TWI484163B - 以複數不同照射組態掃描一表面之方法及其自動光學檢測系統 - Google Patents

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TWI484163B
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Description

以複數不同照射組態掃描一表面之方法及其自動光學檢測系統
本發明係關於一種用於檢測電子電路之自動光學檢測(Automated Optical Inspection；AOI)系統，更具體而言，係關於在自動光學檢測系統中擷取印刷電路板(Printed Circuit Board；PCB)之影像。
自動光學檢測(Automated Optical Inspection；AOI)系統通常用於檢測電子電路，包括印刷電路板(Printed Circuit Board；PCB)、平板顯示器(flat panel display)、晶片載體(chip carrier)、積體電路(integrated circuit；IC)等。某些習知之自動光學檢測系統係基於一單一照射組態(illumination configuration)運作，而該單一照射組態通常被用於偵測特定類型之缺陷。其他習知之自動光學檢測系統則使用複數照射組態運作，以便能夠偵測更廣範圍之缺陷。
市售之自動光學檢測系統包括使用彩色影像之InspireTM 9060、用於檢測裸印刷電路板(bare PCB)之DiscoveryTM 及V-300TM 系統、用於檢測已植入元件之印刷電路板(populated PCB)之TrionTM 系統、用於檢測平面顯示面板之FPI-6090TM 及FPI-7590TM 系統、以及用於檢測晶片載體之ICP 8060TM 系統。所有上述系統皆可自位於以色列Yavne之Orbotech有限公司購得。
名稱為「以交替之組態進行光學檢測(Optical inspection with alternating configurations)」之美國專利第7,397,552號描述一種用於檢測一晶圓(wafer)之成像系統，該成像系統包含一照射模組及一機械掃描儀，該照射模組用以提供脈衝式光學輻射，該機械掃描儀則用以掃描該照射模組所照射之表面之一區域，並藉由該脈衝式照射之各別依序之脈衝而於該表面上照射複數接連且實質重疊之畫面，各該接連之畫面間重疊至少50%，該美國專利之揭露內容以引用方式倂入本文中。該成像系統包括一系統控制器，該系統控制器用以於一第一組態與相異之一第二組態之間，交替地改變成像系統之一組態，其中該影像序列至少包含以該第一光學組態擷取之一第一組影像以及以該第二光學組態擷取之一第二組影像。該成像系統包含一影像處理器，用以共同處理第一影像與第二影像，以藉由分析利用各該第一光學組態及第二光學組態成像之該表面上之特徵來偵測樣本中之缺陷。
讓與Orbotech有限公司且名稱為「照射及影像擷取系統(Illumination and Image Acquisition System)」之美國專利第6,781,687號描述一種檢測系統，該檢測系統以閃光照射一電子電路之一表面，該美國專利之揭露內容以引用方式倂入本文中。閃光係來自在時間上相間之至少二不同光譜之光源。每一閃光皆入射於該表面上之同一位置且大約具有相同之入射角。一攝影機(camera)根據每一次閃光形成一單獨之光學影像。將以不同閃光形成之影像相組合而形成一全景影像(full view image)。然後，對該全景影像實施分析，以確定電子電路中之缺陷。
名稱為「用於多重影像分析之系統及方法(System and Method for Multiple Image Analysis)」之美國專利申請公開案第US2002/0186878號描述一種用於分析多個影像以確定一測試組件之缺陷之系統，該美國專利申請公開案之揭露內容以引用方式倂入本文中。該系統包括第一光源及第二光源以及一攝影機，該第一光源及第二光源分別自一不同角度發出一不同顏色之光，該攝影機帶有一處理器，以產生至少二影像。使用該等影像建立物體之一三維影像，然後加以分析以判斷測試組件之一尺寸是否可接受。
由位於以色列Yavne之Orbotech有限公司市售之AmethystTM 系統係以不同之照射依序擷取一區域之複數影像，如http://www.orbotech.com/D2_ProductsGroup.asp?MenuID=566(2008年11月16日)中所述。
本發明之某些實施例之一態樣，提供一種於一單一掃描中，以複數照射組態(illumination configuration)掃描欲被光學檢測之一表面並以該表面之不同區域之複數影像對該表面進行光學檢測之系統及方法。
本發明之某些實施例之一態樣，提供一種以複數不同照射組態掃描一表面之方法，該方法包含下列步驟：於一單一掃描期間依序擷取複數影像，各該影像包含至少一行畫素(pixel)；根據用以擷取各該影像之該等照射組態之一預定序列以及一成像單元之預定相對位移，依序改變用以擷取該等影像之一照射組態；以及重覆該等照射組態之該預定序列以及相關之影像擷取位置，至該表面之一預定區域被掃描為止，其中該預定相對位移係介於10個畫素與小於1個畫素之間。
視需要，於一序列內擷取之複數影像係部分重疊。
視需要，各該影像係覆蓋小於等於100行畫素。
視需要，各該影像係覆蓋1行畫素。
視需要，該預定相對位移具有小於1個畫素之一位移誤差。
視需要，該方法更包含下列步驟：使用至少二不同照射組態於一單一掃描中擷取至少二組影像，並從各組影像建立區域影像以獲得至少二區域影像。
視需要，該至少二區域影像覆蓋該表面之一實質相同部分，該實質相同部分係實質上大於於一單一影像中覆蓋該表面之一部分。
視需要，實質上大於係指至少大100倍。
視需要，實質上大於係指至少大1000倍。
視需要，該至少二區域影像係以小於1個畫素之一校準誤差自動對準。
視需要，該方法更包含下列步驟：檢測該等區域影像，其中該檢測步驟包括在無對準該等區域影像之條件下比較該等區域影像。
視需要，該方法更包含下列步驟：根據該預定相對位移，調整該等區域影像間之空間校準。
視需要，該方法更包含下列步驟：計算該至少二區域影像其中之一與一主影像間之一準位，並利用所計算之該準位使得該至少二區域影像其中之另一區域影像與該主影像對準。
視需要，該等影像係使用至少一攝影機擷取，該至少一攝影機係選自一群組，該群組包含：一線性攝影機(line camera)以及一多線性攝影機(multi-line camera)。
視需要，該照射組態於影像擷取期間被開啟關閉或閃爍。
視需要，該預定序列之該等照射組態於至少一參數不同，該至少一參數係選自一群組，該群組包含：波長、強度、角度、角分佈(angular distribution)、極化(polarization)以及螢光性(fluorescence)。
視需要，該照射組態於一頻率改變其設置，該頻率係大於一掃描單元掃描該表面時之一機械頻率。
本發明之某些實施例之一態樣，提供一種能夠以複數不同照射組態掃描一表面之自動光學檢測系統，包含：一成像單元，包含至少一攝影機及至少一照射單元，其中該至少一照射單元係用以於各該不同照射組態提供照射，該至少一攝影機係用以於一次掃描中擷取一序列影像，該序列影像之各影像包含至少一行畫素；一掃描單元，用以依大小為小於等於1個畫素之一解析度提供該表面與該成像單元間之平移；以及一控制器，用以根據一預定序列來啟動各該不同照射組態，且於掃描期間重覆該預定序列，以及用以啟動該攝影機以於每一次照射啟動期間擷取一影像。
視需要，於該預定序列內擷取之複數影像係部分重疊。
視需要，該掃描單元係用以於擷取該序列影像之各該影像之間提供大小為小於等於1個畫素之轉移。
視需要，該掃描單元於各該影像擷取之間提供一轉移位移，該轉移位移對應於一個影像所擷取之畫素行之數目除以該序列中不同照射組態之數目。
視需要，各該影像係覆蓋小於等於100行畫素。
視需要，各該影像係覆蓋1行畫素。
視需要，擷取各該影像間之該轉移位移之一誤差係小於1個畫素。
視需要，該至少一攝影機係選自一群組，該群組包含：一線性攝影機以及一多線性攝影機。
視需要，該成像單元包含複數影像感測器，該等影像感測器係以對準並排之方式覆蓋一面板之一寬度。
視需要，該系統包含一分析器，用以根據於一單一掃描中所擷取之至少二組影像建立至少二區域影像，每一組區域影像係以一不同之照射組態擷取。
視需要，該至少二區域影像覆蓋該表面之一實質相同部分，該實質相同部分係實質上大於一單一影像中覆蓋該表面之一部分。
視需要，實質上大於係指至少大100倍。
視需要，實質上大於係指至少大1000倍。
視需要，該至少二區域影像間之一空間校準誤差係小於1個畫素。
