TW201326797A - 線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置及其檢測方法 - Google Patents

Abstract

一種線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置及其檢測方法，該檢測裝置主要由高解析度兼高速線陣列影像擷取模組、照明控制模組、瑕疵檢測模組及操作管理模組所構成，藉以達成高正確檢測率及高檢測效能之晶片瑕疵檢測目標。本裝置採高速線陣列影像擷取模組，包含可使受檢晶片之原始影像可在晶片以定速運送之過程中獲取，可避免停頓式取像之諸多缺點；每一晶片對應一幅影像，不需進行影像校正與拼接程序；以及利用影像處理及以邊緣影像為基礎之辨識技術來進行瑕疵檢測。因此，本發明係具有可大幅提高檢測效能、簡化取像機構控制、提高取像運動組件之使用壽命、以及晶片可以自動化方式取代人工於封裝過程中進行瑕疵檢測等優勢，進而能大幅降低人力與時間成本，並相對提高晶片之品質管控標準。

Description

線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置及其檢測方法

本發明係有關於一種晶片瑕疵檢測裝置及其檢測方法，尤指涉及一種基於線陣列(Linear CCD Array)影像擷取模組及高解析度光機取像模組，特別係指藉由影像處理與瑕疵檢測之方法，以自動化方式進行晶片瑕疵檢測之裝置。

習知技術之瑕疵檢測系統採面陣列(Frame CCD array)取像裝置，故對較長晶片須採分段之停頓式取像，造成系統有若干重大缺點，例如取像時間長，須進行影像之輻射與幾何修正及影像拼接(Mosaic)，導致耗時、取像控制難度較高、以及取像移動組件易損壞等，故檢測效能不佳。因此，目前在生產線上之晶片之瑕疵檢測，仍以人工方式進行檢測，不僅耗時且生產成本不易降低，檢測品質與標準也會因此而有些許之差異，無法達成作業之精準度與品質之均一性。故，一般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。

本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並根據封裝機台業者之需求，提供一種基於線陣列影像擷取模組及高解析度光機取像模組，藉由影像處理與瑕疵檢測之方法，以自動化方式進行晶片瑕疵檢測之裝置。

本發明之次要目的係在於，提供一種可使受檢晶片之原始影像可在晶片以定速運送之過程中獲取，可避免停頓式取像諸多缺點之晶片瑕疵檢測裝置及其方法。

本發明之另一目的係在於，提供一種每一晶片對應一幅影像，不需進行影像校正與拼接程序之晶片瑕疵檢測裝置及其方法。

本發明之再一目的係在於，提供一種利用影像處理及以邊緣影像為基礎之辨識技術來進行晶片瑕疵檢測之裝置及其方法。

本發明之又一目的係在於，提供一種具有可大幅提高檢測效能、簡化取像機構控制、提高取像運動組件之使用壽命、以及晶片可以自動化方式取代人工於封裝過程中進行瑕疵檢測等優勢，進而能大幅降低人力與時間成本，並相對提高晶片之品質管控標準之晶片瑕疵檢測裝置及其方法。

為達以上之目的，本發明係一種線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置，係由安裝於機台之光機取像裝置及其控制電腦所構成，其包括一線陣列影像擷取模組、一照明控制模組、一與該線陣列影像擷取模組連接之瑕疵檢測模組、以及一與該線陣列影像擷取模組、該照明控制模組及該瑕疵檢測模組連接之操作管理模組所構成。其中，該線陣列影像擷取模組係由一光機取像模組及一影像擷取模組組成，且該光機取像模組係由一光機模組及一線陣列取像模組所組成；該照明控制模組係由一取像區照明控制機構及一控制電路組成，且該取像區照明控制機構係由一取像區機構、一LED照明組件及一散熱裝置所組成；該瑕疵檢測模組係由一取像時序控制單元、一影像資料讀取與儲存單元、一影像資料處理(Region Of Interest,ROI)單元及一瑕疵檢測單元所組成；以及該操作管理模組係由一系統操作與管理之圖形操作介面(Graphical User Interface,GUI)單元、一系統型態設定單元、一系統狀態記錄與顯示單元及一檢測結果之記錄、顯示與統計單元所組成。

