TW201435335A - 檢測裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種檢測裝置及方法，該檢測裝置包含：一光源、一濾光片、至少一網罩、一分光鏡以及一影像擷取單元。該光源提供一光線；該濾光片設置在該光源前方，以對該光線進行濾光；該至少一網罩設置在該濾光片前方，並具有數個規則排列的網孔，該濾光後的光線通過該網孔成為一網狀光；該分光鏡傾斜設置於該網罩前方，以將該網狀光反射投射至一待測表面；及該影像擷取單元設置於該分光鏡上方，以擷取由該待測表面反射且穿過該分光鏡的一反射影像，以供判斷該待測表面上是否具有一缺陷。

Description

檢測裝置及方法

本發明係關於一種檢測裝置及方法，特別是關於一種半導體元件的檢測裝置及方法。

現今，半導體封裝產業為了滿足各種消費性電子產品的需求，逐漸發展出各種不同型式的封裝設計，其中覆晶(flip chip)經常被使用在各種不同的封裝構造中，並設置在封裝基板(substrate)或導線架(leadframe)上。一般而言，覆晶封裝構造的製作流程大致如下：首先製作一晶圓，並在其有源表面上製作凸塊(bumps)；接著，將晶圓倒置到另一承載板及膠帶上後使晶圓背面朝上，切割晶圓的背面而分離成為數個晶片；之後，利用真空吸取頭將晶片逐一取下，並放置到一載板上，如封裝基板條或導線架；隨後，加熱使晶片的凸塊焊接結合到載板上的接墊；接著，在晶片及載板之間注入底膠(underfill)，並使其固化，必要時利用封裝膠材對晶片進行封裝；最後，切割載板(及封裝膠材)，即可完成覆晶封裝構造。

再者，為了確保上述覆晶的良品率，一般在晶片焊接到載板上之後，皆會對覆晶朝上的背面先進行一道表面缺陷檢測的程序。現有的表面缺陷檢測方式通常是由操作員利用低倍率光學顯微鏡對其直接進行目視檢測。然而，當晶片背面的裂痕或崩裂等表面缺陷的尺寸過小時，操作員通過低倍率光學顯微鏡並無法以肉眼直接明顯的判斷查覺出這些微小表面缺陷。上述檢測正確性偏低的結果將會導致具有表面缺陷的覆晶可能意外通過測試，並混入大量的成品中，因而影響產品的使用壽命及可靠度。

故，有必要提供一種檢測裝置及方法，以解決現有技術所存在的問題。

有鑒於此，本發明提供一種檢測裝置及方法，以解決現有技術所存在的檢測正確性偏低問題。

本發明的主要目的在於提供一種檢測裝置及方法，其利用光源及具有網孔的網罩投影網狀光至待測表面上，以便使反射影像能突顯出待測表面的缺陷所在位置，因而能相對提高檢測正確性。

本發明的次要目的在於提供一種檢測裝置及方法，其可以進一步搭配使用影像處理單元以進行影像二值化處理技術，並將規則背景影像選擇性去除，以便更進一步突顯出待測表面的缺陷所在位置，因而能更進一步提高檢測正確性及便利性。

本發明的另一目的在於提供一種檢測裝置及方法，其可以直接安裝在待測半成品(如具覆晶的載板條)的產線上使用，實現產線上(on line)即時檢測作業，不需將待測半成品拉到產線外另作檢測，因而能相對提高生產及檢測效率，並降低檢測成本。

為達成本發明的前述目的，本發明一實施例提供一種檢測裝置，其中該檢測裝置包含：一光源、一濾光片、至少一網罩、一分光鏡以及一影像擷取單元，其中該光源提供一光線；該濾光片設置在該光源前方，以對該光線進行濾光；該至少一網罩設置在該濾光片前方，並具有一不透光板體及數個網孔，該網孔規則排列於該不透光板體上，該濾光後的光線通過該網孔成為一網狀光；該分光鏡傾斜設置於該網罩前方，以將該網狀光反射投射至一待測表面；該影像擷取單元設置於該分光鏡上方，以擷取由該待測表面反射且穿過該分光鏡的一反射影像，以供判斷該待測表面上是否具有一缺陷。

再者，本發明另一實施例提供一種檢測方法，其中該檢測方法包含：提供一檢測裝置，具有一光源、至少一網罩及一影像擷取單元；提供一待測物放置在該檢測裝置下方；由該光源提供一光線，該光線通過該網罩的數個網孔而成為一網狀光，該網狀光投射至該待測表面；以及利用該影像擷取單元擷取由該待測表面反射形成的一反射影像，以供判斷該待測表面上是否具有一缺陷。