視需要，該至少二區域影像係以小於1個畫素之一校準誤差自動對準。
視需要，該分析器係用以在無對準該等區域影像之條件下比較該等區域影像。
視需要，該分析器係用以根據以該不同照射組態擷取之影像間之一預定轉移位移，來調整該等區域影像間之一空間校準。
視需要，該分析器係用以計算該等區域影像其中之一與一主影像間之一準位，並利用所計算之該準位而使該至少二區域影像其中之另一區域影像與該主影像對準。
視需要，該照射組態之設置係至少以一1千赫茲之頻率改變。
視需要，該照射組態之設置以一頻率改變，該頻率係大於該自動光學檢測系統之一機械頻率。
視需要，該至少一照射單元包含至少一發光二極體(light emitting diode；LED)，該發光二極體係用以照射欲成像之該表面之一部分。
視需要，該至少一照射單元具有閃光能力。
視需要，該等照射組態於至少一參數方面不同，該至少一參數係選自一群組，該群組包含：波長、強度、角度、角分佈、極化、及螢光性。
視需要，該系統包含一分析器，用以根據對以不同之該等照射組態擷取之影像之分析，識別該表面中之一缺陷。
視需要，該分析器係用以根據對以不同之該等照射組態擷取之至少二影像之輸出間之一比較，區分該表面之不同材料。
視需要，該分析器係用以根據對以亮場照射(bright field illumination)擷取之至少一影像與以暗場照射(dark field illumination)擷取之至少一影像之輸出間之一比較，區分一鏡反射表面(specular surface)與一漫反射表面(diffuse surface)。
視需要，該分析器係用以區分該檢測表面上包含裸銅之複數區域與該檢測表面上包含鍍金銅之複數區域。
視需要，該分析器係用以區分該檢測表面上包含一硬質電路板之一區域與該檢測表面上包含一撓性電路板之一區域。
視需要，該分析器係用以根據對利用不同照射波長所擷取之至少二影像之輸出間之一比較，識別或特徵化該缺陷之一材料。
視需要，以不同波長擷取之至少二影像包含以一紅色頻譜照射所擷取之至少一影像以及以一藍色頻譜照射所擷取之至少一影像。
視需要，該至少二影像其中之一係以螢光照射進行擷取。
視需要，該分析器係用以識別由灰塵構成之一識別缺陷。
視需要，該分析器係用以根據自不同角度投射之照射所擷取之至少二影像之輸出間之一比較，來區分一三維缺陷及褪色或氧化其中之一。
視需要，該等照射組態包含具有不同強度等級之照射。
視需要，該分析器係用以自以不同照射組態擷取之該等影像建立一混合影像，並根據對該混合影像之分析而識別該缺陷。
視需要，該混合影像係根據以不同強度等級擷取之至少二影像建立而成。
視需要，該混合影像之一動態範圍係大於以不同強度等級擷取之各該影像之一動態範圍。
視需要，該混合影像之一動態範圍係大於用以建立該混合影像之各該影像之一動態範圍。
除另有規定外，本文所用之所有技術術語及/或科學術語皆具有本發明所屬領域之通常知識者所通常理解之相同含義。儘管與本文所述者相似或等價之方法及材料亦可用於實踐或測試本發明之實施例，然而下文將闡述實例性方法及/或材料。倘若存在衝突，應以本專利說明書(包括定義)為準。另外，該等材料、方法及實例僅供用於舉例說明，而非用以限制本發明。
本發明係關於一種用於檢測電子電路之自動光學檢測(Automated Optical Inspection；AOI)系統，更具體而言，係關於在自動光學檢測系統中擷取印刷電路板(Printed Circuit Board；PCB)之影像。
本發明之某些實施例之一態樣提供一種影像擷取系統，用於在一單一掃描中以一預定次序及/或序列，使用不同照射組態擷取欲檢測物體之一給定寬度之一序列影像，該預定次序及/或序列通常在該物體與一成像單元(例如攝影機)間之相對運動期間循環地重複。根據某些實例性實施例，該照射序列係依相對運動進行協調(例如物體與攝影機間之轉移)。根據某些實例性實施例，每一照射係以一頻率進行啟動(例如開啟關閉或閃爍)，該頻率對應於物體相對於攝影機之規定位移。通常，該位移係介於約10個畫素與小於1個畫素之寬度之間。在某些實施例中，該位移係為1個畫素或1個畫素之寬度之一分數(fraction)，俾使以不同照射組態擷取之影像之間存在重疊。在某些實例性實施例中，該位移則高達50個畫素。
根據本發明之某些實施例，在整個掃描程序中係重複照射組態之預定次序。在某些實例性實施例中，該預定次序包括複數不同之照射序列。在某些實例性實施例中，該序列被選擇成與所檢測圖案(例如多個密集之導體及散熱器)之性質相匹配，並根據圖案在規定區域中之性質而改變。通常，成像單元包括至少一成像器及/或影像感測器(例如電荷耦合器件Charge Coupled Device,CCD、互補金屬氧化物半導體Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS，或另一種適宜之感測器)以及至少一照射源(例如用於每一攝影機之至少一照射源)。成像單元可包括線性攝影機、多線性攝影機或區域攝影機。本文所述之線性攝影機係擷取一行畫素，多線性攝影機則擷取複數(通常為2-100)行畫素。區域攝影機每次擷取多於100行畫素。通常，相較於沿著一多線性攝影機及/或一線性攝影機之長度與寬度之畫素數目之比率，沿著一區域攝影機之長度與寬度之畫素數目之比率更接近於1。在本發明之某些實施例中，線之長度係大至足以擷取被成像之整個物體之影像。在其他實施例中，則利用可能存在重疊之並排對準之掃描來擷取整個物體之影像。
根據本發明之實施例，以每一照射組態進行之照射皆依序朝物體開啟關閉或閃爍，以在物體與攝影機間之相對運動期間以規定間隔進行成像。在某些實例性實施例中，循環地重複該照射序列，至完成影像擷取系統之一掃描為止。不同之照射組態可例如在強度、角分佈、螢光、極化或顏色(例如波長)等方面不同。
在本發明之某些實施例中，相對運動係為連續的。在其他實施例中，運動則為分段式的，且成像發生於各分段運動之間。
對於每次擷取一行畫素之攝影機，該位移可對應於1個畫素之一分數。在某些實例性實施例中，若使用N種照射組態，則位移對應於1個畫素寬度之1/N。舉例而言，當使用二照射組態時，該位移可對應於1個畫素之一半寬度；當使用三種照射組態時，該位移可對應於1個畫素之三分之一寬度；或者當使用四種照射組態時，該位移可對應於1個畫素之四分之一寬度。在某些實例性實施例中，若使用N種照射組態，則該位移對應於攝影機所擷取之1行畫素或複數行畫素之1/N寬度，需注意者，上述位移可不為確切之分數，而是亦可實作更小或更大之位移以分別獲得超級取樣(super-sampling)或次取樣(sub-sampling)。根據本發明之某些實施例，該檢測系統具有一平移精度，該平移精度對應於1個畫素之一分數，例如1個畫素寬度之1-20%，此對應於約±0.1-5微米之一精度。
在本發明之某些實例性實施例中，照射組態序列之位移未必均勻一致，並對不同之照射組態界定或大或小之位移。舉例而言，對於包含二照射組態之一序列，使第一照射組態開啟或閃爍後之一位移可對應於1個畫素之0.4倍寬度，而使第二照射組態開啟或閃爍後之一位移可對應於1個畫素之0.6倍寬度，進而共存在1個畫素之位移，然後該序列結束。
在本發明之某些實施例中，位移小於或大於1個畫素之1/N。當小於1/N時，在相同照射組態之影像間係存在重疊。
根據本發明之某些實施例，照射包括閃光能力(strobe ability)，俾使不同之照射組態可在掃描期間以一高頻率(例如1-1000千赫茲)閃爍。在某些實例性實施例中，本發明包括對連續照射進行高頻切換(開啟及關閉)。在某些實例性實施例中，使用發光二極體(Light Emitting Diode；LED)照射。實例性LED可包括可自Luxeon購得之K2 LED以及可自Roithner Lasertechnik購得之高功率LED。在某些實例性實施例中，使用例如在讓與Orbotech有限公司且名稱為「線性聚光器(Linear Light Concentrator)」之美國專利申請公開案第2008-0089052中所述之照射單元來提供至少一種照射組態，該美國專利之揭露內容以引用方式併入本文中。通常，每次閃光擷取一個影像，並提供一系列閃光，以針對被掃描物體之每一區域，以各該不同照射組態擷取一系列影像。
