TWI388020B

TWI388020B - 使用稜鏡標示毛細用具的尖端位置的方法與裝置

Info

Publication number: TWI388020B
Application number: TW094120396A
Authority: TW
Inventors: David T Beatson; Deepak Sood; Norman Lucas
Original assignee: Kulicke & Soffa Ind Inc
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2013-03-01
Also published as: TW200605247A; CN100474546C; SG118359A1; CN1722399A

Description

使用稜鏡標示毛細用具的尖端位置的方法與裝置

本申請案主張於2004年6月21日向美國智慧財產局提出申請之美國臨時專利申請案第60/581,476號的優先權，該專利申請案所揭露之內容系完整結合於本說明書中。

本申請是2003年6月10日申請的美國專利申請第10/458,535號的部分繼續案，而美國專利申請第10/458,535號又是2002年4月25日申請的美國專利申請第10/131,873號的分割案，其於2004年5月4日被公告為專利第6,729,530號。美國專利申請第10/131,873號又是2001年7月24日申請的美國專利申請第09/912,024號的部分繼續案，其於2002年7月2被公告為專利第6,412,683號。

本發明係有關於使用稜鏡標示毛細工具頂端位置的方法與裝置。更明確地，本發明係有關於使用稜鏡（例如角隅稜鏡）來說明焊接位置的誤差，此誤差是由毛細用具頂端位置（如X和Y位置）在不同高度Z處的偏差產生的。

電子集成製造（如積體電路晶片），在製造過程的不同階段，常常使用儀器來定位檢查。為了正確排列及/或定位元件和引線，定位檢查過程中時常利用視覺系統或圖像處理系統（例如捕獲圖像使其數位化，然後使用電腦進行圖像分析）來定位製造機器。

在傳統的系統中，後附加的檢查被用於確定製造機器位置的改變是否會影響引線的適當排列及/或接合。同樣地，在不適當的接合之後，傳統的系統通常補償了誤定位(misalignment)，因而降低產量。當焊接毛細工具頂端與被焊接的裝置接觸時，由於毛細工具在X和Y位置的偏差，傳統的系統因上述附加的缺點而造成其無法容易地補償焊接部位的偏差，進一步地影響裝置產量和負面地影響製造時間。

圖11說明了一種傳統視覺系統的模型。如圖11所示，這個傳統的系統由二個成像裝置組成，第一成像裝置1104被放在工件平面1112下面，可朝上觀察物件，而第二成像裝置1102被放在工件平面1112上面，可朝下觀察物件。這些傳統的系統具有下列缺點，例如，除了使用超過一個成像裝置外，還會因熱變化而使成像裝置無法容易地補償系統中的偏差。

進一步地，當毛細頂端與不同的裝置在不同高度Z接觸時，由於毛細頂端在X和Y位置的偏差，在傳統系統中，焊接位置的誤差還是沒有充分地被說明。本發明致力於傳統系統中的這個問題。

依照本發明一實施例，提供了一個確定引線焊接工具定位的系統，其與一個引線焊接器和光學成像器一起使用。此系統包括一個放置在光學成像器和引線焊接工具下面的稜鏡。系統還至少包括一個放置在稜鏡和引線焊接工具下方之間沿第一光軸的透鏡。透鏡和稜鏡限定一個位於透鏡和引線焊接工具下方之間的物件平面。透鏡放置在稜鏡和光學成像器之間，並沿著第二光軸。透鏡和稜鏡限定一個位於透鏡和光學成像器之間的圖像平面。

依照本發明另一實施例，提供一個至少標示毛細用具頂端的X軸或Y軸位置的方法。此方法包括：在光學成像器處，接收第一Z軸位置的毛細用具頂端的第一個圖像。此方法還包括：在光學成像器處，接收第二Z軸位置的毛細用具頂端的第二個圖像。此方法還包括：利用所接受的第一個圖像和第二個圖像，至少確定毛細用具頂端從第一Z軸位置到第二Z軸位置的(1)x軸位置差或(2)Y軸位置差。

依照本發明另一實施例，提供了一個被引進帶有稜鏡的光學系統角變化來使用一個引線焊接器的測量誤差的方法。此方法包括：確定放置在光學系統物件平面的第一標線上的第一個十字準線位置。此方法也包括：確定光學系統圖像平面的第二標線上的第二個十字準線位置。此方法還包括：確定第一個十字準線位置和第二個十字準線位置間的差異以測量誤差。