為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施 例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧檢測裝置

10‧‧‧箱體

101‧‧‧第一開口

102‧‧‧第二開口

11‧‧‧光源

12‧‧‧濾光片

13‧‧‧網罩

131‧‧‧不透光板體

132‧‧‧網孔

133‧‧‧邊框

13A‧‧‧第一網罩

13B‧‧‧第二網罩

132A‧‧‧第一開孔

132B‧‧‧第二開孔

14‧‧‧分光鏡

15‧‧‧影像擷取單元

20‧‧‧待測物

21‧‧‧待測表面

211‧‧‧缺陷

212‧‧‧缺陷

213‧‧‧缺陷

22‧‧‧載板條

23‧‧‧標示物

圖1是本發明一實施例的檢測裝置的剖視圖。

圖2是本發明一實施例的網罩的上視圖。

圖3是本發明另一實施例的傾斜排列式網罩的上視圖。

圖4A及4B是本發明又一實施例的複合式網罩的上視圖。

圖5A及5B是本發明再一實施例的複合式網罩的上視圖。

圖6A及6B是本發明另二實施例的同心排列式網罩的上視圖。

圖7是本發明一實施例的檢測裝置的使用示意圖。

圖8A是本發明圖7中待測物的實物上視照相圖。

圖8B是本發明圖8A的待測物的待測表面被網狀光投射後形成的反射影像圖。

圖8C是本發明圖8B的反射影像經二值化處理後的影像圖。

圖8D是本發明圖8C的反射影像再進一步將規則背景影像選擇性去除後的影像圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照圖1所示，其揭示本發明一實施例的檢測裝置100，其主要包含：一箱體10、一光源11、一濾光片12、至少一網罩13、一分光鏡14以及一影像擷取單元15，其中該檢測裝置100可應用於光學檢測一待測物的一待測表面是否具有任何缺陷，例如微小的裂痕、凹陷、突起物、异物沾粘或角落處的崩裂等。本發明將於下文利用圖1至8D逐一詳細說明各實施例上述各元件的細部構造、組裝關係及其運作原理。

如圖1所示，本實施例的箱體10是由數個板體構成的中空矩形殼，該板體的材質並不加以限制，例如可以選自金屬板或塑料板等，且該箱體10的內壁較佳具有一抗反射層(未繪示)，例如一黑色塗層。該箱體10的底部及頂部各開設有一第一開口101及一第二開口102，該第一及第二開口101、102大致分別位於該分光鏡14的下方及上方。

本實施例的光源11例如是一片設有數顆發光二極體(LED)封裝體的電路板，該電路板可以通過螺絲、卡槽或緊配合等方式固定在該箱體10的一內側壁(如右方的內側壁)上，該光源11用以提供一光線，例如由白光或紅光LED封裝體所發出的白光或紅光，但並不限於此。上述電路板上的LED可以陣列排列且其數量並不加以限制。另外，該光源11亦可選自其他發光元件，例如CCFL冷陰極管等。

本實施例的濾光片12是一霧化片，其設置在該箱體10內並位於該光源11的正前方，以供對穿過該濾光片12的光線進行濾光及霧化處理，以便使該光線以趨近於平行光的形式向前射出。該光源11的電路板與該濾光片12大致平行配置，而該光源11提供的光線則與該濾光片12之間具有一90度的夾角，亦即具有垂直配置關係。

本實施例的至少一網罩13是由單一不透光板體131開設形成數個網孔132所形成的，並且具有一邊框133。該至少一網罩13與該濾光片12大致平行配置，且該網罩13較佳是直接貼接在該濾光片12上。該光源11提供的光線在穿過該濾光片12後與該網罩13的不透光板體131之間具有一90度的夾角，亦即具有垂直配置關係。上述濾光後的光線可通過該網孔132因而成為一網狀光。

本實施例的分光鏡14是一具有半反射半透射特性的鏡片，其設置在該箱體10內，並傾斜設置於該網罩13前方，且對位於該第一及第二開口101、102，其中該分光鏡14是相對於該箱體10的上表面(或側表面)以45度角傾斜的設置在該箱體10內，同時該光源11提供的網狀光的入射方向(水平方向)與該分光鏡14之間同樣具有一45度的夾角。該分光鏡14用以將該網狀光反射後投射至一待測物的待測表面。

