TWI521635B - 用於定位載體物件上的多個放置位置的裝置和方法 - Google Patents

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TWI521635B TW102144301A TW102144301A TWI521635B TW I521635 B TWI521635 B TW I521635B TW 102144301 A TW102144301 A TW 102144301A TW 102144301 A TW102144301 A TW 102144301A TW I521635 B TWI521635 B TW I521635B
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馮順明
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Description

用於定位載體物件上的多個放置位置的裝置和方法
本發明特別但非排他地涉及一種光學裝置，其用於定位載體物件如引線框上的多個放置位置，半導體晶粒可被鍵合在該引線框上。本發明同樣也涉及一種用於定位載體物件如引線框上的多個放置位置的方法。
平移(panning)和縮放(zooming)功能通常被提供在傳統的成像系統中，以便於捕獲期望的興趣區域。成像系統的平移可以包括在XY平面上移動成像系統，以便於捕獲期望的興趣區域的不同局部。另一方面，成像系統的縮放可以包括調整成像系統的內部機械元件以改變成像系統和興趣區域之間的距離和/或成像系統的整個焦距長度，藉此放大興趣區域的圖像。
不變的是，傳統的成像系統的平移和縮放功能需要成像系統或者整體或者部分或者待檢測的物件進行物體移動。可是，移動整體成像系統所需的時間也包括用於建立成像系統或物件在駐留定位時的時間，其可以需要幾十毫秒，也許更多。這個可能不期望地影響到高速應用中整體 產能容量。而且，成像系統的內部機械元件的調整可能引起成像系統光學中心的漂移，以致於允許的閾值-尤其是高精度應用場合中-可能被超出。另外，在需要加工輕便性的應用場合中，成像系統的移動也可能使得成像系統縮放容量的精度控制變得難以實現。
因此，本發明的目的是尋求提供一種裝置，其解決了，或者至少改善了傳統的成像系統所遭遇到的部分難題，並給普通公眾提供有用的選擇。
因此，本發明第一方面描述在請求項1中。具體地，成像設備，其具有多個成像感測器，每個成像感測器被配置來捕獲載體物件上的選定行的放置位置的局部圖像，多個成像感測器確定聯合的視場，該聯合的視場包括所有的選定行的放置位置。通過要求多個成像感測器的聯合的視場來覆蓋載體物件上的所有行的放置位置，在不需要沿著成行的放置位置移動成像感測器的情形下，所有行的放置位置能夠得以成像。有益地，在載體物件上物體的放置操作的效率能夠得以提高。
本發明第二方面描述在請求項13中。通過使用每個成像感測器來捕獲載體物件上的選定行的放置位置的局部圖像，其中多個成像感測器確定聯合的視場，該聯合的視場包括所有的選定行的放置位置，在不需要沿著成行的放置位置移動成像感測器的情形下，所有行的放置位置能夠得以成像。有益地，在載體物件上物體的放置操作的效率能夠得以提高。
本發明的一些優選技術特徵/步驟描述在從屬請求項中。
100‧‧‧光學裝置
101‧‧‧引線框
101a‧‧‧放置位置
102‧‧‧成像設備
102a‧‧‧成像感測器
104‧‧‧照射箱
105‧‧‧縱軸
106‧‧‧Y臂
108‧‧‧處理器
201‧‧‧檢測區域
203‧‧‧檢測區域
203a‧‧‧採樣圖元
203b‧‧‧忽略圖元
205‧‧‧檢測區域
205a‧‧‧採樣圖元
205b‧‧‧忽略圖元
302‧‧‧單獨的圖像
303‧‧‧單個圖像
303a‧‧‧興趣區域
303b‧‧‧興趣區域
400‧‧‧圖形使用者藉口(GUI)
402‧‧‧顯示區域
404‧‧‧垂直滑動條
406‧‧‧“+”縮放圖示
408‧‧‧“-”縮放圖示