依照本發明另一實施例，提供一個當引線焊接工具沿著Z軸移動時利用光學成像器來確定引線焊接工具的位置偏差的方法。此方法包括：接收在光學成像器第一Z軸位置中引線焊接工具至少一部分的第一圖像和提供第一圖像給處理器。此方法也包括：接收在光學成像器第二Z軸位置中引線焊接工具至少一部分的第二圖像，以及提供第二圖像給處理器。此方法也包括：確定第一和第二位置間的位置誤差。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

2003年6月6日申請的美國專利申請第10/458,535號和2001年7月24日申請的美國專利申請第09/912,024號的全文皆可供引用參考。

本發明的一個目的是要測量和修正不同位置Z處毛細頂端位置X和Y的偏移所引進的誤差。

依照實施例，本發明係有關於一種當毛細工具頂端沿著Z軸移動時，使用一個角隅稜鏡偏移工具來標示毛細工具頂端X和Y位置的方法和裝置。當毛細頂端沿著Z軸移動時，引線焊接器的光學系統與角隅稜鏡偏移工具結合標示毛細頂端X和Y位置。

依照本發明另一方面，系統藉由使用二個標線來確定光軸角的變化。第一標線被放置在圖像平面（即光學系統的物件平面）處，而第二標線被放置在物件平面處，且使用一個角隅稜鏡裝置使第二標線被成像在圖像平面處。

依照本發明另一方面，引線焊接器光學系統包括低放大率和高放大率光學透鏡、一個照相機和一個圖像處理系統。在引線焊接器光學系統圖像平面處形成的毛細頂端圖像，由圖像處理系統處理。這樣，在規定的每個高度Z處附近，由視覺系統獲得並處理的毛細頂端的圖像以確定X和Y位置。因此，當毛細頂端在不同的高度Z處與不同的裝置接觸時，由於毛細頂端的X和Y位置偏差，能夠修正焊接位置的誤差。

依照本發明另一方面，在正常運轉期間，為了提高焊接位置的精確度，藉由修正由毛細頂端X和Y位置隨Z高度變化的偏差而產生的誤差，在球焊接器上使用此系統，以修正由光軸角變化產生的誤差，這也將會提高焊接位置的精確度。

當引線焊接器毛細頂端沿著Z軸移動時，利用引線焊接器的光學系統，角隅稜鏡偏移工具和適當的照明可以標示引線焊接器毛細頂端的X和Y位置。藉由確定至少一個標線上十字準線位置的偏移來測量由光學系統位置的偏差所引進的誤差。在一實施例中，一個標線被放置在光學系統的圖像平面處，而另一個標線被放置在物件平面處，並且由角隅稜鏡偏移工具使其成像在圖像平面處。

圖1顯示了本發明一實施例的示意圖。此系統被包含在引線焊接機100中，而且使用了一個角隅稜鏡106（即一個角隅稜鏡106），角隅稜鏡106具有多個內部反射表面（最好的在圖6中顯示），其位於或在焊接工具104的物件平面112A之下（圖2A所示的物件平面112A是圖1所示的平面112的一部分）。

在一實施例中，角隅稜鏡偏移調整工具109（包括角隅稜鏡106和透鏡元件108、110）具有總數為三個的內部反射表面218、220和221（最好的在圖6中顯示，並在下面描述）。在另一實施例中，角隅稜鏡106可能具有總數為多個的內部反射表面。例如，角隅稜鏡106可能由熔融石英，藍寶石，金剛石，氟化鈣或其他的光學玻璃所形成或包含這些材料。請注意，也可能使用光學品質玻璃，例如由賓夕法尼亞州，Duryea，Schott玻璃工藝製作的BK7。請注意，選擇角隅稜鏡106的材料使其對所期望的工作波長具有最大的傳輸性。

例如，為了接收經由角隅稜鏡偏移調整工具109的焊接工具104的間接像，光學成像單元102，如電荷耦合元件(CCD)成像器，互補型金屬氧化半導體(CMOS)成像器或照相機，被安裝在圖像平面112B上面（圖2A所示的圖像平面112B是圖1說明的平面112的一部分）。在另一實施例中，一個位置敏感探測器(PSD)，例如由德克薩斯州，休斯頓的Ionwerks股份有限公司生產的位置敏感探測器，也可作為光學成像單元102。在一個實施例中，當照射焊接工具104中的孔時，如使用一個光纖照射時，藉由利用位置敏感探測器記錄出自焊接工具104的光點位置。位置敏感探測器也可能是四個光電元件或二個光電元件的探測器。

