TWI626699B - 視覺化檢驗裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用以檢驗一接合頭上拾取的一半導體晶片以及一印刷電路板上將要與半導體晶片接合的一接合區域之間的位置誤差的視覺化檢驗裝置包含：一照明部，用以對半導體晶片和印刷電路板投光；一合光稜鏡，具有彼此相交的一第一反射面和一第二反射面，第一反射面用以反射接合頭拾取的半導體晶片的下表面影像，第二反射面用以反射印刷電路板的接合區域的上表面影像；一視覺攝影機，用以拍攝選擇性地反射自合光稜鏡的第一反射面的半導體晶片的下表面影像，以及拍攝選擇性地反射自第二反射面的印刷電路板的接合區域的上表面影像；以及一控制部，用以分析被合光稜鏡反射並被視覺攝影機拍攝的影像，進而判斷出接合頭拾取的半導體晶片與印刷電路板的接合區域之間的位置誤差，其中視覺攝影機拍攝的影像為黑白影像或彩色影像。

Description

視覺化檢驗裝置
本發明係關於一種用以在半導體晶片接合作業的期間檢驗一半導體晶片與一印刷電路板上將要與半導體晶片接合的一接合區域之間的位置誤差的視覺化檢驗裝置，特別是一種具有包含一個視覺攝影機和一個稜鏡的一簡單結構的視覺化檢驗裝置，以在半導體晶片接合作業的期間檢驗一半導體晶片與一印刷電路板上將要與半導體晶片接合的一接合區域之間的位置誤差。
不同類型的電子產品包含了不同型態的印刷電路板。而一個印刷電路板上接合了大量的半導體晶片。為了將半導體晶片接合至印刷電路板，會進行從容置晶圓的晶圓盒中或從多個半導體晶片中拾取一半導體晶片以及將此半導體晶片接合至印刷電路板的程序。
這樣的接合程序可藉由利用助焊劑(flux)的覆晶(flip-chip)接合的方式實現，或者也可透過拾取半導體晶片的一接合頭經由加熱、施壓將半導體晶片接合至基板而無需使用助焊劑的熱壓(thermo-compression)接合的方式實現。
利用上述的方法將半導體晶片接合至基板應確保半導體晶片接合位置的精確性。
一個半導體晶片在其下表面上有多個端點，例如錫球(solder ball)等，這些端點應完全地與一印刷電路板上對應接合位置的多個端點接合。因此，在向下移動一接合頭，以進行一接合作業之前，應針對半導體晶片和印刷電路板的位置進行視覺化檢驗。
接合作業之前所進行的視覺化檢驗係為一種藉由拍攝半導體晶片的下表面與印刷電路板的一接合區域的上表面的影像並比較這些影像，以檢驗半導體晶片的位置誤差的程序。在接合半導體晶片之前就應進行視覺化檢驗。
圖4為現有技術的視覺化檢驗裝置100’的光路的透視圖。
在現有技術的的視覺化檢驗裝置100’中，為了檢驗一接合頭拾取的一半導體晶片與一印刷電路板上要與半導體晶片接合的一接合區域之間的位置誤差，會將一稜鏡120’置放在接合頭和印刷電路板之間，接合頭拾取的半導體裝置的影像會被稜鏡120’的一反射面的上表面反射至一第一反射鏡180a，印刷電路板的接合區域的影像則會被稜鏡120’的反射面的下表面反射至相對於第一反射鏡180a的一第二反射鏡180b，這些由第一反射鏡180a和第二反射鏡180b反射至一第一視覺攝影機110a和一第二視覺攝影機110b的影像會分別被第一視覺攝影機110a和第二視覺攝影機110b拍攝下來，然後進一步地被比較，以判斷半導體晶片與印刷電路板的接合區域之間是否有位置誤差。
如圖4所示，如上所述的現有技術中用以檢驗位置誤差的視覺化檢驗裝置100’不只包含稜鏡120’，更包含兩個視覺攝影機110a和110b以及兩個反射鏡180a和180b，以比較拍攝的影像或合併拍攝的影像，進而檢驗位置誤差。因此，視覺化檢驗裝置100’的結構相當複雜。
這兩個視覺攝影機110a和110b必須個別設定。尤其是，當視覺攝影機110a和110b的特徵不同時，要設定視覺攝影機110a和110b更是困難。
而且，在視覺化檢驗裝置100’中包含的稜鏡120’和這兩個反射鏡180a和180b是藉由二次反射將影像轉移到視覺攝影機110a和110b。因此，為了達到準確檢驗的目的，需要花費許多時間根據光路來對準光軸。也就是說，影像反射的路徑複雜，並且設備需要為了精確試驗進行進行精確設定或校直，使得檢驗的可使用性低。
雖然上述參考圖4已說明使用一稜鏡和兩個反射鏡所帶來的問題，但一拾取器拾取的半導體晶片的影像以及要與半導體晶片接合的一印刷電路板的影像可能要透過多個反射鏡才能被兩個視覺攝影機拍攝到。然而，這樣的視覺化檢驗裝置很難將用來拍攝拾取器拾取的半導體晶片的視覺攝影機的軸線以及用來拍攝印刷電路板的視覺攝影機的軸線作相同設定。