本發明之某些實施例之一態樣提供一種建立複數區域影像之方法，該等區域影像所包括之一區域實質大於一攝影機之單一曝光之區域，每一區域影像皆得自以一序列照射組態其中之一單一照射組態所進行之多次曝光，於一單一掃描期間在物體與一攝影機相對運動過程中，係循環地重複該照射組態序列。通常，區域影像之大小係為預定的，且對於該序列中之所有照射組態皆相同，進而在一預定數目之循環後，針對各該照射組態建立一區域影像。根據本發明之某些實施例，在預定數目之循環內建立之不同區域影像(每一區域影像皆係以該序列其中之一不同照射組態擷取)間之位移或平移較小及/或可忽略不計，例如大小約為1至10個畫素或小於1個畫素，因而具有不同照射組態之依序之不同區域影像得以複數不同照射組態擷取實質同一區域之影像。在某些實例性實施例中，每一區域影像覆蓋在一單一掃描中所檢測之一區域之一部分。在某些實例性實施例中，每一區域影像係為在一單一掃描中所成像之區域之一影像。在某些實例性實施例中，對於在複數次掃描中所掃描之物體，區域影像係為整個所檢測物體(例如在複數次掃描中所掃描之物體)之一影像。
根據本發明之實施例，對於由在一單一掃描期間所擷取之M個影像所建立之一區域影像，在具有N種照射組態時，照射組態係切換至少N*M次。在某些實例性實施例中，使用複數影像(對於線性攝影機而言，多達約300,000個)來建立在一單一掃描中所檢測之物體之一單一區域影像。在某些實例性實施例中，以約2至4種不同照射組態掃描物體，因而對於線性攝影機，照射組態被切換約1,000,000次。根據本發明之某些實施例，在畫素尺寸約為20微米時，若切換頻率為20-40千赫茲及/或假定掃描速度為200毫米/秒，則照射組態係每5-10微米切換一次。通常，對於線性攝影機，在同一照射組態之閃爍之間所覆蓋之距離對應於1個畫素之寬度(或較少)，例如1行之寬度(或較少)。
本發明之發明者已發現，以不同照射組態擷取之各區域影像間之校準(例如精確之子畫素校準(sub-pixel alignment))使得可在以不同照射組態擷取之區域影像之間進行比較，而無需計算以不同照射組態擷取之區域影像間之對準(例如，藉由影像分析來計算對準)。
根據本發明之某些實施例，照射組態之切換頻率係高於(例如顯著高於)系統之機械頻率(例如系統之振動頻率)。在某些實例性實施例中，系統之機械頻率高達100赫茲(例如0-100赫茲)，而例如對於線性攝影機，照射組態間之切換頻率可高達20-40千赫茲。根據某些實例性實施例，以不同照射組態擷取之影像之間具有小之空間位移，或者換言之，與系統之機械振動頻率相比具有極高之空間頻率。根據本發明之某些實施例，由系統之機械振動在該等小之空間位移內及該等高之空間頻率中引起之誤差微乎其微，因而可忽略不計。視需要，假定由系統之機械振動在該等小空間位移內引起之誤差處於線性範圍內，則達成對準僅需進行線性變換。
通常，在擷取複數影像之習知掃描系統中，需要基於影像分析在彼等影像之間達成對準，以顧及系統之機械不準確度。對準可包括影像間之各種變換(例如位移、旋轉及剪切)，以補償非所欲之運動。通常，誤差(因運動之不準確度而引起之誤差)係為系統振動頻率、機械系統之剛性、以及影像擷取中所涉及之運動距離之一函數。
根據本發明之某些實施例，以不同照射組態擷取之影像間之對準係根據影像間已知及/或預先程式化之位移(例如子畫素位移)來執行，且不需要執行影像分析來計算對準。
通常，以不同照射組態擷取之區域影像間之累積位移誤差之大小係為約1個畫素或以下。根據本發明之某些實施例，係依據設計規則檢測來提供檢測，其中藉由根據一組規則或另一種方法(例如晶粒比對(die to die)、模板匹配(template matching)或自相關(auto correlation))分析一所建立之區域影像來達成檢測。根據本發明之某些實施例，比較自不同照射組態建立之實質同一區域之各區域影像以進行檢測，而無需在以不同照射組態建立之影像之間執行對準。根據本發明之某些實施例，比較自不同照射組態建立之實質同一區域之各區域影像以進行檢測，而無需使影像與一主影像對準。根據本發明之某些實施例，無需使各區域影像相互對準及/或與一主影像(例如一參考影像)對準便可執行檢測。
根據本發明之某些實施例，計算以一序列其中之一照射組態所擷取之一區域影像與一參考影像間之對準。通常，該參考影像係為一主影像及/或模板影像，其包括所要檢測之一完整區域。根據本發明之某些實施例，參考影像係為儲存於系統記憶體中之一影像，例如一CAD圖紙、一CAM圖紙或一模板影像。在某些實施例中，系統之記憶體可包括系統可存取之外部記憶體，例如隨身碟(disk-on-key)、網路驅動碟(network disk drive)。
根據本發明之某些實施例，所計算之對準係重複用於以其他照射組態擷取之對應區域影像之對準。根據本發明之某些實施例，針對其中之一照射組態所計算之對準當用於各該其他照射組態時，係根據以該序列中不同照射組態擷取之連續影像間之已知位移及/或平移來進行調整。在本發明之某些實施例中，位移足夠小，使得在分析影像之異常時可忽略以不同照射組態擷取之影像間之位置差別。本發明之發明者已發現，由於位移小且精確(例如子畫素位移誤差)及/或由於各該所擷取影像間之平移，不需要針對不同之照射組態重複進行對準計算(例如在進行調整或不進行調整情況下)，且不需要進行不同區域影像間之對準。
根據本發明之某些實施例，不同照射間之高頻切換(例如1-50千赫茲)及/或攝影機與表面間之小空間位移(例如小於100微米)使得位移誤差較小及/或可忽略不計。
本發明之發明者已發現，儘管可藉由以一第一照射組態在一第一掃描期間擷取一完整掃描影像、然後以不同照射組態在後續掃描期間重複掃描該物體，可建立複數區域影像(例如分別以一不同照射組態擷取之各全景影像)，然而此一過程之效率低於本文所述之系統及方法。舉例而言，多次掃描一物體所需之時間通常長於在一單一掃描期間以不同照射組態擷取複數影像所需之時間。另外，執行多次掃描以獲得分別以不同照射組態擷取之複數區域影像將需要對在一掃描中獲得之每一全景影像及/或區域影像重複進行對準。與本發明實施例所提出的對以一種照射組態擷取之影像執行一次對準並對以其他照射組態擷取之影像重複該對準相比，重複對準通常需要更多之處理時間及功率。
此外，通常不容許對準之照射組態亦可用於本文所述之系統及方法。舉例而言，可對有利於對準之其中之一照射組態執行對準，並可將該對準複製用於不利於對準之照射組態。舉例而言，發光應用之對準在使用一強之亮場照射時可相對容易進行，但在使用一高暗場照射及低亮場照射時卻較為困難。儘管使用全色影像之系統不需要針對不同顏色進行對準，然而相較於基於單色之系統，彩色影像之使用通常會增加系統之成本及複雜度。此外，光學效能亦可因使用彩色影像而降低。
需注意者，可選擇該序列中之任意照射組態來計算一區域影像與參考影像間之對準，進而可選擇最適合於一特定區域中之對齊計算之照射組態。在某些實例性實施例中，可將一或多個區域影像相組合以獲得一包含複數照射組態之區域影像，例如一完整之彩色影像。
根據本發明之某些實施例，本文所述之AOI系統及方法用於藉由提高材料識別、缺陷偵測及/或缺陷分類之明確性及精確性而增強檢測效能。在某些實例性實施例中，比較以複數照射組態擷取之一表面(或該表面之一部分)之影像並使用自不同影像合倂之資訊來增強檢測效能。根據本發明之某些實施例，本文所述之AOI系統及方法用於區分施加於一表面上之不同材料類型及/或用於識別不同材料類型間之邊界。
在某些實例性實施例中，根據不同類型材料之鏡反射及/或漫反射特徵來識別或區分該等材料類型，鏡反射及/或漫反射特徵係藉由在影像擷取期間交替地投射亮場照射及暗場照射後所得之響應來確定。通常，被發現處於其預期邊界外及/或處於非所屬位置之材料被識別為缺陷並加以報告。在某些實例性實施例中，藉由交替地以亮場照射及暗場照射進行成像來區分一電路中之鍍金銅物體及裸銅物體及/或區分一電子電路之剛性部分及撓性部分。
根據本發明之某些實施例，根據一所檢測表面上不同材料類型之散光特性來識別或區分該等材料類型，散光特性係藉由在影像擷取期間交替地投射不同波長之光後所得之響應而確定。已知某些材料之散光特性取決於入射波長，並可藉由比較當以不同波長照射時所擷取之光之強度來識別一材料(或與其他材料相區分)。本發明之發明者已發現，與頻譜中之長波長部分照射相比，灰塵(或其他通常被誤認為缺陷之小粒子)會更強地反應於頻譜中短波長部分之照射。在某些實例性實施例中，利用根據材料散射特性區分各種材料來降低誤報缺陷偵測(false positive defect detection)之數目。
通常，在以一單一影像檢測電子電路之自動光學檢測系統中，三維缺陷及銅之褪色或氧化皆表現為灰階(gray-level)降低或缺陷區域之反射率降低。然而，褪色或氧化並非總是被視為一種緊要缺陷，而銅之缺失或減少卻通常被視為一種緊要缺陷。根據本發明之某些實施例，藉由比較以不同照射角度擷取之影像，將因銅材料缺失或減少而造成之三維缺陷與銅之褪色或氧化區分開。視需要，來自以不同角度擷取之影像之輸出提供可用於識別一三維缺陷之形貌資訊。區分緊要缺陷與非緊要缺陷可減少誤報偵測並節約自動光學檢測系統操作員之時間。
根據本發明之某些實施例，應用包括高照射強度等級及低照射強度等級之照射在內之多種照射組態，以增大所擷取影像中可偵測強度等級之動態範圍。在某些實例性實施例中，小或細微之缺陷係以高之強度等級照射進行識別，而大之缺陷則以低之強度等級進行檢測以避免飽和。