在一實施例中，視覺系統的焦點（與圖2A中所示的虛平面211重合）是位於角隅稜鏡106底表面223的上面（圖2A所示）。除此之外，本實施例包括二個最好是相同的透鏡元件108、110，其位於物件平面112A和圖像平面112B處或下方。圖2B顯示的另一個實施例包括位於平面112之下的單透鏡元件205，而且其與光軸114、116在一條線上（圖1所示）。在下文中，角隅稜鏡106和透鏡元件108、110（或透鏡元件205）的組合將會被稱為組合部件109，角隅稜鏡偏移工具109，及/或角隅稜鏡偏移調整工具109。

包含透鏡元件108、110的角隅稜鏡偏移工具109的圖像平面與光學成像單元102的物件平面112B重合。換句話說，調整角隅稜鏡106和透鏡元件108的圖像平面對準位於物件平面112A的焊接工具104。在一實施例中，透鏡元件108、110（或205）最好具有單一的放大係數。第一透鏡元件108被放置在焊接工具104和角隅稜鏡106之間的第一光軸114上。第二透鏡元件110實際上是在與第一透鏡元件108相同的平面上，並且被放置在光學成像單元102和角隅稜鏡106之間的第二光軸116上（見圖1）。在一實施例中，第一和第二光軸114和116實際上是彼此平行的，而且根據引線連接機100的特殊設計考慮而相互分開。在一實施例中，在第一光軸114和第二光軸116之間的距離118大約是0.400英寸（10.160毫米），儘管距離118可以小到約0.100英寸（2.54毫米），這取決於有關引線連接機的設計考慮。

圖2A繪示了本發明一實施例的一個像射跡線的詳細側視圖。在圖2A中，為了清楚地說明合成像相對位置變化的抗擾性，像射跡線210、214被分開。同樣，相同的距離分隔像點，因為透鏡元件108、110充當單一放大中繼的作用。圖2A也展示了如何補償焊接工具104的位置變化。例如，一個傳統的方法被用於正確地測量成像單元102和焊接工具104之間的距離（圖1所示），本發明能夠補償由於系統中的變動使焊接工具104產生偏移位置222的改變。因為角隅稜鏡偏移工具109使焊接工具104成像到光學系統的圖像平面112B上，所以能夠精確地測量焊接工具104的位置（未顯示於圖中）。

焊接工具104的參考位置就像直接像射線束210從第一位置202經過第一透鏡元件108那樣，如同從第一位置202沿著第一光軸114傳播的反射射線（圖1所示）被顯示。直接像射線束210繼續沿著第一光軸114傳播，然後穿過角隅稜鏡106的上表面226到第一內反射表面218上。然後直接像射線束210被反射到第二內反射表面220上，依次到第三內反射表面221上（最好的在圖3中顯示）。接著，直接像射線束210通過角隅稜鏡106的上表面226，並沿著第二光軸116（圖1所示）作為反射的像射線束212，且經過第二透鏡元件110返回到圖像平面112B上。反射的像射線束212由成像單元102探測為一圖像204。

現在考慮焊接工具104位移了一個距離222，例如是由於系統溫度的變化。如圖2A所示，焊接工具104位移的圖像如位置206所示，並且沿著第二位置射線跡線214的路徑被成像。如圖2A所示，直接像射線束214沿著類似於來自第一位置202的直接像射線束210的路徑傳播。第二位置206的像如直接像射線束214經過第一透鏡元件108一樣傳播。然後直接像射線束214穿過角隅稜鏡106的上表面226到第一內反射表面218上。接著，反射到第二內反射表面220上，依次指向第三內反射表面221（最好的在圖3中顯示）。然後，直接像射線束214經過角隅稜鏡106的上表面226傳播，作為反射的像射線束216，且經過第二透鏡元件110到圖像平面112B上。如第二位置208那樣，反射的像射線束216被看成由成像單元102反射的圖像。儘管上面的實例是根據位置沿著x軸的變化來描述的，但是同樣適用沿著Y軸的變化。

如同上述說明，焊接工具104的最初位移（如偏移位置222所示），在相對參考位置204的第二位置208處，由焊接工具104被測量位置的差別224所證實。如上面說明所證實的那樣，組合部件109中的位移不影響成像單元102所觀察的反射圖像。換句話說，本發明的組合部件109可以沿著一個或兩個X和Y軸移動，因為焊接工具104的圖像相對成像單元102看起來是靜止的。然而，由於透鏡系統的失真，在測量焊接工具104的位置時，將會有一些最小度的誤差（詳細討論如下）。

再一次參閱圖2A，角隅稜鏡偏移調整工具109的頂點228（陰影所示）大約位於第一光軸114和第二光軸116間的中間位置。為了使角隅稜鏡106易於安裝，角隅稜鏡106的底部235可能被除去，以提供底表面223，實際上底表面223可能是平行於上表面226。除去底部235不影響像射線的反射，因為自物件平面112A發射的像射線不會射到底表面223上。