現有技術中採用兩個反射鏡和兩個視覺攝影機的視覺化檢驗裝置無法實際同時拍攝半導體晶片的下表面和印刷電路板的一接合區域的上表面的影像。理論上，即使這些視覺攝影機同時拍攝半導體晶片的下表面的影像和印刷電路板的接合區域的上表面的影像，仍有影像拍攝時間誤差發生的可能。由於時間差的關係，使得半導體晶片或印刷電路板的位置可能會因作用在系統上的外力或震動而改變，因此檢驗的精確性低。
本發明指向一視覺化偵測裝置，此視覺化偵測裝置具有包含一個視覺攝影機和一個稜鏡的一簡單結構，以在一半導體晶片接合作業的期間偵測一半導體晶片和一印刷電路板上將要與半導體晶片接合的一接合區域之間的位置誤差。
根據本發明實施例，一視覺化檢驗裝置用以檢驗一接合頭拾取的一半導體晶片與一印刷電路板上要與半導體晶片接合的一接合區域之間的位置誤差，視覺化檢驗裝置包含：一照明部，用以對半導體晶片和印刷電路板投光；一合光稜鏡，具有彼此相交的一第一反射面和一第二反射面，第一反射面用以反射接合頭拾取的半導體晶片的下表面影像，第二反射面用以反射印刷電路板的接合區域的上表面影像；一視覺攝影機，用以拍攝選擇性地反射自合光稜鏡的第一反射面的半導體晶片的下表面影像，以及拍攝選擇性地反射自第二反射面的印刷電路板的接合區域的上表面影像；以及一控制部，用以分析被合光稜鏡反射並被視覺攝影機拍攝的影像，進而判斷出接合頭拾取的半導體晶片與印刷電路板的接合區域之間的位置誤差，其中視覺攝影機拍攝的影像為黑白影像或彩色影像。
在本發明實施例的視覺化檢驗裝置中，合光稜鏡的第一反射面和第二反射面在合光稜鏡中傾斜45度角且呈垂直相交，兩者之間的相交線垂直於反射自第一反射面和第二反射面的影像的方向。
在本發明實施例的視覺化檢驗裝置中，照明部包含一第一照明部和一第二照明部中的至少其中一個，第一照明部用以在一對角線方向上對半導體晶片和印刷電路板投光，第二照明部用以對半導體晶片和印刷電路板垂直投光。
在本發明實施例的視覺化檢驗裝置中，第一照明部包含：設置在合光稜鏡上方的一上照明部，用以對接合頭拾取的半導體晶片投光；以及設置在合光稜鏡下方的一下照明部，用以對印刷電路板投光。
根據本發明實施例，視覺化檢驗裝置更包含：一安裝件，用以容置合光稜鏡和視覺攝影機，使得合光稜鏡的頂部和底部被暴露，以反射影像，使影像在一水平方向上入射至視覺攝影機；以及一調動單元，用以調整安裝件，其中當向下移動接合頭以進行一接合作業時，調動單元會調整安裝件，使安裝件離開接合頭的工作空間。
在本發明實施例的視覺化檢驗裝置中，當視覺攝影機拍攝的影像為黑白影像時，半導體晶片的影像和印刷電路板的影像是在接合頭離開印刷電路板的情況下獲得，以避免拾取半導體晶片的接合頭的影像與印刷電路板的影像彼此重疊，並且半導體晶片和印刷電路板的位置可根據一定距離進行位置校正。
在本發明實施例的視覺化檢驗裝置中，當視覺攝影機拍攝的影像為黑白影像時，接合頭拾取的半導體晶片和印刷電路板的接合區域位於同一軸線上的情況下，操作上照明部並停止操作下照明部，以檢驗接合頭拾取的半導體晶片，操作下照明部並停止操作上照明部，以檢驗印刷電路板；以及視覺攝影機在選擇性操作上照明部和下照明部的情況下連續地拍攝接合頭拾取的半導體晶片以及印刷電路板的影像。
在本發明實施例的視覺化檢驗裝置中，當視覺攝影機拍攝的影像為彩色影像時，合光稜鏡分別由接合頭拾取的半導體晶片的下表面的具有不同顏色的影像以及印刷電路板的接合區域的上表面的具有不同顏色的影像中選擇反射具有一特定顏色的影像至視覺攝影機，合光稜鏡的第一反射面和第二反射面分別反射不同顏色的影像至視覺攝影機。
在本發明實施例的視覺化檢驗裝置中，當視覺攝影機拍攝的影像為彩色影像時，合光稜鏡分別由接合頭拾取的半導體晶片的下表面的具有不同波長的影像以及印刷電路板的接合區域的上表面的具有不同波長的影像中選擇反射具有一特定波長的影像至視覺攝影機，合光稜鏡的第一反射面和第二反射面反射不同波長的影像至視覺攝影機。
在本發明實施例的視覺化檢驗裝置中，合光稜鏡的第一反射面反射紅色(R)光、讓其餘顏色的光穿透，第二反射面反射藍色(B)光、讓其餘顏色的光穿透，使得一紅色影像和一藍色影像會被反射至視覺攝影機；或者第一反射面反射藍色(B)光、讓其餘顏色的光穿透，第二反射面反射紅色(R)光、讓其餘顏色的光穿透，使得一藍色影像和一紅色影像會被反射至視覺攝影機。
以下，將參考附圖詳細地描述本發明的實施例。然而，本發明可以不同的形式實現，且不應被理解爲侷限于此處闡述的實施方式。反而，提供這些實施方式將使本發明得以全面和完整，並且可向本領域的技術人員全面傳達本發明的範疇。在說明書全文中，相同的附圖標記可用來代表不同實施例中相似的構成要件。
圖1為根據本發明一實施例所繪示的視覺化檢驗裝置100的側視圖。圖2為根據本發明一實施例所繪示的視覺化檢驗裝置的光路的透視圖。