於一具體揭露中，上述影像擷取模組、瑕疵檢測模組及操作管理模組均安裝於該機台控制電腦內。

本發明亦提供一種線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測方法，係應用邊緣偵測及二值化晶片邊緣影像(Binary Chip Edge Image)為基礎進行晶片瑕疵檢測，其至少包含下列步驟：(A)當機台之晶片取放頭(Pick & Place Head,PP Head)取得一晶片之時，立即送出一晶片定位同步訊號至一瑕疵檢測模組；(B)該瑕疵檢測模組即進行取像時序控制；(C)於晶片經過取像區時進行連續取像，而得到通過該晶片之影像；(D)接著進行即時之晶片影像擷取程序與晶片瑕疵檢測程序；以及(E)輸出檢測結果至一操作管理模組進行顯示與記錄；並且，接著對下一晶片進行上述步驟(A)～(E)之檢測程序。

請參閱『第1圖及第2圖』所示，係分別為本發明之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置之功能與介面示意圖、及本發明之晶片瑕疵檢測裝置架構示意圖。如圖所示：本發明係一種線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置100，主要係由一線陣列影像擷取模組1、一照明控制模組2、一瑕疵檢測模組3以及一操作管理模組4所構成。藉此可以自動化方式進行即時之晶片瑕疵檢測，以大幅降低人力與時間成本。

上述所提之線陣列影像擷取模組1係由一光機取像模組11及一影像擷取模組12組成，用以依據一光機取像參數取得瑕疵檢測所須之晶片原始影像，其中該光機取像模組11係由一光機模組111及一線陣列取像(CCD)模組112所組成。

該照明控制模組2係由一取像區照明控制機構21及一控制電路22組成，用以依據一照明控制參數，調整照明光源以協助該線陣列影像擷取模組1取得足夠亮度之檢測用影像，其中該照明光源係以紅光及近紅外光為主。

該瑕疵檢測模組3係與該線陣列影像擷取模組1連接，其由一取像時序控制單元31、一影像資料讀取與儲存單元32、一影像資料處理(Region Of Interest,ROI)單元33及一瑕疵檢測單元34所組成，用以依據一來自該機台控制模組發送之晶片定位同步訊號，執行取像時序控制取得該晶片原始影像，配合一光機校正參數、一影像處理參數與一檢測判定參數進行即時晶片影像擷取與瑕疵檢測之程序，並據以輸出檢測結果。其中，該瑕疵檢測模組3係為軟體模組或韌體模組其中之一者。

該操作管理模組4係與該線陣列影像擷取模組1、該照明控制模組2及該瑕疵檢測模組3連接，其由一系統操作與管理之圖形操作介面(Graphical User Interface,GUI)單元41、一系統型態設定單元42、一系統狀態記錄與顯示單元43及一檢測結果之記錄、顯示與統計單元44所組成，用以記錄與顯示該線陣列影像擷取模組1、該照明控制模組2及該瑕疵檢測模組3之系統狀態，並依據該晶片定位同步訊號對該線陣列影像擷取模組1、該照明控制模組2及該瑕疵檢測模組3之系統型態設定參數，分別建立該光機取像參數予該線陣列影像擷取模組1、該照明控制參數予該照明控制模組2、以及該光機校正參數、該影像處理參數與該檢測判定參數予該瑕疵檢測模組3，並且，接收該瑕疵檢測模組3輸出之檢測結果，將其進行記錄、顯示與統計，最後，將上述過程產生之系統狀態檔、系統型態檔及檢測結果檔存於一歸檔資料庫5中。其中，該操作管理模組4係為軟體模組。

上述瑕疵檢測模組3亦將檢測後之影像檔存於該歸檔資料庫5中。

本發明之晶片瑕疵檢測裝置如第2圖所示，係由安裝於封裝機台之光機取像裝置10及其控制電腦20所構成。上述影像擷取模組12、瑕疵檢測模組3及操作管理模組4均安裝於該封裝機台控制電腦20內。當需進行晶片瑕疵檢測時，先將該光機取像模組11定位於檢測區，然後開啟該晶片瑕疵檢測裝置之電源及啟動檢測軟體，進行照明控制參數調整，及依系統型態與待檢物條件來設定檢測系統參數；完成之後，該線陣列取像模組112即開始送出影像資料至該影像擷取模組12之暫存記憶體中儲存。

本發明亦係一種線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測方法，係應用邊緣偵測及二值化晶片邊緣影像(Binary Chip Edge Image)為基礎進行晶片瑕疵檢測，以提高裝置之檢測正確率與效能。其至少包含下列步驟：