角隅稜鏡106包括上表面226、第一反射表面218、底表面223、第二反射表面220以及第三反射表面221。如果設置上表面226以使光軸114、116對上表面226是垂直的，那麼第一反射表面218將會有一個相對上表面226大約45°的第一角230，以及相對下表面223大約135°的第二角234。同樣，脊線225（由第二和第三反射表面220和221的交叉形成的）具有類似的分別相對上表面226和底表面223的角232和236。另外，第二和第三反射表面220和221沿著脊線225彼此是正交的。在一實施例中，如果需要的話，角隅稜鏡106的底表面223可能作為一個固定的表面。然而，值得注意的是，形成上表面226並不是必須的，因圖像和反射射線在上表面226上是垂直的。同樣，角隅稜鏡106會使入射光或焊接工具104的傳輸圖像以等於118的偏移再次平行指向本身。

例如，本發明能用於可見的紫外光和紅外光譜中，而且製造角隅稜鏡106的材料，最好是具有一個展現全內反射的光波長的材料。根據傳遞所需要的光波長來選擇製造角隅稜鏡偏移調整工具109的材料。可以預期的是，角隅稜鏡偏移調整工具109可被操作在預定的光波長範圍，即在紫外光（1奈米）和近紅外光（3000奈米）之間。在一較佳的實施例中，可能從大約i)1和400奈米，ii)630和690奈米，以及iii)750和3000奈米之間選擇光波長範圍。也可能由環境光或者利用人造光源（沒有顯示）提供照明。在一實施例中，具有1.5到1.7折射係數的常用光學玻璃可以被用於製造角隅稜鏡106。請注意，折射係數是根據為了在所期望的操作波長處得到最大傳輸來選擇材料。在一個實施例中，角隅稜鏡偏移調整工具109具有一個約1.517的折射係數。

圖3繪示依照本發明一實施例一個垂直於透鏡元件108，110分開方向遷移的像射跡線的透視圖。圖2A顯示的相同圖像性質在圖3中也是顯然的。例如，焊接工具104的基準位置由第一位置302表示，而且其圖像304被看作為沿著第一光軸114傳播並經過第一透鏡元件108的第一直接像射線310；經過角隅稜鏡106的上表面226；射向角隅稜鏡106第一反射表面218；在角隅稜鏡106內，平行於上表面226的路徑傳播；射向第二反射表面220；在通過上表面226離開角隅稜鏡106之前，射向第三反射表面221，以及作為沿著第二光軸116並通過第二透鏡元件110射向圖像平面112B上的射線跡線312，並且通過成像單元102在位置304觀看。圖3顯示了焊接工具104的位置變化，並且由第二位置306到第二觀看位置308的射線跡線314，316的路徑說明。

圖4A－4B分別是本發明一實施例的透鏡元件108、110和角隅稜鏡106的透視圖和側視圖。二個透鏡元件108、110（或205）最好是是位於角隅稜鏡106上方的雙合透鏡，其根據距離物件平面112A和圖像平面112B以及虛平面211的焦距。雙合透鏡最好是有優良的光學品質。如圖4A－4B所示，一個常見實施例之角隅稜鏡106具有三個內反射表面218、220和221。如圖4B所示，透鏡元件108、110和角隅稜鏡106的外邊緣彼此是重合的。

圖5說明本發明一實施例之圖像系統的的遠心性。如圖5所示，透鏡元件108、110產生一個單一放大率，而且是相對角隅稜鏡106安置透鏡元件108、110，以維持機械的視覺系統的遠心性。請注意，從透鏡元件108到角隅稜鏡106頂點228的前焦距502等於從透鏡元件110到角隅稜鏡106頂點228的前焦距502。同樣注意，從透鏡元件108到物件平面112A的後焦距504等於從透鏡元件110到圖像平面112B的後焦距504。

圖6是本發明典型的角隅稜鏡106的詳細示意圖。請注意，內反射表面218和脊線225允許焊接工具104的圖像在X和Y方向被遷移。同樣注意，角隅稜鏡106的表面最好接地，以使反射的光束以不超過5弧秒的角平行於入射光束。

如圖6所示，表面220和221沿著脊線225彼此是正交。除此之外，脊線22和表面218間的夾角大約是90°。此外，表面218和脊線相對上表面226和下表面223形成一個45°的角。同樣注意，表面218、220和221相接形成三角形的下表面223，其可以使角隅稜鏡106易於固定。