為達到上述的目的，本發明提供了視覺化檢驗裝置100，視覺化檢驗裝置100檢驗一接合頭210拾取的一半導體晶片與一印刷電路板上待與半導體晶片接合的一接合區域之間的位置誤差，以進行半導體晶片接合作業。視覺化檢驗裝置100包含一照明部130、一合光稜鏡120、一視覺攝影機110以及一控制部。照明部130會朝半導體晶片和印刷電路板投射光線。合光稜鏡120的一第一反射面121會反射接合頭拾取的半導體晶片的下表面的影像，合光稜鏡120的一第二反射面123會反射印刷電路板的接合區域的上表面的影像，並且第一反射面121與第二反射面123相交。視覺攝影機110用以拍攝被合光稜鏡120的第一反射面121選擇性地反射的半導體晶片的下表面的影像以及拍攝被合光稜鏡120的第二反射面123選擇性地反射的印刷電路板的接合區域的上表面的影像。控制部用以分析被合光稜鏡120反射且被視覺攝影機110拍攝獲得的影像，以判斷出接合頭210拾取的半導體晶片p與印刷電路板s的接合區域之間的位置誤差。
本發明提供視覺化檢驗裝置100，用以在進行半導體晶片接合作業之前，檢驗一半導體晶片接合裝置(未繪示)的接合頭210拾取的半導體晶片p與印刷電路板的接合區域之間的位置誤差。
近年來，由於電子產品的印刷電路板的整合程度提升，使得半導體晶片和印刷電路板的端點變得越來越小。
因此，為了縮小半導體晶片接合製程中的接合位置誤差，可利用視覺化檢驗裝置100來檢驗進行半導體晶片接合作業的接合頭210拾取的半導體晶片p與印刷電路板s的接合區域之間的位置誤差。
現有技術的視覺化檢驗裝置100’包含具有一反射面的一方形稜鏡、兩個反射鏡和兩個視覺攝影機110，而本發明一實施例的視覺化檢驗裝置100可包含一個合光稜鏡120和一個視覺攝影機110。
本發明一實施例的視覺化檢驗裝置100可包含合光稜鏡120，在合光稜鏡120中，第一反射面121和第二反射面123選擇性地反射接合頭210拾取的半導體晶片p的下表面具有特定顏色或特定波長的影像以及印刷電路板的接合區域的上表面具有特定顏色或特定波長的影像，並且第一反射面121和第二反射面123傾斜45度角，因此第一反射面121和第二反射面123可相互垂直。第一反射面121和第二反射面123之間的相交線可垂直於第一反射面121和第二反射面123反射影像的方向。
當合光稜鏡120為其上形成有多層干涉薄膜的分色稜鏡時，可只反射入射光線中的某些波長的光線以及讓其餘波長的光線穿透，使得入射光可被解析成三種顏色的光線，亦即紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)的光線，或者也可根據不同波長被解析。
一般來說，將這樣的分色稜鏡排列在一光路上可將根據不同顏色被解析的影像或視訊合成一光譜，進而在液晶顯示器(LCD)型態的投影器、矽基液晶投影顯示器(liquid-crystal-on-silicon，LCos)型態的投影器或其他類似型態的投影器上產生一完整的影像或視訊。
然而，本發明一實施例的視覺化檢驗裝置100的合光稜鏡120是位於接合頭210和印刷電路板s之間，以將位於合光稜鏡120上方的半導體晶片p的下表面的影像以及位於合光稜鏡120下方的印刷電路板s的接合區域的影像反射至視覺攝影機110。
也就是說，為了使同一個視覺攝影機110能同時拍攝到半導體晶片p的下表面的影像以及印刷電路板s的接合區域的影像，可利用合光稜鏡120內的不同的反射面，將位於合光稜鏡120上方的半導體晶片p的下表面的影像以及位於合光稜鏡120下方的印刷電路板s的接合區域的影像反射至同一個視覺攝影機110。
而且分色稜鏡(dichroic prism)形式的合光稜鏡120在反射位於合光稜鏡120上方的半導體晶片p的下表面的影像以及位於合光稜鏡120下方的印刷電路板s的接合區域的影像的過程中，一實施例的視覺化檢驗裝置100利用一干涉薄膜的表面特性，從這些影像的光中只選擇反射一特定顏色的光。
也就是說，本發明一實施例中分色稜鏡形式的合光稜鏡120不會被用來作為將被解析成一光譜的影像或視訊合成一完整的影像或視訊的一投影器，或用來將白光解析成不同顏色，而是被用來透過合成來自不同方向入射的不同顏色的光線的方式將一光譜轉換成一影像，以及用以透過稜鏡不同的反射面選擇性地反射影像。因此，由不同方向入射的影像中只有特定顏色的影像會被反射至視覺攝影機110。於是，視覺攝影機110可同時拍攝到半導體晶片的下表面影像和印刷電路板的接合區域的影像，使得半導體晶片和印刷電路板的接合區域可利用拍攝獲得的影像110判斷出來。
同時拍攝到半導體晶片的下表面的影像以及印刷電路板的接合區域的影像可避免如上所述影像拍攝時間差所導致檢驗準確度下降的問題。並且，可利用拍攝到的受試對象的影像中的每一個區域的顏色辨識出受試對象，因此受試對象相對於一位置誤差的對齊錯誤的方向可輕易地被判斷出來，相關細節將說明如下。
合光稜鏡120可為立方體形狀，並且在合光稜鏡120內，第一反射面121和第二反射面123相互垂直。