現僅僅以示例的方式，並參考附圖描述本發明較佳實施例，其中：圖1所示為根據本發明較佳實施例所述的光學裝置的示意圖，該光學裝置相對於半導體晶粒載體設置以將那裡的各行放置位置成像；圖2a至圖2c所示為圖1的光學裝置的縮放功能的三種模式；圖3a和圖3b所示為圖1的光學裝置的拼接(stitching)功能；圖4a至圖4c所示為圖1的圖形使用者介面。
圖1所示為相對於目標物體設置的光學裝置100，該目標物體所示為以引線框101形式存在的半導體晶粒載體，其包含有多個放置位置101a，每一個用於接收半導體晶粒(圖中未示)。具體地，引線框101的放置位置101a以陣列的形式佈置，該陣列以有序的方式定義了行和列。
尤其是，光學裝置100包含有：i)成像設備102；ii)照射箱104，其安裝在成像設備102上；iii)定位設備(所示為Y臂106)，其上連接有成像設備102和照射箱104；iv)處理器108，用於處理成像設備102所拍攝的圖像和用於控制成像設備102、照射箱104和Y臂106。
成像設備102和照射箱104二者確定了通用的縱軸105，其相對於其上設置有引線框101的XY平面垂直地延伸。成像設備102和照射箱104被Y臂106所驅動以捕獲位於引線框101上面的不同興趣區域。而且，成像設備102包含有多個成像感測器102a，在圖1所闡述的實施例中具體表明了四個成像感測器102a，以捕獲引線框101上各行放置位置101a的圖像。更為具體地，成像感測器102a在成像設備102上排列對齊以便於 成像感測器102a規定包含所有選定行的放置位置101a的聯合視場。當照射箱104被啟動時，光線朝向各個興趣區域投射，以在成像感測器102a被激勵而捕獲圖像以前提高它們的亮度。較為合適地，每個成像感測器102a具有至少4.9兆圖元的解析度。這意味著成像感測器102a能夠捕獲帶有至少2560x1920圖元的典型解析度的圖像(即2560x19204.9兆圖元)。而且，值得注意的是，具有不同解析度(如1.9兆圖元或7.2兆圖元)的其他成像感測器也可以被使用在光學裝置100。
在操作過程中，處理器108控制Y臂106定位成像設備102， 以便於成像感測器102a被設置來觀察引線框101上的整個第一行的放置位置101a而進行成像。具體而言，成像感測器102a被直接設置在第一行的放置位置101a的上方。在完成引線框101上的第一行的放置位置101a的成像之後，Y臂106被激勵以步進定位成像設備102和照射箱104，以便於在成像感測器102a被啟動以成像第二行的放置位置101a之前，成像感測器102a被定位以觀察引線框101上的整個第二行的放置位置101a，第二行的放置位置101a緊緊相鄰于第一行的放置位置101a。類似地，成像感測器102a被直接設置在第二行的放置位置101a的上方以進行成像。與此同時，處理器108被操作來處理由成像感測器102a所捕獲的圖像，以使用公知的模式識別技術定位引線框101上的相應的放置位置101a。這樣持續一直到引線框101上的每個後續行的放置位置101a已經被成像設備102所成像，從而所有的放置位置101a已經被處理器108所定位。
合適地，當引線框101上的各行的放置位置101a成像時，部 分或所有的成像感測器102a被同時啟動。當然，當各行的放置位置101a成像時，成像感測器102a也可被依次地啟動。
值得注意的是，通過設置多個成像感測器102a以觀察引線框 101上的各行的放置位置101a的方式，在不沿著X軸和Y軸移動成像設備102和照射箱104的情形下，全部行的放置位置101a能夠得以成像。相比較而言，傳統的成像系統沿著X軸和Y軸相對於引線框101移動會是必要的，以便於捕獲全部行的放置位置101a，由於增多了移動和穩定時間，這不令人期望地減小了半導體晶粒鍵合操作的整體產能。
另外值得注意的是，雖然表明了成像設備102包含有四個成像感測器102a，但是成像設備102可包含有任何數目的成像感測器102a。合適地，成像設備102包含有1-25個之間的成像感測器102a。而且，成像設備102可包含有陣列形式的成像感測器102a，其在成像設備102內部以行和列的形式而不是以如圖1所示的僅僅單行成像感測器102a的形式佈置。例如，在成像設備102包含有25個成像感測器102a的情形下，成像感測器102a可以設置成5x5的形式。