圖7A－7C說明一個典型視覺系統中有關角隅稜鏡偏移調整工具109正交軸的傾斜效應。圖7A是透鏡元件108，110和角隅稜鏡106的俯視圖。典型的圖像原點702、703，704、706、707和708對應像射跡線210、214的位置（圖2A所示）。注意如果角隅稜鏡106沿著Z軸不傾斜的話，光軸位置710對應焊接工具104（圖1所示）圖像的位置。

圖7B－7C是以弧分（傾斜）對微米（誤差）為單位的Z軸的傾斜效應圖表。圖7B顯示Z軸傾斜對誤差和沿Y軸圖像位置的效應。圖7C顯示Z軸傾斜對誤差和沿X軸圖像位置的效應。

圖8A－8C說明典型視覺系統的X和Y軸的傾斜效應。圖8A是一個典型像射跡線210、212、214、216的附加側視圖。在圖8A中，箭頭804和點802分別描述X和Y軸，而箭頭806描述傾斜。圖8B－8C是以弧分（傾斜）對微米（誤差）為單位的X和Y軸的傾斜效應圖表。圖8B顯示X軸的傾斜對誤差和沿Y軸圖像位置的效應。圖8C顯示Y軸傾斜對誤差和沿X軸圖像位置的效應。

圖9是依照本發明第三實施例的一個像射跡線的詳細側視圖。在圖9中，如同來自第一位置914的直接像射線束922通過透鏡元件902那樣，焊接工具104的基準位置由一個從第一位置914沿第一光軸114（圖1所示）傳輸的反射的射線（在物件平面112A上，物件平面是圖示平面112的部分）表示。注意在這個典型的實施例中，透鏡元件902有一相對的平面，上表面904和凸下表面906。直接像射線束922沿第一光軸114繼續，然後通過透鏡元件902的上表面904，依次經過凸表面906。然後直接像射線束922被反射到全反射表面908上。在一較佳實施例中，全反射表面908是一個平面鏡。接著，直接像射線束922通過透鏡元件902並沿第二光軸116（圖1所示），作為反射的射線束920傳播到圖像平面112B上。由成像單元102（圖1所示）探測反射的像射線束920作為圖像912。同樣，圖9顯示了焊接工具104的位移，可藉由直接像射線束918，924從第二位置910到第二觀看位置916的路徑來說明。

由於傳統的引線焊接機的特性，當毛細用具從一個閒置位置移到一個連接位置時，毛細用具往往是以弓字形在移動（如圖14A中的弧1414所示）。因此，當毛細頂端1400被焊接機引入位置時（沒有顯示），毛細頂端1400沿弧線1414移動而引進X和Y的位置誤差。毛細頂端1400接觸裝置的高度隨著系統而變化，而且也隨著被焊接裝置的不同高度而變化。這些X和Y的位置誤差和光軸角的變化促成了焊接位置的誤差。

圖14A說明毛細頂端1400沿Z軸在一個弧線1414移動並到達位置時，依照本發明一典型的實施例映射毛細1404頂端1400的X和Y位置（沒有顯示）的裝置。本系統測量和修正毛細頂端1400沿Z軸不同位置的X和Y位置誤差所引進的誤差。可期望的是，本實施例包括一光學系統成像器1402，透鏡110和108（或一個單透鏡，如圖2B所示），照明器1020（如一個環形照明器）和角隅稜鏡106。

在一個典型的實施例中，光學系統1402包括低放大率和高放大率的光學裝置。如圖14A所示，透鏡110沿著第一光軸1401被放在光學系統1402和角隅稜鏡106之間。透鏡108沿著第二光軸1403被放在物件平面1412和角隅稜鏡106之間，而且是在透鏡110相同的水平軸上。即使第一和第二光軸彼此不是絕對地平行，但大致上是平行。

使用照明系統1020（例如一個環形照明器），透鏡108、110和角隅稜鏡106，使毛細頂端1400的圖像在光學系統1402的圖像平面1410處形成。當毛細用具頂端1400沿著弧線1414移動時，在指定附近的每個高度Z處，視覺系統1402獲得並處理毛細頂端1400的圖像以確定毛細用具頂端1400的X和Y位置。當毛細頂端沿弧線1414移動並以不同高度Z與不同裝置接觸時，如圖14B所示，由毛細頂端1400的X和Y位置偏差而產生的焊接位置誤差，例如，可以藉由適當改變X－Y位置表（沒有顯示）修正，這樣對連接非常細小間距的裝置，提高了引線焊接器的精確度。如圖14B所示，當毛細頂端1400從開始位置1520，沿著弧線1414移動到最終位置1522時，使用典型的系統，可以追蹤毛細頂端1400的圖像。