詳細來說，如圖1和圖2所示，合光稜鏡120的形狀為立方體，並且合光稜鏡120內的第一反射面121和第二反射面123呈45度角傾斜，因此可彼此垂直。第一反射面121和第二反射面123之間的一相交線可垂直於第一反射面121和第二反射面123反射影像的方向。
合光稜鏡120的第一反射面121和第二反射面123皆只讓接合頭210拾取的半導體晶片p的下表面的影像中不會被反射至視覺攝影機110的顏色的影像(光)穿透，以及讓印刷電路板的接合區域的影像(完整的光)中不會被反射至視覺攝影機110的顏色的影像(光)穿透。也就是說，合光稜鏡120的第一反射面121和第二反射面123可反射不同顏色的影像至視覺攝影機110。
雖然上述示範性地說明合光稜鏡120根據顏色來反射影像，但反射面121和123也可以用來反射其中一種波長的光線並且讓其他波長的光線穿透。詳細來說，第一反射面121和第二反射面123皆可用來反射一短波長或一長波長的光線。舉例來說，第一反射面121可用來反射具有長波長的光線，第二反射面123可用來反射具有短波長的光線。在此情況下，反射長波長光線的第一反射面121可用以反射遠紅外線光，而反射短波長光線的第二反射面123可用以反射紫外線光。雖然反射面121和123可反射的光線的波長如上所述，但第一反射面121也可用來反射短波長的光，第二反射面123也可用來反射長波長的光。
詳細來說，第一反射面121和第二反射面123可透過製作在其上的干涉薄膜，例如只反射(全部反射)紅色(R)、綠色(G)或藍色(B)的光，而讓其他顏色的光穿透。
合光稜鏡120的第一反射面121和第二反射面123可分別將接合頭210拾取的半導體晶片的下表面和印刷電路板的接合區域的不同顏色或不同波長的影像反射至視覺攝影機110，使得半導體晶片的位置和接合區域的位置可根據視覺攝影機110拍攝到的影像的顏色或波長識別出來，相關細節將參考圖3說明如下。
在合光稜鏡120中，第一反射面121和第二反射面123只反射不同顏色的光而讓其餘顏色的光穿透。假設本發明一實施例的第一反射面121例如只可反射紅色(R)光而讓除了紅色以外的其他顏色的光穿透，第二反射面123例如只可反射藍色(B)的光而讓除了藍色以外的其他顏色的光穿透。
本發明一實施例的視覺化檢驗裝置100的視覺攝影機110是設置在接合頭210拾取的半導體晶片和印刷電路板的接合區域之間。因此，形成半導體晶片p的下表面影像的紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)光線(或影像)會從合光稜鏡120上方入射在合光稜鏡120上，並且只有一紅色(R)影像ri會被第一反射面121反射至視覺攝影機110。此外，形成印刷電路板的接合區域的影像的紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)光線(或影像)則會由合光稜鏡120下方入射在合光稜鏡120上，並且只有一藍色(B)影像bi會被第二反射面123反射至視覺攝影機110。
因此，在圖1和圖2的實施例中，合光稜鏡120的第一反射面121可反射紅色(R)光並讓其餘顏色的光穿透，合光稜鏡120的第二反射面123可反射藍色(B)光並讓其餘顏色的光穿透。於是，一紅色影像和一藍色影像會被反射至視覺攝影機110。
然而，當合光稜鏡120的方位改變時，合光稜鏡120的第一反射面121可反射藍色(B)光並讓其餘顏色的光穿透，合光稜鏡120的第二反射面123可反射紅色(R)光並讓其於顏色的光穿透。因此，一藍色影像和一紅色影像可被反射至視覺攝影機110。
此外，合光稜鏡120可選擇性地將接合頭拾取的半導體晶片的下表面210的具有不同波長的影像中選擇一特定波長的影像和印刷電路板的接合區域的具有不同波長的影像中選擇一特定波長的影像反射至視覺攝影機110。因此，合光稜鏡120的第一反射面121和第二反射面123可反射不同波長的影像反射至視覺攝影機110。
如圖1和圖2所示，接合頭210在垂直方向上進行一接合作業，合光稜鏡120則排列在接合作業的範圍內。因此，合光稜鏡120和視覺攝影機110的排列可使得來自合光稜鏡120的第一反射面121和第二反射面123的影像在一水平方向上入射視覺攝影機110。
如圖1和圖2所示，在形狀為立方體的合光稜鏡120中，第一反射面121和第二反射面123可傾斜45度角，以透過第一反射面121和第二反射面123在相同方向(例如朝向視覺攝影機110的方向)上反射(全部反射)影像。
如上所述，反射自合光稜鏡120的第一反射面121的半導體晶片的下表面的影像ri以及反射自第二反射面123的印刷電路板的接合區域的影像bi在被視覺攝影機110拍攝後會進一步被相重疊。