圖2a至圖2c所示為圖1的光學裝置100的縮放功能的三種模式。對於這三種操作模式，取代傳送由每個成像感測器102a所拍攝的整個圖像，每個具有2560x1920圖元的解析度，至處理器108進行影像處理，每個具有固定資料包大小(fixed data packet size)的測量為640x480圖元(px)的採樣圖像局部被處理器108從各個成像感測器102a處選定和接收，以進行影像處理。所以，光學裝置100的處理速度能夠得以大大地提高。當然，值得注意的是，根據特定應用的解析度需求，其他資料包大小的各個採樣圖像局部也可以從成像感測器102a被傳送至處理器108。
圖2a所示為處於4x縮放模式的光學裝置100，以在具有最高圖像解析度的情形下提供最佳的放大能力。圖像解析度涉及採樣圖像的清晰度或清楚度。在這個4x縮放模式中，在處理器108沿著被檢測的區域201的每一行採樣每個圖元以前，測量為640x480圖元的被捕獲圖像的被檢測 的區域201首先被處理器108識別。換句話說，被檢測的區域201不存在降低採樣(downsampling)(即採樣後的圖像局部)，或者降低採樣因數為零。
圖2b所示為處於2x縮放模式的光學裝置100，以在具有下一個最高圖像解析度的情形下提供第二最佳的放大能力。在這個2x縮放模式中，從所捕獲圖像中測量為1280x960圖元的被檢測的區域203首先被處理器108識別。尤其是，每行被檢測的區域203包含有採樣圖元203a(其被處理器108所採樣)和忽略圖元203b(其被處理器108所忽略)。具體地，對於被處理器108所採樣的沿著每行被檢測的區域203分佈的每個採樣圖元203a，下一個最接近的圖元成為不被處理器108所採樣的忽略圖元203b。這意味著處理器108將所捕獲圖像的被檢測區域203(如採樣圖像局部)降低採樣(或者為子採樣)，其因數為2。所以，2x縮放模式中的檢測區域203大於4x縮放模式中的檢測區域201。這也意味著，雖然檢測區域203具有的面積是兩倍於4x縮放模式中的檢測區域201的，但是處理器108採樣測量為640x480圖元的固定資料包大小的資料。
圖2c所示為處於1x縮放模式的光學裝置100，以在具有最低圖像解析度的情形下提供縮小能力。在這個1x縮放模式中，由處理器108所識別的被檢測區域205實際上構成了整個捕獲圖像，該圖像測量為2560x1920的圖元。類似地，每行被檢測區域205包括採樣圖元205a(其被處理器108所採樣)和忽略圖元205b(其被處理器108所忽略)。具體地，對於被處理器108所採樣的沿著每行被檢測區域205分佈的每個採樣圖元205a，下三個最接近的圖元成為不被處理器108所採樣的忽略圖元205b。這意味著處理器108將整個圖像降低採樣(或者為子採樣)，其因數為4。由於被檢測區域205覆蓋了由成像感測器102a所捕獲的整個圖像的區域，所以，被檢測區域205是2x縮放模式中的檢測區域203的兩倍大，是4x 縮放模式中的檢測區域201的四倍大。另外，雖然檢測區域205分別大於4x和2x縮放模式中的檢測區域201、203，但是處理器108採樣測量為640x480圖元的固定資料包大小的資料。
因此，值得注意的是，各個檢測區域201、203、205的面積 和圖像解析度存在反比關係，以便於從成像設備102傳送資料至處理器108的速率保持連貫一致。換句話說，被檢測的區域201、203、205越大，傳送至處理器108的圖像的圖像解析度越低。具體而言，處理器108被配置來以圖元採樣速率採樣被檢測的區域201、203、205，該圖元採樣速率隨著被檢測的區域的大小的增加而降低。另外值得注意的是，雖然縮放功能的三種模式已經得以描述，但是光學裝置100可根據應用需求包括任一數量的模式，這值得欣賞。
圖3a和圖3b所示為圖1的光學裝置100的拼接功能。
圖3a所示為兩個單獨的圖像，圖像A和圖像B，它們由兩個不同的成像感測器102a所拍攝，並被先後地送至處理器108以進行影像處理。在處理器108開始圖像分析以前，它執行圖像A和圖像B的圖像拼接以將它們合併成一個單獨的圖像302。雖然圖3a僅僅表示了兩個圖像的圖像拼接，但是，再次值得注意的是，處理器108可以完成任一數目圖像的圖像拼接，具體是根據成像設備102中成像感測器102a的數目和為了成像目標物體所需的視場。例如，如果存在四個成像感測器102a，那麼處理器108可以將由各個成像感測器102a已捕獲的四個單獨的圖像進行圖像拼接以形成單個圖像。