圖15A－15B說明了本發明另一個典型的實施例。因為光軸角的偏差是對誤差的另一個貢獻，發明人設計了一個測量並最後解釋這個誤差的方法。如圖15A所示，第一位置指示器1501，例如一個標線，期望放置在圖像平面1410處（圖像平面1410可用光學系統1402觀看，如觀看物件平面1410那樣）。第二位置指示器1503是放在物件平面1412上，並且由角隅稜鏡106和透鏡108和110使其成像在圖像平面1410處，通過重疊二個十字準線1502、1504（分別置於標線1501、1503內）來確定光軸角的偏差。

圖15B說明了位置指示器1501和1503的位置1512和1514間的變位元誤差，如光學系統1402所觀察的。

因此，通過確定標線1501和1503上的二個十字準線的位置偏差來測量光學系統1402角偏差引進的誤差，然後補償這個誤差。首先通過確定圖像平面1410處標線1501上的第一十字準線的位置測量誤差（圖像平面1410可以被認為是光學系統1402的物件平面）。其次確定角隅稜鏡106物件平面1412處標線1503上第二個十字準線的位置。最後，經由測量第一和第二位置之差來計算變位誤差。當毛細頂端1400以不同高度接觸不同裝置時，可能存在X(△X)及/或Y(△Y)位置偏差，光學系統角偏差及/或毛細頂端1400位置差，所有這些偏差引起的焊接位置的誤差可由上述的資料修正。

參閱圖10A，其繪示本發明另一個典型實施例的側視圖。在圖10A中，視覺系統1000包括多重角隅稜鏡1014、1020、1026，而且使用各自的透鏡組1016/1018、1022/1024、1028/1030作為調整裝置，以提高晶片固定和組合部件拾取/放置的精確度，如晶片1008、1010、1012。這將有效地取代傳統的向上看的照相機（即，晶片照相機－沒有顯示），它們被裝備在大多數傳統的具有中到高精確度的放置設備中（例如，晶片固定和拾取/放置）。在典型的實施例中，一組分別具有不同透鏡分離距離1017、1023、1029的多重角隅稜鏡1014、1020、1026分別提供晶片1008、1010、1012的間接圖像。藉由這些技術中的技巧能夠知道，一次只能觀看一個晶片。多重角隅稜鏡/透鏡組合的使用允許使用多種不同尺寸的晶片。在其他方面，如使用的材料，反射方法等，這個典型的實施例與第一典型實施例類似。

如上所述，第一實施例的變化可包容這些設備接受和放置不同的晶片尺寸。在本實施例中，向下看的光學探測器1002，如照相機，（基板照相機）觀察被放置元件的下面，如晶片1008、1010，或1012。然後通過一個視覺系統（沒有顯示）辨別這些晶片1008、1010、1012的特徵，使用拾取工具1004精確地把晶片放在基板（沒有顯示）上，拾取工具1004部分地基於拾取/放置工具1004和光學探測器1002之間的預定距離1006。藉由這些技術中的技巧能夠知道，拾取工具1004可以是旋轉的或非旋轉的拾取工具。本實施例進一步保持上述第一實施例中角隅稜鏡調整精度的光學優點。

圖10B是圖10A所示的典型實施例的平面視圖。在圖10B中，彼此接近地放置角隅稜鏡1014、1020、1026以形成組合部件1015。使用傳統的膠粘方法，彼此連接角隅稜鏡1014、1020、1026，或者是使用一個機械裝置，如一個夾具或一個組合在一起的組合部件，使其彼此定位在一起。後面的方法允許簡單地置換個別的角隅稜鏡/透鏡組合部件以適應不同尺寸的晶片。雖然本實施例顯示了三個角隅稜鏡偏移工具，但一般認為至少使用二個角隅稜鏡偏移工具即可。

如果需要簡化系統的組合部件，透鏡1016、1018、1022、1024、1028、1030可由單一的光學材料構成，而不是單體透鏡。這樣的一個方法顯示在圖10C－10D中。如圖10C所示，鏡片1040是嵌在光學材料1016a、1018a、1022a、1024a、1028a、1030a裏面，實際上是等同於單體透鏡1016、1018、1022、1024、1028、1030。

圖12A－12F進一步說明了本發明的實施例。在這些實施例中，一個角隅稜鏡被用於提高光纖排列的精確度。如在先前的典型實施例中，角隅稜鏡的使用允許單個光學探測器以代替傳統的多重探測器系統。