當合光稜鏡120被上下顛倒過來時，第一反射面121和第二反射面123的方位則會彼此交換。因此，半導體晶片的下表面的藍色影像和印刷電路板的接合區域的紅色影像會被反射。當不同類型的稜鏡被用來反射其他特定顏色的光時，這些特定顏色的影像會被反射至視覺攝影機110。
本發明一實施例的視覺化檢驗裝置100在將半導體晶片接合至印刷電路板之前，採用一種利用合光稜鏡120將半導體晶片的下表面和印刷電路板的接合區域的上表面的影像反射至視覺攝影機110，使得視覺攝影機110得以同時拍攝這些影像，然後視覺化檢驗裝置100再比較這些拍攝獲得的影像的方式檢驗位置誤差。
在此情況下，可將半導體晶片的下表面的特定區域以及印刷電路板的接合區域的上表面的特定區域設定為標的區域，拍攝半導體晶片的下表面的影像以及印刷電路板的接合區域的上表面的影像，比較這些特定區域在這些影像中的位置，以檢驗位置誤差；或者，也可在半導體晶片的下表面和印刷電路板的接合區域的上表面上形成一圖案或基準標記，拍攝半導體晶片的下表面的影像以及印刷電路板的接合區域的上表面的影像，以及比較這些圖案或基準標記在這些影像上的位置，以檢驗位置誤差。
本發明一實施例的視覺化檢驗裝置100可藉由拍攝製作在被拾取的半導體晶片和印刷電路板的接合區域上的特定標的或基準標記的位置的影像的方式檢驗位置誤差。當視覺化檢驗裝置100執行完一檢驗任務後，在進行半導體晶片接合至印刷電路板的一接合作業之前，可直接調動包含合光稜鏡120的視覺化檢驗裝置100，使其離開向下移動接合頭210的軌跡。
因此，如圖1所示，本發明一實施例的視覺化檢驗裝置100可進一步包含一安裝件150和一調動單元160，合光稜鏡120和視覺攝影機110可安裝在此安裝件150中，調動單元160用以移動安裝件150。
本發明一實施例的視覺化檢驗裝置100可包含一第一照明部和/或一第二照明部。第一照明部用以在一對角線方向上對半導體晶片以及要與半導體晶片接合的印刷電路板投光。第二照明部用以垂直地對半導體晶片和印刷電路板投光。
詳細來說，合光稜鏡120容置於安裝件150中，並且在垂直方向上被暴露，第一照明部可位於合光稜鏡120的上方和下方的，以在對角線方向上，提供光線至接合頭拾取的半導體晶片210以及印刷電路板的接合區域。並且，視覺攝影機110可包含用以在垂直於半導體晶片的表面以及印刷電路板的表面的方向上投光的第二照明部。因此，可提供同軸光。
這裡的第一照明部可以如同環形的照明部130的方式實現，並且可包含一上照明部和一下照明部。上照明部可排列在合光稜鏡120的上方，用以對接合頭拾取的半導體晶片210投光。下照明部可排列在合光稜鏡120的下方，用以對要與半導體晶片接合的印刷電路板投光。
所發出的光可為包含紅色(R)光、綠色(G)光和藍色(B)光的白光，或者也可為可分成紅色(R)光、綠色(G)光和藍色(B)光的光線。
在向下移動接合頭210以進行一接合作業期間，安裝件150可透過調動單元160收回，以離開接合頭210的工作區域。
圖1的安裝件150可安裝在架設在調動單元160上，調動單元160可在y軸方向上移動，因此可在接合作業期間沿y軸方向拉伸。
本發明一實施例的一視覺化檢驗裝置可藉由分別拍攝一印刷電路板和一印刷電路板的一接合區域的影像，檢驗此半導體晶片或此印刷電路板的接合區域的位置誤差。
在檢驗位置誤差的多種方法中，可採用一種預先判斷分別製作在一半導體晶片的一下表面和一印刷電路板的一接合區域的一上表面上的基準標記(或圖案)的參考位置，然後再將半導體晶片的下表面和印刷電路板的接合區域的上表面的拍攝影像上基準標記的位置與參考位置比較的方法。在此情況下，半導體晶片的下表面上的基準標記的位置可能會不同於接合區域的上表面上的基準標記的位置。
也就是說，視覺化檢驗裝置的一控制部會比較基準標記的參考位置與基準標記的拍攝影像上的基準標記的位置，然後計算一位置誤差。此位置誤差可藉由依據計算獲得的位置誤差，調整吸住半導體晶片的接合頭或調整放置印刷電路板的印刷電路板托架的方式校正。
在本發明一實施例的視覺化檢驗裝置中，視覺攝影機拍攝獲得的影像可為黑白影像或彩色影像，以下將參考圖3說明相關細節。圖3示範性地說明拍攝分別形成在半導體晶片的下表面以及印刷電路板的接合區域的上表面的基準標記的黑白影像或彩色影像，以檢驗位置誤差。
詳細來說，圖3(a)說明本發明一實施例的視覺化檢驗裝置的視覺攝影機拍攝形成在半導體晶片和印刷電路板上的基準標記的黑白影像。圖3(b)說明形成在半導體晶片和印刷電路板上的基準標記的彩色影像。圖3(c)說明被光稜鏡反射形成在合光稜鏡上方的半導體晶片的下表面上的基準標記的拍攝影像所獲得的影像ri。圖3(d)說明被光稜鏡反射形成在合光稜鏡下方的半導體晶片的下表面上的基準標記的拍攝影像所獲得的影像bi。