(A)當機台之晶片取放頭(Pick & Place Head,PP Head)取得一晶片之時，立即送出一晶片定位同步訊號至該瑕疵檢測模組3；

(B)該瑕疵檢測模組3即進行取像時序控制；

(C)於晶片經過取像區時進行連續取像，進而得到通過該晶片之影像；

(D)接著進行即時之晶片影像擷取程序與晶片瑕疵檢測程序；以及

(E)輸出檢測結果至該操作管理模組4進行顯示與記錄；並且，接著對下一晶片進行上述步驟(A)～(E)之檢測程序。

請參閱『第3圖』所示，係本發明光機取像模組之光路佈局及影像與線陣列取像模組座標系統之相關定義示意圖。如圖所示：本發明線陣列取像模組之CCD編號(像素)定義與排列方向須與影像之定義及取像方向相匹配，以取得符合需求與座標定義之原始影像。

請參閱『第4圖～第6圖』所示，係分別為本發明之取像區照明控制機構結構示意圖、本發明旋轉一適當角度之線陣列影像擷取模組示意圖、及本發明之線陣列影像擷取模組之外觀示意圖。如圖所示：本發明之取像區照明控制機構21係由一取像區機構211、一LED照明組件212及一散熱裝置(Radiator)213所組成，如第4圖所示，其部份之材質係為鋁材，可兼作為高功耗LED之散熱裝置213使用；且該LED照明組件212係包含LED電路板2121、取像區照明模組(LED)2122及濾光片(Filter)2123。其中該LED電路板2121係採用印刷電路板(PCB)，並於上下兩面鍍一層銅來加速散熱，並導熱至該散熱裝置213。

本發明因採線陣列取像模組進行取像，因此如第5圖所示，必須將該線陣列影像擷取模組1旋轉一適當角度，安裝於封裝機台之取像位置，使晶片反射光進入該濾光片2123狹縫(Slit)之光量為最大，以取得足夠亮度之檢測用影像。

本發明之線陣列影像擷取模組1之外觀結構如第6圖所示，其光機取像模組11係由該光機模組111及該線陣列取像模組112所組成，且該光機模組111係包含鏡頭1111、反射鏡1112及濾光片(圖中未示)。

請參閱『第7圖』所示，係本發明之晶片影像擷取程序示意圖。如圖所示：需先依受檢晶片參數及瑕疵之特性，進行建立晶片掃瞄窗樣板、檢測判定之參數與閥值、直方圖與參數，以及光機校正參數與影像處理參數。當接獲該晶片定位同步訊號時，立即進行影像資料擷取與儲存、影像校正處理、晶片影像獲取及瑕疵檢測之程序，並於完成後輸出檢測結果。

請參閱『第8圖』所示，係本發明之晶片瑕疵檢測程序示意圖。如圖所示：於完成前述之晶片影像擷取程序，得到晶片邊緣影像之後，將依次進行晶裂(Crack)檢測、缺角(Chipping)檢測及殘膠(Residual Glue)檢測等瑕疵之檢測程序，若晶片存有晶裂且大於篩選規格，則進行晶裂角度之解算。

請參閱『第9圖』所示，係本發明於一較佳實施例之使用態樣示意圖。如圖所示：係本發明應用於晶片挑選機(Sorter)之晶片瑕疵檢測裝置之實施範例，將線陣列影像擷取模組1經由一固定機構6安裝於挑選機台7，使取像區定位於PP頭取得晶片之後之運送路徑上，並於晶片以定速移動之狀態下進行取像；並將影像送至影像擷取模組，來進行影像處理與瑕疵之檢測與判定。其中，該固定機構6係由一連接機構61與一套筒62所組成。

藉此，本發明具有下述多項特性與效益：

(1)檢測用影像可在受檢晶片以定速運送之過程中獲取，可避免停頓式取像之諸多缺點；

(2)每一晶片對應一幅影像，可不需進行影像校正與拼接，大幅減少影像處理時間；

(3)利用影像處理及以邊緣影像為基礎之辨識技術來進行瑕疵檢測。

因此，本發明具有可大幅提高檢測效能、簡化取像機構控制、提高取像運動組件之使用壽命、以及晶片可以自動化方式取代人工於封裝過程中進行瑕疵檢測等優勢，進而能大幅降低人力與時間成本，並相對提高晶片之品質管控標準。