需注意者，由於例如物體之反射特性、物體之光散射特性及/或物體之形貌性質，以不同照射組態成像之物體可具有不同之外觀。物體之不同外觀使得以不同照射組態擷取之影像間之對準非常複雜、容易出現誤差及/或在對準係基於影像內容時無法達成對準。如上文所解釋，本發明藉由以足夠小之影像間的空間不一致性以及足夠高之頻率擷取影像而避免了根據影像內容計算對準之難度，因而對準係基於所擷取影像間之已知(預定或預先程式化)之位移。通常，位移係為子畫素位移。
現在參閱第1圖，其顯示根據本發明之某些實施例，在攝影機與面板之間的相對運動期間，使用一序列四種不同照射組態以一多線性攝影機進行成像之面板之區域之簡化示意圖。根據本發明之某些實施例，在t0 時刻，攝影機使用一種照射組態擷取面板之一曝光區域100之一影像(例如一影像畫面)。通常，區域100包含複數行畫素，例如1-50行。在t0 時刻與下一時刻t1 之間，攝影機相對於面板移動一距離，該距離等於曝光區域100之長度之一分數，例如曝光區域100之一長度140之四分之一，並在t1 時刻擷取一第二曝光區域110之一第二影像。根據本發明之某些實施例，使用一第二照射組態(例如不同於第一照射組態)對第二曝光區域110進行成像。曝光區域100與110部分重疊，例如其間在掃描方向150上具有長度為142之一位移(例如位移等於曝光區域100之長度之四分之一)。
在t1 時刻與下一時刻t2 之間，攝影機相對於面板移動一距離，該距離等於曝光區域100之長度之一分數(例如，曝光區域100之一長度140之四分之一)，並在t2 時刻對一第三曝光區域120進行成像。根據本發明之某些實施例，曝光區域120係使用例如不同於第一照射組態及第二照射組態之一第三照射組態擷取。曝光區域100與120部分地重疊達其間之一長度位移144，例如，重疊量等於曝光區域100之長度之一半。
在t2 時刻與下一時刻t3 之間，攝影機相對於面板移動一距離，該距離等於曝光區域100之長度之一分數(例如，曝光區域100之一長度140之四分之一)，並在t3 時刻對一第四曝光區域130進行成像。根據本發明之某些實施例，曝光區域130係使用例如不同於第一照射組態、第二照射組態及第三照射組態之一第四照射組態擷取。曝光區域100與130部分地重疊達其間之一長度位移146，在本實例中，重疊量等於曝光區域100之長度之四分之三。在t3 時刻與下一時刻t4 之間，攝影機相對於面板移動一距離，該距離等於曝光區域100之長度之一分數(例如，長度140之四分之一)，並在t4 時刻擷取一第五影像101。通常，所擷取之各該影像之曝光區域相同。在某些實例性實施例中，曝光區域對於某些照射組態而言可有所不同，且在以同一照射組態擷取之各連續影像之間可存在重疊。
在某些實例性實施例中，在每一影像中擷取至少二行畫素，且以不同照射組態進行之影像擷取間之位移係為在每一影像中擷取之行數之一分數。舉例而言，若在每一影像中擷取二行畫素且依序使用四種不同照射組態，則影像擷取間之位移可係為1/2畫素寬度。在另一實例中，若在每一影像中擷取四行畫素且依序使用四種不同照射組態，則影像擷取間之位移可係為1個畫素寬度。在某些實施例中，甚至當每次對一相對大之行數成像時，影像間之位移亦小於1個畫素(或至多幾個畫素)。
根據本發明之某些實施例，重複該過程並使用第一照射組態擷取一新曝光區域101之下一影像。通常，重複該序列至面板之所期望區域被掃描為止。在某些實例性實施例中，曝光區域100與曝光區域101位移一長度140，俾使曝光區域101起始於曝光區域100結束之處。在某些實例性實施例中，曝光區域100與曝光區域101部分重疊，以獲得超級取樣。在某些實例性實施例中，在曝光區域100與曝光區域101之間存在一間隙，以獲得次取樣。通常，根據各影像畫面間之一預定位移(例如區域100與101間之位移)，自以相同照射組態擷取之複數所擷取影像畫面建立一區域影像。通常，建立該區域影像並不需要對準。在某些實例性實施例中，該預定位移可達成超級取樣，並在以相同照射組態擷取之依序影像畫面(例如區域100及101之影像)之間執行對準。在某些實例性實施例中，可使用根據一種照射組態計算之對準來使以其他照射組態依序擷取之影像對準。
根據本發明之某些實施例，在以相同照射組態擷取之一所建立區域影像(例如，包括曝光區域100及101之一序列影像)與一參考影像(即，所掃描面板之區域之一參考全景影像)之間執行對準。根據本發明之某些實施例，可使用根據其中之一照射組態計算之對準來使以其他照射組態獲得之區域影像對準，因此無需針對每一照射組態來將區域影像與參考影像相比較。在本發明之某些實施例中，位移足夠小，使得以不同照射擷取之影像間之位置差異可在分析影像之異常時忽略不計。
儘管上文闡述其中攝影機相對於面板移動(例如平移)之本發明實施例，然需注意者，在本發明之某些實施例中，面板相對於攝影機移動(例如平移)及/或攝影機與面板二者彼此相對移動。
儘管上文闡述本發明之實施例使用一序列四種不同照射組態，然需注意者，亦可使用一不同數目之照射組態，例如多於或少於四種照射組態。
根據本發明之某些實施例，不同之照射組態可在至少一個特性方面不同，例如在顏色(波長)、強度、角分佈及極化方面不同。可用於對一物體成像之成對照射組態之實例可包括：紫外光(ultraviolet)照射與紅光照射、高強度照射與低強度照射、藍光照射與紅光照射、紫外光照射與藍光照射、紫外光照射與白光照射、紅光照射與白光照射、小角度(亮場)照射與大角度或擦地入射(grazing)角度(暗場)照射。在某些實例性實施例中，對各該不同照射組態使用一單獨之光源。在某些實例性實施例中，為二或更多種照射組態提供一個光源。在某些實例性實施例中，使用複數光源來提供一單一照射組態。
現在參閱第2A圖至第2B圖，其顯示根據本發明之某些實施例，使用三種不同照射組態之一序列由一線性攝影機成像之行之二簡化示意圖，其中各該影像偏移1個畫素寬度之一分數。第2A圖顯示以三種不同照射組態擷取之一第一序列影像之一簡化示意圖，第2B圖顯示以三種不同照射組態擷取之一第二序列影像之一簡化示意圖。根據本發明之某些實施例，在一t0 時槽，一線性攝影機以一第一照射組態擷取曝光畫素210a-210h，該等曝光畫素210a-210h形成由複數畫素210(例如形成一行之複數畫素)構成之一曝光區域。通常，曝光區域210跨越所掃描面板之一第一寬度250。在某些實例性實施例中，面板沿一掃描方向150相對於線性攝影機依序位移達1個畫素寬度之一分數(例如，當使用一序列三種照射組態時為1個畫素寬度之三分之一)。根據本發明之某些實施例，在t1 時槽，一線性攝影機使用一第二照射組態擷取包含一第二曝光區域220之複數畫素(例如，形成於一行中之複數畫素)。該影像區域包含行210之一部分及下一行211之一部分，其中下一行211跨越所掃描面板之一第二寬度251。通常，寬度250與寬度251之尺寸相同且實質對應於由一線性攝影機擷取之一行之一寬度。在某些實例性實施例中，每一寬度250及251皆窄於由一線性攝影機擷取之一行之寬度，以在以相同照射組態擷取之影像之間達成重疊。
面板沿掃描方向150相對於線性攝影機依序位移1個畫素寬度之一分數(例如1個畫素寬度之三分之一)，且在t2 時槽，一線性攝影機使用一第三照射組態擷取包含一第三曝光區域230之複數畫素。該影像區域包含行210之較小部分及行211之較大部分(寬度250之較小部分及寬度251之較大部分)。
面板沿掃描方向150相對於線性攝影機依序位移1個畫素寬度之一分數(例如1個畫素寬度之三分之一)，俾擷取211中之整行畫素。根據本發明之某些實施例，在t3 時槽，使用第一照射組態擷取曝光區域211(為清楚起見，同時顯示於第2A圖與第2B圖中)。根據本發明之某些實施例，曝光區域211之擷取跨越第二寬度251並開始以三種照射組態擷取之第二序列影像。
根據本發明之某些實施例，在t4 時槽，一線性攝影機使用第二照射組態擷取包含一曝光區域221之複數畫素。根據本發明之某些實施例，影像區域221除跨越寬度252之一部分外，亦跨越先前未被曝光區域220覆蓋之寬度251之一部分。
面板沿掃描方向150相對於線性攝影機依序位移1個畫素寬度之一分數(例如1個畫素寬度之三分之一)，且在t5 時槽，一線性攝影機使用一第三照射組態擷取包含一曝光區域231之複數畫素。該影像區域跨越寬度252之較大部分以及寬度251之較小部分。
面板沿掃描方向150相對於線性攝影機依序位移1個畫素寬度之一分數(例如1個畫素寬度之三分之一)，俾跨越整個寬度252擷取212中之整行畫素。然後，開始一第三序列。通常，寬度252之尺寸相同於寬度250及251之尺寸。根據本發明之某些實施例，重複該序列，至覆蓋在一次掃描中所欲檢測之面板之一區域為止。