圖3示範性地說明分別形成在半導體晶片的下表面上和印刷電路板的接合區域上用以檢驗位置誤差且具有相同形狀(例如圓環形)、相同尺寸的基準標記，以及說明視覺攝影機拍攝這些基準標記所獲得的黑白影像或彩色影像。在圖3的示例中，假設當這些基準標記完全重疊時，表示沒有位置誤差發生。
如上述參考圖3的說明，使用相同形狀、尺寸的基準標記時，有利於拍攝基準標記的彩色影像。使用不同形狀及尺寸的基準標記時，由於相對容易判斷出半導體晶片或印刷電路板是否偏離參考位置，因此可拍攝基準標記的黑白影像。
當視覺攝影機拍攝獲得的影像為黑白影像時，可在拾取半導體晶片的接合頭與印刷電路板相隔一預設距離的情況下進行檢驗作業，使得接合頭的影像和印刷電路板的影像不會彼此重疊。接合頭遠離印刷電路板的情況下獲得半導體晶片和印刷電路板的影像後，可根據所述的預設距離進行位置校正，進而準確地計算出半導體晶片和印刷電路板的位置。
在本發明另一實施例中，即使接合頭未與印刷電路板隔開，仍可拍攝半導體晶片和印刷電路板獲得黑白影像。也就是說，當接合頭和印刷電路板皆位於同一軸線上時，可在選擇性地操作合光稜鏡上方的一上照明部以及合光稜鏡下方的一下照明部的情況下連續地獲得接合頭拾取的半導體晶片的影像以及印刷電路板的影像，然後比較這些影像，以判斷出半導體晶片和印刷電路板的位置。
當接合頭拾取的半導體晶片與要接合至半導體裝置的印刷電路板的一接合區域皆位於同一軸線上時，可藉由操作合光稜鏡上方的上照明部並停止操作合光稜鏡下方的下照明部的方式檢驗半導體晶片，以及藉由操作下照明部並停止操作上照明部的方式檢驗印刷電路板。在選擇性地操作上照明部和下照明部的情況下，視覺攝影機可連續地拍攝半導體晶片和印刷電路板的影像。
在此情況下，可藉由以不同的方式設定光的亮度，使視覺攝影機以所欲的亮度值連續拍攝兩次。當兩次拍攝之間存在有時間差時，這兩次拍攝可能會被內部或外部震動影響，而導致拍攝的精確性下降。因此，進行連續拍攝可縮短兩次拍攝之間的時間差，藉此可減少震動對拍攝的影響。
當視覺攝影機拍攝的影像為彩色影像時，圖3(b)中視覺攝影機110拍攝的彩色影像在被合光稜鏡120反射後，在視覺攝影機110拍攝的彩色影像中經由合光稜鏡120反射合光稜鏡120上方的半導體晶片的下表面上的基準標記的影像所獲得的影像ri以及經由合光稜鏡120反射合光稜鏡120下方的印刷電路板的接合區域上的基準標記的影像所獲得的影像bi可利用影像ri和bi的顏色來清楚識別。因此，可容易地判斷出半導體晶片或印刷電路板是否偏離參考位置。
根據圖3(b)所示，紅色影像ri是藉由合光稜鏡120的第一反射面121反射半導體晶片的下表面上的基準標記的影像所獲得，藍色影像bi是藉由合光稜鏡120的第二反射面123反射印刷電路板的接合區域上的基準標記的影像所獲得。
如圖1所示，本發明一實施例的視覺化檢驗裝置100可包含照明部130，用以對接合頭拾取的半導體晶片的下表面以及印刷電路板的接合區域投光。照明部130可用除了紅色或藍色以外的顏色的光對基準標記閃燈。
因此，半導體晶片的下表面和印刷電路板的接合區域上的基準標記的影像(或光線)的顏色可對應於照明部130發出的光線的顏色，但這些影像(或光線)在經由合光稜鏡120反射的過程中會被轉換成一光譜、穿透或被反射。因此，只有紅色影像ri和藍色影像bi可入射至視覺攝影機110。
當圖3(b)中視覺攝影機110拍攝的彩色影像被合光稜鏡120反射之後，在視覺攝影機110拍攝的彩色影像中形成在合光稜鏡120上方的半導體晶片的下表面上的基準標記的影像經由合光稜鏡120反射所獲得的影像ri以及形成在合光稜鏡120下方的半導體晶片的下表面上的基準標記的影像經由合光稜鏡120反射所獲得的影像bi可輕易地根據其顏色區別出來。因此，可容易判斷出半導體晶片或印刷電路板是否偏離參考位置。
接合頭在如圖3(b)的狀態下在印刷電路板上方向下移動時，半導體晶片可能會被接合在偏離的位置上。因此，半導體晶片接合裝置可修正此位置誤差，然後再執行接合作業。此位置誤差可如上所述地藉由改變接合頭的位置或印刷電路板托架的位置或旋轉接合頭的方式校正。
例如，在判斷出半導體晶片和印刷電路板的接合區域之間的位置誤差後，藉由在校正位置誤差的方向(減少不一致的紅色影像ri與一紫色影像之間或者不一致的藍色影像bi與一紫色影像之間不協調程度的方向)上調整接合頭或放置印刷電路板的印刷電路板托架230，使得接合頭在接合半導體晶片的過程中向下移動時可進行精準的接合作業。
同樣地，當本發明一實施例的視覺化檢驗裝置100的視覺攝影機110拍攝的影像為黑白影像時，視覺攝影機110的控制部可藉由分離接合頭和印刷電路板檢驗半導體晶片和印刷電路板的位置的方式檢驗並修正位置誤差，使得拾取半導體晶片的接合頭的影像以及印刷電路板的影像可能不會彼此重疊，獲得半導體晶片和印刷電路板的影像，以及根據一定距離進行位置校正。