綜上所述，本發明係一種線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置及其檢測方法，可有效改善習用之種種缺點，係利用高性能光機取像系統及影像處理與判識技術，可以自動化方式來取代人工檢測，而大幅降低人力與時間成本，並提高產品品質之控管標準；因此，對於封裝過程中之晶片品質之檢測非常有應用價值，具有大幅提高檢測效能、簡化取像機構控制、以及提高取像運動組件之操作壽命等優點，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100．．．晶片瑕疵檢測裝置

1．．．線陣列影像擷取模組

10．．．光機取像裝置

11．．．光機取像模組

111．．．光機模組

1111．．．鏡頭

1112．．．反射鏡

112．．．線陣列取像模組

12．．．影像擷取模組

2．．．照明控制模組

20．．．控制電腦

21．．．取像區照明控制機構

211．．．取像區機構

212．．．LED照明組件

2121．．．LED電路板

2122．．．取像區照明模組

2123．．．濾光片

213．．．散熱裝置

22．．．控制電路

3．．．瑕疵檢測模組

31．．．取像時序控制單元

32．．．影像資料讀取與儲存單元

33．．．影像資料處理單元

34．．．瑕疵檢測單元

4．．．操作管理模組

41．．．系統操作與管理之圖形操作介面單元

42．．．系統型態設定單元

43．．．系統狀態記錄與顯示單元

44．．．檢測結果之記錄、顯示與統計單元

5．．．歸檔資料庫

6．．．固定機構

61．．．連接機構

62．．．套筒

7．．．機台

第1圖，係本發明之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置之功能與介面示意圖。

第2圖，係本發明之晶片瑕疵檢測裝置架構示意圖。

第3圖，係本發明光機取像模組之光路佈局及影像與線陣列取像模組座標系統之相關定義示意圖。

第4圖，係本發明之取像區照明控制機構結構示意圖。

第5圖，係本發明旋轉一適當角度之線陣列影像擷取模組示意圖。

第6圖，係本發明之線陣列影像擷取模組之外觀示意圖。

第7圖，係本發明之晶片影像擷取程序示意圖。

第8圖，係本發明之晶片瑕疵檢測程序示意圖。

第9圖，係本發明於一較佳實施例之使用態樣示意圖。

100．．．晶片瑕疵檢測裝置

1．．．線陣列影像擷取模組

11．．．光機取像模組

111．．．光機模組

112．．．線陣列取像模組

12．．．影像擷取模組

2．．．照明控制模組

21．．．取像區照明控制機構

22．．．控制電路

3．．．瑕疵檢測模組

31．．．取像時序控制單元

32．．．影像資料讀取與儲存單元

33．．．影像資料處理單元

34．．．瑕疵檢測單元

4．．．操作管理模組

41．．．系統操作與管理之圖形操作介面單元

42．．．系統型態設定單元

43．．．系統狀態記錄與顯示單元

44．．．檢測結果之記錄、顯示與統計單元

5．．．歸檔資料庫

Claims (15)

