中執行PR圖像抓取的點。 圖7是根據本發明較佳實施例所述的PR定位方法的示意圖，其中，以陣 列形式佈置的LED鍵合點相對於圖像捕獲攝像機移動。 圖8是表明對於以相互交錯（staggered)形式佈置的LED鍵合點而言， 和本較佳實施例所述的方法相比，PR定位是如何使用現有的方法完成的。 圖9是根據本發明較佳實施例所述的PR定位方法當施加於引線框器件 時的示意圖。 【主要元件符號說明】 W 力速度-時間曲線 以PR抓取曲線 Μ波谷位置 16視覺系統捕獲鍵合位置的圖像 18 LED鍵合位置 2〇隨移動順序 22鍵合裝置. 24襯底 26工作臺 12 200823774 28夾具 30軸向光源 32環向光源 34 CCD攝像機 36孔洞 38鍵合工具 40主機 42定位和圖像控制板 44 X編碼器介面板 46 Y編碼器介面板 48 X編碼器 50 Y編碼器 52移動控制器 54攝像機 56啓動捕獲機控制板 58光線控制板 60光線 62速度-時間曲線 64速度 66 PR捕獲曲線 68 PR捕獲 70 LED鍵合點 72移動路徑 74 LED鍵合點 76移動路徑 78移動路徑 80引線框 82晶粒 84鍵合盤 86引線 88路徑 90移動路徑

Claims (1)

1. 200823774 十、申請專利範圍： 1' 一種用於電子器件模式識另啲圖像捕獲方法，該方法包括以下步驟： 相對於視覺系統移動電子器件，以在電子器件的目標位置上方定位視 覺系統； 確定視覺系統何時被定位來觀看目標位置；然後在電子器件相對於視 覺系統進行相對移動且不停下來的同時，使用視覺系統捕獲目標位置的圖 像。· 2、 如申請專利範圍第1項所述的圖像捕獲方法，其中，捕獲目標位置 的圖像的步驟是被定位和圖像控制板所觸發，該定位和圖像控制板被用來 使電子器件的相對移動和視覺系統的圖像捕獲同步。 3、 如申請專利範圍第2項所述的圖像捕獲方法，其中，確定視覺系統 _何時被定位在電子器件上方的步驟還包括：該定位和圖像控制板接收來自 編碼器的、關於電子器件位置的位置反饋。 4、 如申請專利範圍第2項所述的圖像捕獲方法，其中，觸發圖像捕獲 的步驟還包括有應用該定位和圖像控制板進行以下的步驟： 激勵光源以使用高強度光線照射目標位置； 激勵攝像機以觀看目標位置;以及 啓動圖像捕獲機控制板，以獲得目標位置的圖像。 5、 如申請專利範圍第1項所述的圖像捕獲方法，該方法還包含有以下 步驟： 將電子器件相對於視覺系統以大體均勻的速度移動，以定位該視覺系 _ 統來捕獲大量目標位置的各個圖像。 6、 如申請專利範圍第5項所述的圖像捕獲方法，其中，該大體均勻的 速度是定位平臺被配置操作的最高速度，該定位平臺上裝配有電子器件。 7、 如申請專利範圍第1項所述的圖像捕獲方法，其中，該視覺系統包 含有高強度的光源和與圖像捕獲機控制板相連的CCD攝像機。 8、 如申請專利範圍第7項所述的圖像捕獲方法，其中，該光源包括脈 衝式照明設備。 9、 如申請專利範圍第8項所述的圖像捕獲方法，其中，該光源包括軸 向光源和環向光源。 10、 如申請專利範圍第7項所述的圖像捕獲方法，其中，CCD攝像機 具有的曝光時間小於1毫秒。 11、 如申請專利範圍第1項所述的圖像捕獲方法，其中，該被識別的 14 200823774 模式是被鍵合的材料的圖像，以便於區分被鍵合材料的 12、一種用於電子器件模式識別的圖像捕獲裝置，其包里 視覺系統，用於捕獲電子器件的圖像； 電子SS蠢目S麵覺雜定位電子器件，以便於視覺綱察 其中，在電子器件相對於視覺系統進行相對移動且不停下來 視覺系統被用來捕獲目標位置的圖像。 ' 13、如申請專利範圍第12項所述的裝置，該裝置還包含有定位和圖像 控制板，該定位和圖像控制板被用來使電子器件的相對移動和視覺系i的 圖像捕獲同步。

   14、 如申請專利範圍第13項所述的裝置，該裝置還包含有編碼器，其 用於爲該定位和圖像控制板提供關於電子器件位置的位置反饋信號，以確 定視覺系統何時被定位在電子器件的上方。 八 15、 如申請專利範圍第Π項所述的裝置，其中，該定位平臺被用來將 電子器件相對於視覺系統以大體均勻的速度移動，和在電子器件以所述的 速度移動的同時，該視覺系統還被配置來捕獲大量目標位置的各個圖像。 16、 如申請專利範圍第15項所述的裝置，其中，該大體均勻的速度是 定位平臺被配置操作的最高速度。 17、 如申請專利範圍第12項所述的裝置，其中，該視覺系統包含有高 強度的光源和與圖像捕獲機控制板相連的CCD攝像機。 18、 如申請專利範圍第17項所述的裝置、其中，該光源包括脈衝式照 明設備。 19、 如申請專利範圍第18項所述的裝置’其中’該光源包括軸向光源 和環向光源。 20、 如申請專利範圍第Π項所述的裝置，其中，CCD攝像機具有的曝 光時間小於1毫秒。 15