本實施例的影像擷取單元15例如可以是CCD(電荷耦合元 件)型或CMOS(互補金屬氧化物半導體)型的攝像鏡頭，其設置於該分光鏡14及第二開口102的正上方，以擷取由該待測表面反射且穿過該分光鏡14的一反射影像，以供操作員在一電腦的螢幕(未繪示)上目視觀察反射影像及判斷該待測表面上是否具有一缺陷。在本實施例中，上述光源11、濾光片12、網罩13分光鏡14以及影像擷取單元15的設置方式基本上是共同構成一平行光的發射路徑及一同軸光的反射路徑。

再者，若欲搭配自動檢測功能，則該影像擷取單元15可以進一步連接到一電腦(未繪示)，該電腦做為一影像處理單元，以對該反射影像進行二值化(binarization)處理，並將該反射影像中的一規則背景影像選擇性去除，以突顯該待測表面的缺陷的位置。上述二值化是指將反射影像中的像素點的灰度值設置為0或255，也就是將整個反射影像以明顯的黑、白雙色對比視覺效果呈現(或進一步處理成其他對比顏色，例如黑、紅)；而規則背景影像則是預先儲存於電腦中不具有缺陷的待測表面反射影像，以供做為一比對删除的背景標準。

請參照圖2所示，該至少一網罩13的該不透光板體131例如可選自金屬板或塑料板，並可以選擇使用激光、衝壓及/或化學蝕刻的方式來形成該網孔132，較佳方式先以激光形成網孔132，再以化學蝕刻去除該網孔132上因激光形成的殘渣；該網孔132是規則排列於該不透光板體131上，上述規則排列的方式可以是各種等間距或均勻分布或陣列的排列方式，例如以平行於該邊框133的側邊作縱向、橫向等間距陣列排列的方式等。該網孔132選自方形孔、矩形孔、圓形孔、眼形孔、三角形孔或正多邊形孔，例如在1實施例中即為方形孔。

更詳細來說，該網罩13可以具有成下述設計及尺寸，但並不限於此：在一實施例中，該不透光板體131可以是一方形或矩形的板體，且長寬尺寸可為70至80 mm(毫米)×70至80 mm，但可按待測物尺寸及欲照射的待測物數量作調整；該不透光板體131的厚度約在0.5 mm至5 mm之間，並可以在不透光的前題下儘可能薄化，以利光線通過；該網孔132的孔徑介於0.01 mm至5 mm之間，例如0.05、0.1、0.5、1、2或2.5等，上述孔徑若小於0.01 mm將不利光線通過，若大於5 mm將不易在後續反射 影像中突顯出缺陷的位置；該網孔132的面積占該不透光板體131的總面積約在1/2至1/5，例如為1/3或1/4。該網孔132之間的間距(即網孔間支撑條的寬度)約介於0.1 mm至8 mm之間，例如0.2、0.5、1、2或5 mm等，上述間距若小於0.1 mm將無法形成網狀光，若大於8 mm將可能會有過粗的條狀陰影遮住整個缺陷而無法進行檢測；該邊框133的寬度可以0.1 mm至0.5 mm，若過窄則結構强度不佳，若太寬則會縮小有效檢測範圍。

請參照圖3至圖6B所示，其揭示本發明其他實施例的各種型式網罩13的上視圖。

如圖3所示，本發明另一實施例可提供一種傾斜排列式的網罩13，其中該網孔132是陣列排列於該邊框133內，並且該網孔132的一排列方向與該邊框133的側邊夾有一傾斜角，該傾斜角並不加以限制，例如可介於30至60度，其例如可以是45度。該傾斜排列式的網孔132的優點是，當待測表面具有平行於待測物側邊的裂痕時，使用圖2平行排列式的網孔132所形成的網狀光，在反射影像中可能因該網罩131平行的支撑條陰影遮蓋此種平行裂痕而無法明顯判別裂痕的有無，因此使用圖3傾斜排列式的網孔132所形成的具傾斜條紋的網狀光，有利於在反射影像中突顯出此種平行裂痕的所在位置。

如圖4A及4B所示，本發明又一實施例可提供一種複合式的網罩13，其包含相互貼接的一第一網罩13A及一第二網罩13B，該第一網罩13A具有數個第一開孔132A；該第二網罩13B具有數個第二開孔132B，該第一及第二開孔132A、132B錯位排列，因此可以複合構成該網孔132。例如，該第一及第二開孔132A、132B的形狀可分別為橫向及縱向排列的矩形長條狀孔，在錯位排列後可以複合構成方形或矩形的網孔132。