1. 一種線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置，係由安裝於機台之光機取像裝置及其控制電腦所構成，其包括：一線陣列影像擷取模組，係由一光機取像模組及一影像擷取模組組成，用以依據一光機取像參數取得瑕疵檢測所須之晶片原始影像，其中該光機取像模組係由一光機模組及一線陣列取像(CCD)模組所組成；一照明控制模組，係由一取像區照明控制機構及一控制電路組成，用以依據一照明控制參數，調整照明光源以協助該線陣列影像擷取模組取得足夠亮度之檢測用影像，其中該取像區照明控制機構係由一取像區機構、一LED照明組件及一散熱裝置所組成；一瑕疵檢測模組，係與該線陣列影像擷取模組連接，其由一取像時序控制單元、一影像資料讀取與儲存單元、一影像資料處理(Region Of Interest,ROI)單元及一瑕疵檢測單元所組成，用以依據一來自該機台控制模組發送之晶片定位同步訊號，執行取像時序控制取得該晶片原始影像，配合一光機校正參數、一影像處理參數與一檢測判定參數進行即時晶片影像擷取與瑕疵檢測之程序，並據以輸出檢測結果；以及一操作管理模組，係與該線陣列影像擷取模組、該照明控制模組及該瑕疵檢測模組連接，其由一系統操作與管理之圖形操作介面(Graphical User Interface,GUI)單元、一系統型態設定單元、一系統狀態記錄與顯示單元及一檢測結果之記錄、顯示與統計單元所組成，用以記錄與顯示該線陣列影像擷取模組、該照明控制模組及該瑕疵檢測模組之系統狀態，並依據該晶片定位同步訊號對該線陣列影像擷取模組、該照明控制模組及該瑕疵檢測模組之系統型態設定參數，分別建立該光機取像參數予該線陣列影像擷取模組、該照明控制參數予該照明控制模組、以及該光機校正參數、該影像處理參數與該檢測判定參數予該瑕疵檢測模組，並且，接收該瑕疵檢測模組輸出之檢測結果，將其進行記錄、顯示與統計，最後，將上述過程產生之系統狀態檔、系統型態檔及檢測結果檔存於一歸檔資料庫中；上述影像擷取模組、瑕疵檢測模組及操作管理模組均安裝於該機台控制電腦內。
2. 依申請專利範圍第1項所述之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置，其中，該瑕疵檢測模組係為軟體模組或韌體模組其中之一者。
3. 依申請專利範圍第1項所述之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置，其中，該操作管理模組係為軟體模組。
4. 依申請專利範圍第1項所述之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置，其中，該光機模組係包含鏡頭、反射鏡及濾光片。
5. 依申請專利範圍第1項所述之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置，其中，該照明光源係為紅光及近紅外光。
6. 依申請專利範圍第1項所述之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置，其中，該LED照明組件係包含印刷電路板(PCB)、取像區照明模組(LED)及濾光片(Filter)。
7. 依申請專利範圍第1項所述之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置，其中，該瑕疵檢測模組係將檢測後之影像檔存於該歸檔資料庫中。
8. 依申請專利範圍第1項所述之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置，其中，該影像擷取模組係包括一暫存記憶體，用以將該線陣列取像模組連續取像之影像資料提供暫時儲存。
9. 依申請專利範圍第1項所述之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置，其中，該檢測判定參數係包含晶片掃瞄窗樣板、檢測判定之參數與閥值、樣板之直方圖與參數。
10. 依申請專利範圍第1項所述之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測裝置，其中，該線陣列影像擷取模組係經由一固定機構安裝於該機台。
11. 一種線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測方法，係應用邊緣偵測及二值化晶片邊緣影像(Binary Chip Edge Image)為基礎進行晶片瑕疵檢測，其至少包含下列步驟：(A)當機台之晶片取放頭(Pick & Place Head,PP Head)取得一晶片之時，立即送出一晶片定位同步訊號至一瑕疵檢測模組；(B)該瑕疵檢測模組即進行取像時序控制；(C)於晶片經過取像區時進行連續取像，而得到通過該晶片之影像；(D)接著進行即時之晶片影像擷取程序與晶片瑕疵檢測程序；以及(E)輸出檢測結果至一操作管理模組進行顯示與記錄；並且，接著對下一晶片進行上述步驟(A)～(E)之檢測程序。
12. 依申請專利範圍第11項所述之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測方法，其中，該步驟(D)晶片影像擷取程序係先依受檢晶片參數及瑕疵之特性，建立晶片掃瞄窗樣板及其檢測判定之參數與閥值、直方圖與參數，以及光機校正參數與影像處理參數，當接獲該晶片定位同步訊號時，立即進行影像資料擷取與儲存、影像校正處理、晶片影像獲取及瑕疵檢測之程序，獲得晶片邊緣影像。
13. 依申請專利範圍第11項所述之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測方法，其中，該步驟(D)晶片瑕疵檢測程序係於完成該晶片影像擷取程序得到晶片邊緣影像之後，依次進行晶裂(Crack)、缺角(Chipping)及殘膠(Residual Glue)之瑕疵檢測程序，若晶片存有晶裂且大於篩選規格，則進行晶裂角度之解算。
14. 依申請專利範圍第11項所述之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測方法，其中，該瑕疵檢測模組係由一取像時序控制單元、一影像資料讀取與儲存單元、一影像資料處理單元及一瑕疵檢測單元所組成。
15. 依申請專利範圍第11項所述之線陣列光機取像之晶片瑕疵檢測方法，其中，該操作管理模組係由一系統操作與管理之圖形操作介面單元、一系統型態設定單元、一系統狀態記錄與顯示單元及一檢測結果之記錄、顯示與統計單元所組成。