根據本發明之某些實施例，對於每一照射組態，將以一單一照射組態擷取之實質所有影像相組合而形成面板之一連續影像。儘管第2A圖顯示由8個畫素210a-210h構成一行畫素，然需注意者，通常畫素數目係為數千個(例如2K-16K個畫素)。
通常，位移誤差小於位移本身。根據本發明之某些實施例，當所擷取影像間之位移誤差小於1個畫素或較佳地顯著小於1個畫素時，以不同照射組態擷取之區域影像間之變換係基於照射組態間之預定位移。因此，根據本發明之某些實施例，無需藉由分析各該區域影像之影像資料而分別計算對準。
現在參閱第3圖，其顯示根據本發明之某些實施例，在五次連續擷取事件期間，一面板相對於一攝影機之一曝光區域移動之一簡化示意圖。根據本發明之某些實施例，藉由在一靜止之成像單元擷取面板300某些部分之影像時使面板沿一掃描方向370前進而掃描面板300。為清楚起見，圖中顯示面板300被劃分成面板區域10、11及12，其中每一區域皆對應於一區域，例如由一個影像所擷取之一行或複數行。在某些實例性實施例中，面板300沿一橫交掃描之方向(例如垂直於掃描方向)較寬，且使用複數影像擷取裝置(例如一列攝影機)擷取一區域，該區域包含所欲掃描之面板之整個寬度。在某些實例性實施例中，在複數次掃描中掃描面板300之整個寬度。在某些實例性實施例中，在一單一掃描中以一單一攝影機掃描面板300之整個寬度。
根據本發明之實施例，在t0 時槽，以一第一照射組態照射面板300之一部分315並擷取一部分315之影像。在下一t1 時槽，面板300出現位移及/或偏移，因而照射一不同之部分325。根據本發明之某些實施例，應用一第二照射組態來照射部分325並擷取一第二影像。在某些實例性實施例中，部分325相對於部分315偏移一單一影像之長度350之一分數(例如，單一影像包含1-50行畫素)。在某些實例性實施例中，該分數對應於在一序列(例如重複性序列)中所用不同照射組態之數目分之一。舉例而言，若使用四種照射組態，則影像間之位移可設定為一影像之長度之四分之一，俾使影像覆蓋面板區域10之3/4部分及面板區域11之1/4部分。在某些實例性實施例中，則使用一小於不同照射組態數目分之一之分數，俾使以相同照射組態擷取之影像間存在重疊。以相同照射組態擷取之影像間之重疊可確保在連續影像間之擷取區域中不存在間隙，且亦可容許計算以相同照射組態擷取之依序影像間之對準。
在下一t2 時槽，面板300沿掃描方向370位移，以對部分335成像。在某些實例性實施例中，使用一第三照射組態對部分335成像。舉例而言，成像部分包含面板區域10之1/2及面板區域11之1/2。在下一t3 時槽，面板300再次沿掃描方向370位移，以對部分345成像，例如部分10之1/4及部分11之3/4。在某些實例性實施例中，使用一第四照射組態對部分345成像。根據本發明之某些實施例，在下一t4 時槽中，面板300相對於部分315(例如部分11)沿掃描方向370位移一整個影像，俾藉由曝光於第一照射組態而對部分315成像。以此種方式重複該序列，至面板被完全掃描為止。根據本發明之實施例，面板300之每一部分皆以每一照射組態成像。藉此，可校對所擷取之影像，並可組合來自一單一照射組態之各影像而形成面板300在每一照射組態下之一完整影像。
需注意者，照射組態間之切換頻率通常高於(例如顯著高於)系統之機械頻率(例如，系統之振動頻率)。通常，系統之機械頻率係為最高100赫茲(例如0-100赫茲)，而照射組態間之切換頻率可高達20-40千赫茲(例如，對於線性攝影機)。換言之，根據本發明之某些實施例，在以不同照射組態擷取影像間發生之攝影機，其相對於面板之空間位移之數量級小於系統之容差(tolerance)。
現在參閱第4圖，其顯示根據本發明之某些實施例，一種在掃描期間以複數照射組態擷取一電子電路(例如一PCB面板)之影像之實例性方法之一簡化流程圖。根據本發明之某些實施例，照射源被設定為該序列中之第一照射組態(方塊410)。可使用一或多個照射源來提供該序列中之不同照射組態，例如對一單一照射組態使用多於一個照射源及/或對不同照射組態使用不同照射源。在某些實例性實施例中，一控制器控制不同照射組態間之切換，例如所需照射組態之設定。
根據本發明之某些實施例，啟動(例如閃爍)當前之照射組態(方塊415)，並擷取一影像行或一包含複數影像行之影像(方塊420)。在某些實例性實施例中，擷取多於一個影像。舉例而言，在一單一照射週期期間，可例如以多於一次閃爍來擷取單一區域之多於一個影像，及/或可擷取不同區域之影像，例如在橫交掃描方向上之不同區域，以覆蓋面板之一更寬廣區域。通常，在照射週期中擷取該(該等)影像。
進行詢問以確定是否需要更多之影像(方塊440)。根據本發明之實施例，為繼續進行掃描，面板向相對於成像單元所暴露之區域前進(方塊442)。通常，相較於所檢測之區域影像之尺寸，前進量(位移)較小(例如不顯著)。根據本發明之某些實施例，位移小於1個畫素。根據本發明之某些實施例，位移介於1-10個畫素及/或介於1-50個畫素之間。照射源被設定為一預定之下一設置(方塊445)，並且以一預定時間週期，以新照射組態重複進行該過程(例如方塊410-440所述之過程)，其中該預定時間週期對應於面板相對於曝光區域之一預定定位。根據本發明之某些實施例，在掃描程序結束(方塊450)時，視需要將來自每一照射組態之所擷取影像拼合於一起而形成一區域影像或一全景影像(方塊455)。根據本發明之某些實施例，各該區域影像包含100-50,000行畫素或以上。在某些實例性實施例中，區域影像包含10-100行。可藉由此項技術中已知之方法執行圖像拼合以形成一區域影像或一全景影像。視需要，拼合可以畫面擷取過程420之一部分來執行，例如以一管線流程(pipeline process，圖未示出)執行。根據本發明之某些實施例，因相較於每一區域影像所包含之行數，所擷取之連續影像間之位移較小，故無需進行對準來使以不同照射組態擷取之區域影像對準。根據本發明之某些實施例，小之位移使得在無需對以序列中不同照射組態建立之區域影像之間進行影像分析之條件下便可達成對準，例如，小之位移使得近乎理想地對準。本文所述之「自動對準」係指無需進行計算以比較不同影像之影像資料便達成對準。視需要，可進行對準計算以使自不同照射組態擷取之區域影像對準(方塊457)。根據本發明之某些實施例，針對自該等照射組態其中之一獲得之影像來計算對準。在某些實例性實施例中，對準係在擷取影像時執行，視需要再詢問是否對在對準計算之後所欲執行之對準使用該組態之後執行。視需要，可於一延遲時間後或離線地計算對準，例如在已擷取所有或部分影像之後。通常，對照射組態序列中之第一照射組態執行對準。然而，需注意者，可對自該序列中任一照射組態擷取之影像執行對準。通常，與影像擷取並列地執行影像處理。視需要，可在影像擷取結束時在一延遲時間之後或離線地執行處理。
根據本發明之某些實施例，使用此項技術中已知之方法對全景影像及/或區域影像執行分析，例如以偵測所檢測面板之缺陷(方塊460)。通常，分析係自動執行。視需要，根據所執行之分析產生一缺陷報告(方塊465)。視需要，報告包括顯示全景影像及/或區域影像。視需要，畫面擷取、拼合、對準及影像分析可同時執行或以管線(pipe line)模式執行。所執行之影像處理通常可包括在自動光學檢測系統中所用之已知處理方法。
現在參閱第5圖，其顯示根據本發明之某些實施例，一種用於檢測PCB面板之自動光學檢測系統之簡化示意圖。根據本發明之某些實施例，一自動光學檢測系統500包括一掃描單元520、一成像單元530(例如包括一或多個成像器及照射源)、一分析器550(通常包括一或多個處理器及記憶體)、以及用於報告分析器550之輸出(例如為一缺陷報告565之形式)之至少一輸出裝置560。通常，掃描單元520包括一控制器570，用於使面板之運動與照射週期及以成像單元530進行之影像擷取相協調。根據本發明之實施例，在運作期間，將一面板510插入掃描單元520中。掃描單元520使面板510沿例如掃描方向515相對於成像單元530前進。在面板前進時，使用不同照射組態擷取影像。出於舉例說明目的，圖紙顯示以二種不同照射組態擷取之影像之示意圖，例如以一第一照射組態擷取之影像542與以一第二照射組態擷取之影像544。儘管在第5圖中，相較於影像542，影像544所覆蓋之區域中存在一輕微之位移，然而該位移非常小。可以看出，由於影像之解析度及/或不同照射之不同特性，以不同照射組態擷取之影像542與544之間顯現出差異。在某些實例性實施例中，成像單元530包括複數成像器(例如並排對齊之成像器)以及光源，用於在面板之整個寬度上實質同時地覆蓋面板之一區域及/或行。視需要，在由該等成像器同時擷取之影像之間計算對準。根據本發明之某些實施例，成像單元530包括一單一成像器。根據本發明之實施例，由分析器550分析所擷取之影像，以獲得一報告，例如一缺陷報告565。