如圖5A及5B所示，本發明再一實施例則提供另一種複合式的網罩13，其相似於圖4A及4B的網罩13，但該第一及第二開孔132A、132B的形狀可分別為橫向及縱向陣列排列的數排圓形孔，在錯位排列(即僅一部份重疊)後可以複合構成眼形或近似橢圓形的網孔132。

如圖6A及6B所示，本發明另二實施例可提供一種同心排列式的網罩13，其中該網罩13的不透光板體131上以同心圓方式規則排列 有數個網孔132，該網孔132的形狀可以是圓形或上述提到的其他網孔形狀。圖6A的網罩13具有4組以同心圓方式規則排列的網孔132，可以提供一網狀光同時檢測2×2個相鄰設置的待測物，上述組數可依欲同時檢測的待測物數量作調整；而圖6B的網罩13只具有1組以同心圓方式規則排列的網孔132，供仍可以提供一網狀光同時檢測2×2個相鄰設置的待測物，此時每1/4圓區域的網狀光用以照射1個待測物。

請參照圖7所示，當使用本發明一實施例的檢測裝置100對一待測物20的一待測表面21進行光學檢測時，其檢測方法大致包含下述步驟：首先，提供一檢測裝置100，其至少具有一光源11、至少一網罩13及一影像擷取單元15；接著，提供一待測物20放置在該檢測裝置100的第一開口101的正下方，其中該待測物20具有一待測表面21，例如是一覆晶的一背面，該覆晶已預先以覆晶工藝固設在一載板條22上，例如為封裝基板或導線架；之後，由該光源11提供一光線(如平行白光)，該光線通過該網罩13的數個網孔132而成為一網狀光，該網狀光投射至該待測物20的待測表面21；以及隨後，利用該影像擷取單元15擷取由該待測表面21反射形成的一反射影像，以供判斷該待測表面21上是否具有一缺陷211、212、213。

在提供該檢測裝置100的步驟中，必要時，可以設置一濾光片12及一分光鏡14，以構成同軸光的光學路徑，其中設置該濾光片12在該光源11前方，以對該光線進行濾光，且該網罩13設置在該濾光片12前方；以及，傾斜設置該分光鏡14於該網罩13前方，以將該網狀光反射投射至該待測表面21，且該影像擷取單元15設置於該分光鏡14上方，以擷取由該待測表面21反射且穿過該分光鏡14的該反射影像。

請參照圖8A至圖8D所示，其揭示當使用本發明一實施例的檢測裝置100(如圖7所示)對一待測物20進行光學檢測時的一實物上視照相圖及其影像圖。

如圖8A所示，該待測物20具有一待測表面21，例如是一覆晶的一背面，該覆晶已預先以覆晶工藝固設在一載板條22上，例如為封裝基板或導線架，本實施例係以2×2個相鄰的設置方式呈現，但並不限於此。再者，雖然此時該待測物20的待測表面21已存在微小缺陷(如圖7所示)，但操作員目前通過低倍率光學顯微鏡尚無法以肉眼直接明顯的判斷查覺出這些微小缺陷的所在位置。

如8B所示，即是利用該影像擷取單元15擷取由該待測表面21反射形成的一反射影像，以供判斷該待測表面21上是否具有一缺陷211。由於該缺陷211會造成該待測表面21有不規則的表面起伏，因此該缺陷211會造成光線反射時的角度與其他平整表面的反射角度不同，進而能够在反射影像中突顯出待測表面的缺陷所在位置(即具有光線异常反射的位置)，因而能相對提高檢測正確性及便利性。

如圖8C所示，在擷取該反射影像之後，另可包含一下述步驟：提供一影像處理單元(未繪示)，以對該反射影像進行二值化處理，以將整個反射影像以明顯雙色對比視覺效果呈現(例如黑/白或黑/紅)。

如圖8D所示，接著將該反射影像中的一規則背景影像選擇性去除，以突顯該待測表面21的缺陷211的位置，故可進一步提供自動光學檢測的功能。

另外，當該待測表面21具有平行於該待測物20側邊的缺陷212、213(即圖7所示的裂痕)時，可以選擇使用傾斜排列式的網罩13，以通過其網孔132所形成的具傾斜條紋的網狀光，在反射影像中突顯出此種平行裂痕的所在位置。此外，當該待測表面21具有激光或油墨打印的標示物23時，經實驗證明該標示物23基本上並不影響操作員目視判斷(或電腦自動檢測)該待測表面21的缺陷211、212、213的位置，且亦可如上所述將反射影像中的標示物23視為規則背景影像選擇性去除。