更為合適地，處理器108在執行相應的興趣區域的圖像拼接以前，能夠從圖像A和圖像B中的每一個中識別和選定興趣區域。參考圖3b所示，在這些選定的興趣區域303a、303b被拼接在一起以形成單個圖像 303以前，相應的興趣區域303a、303b分別從圖像A和圖像B中被識別和選定。在這種情形下，可以看出，只有圖像A和圖像B的相關局部被處理器108所識別和傳送到那裡，以縮短花費在成像感測器102a和處理器108之間進行資料傳送的時間。同樣也值得注意的是，興趣區域303a、303b可以來源於如同參考圖2a至圖2c以上所述的任一種縮放(zooming)操作模式。
使用多個成像感測器102a和拼接功能，在不需要通常要求成像設備102物理移動的平移的情形下，光學裝置100能夠捕獲具有較大視場的圖像。從而，成像設備102的額外移動和穩定時間能夠得以減少。這令人期望地改善了半導體晶粒的鍵合操作的整體產能。
使用上述的縮放和拼接功能，由成像感測器102a所捕獲和由處理器108所處理的圖像能夠通過光學裝置100的圖形使用者藉口(GUI：graphical user interface)400向用戶顯示，如圖4a至圖4c所示。
具體地，圖4a所示為光學裝置100處於1x縮放模式時的圖形使用者介面GUI 400，其中，縮小了的圖像顯示在GUI 400的顯示區域402上。當縮小了的圖像的尺寸大於顯示區域402時，垂直滑動條404被提供在顯示區域402的右側，以允許使用者在顯示區域402內調整縮小了的圖像的位置。垂直滑動條404可被電腦滑鼠的游標所控制，但是值得注意的是，GUI 400也可以顯示在觸控式螢幕幕上，以允許用戶使用手指觸摸來控制垂直滑動條404。
另外GUI 400包括“+”縮放圖示406，用於當在顯示區域402顯示時通過增強後的解析度放大到縮小了的圖像的特定局部。當使用者使用電腦滑鼠的游標在“+”縮放圖示406上點擊時，光學裝置100轉變成2x縮放模式，以便於具有增強圖像解析度的放大圖像顯示在GUI 400的顯示 區域402，如圖4b所示。如果使用者使用電腦滑鼠的游標在“+”縮放圖示406上繼續點擊，那麼光學裝置100相應地轉變成4x縮放模式，以便於具有更加增強圖像解析度的更加放大圖像的特定圖像局部顯示在GUI 400的顯示區域402，如圖4c所示。相反地，如果用戶點擊GUI 400上的“-”縮放圖示408，如圖4b所示，那麼光學裝置100轉變回1 x縮放模式，以便於原始的縮小了的圖像(如圖4a所示)顯示在GUI 400的顯示區域402。類似地，如果用戶點擊GUI 400上的“-”縮放圖示408，如圖4c所示，那麼光學裝置100從4x縮放模式轉變回如圖4b所示的2x縮放模式。
經過充分描述本發明，顯然對於本技術領域一個普通技術人員而言，在不離開所要求保護的實質的情形下，可以進行任何改進。例如，用於將半導體晶粒鍵合至引線框101的晶粒鍵合機可以包括該光學裝置100。雖然相對於引線框101使用該光學裝置100已經進行描述，但是值得注意的是，該光學裝置100也可以使用於其他的技術。一個示例是在將電子封裝件放置在印刷電路板(PCB)上的表面貼裝技術(SMT：surface mount technology)的領域，其中PCB是具有多個放置位置以接收電子封裝件的載體物件的另一種配置形式。
100‧‧‧光學裝置
101‧‧‧引線框
101a‧‧‧放置位置
102‧‧‧成像設備
102a‧‧‧成像感測器
104‧‧‧照射箱
105‧‧‧縱軸
106‧‧‧Y臂
108‧‧‧處理器

Claims (19)

  1. 一種用於定位載體物件上多個放置位置的光學裝置，該光學裝置包含有：成像設備，其包含多個成像感測器，每個成像感測器被操作來捕獲載體物件上的選定行的放置位置的局部圖像，多個成像感測器確定聯合的視場，該聯合的視場包括一全部的選定行的放置位置；定位設備，其和成像設備相耦接，該定位設備被設置且操作來相對於載體物件上的後續行的放置位置定位成像設備在垂直於選定行的放置位置的一方向上；以及處理器，其連接至成像設備，該處理器被配置來接收由多個成像感測器所捕獲的圖像進行影像處理，以便於識別放置位置的確定位置，該放置位置包含在選定行的放置位置中。