實例性應用
根據本發明之某些實施例，本文所述之自動光學檢測系統及方法用於區分施加於一表面上之不同材料類型以及識別不同材料類型間之邊界。在某些實例性實施例中，根據不同類型材料之鏡反射及/或漫反射特徵來識別或區分該等材料，鏡反射及/或漫反射特徵係藉由在影像擷取期間交替地投射亮場照射及暗場照射後所得之響應來確定。視需要，藉由在影像擷取期間交替地投射全場照射、亮場照射及/或暗場照射後所得之響應來區分不同之材料類型。通常，被發現處於其預期邊界外及/或處於非所屬位置之材料被識別為缺陷並加以報告。
現在參閱第6A圖、第6B圖、第6C圖及第6D圖，其顯示根據本發明之某些實施例，在以完全覆蓋照射、亮場照射、及暗場照射所擷取之一電子電路之影像中以及在根據以不同照射場擷取之影像所建立之一混合影像中所偵測之潛在缺陷之簡化示意圖。根據本發明之某些實施例，當檢測以全覆蓋照射(包括亮場照射與暗場照射二者)擷取之影像603時，無法區分及/或無法清楚地區分包含鏡反射型物體(鍍金之銅物體615)之區域與包含漫反射型物體(裸銅物體625)之區域。在某些實例性實施例中，儘管在以完全覆蓋照射所擷取之影像603中可識別某些缺陷(例如，因缺少材料，如銅材料，而造成之缺陷651)，卻無法識別與一種類型之材料誤置於另一種類型之材料上相關聯之其他缺陷。
根據本發明之某些實施例，使用以亮場照射擷取之影像(影像601)及/或以暗場照射擷取之影像(影像602)來幫助識別因一種類型之材料誤取代或誤置於另一種類型之材料上而造成之缺陷。通常，在以亮場照射擷取之一影像601中，包含鏡反射型物體(鍍金之銅物體615)之區域較漫反射型物體(裸銅物體625)更強地反射入射光，且鏡反射型物體將較漫反射型物體顯得更亮。在以暗場照射擷取之一影像602中，包含漫反射型物體(裸銅物體625)之區域較鏡反射型物體(鍍金之銅物體615)更強地反射入射光，且漫反射型物體將較鏡反射物體顯得更亮。視需要，漫反射型物體在以亮場照射擷取之影像601中將不可見，而鏡反射物體在以暗場照射擷取之影像602中將不可見。
視需要，在影像601中，因一漫反射型材料延伸於為一鏡反射型物體界定之區域上而造成之缺陷650表現為銅物體615中材料缺失之一區域，而因裸銅(一漫反射型物體)缺失或減少而造成之缺陷651則可能不可見。視需要，在影像602中，缺陷650僅表現為裸銅物體625之一延伸部，而缺陷651則被識別為裸銅物體625中之材料缺失。
根據本發明之某些實施例，可藉由將影像601與602其中之一或二者與影像603相比較及/或藉由合併來自不同影像之資訊而識別缺陷650。舉例而言，當將影像601與影像603相比較時，缺陷650(其為銅物體615中之材料缺失)被識別為因過量漫反射型材料延伸入銅物體615中而造成之缺陷。視需要，當將影像602與影像603相比較時，各該影像中所示裸銅物體625元件之一長度將被決定並比較。在某些實例性實施例中，根據各該影像中裸銅 物體625之長度差異來識別缺陷650。在某些實例性實施例中，將影像601與影像602相互比較，並根據影像601與影像602間之比較來識別每一缺陷650及651。
根據本發明之某些實施例，建立一混合影像610(例如一合成影像或複合影像)，混合影像610包含來自以亮場照射與暗場照射二者擷取之影像之資訊，俾可清楚地辨別及區分銅物體615與裸銅物體625二者之一範圍，並且可識別因一類型之材料延伸於指定用於另一類型之材料之一區域上而造成之任何缺陷。視需要，混合影像610係為根據影像601與602至少其中之一以及影像603所建立之一影像。視需要，混合影像係為根據影像601與影像602建立之一影像。
需注意者，因裸銅物體625在影像601中幾乎無法與背景材料605區分，且鍍金之銅物體615在影像602中幾乎無法與背景材料605區分，因此若需要計算影像601與602之對準以形成混合影像610，此計算將非常困難。根據本發明之某些實施例，混合影像610係根據上文所述之自動對準而建立。
根據本發明之某些實施例，可根據一混合影像610識別及特徵化一缺陷物體650。在某些實例性實施例中，根據對清楚顯示不同材料間之邊界之混合影像610之分析，確定缺陷物體650係因裸銅延伸於被指定為鍍金物體之銅物體615上而引起。另外，在某些實例性實施例中，確定與鍍金之銅物體615區域之重疊程度並使用該程度來特徵化該缺陷及其重要性或顯著性。
在某些實例性實施例中，藉由使用參照第6A-6D圖所述之方法交替地以亮場照射及暗場照射進行成像及/或交替地以亮場及暗場照射其中之一與完全覆蓋照射進行成像，區分一電子電路之剛性部分及撓性部分。通常，一剛性-撓性電路板之一撓性表面中所用之一積層體(laminate)，會較電路之一剛性部分中所用者更具鏡反射性。區分剛性部分與撓性部分可有助於識別缺陷並對其分類。舉例而言，在電路之一剛性部分中、在電路之一撓性部分中及/或在剛性部分與撓性部分間之介面處，某些缺陷可能更為顯著或緊要。識別此等區域可有助於判斷在特定部分中所識別之一潛在缺陷係為一真實缺陷還是一誤報缺陷。
根據本發明之某些實施例，根據不同類型材料之光散射特性來識別或區分該等材料，光散射特性係藉由在影像擷取期間交替地投射不同波長之光後所得之響應加以確定。
現在參閱第7A圖及第7B圖，其顯示根據本發明之某些實施例，在以二不同波長擷取之一電子電路之影像中所偵測之缺陷之示意圖。根據本發明之某些實施例，可以二種不同波長(或波段)擷取之一影像701與一影像702，偵測至少一潛在缺陷(例如潛在缺陷705及710)。在某些實例性實施例中，影像701係以短波長照射(例如藍光)擷取，而影像702係以長波長照射(例如紅光)擷取。視需要，每一潛在缺陷705及710看上去皆不同(例如強度等級之不同)於包含銅材料之一識別區域720，且不同於電路板之一背景材料730。在某些實例性實施例中，僅根據分別以一特定波長或波段擷取之影像701或影像702無法偵測潛在缺陷之起源。潛在缺陷705及710之可能起源可係為一薄銅層(例如薄於元件720中之層)，可能起因於氧化，及/或可能起因於異物微粒(例如灰塵)。視需要，若潛在缺陷係為一銅缺陷，則其係為一真實缺陷(例如短路)，而因灰塵或某些異物微粒造成之其他缺陷則被視為誤報之缺陷。
根據本發明之某些實施例，潛在缺陷705及710被分類為真實缺陷或誤報缺陷其中之一，及/或藉由比較來自影像701與702之輸出以識別潛在缺陷之材料。在某些實例性實施例中，若缺陷(例如缺陷705及/或缺陷710)在影像701(例如短波長)中相較於在影像702(例如長波長)中更亮，則該缺陷被識別為灰塵微粒且潛在缺陷被分類為一誤報缺陷。在某些實例性實施例中，使用螢光擷取一額外影像或者將以白光擷取之一影像與以螢光擷取之一影像相比較。視需要，若一潛在缺陷在螢光中相較於在其他波長之光(或相較於白光)中顯得更亮，則其被特徵化為一種有機材料(例如灰塵)而非銅。
根據本發明之某些實施例，使因銅材料之缺失或減少造成之三維缺陷與銅之褪色或氧化區分開。現在參見第8A圖，其顯示根據本發明之某些實施例，一三維缺陷之一剖面之一簡化示意圖。第8B圖、第8C圖及第8D圖顯示根據本發明之某些實施例，以三種不同照射組態擷取之第8A圖所示三維缺陷之影像之簡化示意圖。根據本發明之某些實施例，在影像801中，在一所識別銅帶800上偵測出一潛在缺陷820。在某些實例性實施例中，基於影像801之檢測，並不能確知潛在缺陷820係因褪色或氧化而造成，還是因銅層800之厚度減小而造成。在某些實例性實施例中，自不同角度擷取之額外影像802及803提供關於潛在缺陷820之額外資訊。在某些實例性實施例中，潛在缺陷820之尺寸、位置及/或強度等級因其為三維結構而在自不同角度擷取之影像801、807及 803中有所不同，並因此被視為一三維缺陷。另一選擇為，若潛在缺陷820在以一不同角度擷取之影像中看上去相同，則潛在缺陷820可被分類為一誤報缺陷及/或並非因銅厚度減小而引起之缺陷。
需注意者，因如上文所述，對準係為自動的，因而可輕易地比較各該影像801、802及803。通常，因影像801、802及803間之對準係為自動的，潛在缺陷820之尺寸及位置之變化並不妨礙影像間之比較，並可使用尺寸及位置之差別來區分3D缺陷與其他缺陷。
在某些實例性實施例中，使用眾所習知之光度立體(photometric stereo)方法及/或試探(heuristics)方法，根據入射光在不同角度下、在不同表面上之反射率來推斷電子電路之一形貌形狀。視需要，由褪色或氧化組成之一缺陷通常將不會顯示出銅高度之變化，而銅之缺失或減少將在缺陷位置處顯示出銅高度之變化。