參閱圖12A，本實施例包括角隅稜鏡1014，透鏡1016，1018，暗場照明系統1220、1221（是廣為人知的常用技術）以分別照明光纖芯1212、1213的光纖包覆層邊緣1210、1211（用以依次產生反射1224、1225到包覆層邊緣1210、1211的輪廓），和光學探測器1002。在本實施例中，由朝下的光學探測器1002觀察面向下的光纖1208，如一個照相機（即一個基板照相機）。朝下的光學探測器1002探測來自光纖芯1212的出射光1222，然後才能確定光纖中心線1223和朝下光學探測器1002的中心射線1229之間的適當偏移1027。如進一步在圖12A中所顯示的，面向下的光纖芯1208和光學探測器1002彼此偏移預定的距離1006。同樣說明的是面向上的光纖1209和相關的暗場照度系統1221配置鄰近於角隅稜鏡1014。

圖12B是圖12A說明透鏡組1016/1018和角隅稜鏡1014的相對位置的實施例的平面視圖。

在圖12C中，重新配置朝下的光學探測器1002和面向下的光纖1208，使朝下的光學探測器1002的中心射線1229對準面向上光纖1209的光纖中心線1231。再一次，為了由視覺系統辨識以確保與光學探測器1002的對準性，使用暗場照明系統1221照明面向上的光纖1209。

其次，如圖12D所示，根據上面對圖12A討論的過程期間所確定的偏移1027，再一次重新配置光學探測器1002和面向下光纖1208。因而，使面向下的光纖1208和面向上的光纖1209彼此對齊。

如圖12E所示，然後使用傳統的技術，使光纖1208和1209在接合處1226連接在一起，如使用輻射（沒有顯示）使光纖融化在一起，或是以機械的方法連接在一起。

圖12F還說明了本發明另一個實施例。在本實施例中，一個角隅稜鏡偏移調整工具1014被用於調整各自帶有單個光纖1208及其纖維光學分光器1200的單個光纖（輔助光纖）1202，如在先前的典型實施例中，角隅稜鏡偏移調整工具的使用允許使用單個光學探測器，而不是傳統的多重探測器系統。對光纖1208和輔助光纖1202a、b等調整和耦合的步驟是類似於上述的典型實施例，不在此重複。

只要第一輔助光纖與單個光纖1208對齊，重複另一個輔助光纖（如1202b）和另一個單光纖的過程（沒有顯示）。

當然典型的實施例並不限於光學探測器1002之下的纖維光學分光器的光纖束。本實施例也考慮使光纖束1200和光纖1208的相對位置反轉，以使光纖束1200被放置在角隅稜鏡1014上面。

圖13A－13D說明另外一個本發明的實施例。在本實施例中，一個角隅稜鏡偏移調整工具被用於提高光纖1208對準電路元件的精確度，如探測器1302。在圖13A中，典型的探測器1302是陣列1300的一部分，雖然發明並不限於此。同樣可期待的是，探測器1302可以是一個二極體，如光電二極體或光輻射發射器。如在先前的典型實施例中，角隅稜鏡偏移調整工具允許使用單光學探測器，而不是傳統的多重探測器系統。

參閱圖13A，本實施例包括角隅稜鏡1014，透鏡1016，1018，暗場照明系統1220（廣為人知的常用技術），以照明光纖芯1212的光纖包覆層邊緣1210（用以依次產生反射1224至包覆層邊緣1210的輪廓），和光學探測器1002。在本實施例中，由朝下的光學探測器1002觀測面向下的光纖1208，如照相機（如基板照相機）。朝下的光學探測器1002探測來自光纖芯1212的出射光1222，然後才能確定光纖中心線1223和朝下光學探測器1002的中心射線1229之間的適當偏移1027。如進一步在圖13A中所顯示的，面向下的光纖芯1208和光學探測器1002彼此偏移預定的距離1006。

在圖13B中，重新配置朝下的光學探測器1002和面向下的光纖1208，使朝下的光學探測器1002的中心射線1229對準探測器1002的光學中心線1304。可以理解，光學中心線1304不必與探測器1302的實際中心一致，但更合適的是依賴於特定探測器1302的配置。在這種情況下，通過探測器有效敏感區域中心的位置，完成光學中心線1304的確定。

其次，如圖13C所示，根據上面對圖13A討論的過程期間所確定的偏移1027，再一次重新配置光學探測器1002和面向下光纖1208（圖13A說明了偏移）。因而，使面向下的光纖1208和探測器1302彼此對齊。如圖13D所示，例如，利用傳統技術，如光學環氧樹脂，紫外環氧樹脂，然後使光纖1208和探測器1302保持在對準位置。