如上所述，相較於現有檢測方式通常是由操作員利用低倍率光學顯微鏡對其直接進行目視檢測難以直接判斷微小的表面缺陷等缺點，圖1至7的本發明檢測裝置及方法通過利用光源及具有網孔的網罩投影網狀光至待測表面上，故可以使反射影像突顯出待測表面的缺陷所在位置， 因而能相對提高檢測正確性及便利性。必要時，也可進一步搭配使用影像處理單元以進行影像二值化處理技術，並將規則背景影像選擇性去除，以便更進一步突顯出待測表面的缺陷所在位置，因而能更進一步提高檢測正確性及便利性。再者，本發明的檢測裝置可以直接安裝在待測半成品(如具覆晶的載板條)的產線上使用，實現產線上(on line)即時檢測作業，不需將待測半成品拉到產線外另作檢測，因而能相對提高生產及檢測效率，並降低檢測成本。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧檢測裝置

10‧‧‧箱體

101‧‧‧第一開口

102‧‧‧第二開口

11‧‧‧光源

12‧‧‧濾光片

13‧‧‧網罩

131‧‧‧不透光板體

132‧‧‧網孔

133‧‧‧邊框

14‧‧‧分光鏡

15‧‧‧影像擷取單元

Claims (15)

1. 一種檢測裝置，其包含：一光源，提供一光線；一濾光片，設置在該光源前方，以對該光線進行濾光；至少一網罩，設置在該濾光片前方，並具有一不透光板體及數個網孔，該網孔規則排列於該不透光板體上，該濾光後的光線通過該網孔成為一網狀光；一分光鏡，傾斜設置於該網罩前方，以將該網狀光反射投射至一待測表面；以及一影像擷取單元，設置於該分光鏡上方，以擷取由該待測表面反射且穿過該分光鏡的一反射影像，以供判斷該待測表面上是否具有一缺陷。
2. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該光源提供的光線與該網罩的不透光板體之間具有一90度的夾角。
3. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該光源提供的網狀光與該分光鏡之間具有一45度的夾角。
4. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該網罩直接貼接在該濾光片上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該至少一網罩包含相互貼接的一第一網罩及一第二網罩，該第一網罩具有數個第一開孔；該第二網罩具有數個第二開孔，該第一及第二開孔錯位排列以複合構成該網孔。
6. 如申請專利範圍第5項所述之檢測裝置，其中該第一及第二開孔的形狀為長條狀孔或圓形孔。
7. 如申請專利範圍第1或5項所述之檢測裝置，其中該網孔選自方形孔、矩形孔、圓形孔、眼形孔、三角形孔或正多邊形孔。
8. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該網孔的孔徑介於0.01毫米至5毫米之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該不透光板體具有數個邊框，該網孔是規則排列於該邊框內，並且該網孔的一排列方向與該邊框夾有一傾斜角。
10. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該檢測裝置另包含一影像處理單元，以對該反射影像進行二值化處理，並將該反射影像中的一規則背景影像選擇性去除，以突顯該待測表面的缺陷的位置。
11. 如申請專利範圍第1項所述之檢測裝置，其中該待測表面是一覆晶的一背面。
12. 一種檢測方法，其包含步驟：提供一檢測裝置，具有一光源、至少一網罩及一影像擷取單元；提供一待測物放置在該影像擷取單元下方；由該光源提供一光線，該光線通過該網罩的數個網孔而成為一網狀光，該網狀光投射至該待測表面；以及利用該影像擷取單元擷取由該待測表面反射形成的一反射影像，以供判斷該待測表面上是否具有一缺陷。
13. 如申請專利範圍第12項所述之檢測方法，其中在擷取該反射影像之後，另包含：提供一影像處理單元，以對該反射 影像進行二值化處理。
14. 如申請專利範圍第13項所述之檢測方法，其中在進行二值化處理之後，另包含：將該反射影像中的一規則背景影像選擇性去除，以突顯該待測表面的缺陷的位置。
15. 如申請專利範圍第12項所述之檢測方法，其中在提供該檢測裝置的步驟中，另包含：設置一濾光片在該光源前方，以對該光線進行濾光，且設置該網罩在該濾光片前方；以及傾斜設置一分光鏡於該網罩前方，以將該網狀光反射投射至該待測表面，且設置該影像擷取單元於該分光鏡上方，以擷取由該待測表面反射且穿過該分光鏡的該反射影像。