根據本發明之某些實施例，藉由在不同波長、不同角度、及波長不同之不同照射角度下比較多個影像，使與銅缺失相關之缺陷與氧化(或褪色)區分開。視需要，為區分氧化與銅缺失，比較短波長之光反射率與長波長之光反射率。通常，若缺陷係由氧化引起，則波長較長之光之反射率強於波長較短之光之反射率。視需要，另外使用以螢光擷取之影像來識別銅缺失之位置，以及區分銅缺失之位置與銅被氧化之位置。
根據本發明之某些實施例，應用包括高照射強度等級照射及低照射強度等級照射之多種照射組態，來增大所擷取影像中可偵測強度等級之動態範圍。現在參閱第9A圖、第9B圖及第9C圖， 其分別顯示根據本發明之某些實施例，以一第一強度等級擷取之影像之簡化示意圖、以高於該第一強度等級之一第二強度等級擷取之影像之簡化示意圖、以及根據該第一強度等級及該第二強度等級擷取之影像而建立之一混合影像之示意圖。根據本發明之某些實施例，以一第一照射組態擷取之一影像901使得銅材料910之細部可被檢測，然而可能會漏檢背景區域905中之細微潛在缺陷950。根據本發明之某些實施例，在銅材料910之成像可能飽和而導致無法根據影像902偵測關於銅材料910之細部時，可使用強度高於第一照射組態之一第二照射組態擷取之一影像902來偵測細微(或微小)之潛在缺陷950。根據本發明之某些實施例，可使用自影像901及902(例如，根據該等影像間之自動對準)建立之混合影像903來增大影像之動態範圍，俾可檢測銅區域中之細微潛在缺陷950以及細部(或缺陷)。視需要，分別檢測各該影像901及902而不需要混合影像903。
需注意者，儘管本文所提供之大多數實例已被描述為基於二種不同照射組態間之比較，然而亦可基於多於二種不同照射組態進行類似比較。視需要，可在複數不同之亮場照射等級及暗場照射等級、複數不同波長、複數不同強度等級、複數不同照射角度之間進行比較。視需要，使用不同之照射場(亮場及暗場)、波長、強度等級及角度之一組合來偵測及特徵化潛在缺陷。
現在參閱第10圖，其顯示根據本發明之某些實施例，一種用於特徵化一潛在缺陷之實例性方法之簡化流程圖。根據本發明之某些實施例，使用本文所述之系統及方法，以複數照射組態檢測一表面(方塊1010)。視需要，該等照射組態包括亮場照射及暗場照 射、不同波長之照射、不同強度等級之照射及不同角度之照射至少其中之一。根據本發明之某些實施例，在所擷取影像至少其中之某些中識別至少一潛在缺陷(方塊1020)。視需要，在根據以不同照射組態擷取之影像建立之一混合影像中識別至少一潛在缺陷，根據本發明之某些實施例，比較來自以不同照射組態擷取之影像之輸出(方塊1030)。視需要，比較來自亮場照射及暗場照射、短波長及長波長、高強度及低強度、及/或不同角度照射之輸出。視需要，比較來自多於二種照射組態之輸出。根據本發明之某些實施例，根據該比較將潛在缺陷特徵化(方塊1040)。視需要，藉由識別缺陷之一材料、缺陷之一嚴重程度及/或缺陷相對於表面上所存在其他物體或元件之一相對位置，將潛在缺陷特徵化。視需要，將潛在缺陷特徵化為一誤報缺陷或一真實缺陷。視需要，用於將潛在缺陷特徵化為一誤報缺陷或一真實缺陷之準則係根據使用定義而預先確定。根據本發明之某些實施例，僅報告真實缺陷(方塊1050)。視需要，所報告之每一缺陷皆帶有一標簽，以將其標識為一誤報缺陷或一真實缺陷。通常，使用分析器550(第5圖)，以本文所述方法識別及分析潛在缺陷。視需要，以控制器570(第5圖)控制與識別及分析相關聯之一或多種任務。
用語「包括(comprises或comprising)」、「包含(includes或including)」、「具有(having)」及其同根詞皆意指「包括但不限於」。
用語「由...組成(consisting of)」意指「包括且限於」。
用語「實質上由...組成(consisting essentially of)」意指組合物、方法或結構可包括額外之成分、步驟及/或部件，但僅當該等額外成分、步驟及/或部件不會實質上改變所主張之組合物、方法或結 構之基本特性及新穎特性時方可。
應瞭解，為清楚起見而在單獨實施例之上下文中描述之本發明之某些特徵亦可相組合地提供於一單一實施例中。相反，為簡明起見而在一單一實施例之上下文中描述之本發明之各種特徵亦可分別地或以任意適當之子組合形式或適當地提供於本發明之任何其他所述實施例中。在各實施例之上下文中所述之某些特徵不應被視為其他實施例必不可少之特徵，除非在無此等元件時該等實施例無法使用。
10‧‧‧面板區域
11‧‧‧面板區域
12‧‧‧面板區域
100‧‧‧曝光區域
101‧‧‧第五影像/曝光區域
110‧‧‧第二曝光區域
120‧‧‧第三曝光區域
130‧‧‧第四曝光區域
140‧‧‧長度
142‧‧‧長度
144‧‧‧長度位移
146‧‧‧長度位移
150‧‧‧掃描方向
210‧‧‧複數畫素/曝光區域
210a‧‧‧曝光畫素
210b‧‧‧曝光畫素
210c‧‧‧曝光畫素
210d‧‧‧曝光畫素
210e‧‧‧曝光畫素
210f‧‧‧曝光畫素
210g‧‧‧曝光畫素
210h‧‧‧曝光畫素
211‧‧‧曝光區域
220‧‧‧第二曝光區域
221‧‧‧曝光區域/影像區域
230‧‧‧第三曝光區域
231‧‧‧曝光區域
250‧‧‧寬度
251‧‧‧寬度
252‧‧‧寬度
300‧‧‧面板
315‧‧‧部分
325‧‧‧部分
335‧‧‧部分
345‧‧‧部分
350‧‧‧長度
370‧‧‧掃描方向
500‧‧‧自動光學檢測系統
510‧‧‧面板
515‧‧‧掃描方向
520‧‧‧掃描單元
530‧‧‧成像單元
542‧‧‧影像
544‧‧‧影像
550‧‧‧分析器
560‧‧‧輸出裝置
565‧‧‧缺陷報告
570‧‧‧控制器
601‧‧‧影像
602‧‧‧影像
603‧‧‧影像
605‧‧‧背景材料
610‧‧‧混合影像
615‧‧‧銅物體
625‧‧‧裸銅物體
650‧‧‧缺陷
651‧‧‧缺陷
701‧‧‧影像
702‧‧‧影像
705‧‧‧潛在缺陷
710‧‧‧潛在缺陷
720‧‧‧識別區域
730‧‧‧背景材料
800‧‧‧銅帶/銅層
801‧‧‧影像
802‧‧‧影像
803‧‧‧影像
820‧‧‧潛在缺陷
901‧‧‧影像
902‧‧‧影像
903‧‧‧混合影像
905‧‧‧背景區域
910‧‧‧銅材料
950‧‧‧潛在缺陷
t0 ‧‧‧時槽
t1 ‧‧‧時槽
t2 ‧‧‧時槽
t3 ‧‧‧時槽
t4 ‧‧‧時槽
t5 ‧‧‧時槽
t6 ‧‧‧時槽
本文參照附圖僅以舉例方式描述本發明之某些實施例，現在將具體地詳細參照附圖。應著重指出的是，所示細節只是實例，用於舉例說明本發明實施例之目的。如此一來，結合附圖所作之說明將可使得本發明實施例之實施方式對於熟習此項技術者而言將一目了然。附圖中：第1圖顯示根據本發明之某些實施例，在攝影機與物體之間相對運動期間，使用一序列四種不同照射組態以一多線性攝影機進行成像之物體之區域之簡化示意圖；第2A-2B圖顯示根據本發明之某些實施例，由一線性攝影機利用三種不同照射組態之一序列擷取之線性影像之簡化示意圖，其中各該影像偏移1個畫素寬度之一分數；第3圖顯示根據本發明之某些實施例，在五次連續擷取事件期間，一面板相對於一攝影機之一曝光區域移動之簡化示意圖；第4圖顯示根據本發明之某些實施例，一種在掃描期間以複數照射組態擷取一電子電路(例如一PCB板)之影像之實例性方法 之簡化流程圖；第5圖顯示根據本發明之某些實施例，一種用於檢測PCB板之自動光學檢測系統之簡化示意圖；第6A-6D圖顯示根據本發明之某些實施例，以完全覆蓋照射、亮場照射、及暗場照射所擷取之一電子電路之影像中以及在根據以不同照射場擷取之影像所建立之一混合影像中所偵測之潛在缺陷之簡化示意圖；第7A-7B圖顯示根據本發明之某些實施例，在以二不同波長擷取之一電子電路之影像中所偵測之缺陷之示意圖；第8A圖顯示根據本發明之某些實施例，可偵測之一三維缺陷之一剖面之簡化示意圖；第8B-8D圖顯示根據本發明之某些實施例，以三種不同照射組態擷取之第8A圖所示三維缺陷之影像之簡化示意圖；第9A-9C圖分別顯示根據本發明之某些實施例，以一第一強度等級擷取之影像之簡化示意圖、以高於該第一強度等級之一第二強度等級擷取之影像之簡化示意圖、以及根據該第一強度等級及該第二強度等級擷取之影像而建立之一混合影像之示意圖；以及第10圖顯示根據本發明之某些實施例，一種用於特徵化一潛在缺陷之實例性方法之簡化流程圖。
500．．．自動光學檢測系統
510．．．面板
515．．．掃描方向
520．．．掃描單元
530．．．成像單元
542．．．影像
544．．．影像
550．．．分析器
560．．．輸出裝置
565．．．缺陷報告
570．．．控制器

Claims (55)