  2. 如請求項1所述的光學裝置，其中，該多個成像感測器以成行或成陣列的方式佈置在成像設備上。
  3. 如請求項1所述的光學裝置，其中，該多個成像感測器中的每個具有大於或等於1.9兆圖元的解析度。
  4. 如請求項1所述的光學裝置，其中，成像設備包含有1個至25個成像感測器。
  5. 如請求項1所述的光學裝置，其中，處理器被配置來接收來自成像設備的、具有固定大小的資料包的形式的圖像。
  6. 如請求項5所述的光學裝置，其中，處理器被操作來識別和選定來自各個圖像的至少一個圖像局部，該各個圖像已經被多個成像感測器中的一個所捕獲，而該圖像局部的大小與處理器所接收的圖像的解析度成反比關係，以致于資料從成像設備傳送至處理器的速率保持連貫一致。
  7. 如請求項6所述的光學裝置，其中，該處理器被配置來以圖元採樣速率採樣多個圖像局部，該圖元採樣速率隨同圖像局部尺寸的增加而降低。
  8. 如請求項1所述的光學裝置，其中，處理器被進一步操作來將分隔的圖像拼接在一起以形成一個具有圖像面積大於被捕獲的各分隔的圖像的單獨的圖像，該分隔的圖像已經被多個成像感測器中的一部分或全部所捕獲。
  9. 如請求項8所述的光學裝置，其中，該處理器被操作來從圖像的部分或全部中識別和選定興趣區域，並將興趣區域拼接在一起以形成一個具有合併圖像面積大於各選定興趣區域的單獨的合併圖像。
  10. 如請求項1所述的光學裝置，該裝置還包含有：照射設備，其安裝在成像設備上，該照射設備被操作來朝向多個成像感測器的聯合視場投射光線，以提高選定行的放置位置的亮度水準。
  11. 如請求項1所述的光學裝置，其中，載體物件是半導體晶粒載體，其被配置來在晶粒鍵合過程中接收半導體晶粒。
  12. 如請求項1所述的光學裝置，其中，載體物件是印刷電路板，其被配置來在封裝件放置過程中接收半導體封裝件。
  13. 一種晶粒鍵合機，用於將半導體晶粒鍵合到半導體晶粒載體上，該晶粒鍵合機包含有如請求項1所述的光學裝置。
  14. 一種定位載體物件上多個放置位置的方法，該方法包含有以下步驟：使用定位設備，相對於載體物件上的選定行的放置位置定位成像設備，該定位設備和成像設備相耦接，其中成像設備包含有多個成像感測器；使用各個成像感測器來捕獲選定行的放置位置的局部圖像，多個成像感測器確定聯合的視場，該聯合的視場包括一全部的選定行的放置位置；使用處理器接收由多個成像感測器所捕獲的圖像；使用處理器處理所捕獲的圖像，以便於識別選定行的放置位置中的放置位置的確定位置；使用定位設備相對於載體物件上的相鄰的選定行的放置位置重新定位 成像設備在垂直於選定行的放置位置的一方向上。
  15. 如請求項14所述的方法，其中，使用處理器接收由多個成像感測器所捕獲的圖像的步驟包含有以下的步驟：使用處理器來以具有固定大小的資料包的形式接收來自成像設備的圖像。
  16. 如請求項15所述的方法，其中，使用處理器來以具有固定大小的資料包的形式接收圖像的步驟包含有以下的步驟：使用處理器來識別和選定來自各個圖像的至少一個圖像局部，該各個圖像已經被多個成像感測器中的一個所捕獲，其中該圖像局部的大小與處理器所接收的圖像的解析度成反比關係，以致于資料從成像設備傳送至處理器的速率保持連貫一致。
  17. 如請求項16所述的方法，其中，識別和選定多個圖像局部的步驟包含有以下的步驟：使用該處理器來以圖元採樣速率採樣多個圖像局部，該圖元採樣速率隨同圖像局部尺寸的增加而降低。
  18. 如請求項14所述的方法，該方法還進一步包含有以下的步驟：使用處理器來將已經被多個成像感測器中的一部分或全部所捕獲的圖像拼接在一起以形成一個具有圖像面積大於被捕獲的各圖像的單獨的圖像。
  19. 如請求項18所述的方法，其中，將圖像拼接在一起的步驟還進一步包含有以下的步驟：從所捕獲的圖像的部分或全部中識別和選定興趣區域，並將興趣區域拼接在一起以形成一個具有合併圖像面積大於各選定興趣區域的單獨的合併圖像。
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