雖然本發明主要說明和描述了角隅稜鏡裝置（如一個角隅稜鏡），但它不限於此。可以使用其他的稜鏡裝置，特別是其他的反射稜鏡。在本發明某些結構中，可以期望的是具有平行的像射線。在這樣一個結構中，一個反射稜鏡如角隅稜鏡，可以使進入稜鏡和由稜鏡出來的光束實際上是彼此平行的；然而，在某些結構中，可能期望非平行的光束/像射線和利用其他類型的稜鏡。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。

22．．．脊線

100．．．焊接機

102．．．光學成像單元

104．．．焊接工具

106．．．角隅稜鏡

109．．．角隅稜鏡偏移調整工具

108、110．．．透鏡元件

112A．．．物件平面

112B．．．圖像平面

114、116．．．光軸

118．．．第一光軸和第二光軸之間的距離

202．．．第一位置

204．．．圖像

205．．．透鏡元件

206．．．第二位置

210、214．．．射線跡線

211．．．虛平面

212、216．．．像射線束

218、220、221．．．內部反射表面

222．．．偏移位置

223．．．底面

224．．．焊接工具104被測量位置的差別

226．．．角隅稜鏡的上表面

228．．．角隅稜鏡偏移調整工具的頂點

230．．．第一反射表面與上表面的角

232．．．脊線與上表面的角

236．．．脊線與底表面的角

234．．．第一反射表面與下表面的角

235．．．角隅稜鏡的下部

302．．．第一位置

304．．．第一位置的像

306．．．第二位置

308．．．第二觀看位置

312、314、316．．．射線跡線

502．．．前焦距

504．．．後焦距

702、703、704、706、707、708．．．圖像原點

710．．．光軸位置

804、802．．．X和Y軸

806．．．描述傾斜

902．．．透鏡元件

904．．．透鏡上表面

906．．．透鏡下凸表面

908．．．全反射表面

912．．．圖像

914．．．第一位置

920．．．射線束

918、922、924．．．像射線束

910．．．第二位置

916．．．第二觀看位置

1002．．．光學探測器

1004．．．拾取工具

1006．．．拾取/放置工具和光學探測器間的預定距離

1008、1010、1012．．．晶片

1014、1020、1026．．．多重角隅稜鏡

1016、1018．．．透鏡

1017、1023、1029．．．透鏡分離距離

1016/1018、1022/1024、1028/1030．．．透鏡組

1027．．．偏移

1040．．．鏡片

1104．．．第一成像裝置

1112．．．工件平面

1102．．．第二成像裝置

1208．．．光纖

1210、1211．．．光纖包覆層邊緣

1212、1213．．．光纖芯

1220、1221．．．暗場照明系統

1223．．．光纖中心線

1224、1225．．．反射

1226．．．焊接位置

1229．．．中心射線

1231．．．光纖中心線

1300．．．陣列

1302．．．探測器

1400．．．毛細頂端

1401．．．第一光軸

1402．．．光學系統

1403．．．第二光軸

1410．．．圖像平面

1412．．．物件平面

1414．．．弧線

1501．．．第一位置指示器

1503．．．第二位置指示器

1502、1504．．．二個十字準線

1512、1514．．．位置指示器的位置

1520．．．毛細頂端開始位置

1522．．．毛細頂端最終位置

圖1是本發明一實施例的一個引線焊接機的透視圖。

圖2A繪示了本發明第一實施例的一個像射跡線的側視圖。

圖2B繪示了本發明第二實施例的一個像射跡線的側視圖。

圖3繪示依照本發明一實施例一個垂直於透鏡元件分開方向遷移的像射跡線的透視圖。

圖4A－4B分別是本發明一實施例的透鏡元件和角隅稜鏡的透視圖和側視圖。

圖5說明本發明一實施例之圖像系統的的遠心性。

圖6是本發明典型的角隅稜鏡的詳細示意圖。

圖7A－7C說明一個典型視覺系統中有關角隅稜鏡偏移調整工具109正交軸的傾斜效應。

圖8A－8C說明典型視覺系統的X和Y軸的傾斜效應。

圖9是依照本發明第三實施例的一個像射跡線的詳細側視圖。

圖10A－10D是本發明第四實施例的各種視圖。

圖11是先前技術的一個視覺系統的示意圖。

圖12A－12F是本發明第五實施例的示意圖。

圖13A－13D是本發明第六實施例的各種視圖。

圖14A說明了當毛細頂端沿著Z軸移動時映射毛細頂端X和Y位置的裝置的部分示意圖。

圖14B說明了一個指定位置附近高度Z處的毛細頂端移動路程的圖像。

圖15A說明了使用二個十字準線以確定光軸位置位移變化的裝置的部分示意圖。

圖15B說明了按照焊接放置中系統誤差測量的一個標線起始和最終位置照相的圖像。

100．．．引線焊接機