詳細來說，假設圖3中半導體晶片的下表面和印刷電路板的接合區域上的基準標記在其拍攝影像中完全一致，表示沒有位置誤差。或者，假設這些基準標記在其拍攝影像中分別位於不同的位置，表示沒有位置誤差。也就是說，藉由在控制部中儲存關於彼此分離的基準標記的相對位置關係的資訊並且將這些基準標記的位置之間的關係與 這些基準標記在其拍攝影像中的位置之間的關係進行比較，以計算出誤差。
形成在半導體晶片和接合區域上的基準標記可分別具有不同的形狀。當這些基準標記的形狀不同時，這些基準標記的拍攝影像可能根據不同的形狀而彼此有區別。在此情況下，使用黑白視覺攝影機時以及使用彩色視覺攝影機時都可用相同的方式計算位置誤差。然而，若這些基準標記具有相同的形狀及尺寸並且是使用黑白視覺攝影機，這些基準標記的拍攝影像就會是黑白影像，因此難以識別。實際上，當兩個基準標記彼此重疊時，在這兩個基準標記中很難識別出對應半導體晶片的基準標記以及對應接合區域的基準標記。因此，可在選擇性地操作上照明部和下照明部的情況下，視覺攝影機連續拍攝這些基準標記的影像，使得半導體晶片和印刷電路板上的基準標記的影像可以清楚地被識別出來，因而可輕易地檢驗出位置誤差。
在使用彩色視覺攝影機時，半導體晶片和接合區域上的基準標記可利用這些基準標記的拍攝影像的顏色輕易地彼此區隔出來。因此，如圖3所述，無須額外的移動即可計算出位置誤差。
雖然圖3所示的影像中只在平面方向上檢驗位置誤差，然而當製作在不同位置的基準標記可相互比較時，或當每一個基準標記具有十字形狀或多邊形而不是圓形或環形時，可檢驗出半導體晶片或印刷電路板偏離了一θ軸方向的位置誤差，並且如上所述可在接合頭向下移動的期間校正此位置誤差。
如上所述，在進行半導體晶片接合製程之前，藉由檢驗半導體裝置將要接合的位置可改善接合作業的精確性。
本發明一實施例的視覺化檢驗裝置可具有包含一個視覺攝影機和一個稜鏡的一簡單結構，以在半導體晶片接合作業的期間檢驗一半導體晶片和一印刷電路板上將要與半導體晶片接合的一接合區域之間的位置誤差。由於視覺化檢驗裝置包含一個視覺攝影機且無需使用額外的反射鏡，使得檢驗過程中的光軸校直作業可被簡化，因此可改善半導體晶片接合製程的效率。而且，製作在一接合頭拾取的一半導體晶片上的一基準標記以及製作在一印刷電路板的一接合區域上的一基準標記的影像在被一合光稜鏡轉換成一光譜和反射之前可被設定成具有不同顏色，因此可以很容易地判斷出校正位置誤差和裝置位置的方向。
本發明一實施例的視覺化檢驗裝置能夠利用一合光稜鏡和一個攝影機同時拍攝一半導體晶片的下表面和一印刷電路板的一接合區域的上表面的影像。因此，可避免現有技術中利用兩個視覺攝影機所拍攝的影像間些微的時間差引起在系統內發生擾亂的情形而導致檢驗的精確性下降的問題。
本發明一實施例的視覺化檢驗裝置可具有包含一個視覺攝影機和一個稜鏡的一簡單的結構，以在一半導體晶片接合作業的期間檢驗一半導體晶片和一印刷電路板上將要與半導體晶片接合的一接合區域之間的位置誤差。
本發明一實施例的視覺化檢驗裝置可利用單一個視覺攝影機一併檢驗一拾取器拾取的一半導體晶片和一印刷電路板，因此不需要進行同軸設定。並且，可在相同的設定條件下進行拍攝，因此可提升檢驗的精確度。
由於不需要使用額外的反射鏡，使得檢驗過程中光軸校直作業可被簡化。因此，可改善半導體晶片接合製程的效率。
而且，本發明一實施例的視覺化檢驗裝置可將製作在一接合頭拾取的一半導體晶片上的一基準標記以及製作在一印刷電路板的一接合區域上的一基準標記的影像在被一合光稜鏡轉換成一光譜並反射之前設定成不同顏色。因此，可以很容易地判斷出校正位置誤差和裝置位置的方向。
此外，本發明一實施例的視覺化檢驗裝置可利用一合光稜鏡和一個攝影機同時拍攝一半導體晶片的下表面和一印刷電路板的一接合區域的上表面的影像。因此，可避免現有技術中因利用兩個視覺攝影機所拍攝的影像間些微的時間差所引起在系統中發生擾亂的情形，導致檢驗的精確性下降的問題。
本發明的示例性實施方式已描述如上，而本領域技術人員可理解的是，在不背離本發明的技術構想和必要技術特徵的情况下可以進行各種變更和修改。因此，只要這些修改包含本發明的專利申請範圍中所請求的的構成要素，均應當視爲包含在本發明的技術範疇內。
100‧‧‧視覺化檢驗裝置
100’‧‧‧視覺化檢驗裝置
110‧‧‧視覺攝影機
110a‧‧‧第一視覺攝影機
110b‧‧‧第二視覺攝影機
120‧‧‧合光稜鏡
120’‧‧‧稜鏡
121‧‧‧第一反射面
123‧‧‧第二反射面
130‧‧‧照明部
150‧‧‧安裝件
160‧‧‧調動單元
180a‧‧‧第一反射鏡
180b‧‧‧第二反射鏡
210‧‧‧接合頭
230‧‧‧印刷電路板托架
p‧‧‧半導體晶片