  1. 一種以複數不同照射組態(illumination configuration)掃描一表面之方法，該方法包含下列步驟：於一單一線性掃描期間依序擷取複數影像，各該影像包含至少一行畫素(pixel)；根據用以擷取各該影像之該等照射組態之一預定序列以及一成像單元之預定相對位移，依序改變用以擷取該等影像之一照射組態；以及重覆該等照射組態之該預定序列以及相關之影像擷取位置，至該表面之一預定區域被掃描為止；其中該預定相對位移係介於10個畫素與小於1個畫素之間。
  2. 如請求項1所述之方法，其中於一序列內擷取之複數影像係部分重疊。
  3. 如請求項1所述之方法，其中各該影像係覆蓋小於等於100行畫素。
  4. 如請求項1所述之方法，其中各該影像係覆蓋1行畫素。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該預定相對位移具有小於1個畫素之一位移誤差。
  6. 如請求項1所述之方法，更包含下列步驟：使用至少二不同照射組態於一單一掃描中擷取至少二組影像，並從各組影像建立一區域影像以獲得至少二區域影像。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該至少二區域影像覆蓋該表面之一實質相同部分，該實質相同部分係實質上大於於一單一 影像中覆蓋該表面之一部分。
  8. 如請求項7所述之方法，其中實質上大於係指至少大100倍。
  9. 如請求項7所述之方法，其中實質上大於係指至少大1000倍。
  10. 如請求項6所述之方法，其中該至少二區域影像係以小於1個畫素之一校準誤差自動對準。
  11. 如請求項6所述之方法，更包含下列步驟：檢測該等區域影像，其中該檢測步驟包括在無對準該等區域影像之條件下比較該等區域影像。
  12. 如請求項6所述之方法，更包含下列步驟：根據該預定相對位移，調整該等區域影像間之空間校準。
  13. 如請求項6所述之方法，更包含下列步驟：計算該至少二區域影像其中之一與一主影像間之一準位，並利用所計算之該準位使得該至少二區域影像其中之另一區域影像與該主影像對準。
  14. 如請求項1所述之方法，其中該等影像係使用至少一攝影機擷取，該至少一攝影機係選自一群組，該群組包含：一線性攝影機(line camera)以及一多線性攝影機(multi-line camera)。
  15. 如請求項1所述之方法，其中該照射組態於影像擷取期間被開啟關閉或閃爍。
  16. 如請求項1所述之方法，其中該預定序列之該等照射組態於至少一參數不同，該至少一參數係選自一群組，該群組包含：波長、強度、角度、角分佈(angular distribution)、極化(polarization)以及螢光性(fluorescence)。
  17. 如請求項1所述之方法，其中該照射組態於一頻率改變其設置，該頻率係大於一掃描單元掃描該表面時之一機械頻率。
  18. 一種以複數不同照射組態掃描一表面之自動光學檢測系統，包含：一成像單元，包含至少一攝影機及至少一照射單元，其中該至少一照射單元係用以於各該不同照射組態提供照射，該至少一攝影機係用以於一次線性掃描中擷取一序列影像，該序列影像之各影像包含至少一行畫素；一掃描單元，用以以大小為小於等於1個畫素之一解析度提供該表面與該成像單元間之平移；以及一控制器，用以根據一預定序列來啟動各該不同照射組態，且於掃描期間重覆該預定序列，以及用以啟動該攝影機以於每一次照射啟動期間擷取一影像。
  19. 如請求項18所述之系統，其中於該預定序列內擷取之複數影像係部分重疊。
  20. 如請求項18所述之系統，其中該掃描單元係用以於擷取該序列影像之各該影像之間提供大小為小於等於1個畫素之轉移。
  21. 如請求項20所述之系統，其中該掃描單元於各該影像擷取之間提供一轉移位移，該轉移位移對應於一個影像所擷取之畫素行之數目除以該序列中不同照射組態之數目。
  22. 如請求項18所述之系統，其中各該影像係覆蓋小於等於100行畫素。
  23. 如請求項18所述之系統，其中各該影像係覆蓋1行畫素。
  24. 如請求項18所述之系統，其中擷取各該影像間之該轉移位移 之一誤差係小於1個畫素。
  25. 如請求項18所述之系統，其中該至少一攝影機係選自一群組，該群組包含：一線性攝影機以及一多線性攝影機。
  26. 如請求項18所述之系統，其中該成像單元包含複數影像感測器，該等影像感測器係以對準並排之方式覆蓋一面板之一寬度。
  27. 如請求項18所述之系統，包含一分析器，用以根據於一單一掃描中所擷取之至少二組影像建立至少二區域影像，每一組區域影像係以一不同之照射組態擷取。
  28. 如請求項27所述之系統，其中該至少二區域影像覆蓋該表面之一實質相同部分，該實質相同部分係實質上大於一單一影像中覆蓋該表面之一部分。
  29. 如請求項28所述之系統，其中實質上大於係指至少大100倍。
  30. 如請求項28所述之系統，其中實質上大於係指至少大1000倍。
  31. 如請求項27所述之系統，其中該至少二區域影像間之一空間校準誤差係小於1個畫素。
  32. 如請求項27所述之系統，其中該至少二區域影像係以小於1個畫素之一校準誤差自動對準。
  33. 如請求項27所述之系統，其中該分析器係用以在無對準該等區域影像之條件下比較該等區域影像。
  34. 如請求項27所述之系統，其中該分析器係用以根據以該不同照射組態擷取之影像間之一預定轉移位移來調整該等區域影像間之一空間校準。
  35. 如請求項27所述之系統，其中該分析器係用以計算該等區域影像其中之一與一主影像間之一準位，並利用所計算之該準位而使該至少二區域影像其中之另一區域影像與該主影像對準。
  36. 如請求項18所述之系統，其中該照射組態之設置係至少以一1千赫茲之頻率改變。
  37. 如請求項18所述之系統，其中該照射組態之設置以一頻率改變，該頻率係大於該自動光學檢測系統之一機械頻率。
  38. 如請求項18所述之系統，其中該至少一照射單元包含至少一發光二極體(light emitting diode；LED)，該發光二極體係用以照射欲成像之該表面之一部分。
  39. 如請求項18所述之系統，其中該至少一照射單元具有閃光能力。
  40. 如請求項18所述之系統，其中該等照射組態於至少一參數方面不同，該至少一參數係選自一群組，該群組包含：波長、強度、角度、角分佈、極化、及螢光性。
  41. 如請求項18所述之系統，包含一分析器，用以根據對以不同之該等照射組態擷取之影像之分析，識別該表面中之一缺陷。
  42. 如請求項41所述之系統，其中該分析器係用以根據對以不同之該等照射組態擷取之至少二影像之輸出間之一比較，區分該表面之不同材料。
  43. 如請求項42所述之系統，其中該分析器係用以根據對以亮場照射(bright field illumination)擷取之至少一影像與以暗場照射(dark field illumination)擷取之至少一影像之輸出間之 一比較，區分一鏡反射表面(specular surface)與一漫反射表面(diffuse surface)。
  44. 如請求項43所述之系統，其中該分析器係用以區分該表面上包含裸銅之複數區域與該表面上包含鍍金銅之複數區域。
  45. 如請求項43所述之系統，其中該分析器係用以區分該表面上包含一硬質電路板之一區域與該表面上包含一撓性電路板之一區域。
  46. 如請求項41所述之系統，其中該分析器係用以根據對利用不同照射波長所擷取之至少二影像之輸出間之一比較，識別或特徵化該缺陷之一材料。
  47. 如請求項46所述之系統，其中以不同波長擷取之該至少二影像包含以一紅色頻譜照射所擷取之至少一影像以及以一藍色頻譜照射所擷取之至少一影像。
  48. 如請求項46所述之系統，其中該至少二影像其中之一係以螢光照射進行擷取。
  49. 如請求項46所述之系統，其中該分析器係用以識別由灰塵構成之一識別缺陷。
  50. 如請求項41所述之系統，其中該分析器係用以根據自不同角度投射之照射所擷取之至少二影像之輸出間之一比較，來區分一三維缺陷及褪色或氧化其中之一。
  51. 如請求項41所述之系統，其中該等照射組態包含具有不同強度等級之照射。
  52. 如請求項41所述之系統，其中該分析器係用以自以該等照射組態擷取之該等影像建立一混合影像，並根據對該混合影像 之分析而識別該缺陷。
  53. 如請求項52所述之系統，其中該混合影像係根據以不同強度等級擷取之至少二影像建立而成。
  54. 如請求項53所述之系統，其中該混合影像之一動態範圍係大於以不同強度等級擷取之各該影像之一動態範圍。
  55. 如請求項52所述之系統，其中該混合影像之一動態範圍係大於用以建立該混合影像之各該影像之一動態範圍。
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