s‧‧‧印刷電路板
ri‧‧‧紅色影像
bi‧‧‧藍色影像
圖1為根據本發明一實施例所繪示的視覺化檢驗裝置的側視圖。
圖2為根據本發明一實施例所繪示視覺化檢驗裝置的光路的透視圖。
圖3示範性說明拍攝製作在半導體晶片的下表面以及印刷電路板的接合區域的上表面上用以檢驗一位置誤差的基準標記的黑白影像或彩色影像；以及
圖4為現有技術的視覺化檢驗裝置的光路的透視圖。

Claims (10)

  1. 一種視覺化檢驗裝置，適用於檢驗一接合頭拾取的一半導體晶片與一印刷電路板上待與該半導體晶片接合的一接合區域之間的一位置誤差，該視覺化檢驗裝置包含：一照明部，用以提供光給該半導體晶片和該印刷電路板；一合光(X-cube)稜鏡，具有相交的一第一反射面和一第二反射面，該第一反射面用以反射該接合頭拾取的該半導體晶片的下表面的影像，該第二反射面用以反射該印刷電路板的該接合區域的上表面的影像；一視覺攝影機，用以拍攝被該合光稜鏡的該第一反射面選擇性地反射的該半導體晶片的下表面的影像，以及拍攝被該第二反射面選擇性地反射的該印刷電路板的該接合區域的上表面的影像；以及一控制部，用以分析該視覺攝影機所拍攝反射自該合光稜鏡的影像，以判斷出該接合頭拾取的該半導體晶片與該印刷電路板的該接合區域之間的該位置誤差，其中該視覺攝影機所拍攝的影像為黑白影像或彩色影像。
  2. 如請求項 1所述的視覺化檢驗裝置，其中該合光稜鏡的該第一反射面和該第二反射面該合光稜鏡在該合光稜鏡中偏斜45度角，以垂直相交；以及該第一反射面和該第二反射面之間的一相交線垂直於被第一反射面和該第二反射面反射的影像的方向。
  3. 如請求項 1所述的視覺化檢驗裝置，其中該照明部包含以下的至少其中一個：一第一照明部，用以在一對角線方向上向該半導體晶片和該印刷電路板投光；以及一第二照明部，用以垂直地向該半導體晶片和該印刷電路板投光。
  4. 如請求項 3所述的視覺化檢驗裝置，其中該第一照明部包含：一上照明部，設置在該合光稜鏡上方，用以向該接合頭拾取的該半導體晶片投光；以及一下照明部，設置在該合光稜鏡下方，用以向該印刷電路板投光。
  5. 如請求項 1所述的視覺化檢驗裝置，更包含：一安裝件，用以容置該合光稜鏡和該視覺攝影機，使得該合光稜鏡的上方和下方被暴露，以反射影像，使被反射的影像在一水平方向上入射至該視覺攝影機；以及一調動單元，用以調整該安裝件，其中，當該接合頭向下移動以進行接合工作時，該調動單元調整該安裝件，使該安裝件離開該接合頭的一工作空間。
  6. 如請求項 1所述的視覺化檢驗裝置，其中當該視覺攝影機拍攝到的影像為黑白影像時，該半導體晶片和該印刷電路板的影像是在該接合頭與該印刷電路板隔開的情況下獲得的，以避免用以拾取該半導體晶片的該接合頭的影像與該印刷電路板的影像重疊，並且該半導體晶片的位置和該印刷電路板的位置是根據一特定距離進行位置校正。
  7. 如請求項 4所述的視覺化檢驗裝置，其中當該視覺攝影機拍攝到的影像為黑白影像時，在該接合頭拾取的該半導體晶片與該印刷電路板的該接合區域皆位於同一軸線上的情況下，操作該上照明部並停止操作該下照明部，以檢驗該接合頭拾取的該半導體晶片，並且操作該下照明部並停止操作該上照明部，以檢驗該印刷電路板；以及該視覺攝影機在該上照明部和該下照明部選擇性地運作下連續拍攝該接合頭拾取的該半導體晶片的影像和該印刷電路板的影像。
  8. 如請求項 1所述的視覺化檢驗裝置，其中當該視覺攝影機拍攝到的影像為彩色影像時，該合光稜鏡分別由該接合頭拾取的該半導體晶片的下表面的具有不同顏色的影像以及該印刷電路板的該接合區域的上表面的具有不同顏色的影像中選擇反射具有一特定顏色的影像至該視覺攝影機；以及該合光稜鏡的該第一反射面和該第二反射面該合光稜鏡反射分別具有不同顏色的影像至該視覺攝影機。
  9. 如請求項 1所述的視覺化檢驗裝置，其中當該視覺攝影機拍攝到的一影像為彩色影像時，該合光稜鏡分別由該接合頭拾取的該半導體晶片的下表面的具有不同波長的影像以及該印刷電路板的該接合區域的上表面的具有不同波長的影像中選擇反射具有一特定波長的影像至該視覺攝影機；以及該合光稜鏡的該第一反射面和該合光稜鏡的該第二反射面反射不同波長的影像至該視覺攝影機。
  10. 如請求項 7所述的視覺化檢驗裝置，其中該合光稜鏡的該第一反射面反射紅色(R)光線並且讓其他顏色的光線穿透，該第二反射面反射藍色(B)光線並且讓其他顏色的光線穿透，使得一紅色影像和一藍色影像被反射至該視覺攝影機；或者該第一反射面反射藍色(B)光線並且讓其他顏色的光線穿透，該第二反射面反射紅色(R)光線並且讓其他顏色的光線穿透，使得一藍色影像和一紅色影像被反射至該視覺攝影機。
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