TWI738232B - 基板量測系統及其方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種基板量測系統，用於量測一基板上的線路資訊，該基板量測系統包括一第一影像擷取裝置、一第二影像擷取裝置、一檢測平台、以及一處理裝置。該第一影像擷取裝置設置於該基板的俯視方向側，用以獲取該基板的一俯視影像。該第二影像擷取裝置設置於該基板的側視方向側，用以獲取該基板的一側視影像。該檢測平台用以調整該基板、該第一影像擷取裝置以及該第二影像擷取裝置之間的相對位置關係。該處理裝置接收並根據該俯視影像及該側視影像，產生該基板上的線路資訊。
Description
本發明係提供一種基板量測系統，特別是指一種用以生成線路三維影像圖的基板量測系統。
隨著科技的發展，電子產品逐漸朝向微型化、集成化的方向演進。過去一般電路的設計，在進行集成化時，電路板面積、零件數量、產品功能、雜訊、特性均必須進行一併的考量。而在集成化的過程中，最容易遇到的問題在於集成化所產生的雜訊問題。
一般而言，當不須考量集成化的需求時，線路和線路之間可以透過保留一定的間隔避免線路間因為交流訊號產生的電磁感應(Electromagnetic Interference,EMI)而生成雜訊。然而在集成化的需求中，基板上所能夠使用的空間有限，造成的結果是不僅工程師布局(layout)時必須考量走線的路徑，同時必須在線路的微觀形態上也必須要進行通盤的考量。在集成化電路的設計中，線路的型態對於雜訊的生成有舉足輕重的地位，型態不佳的線路不僅可能造成阻抗不匹配而生成反射信號、同時邊角的形狀有可能造成電磁感應的效應增幅，而影響周邊正常的其他線路。
在現有的製程中，對於線路的檢測可通過自動光學檢測系統(AOI system)，經由二維光學影像拍攝基板，經由機器視覺方式確認線路的瑕疵。然而，先前技術雖然可以透過影像中獲取線路的表面瑕疵，但一
些型態上的瑕疵卻無法有效的被識別；另一方面，線路型態與阻抗匹配及雜訊生成之間有高度的相關性，一些人工辨識難以被檢測出來的差異，可能一樣會產生阻抗不匹配或是EMI雜訊的風險，顯然尚待克服。
為達到上述目的，本發明提供一種基板量測系統，用於量測一基板上的線路資訊，該基板量測系統包括一第一影像擷取裝置、一第二影像擷取裝置、一檢測平台、以及一處理裝置。該第一影像擷取裝置設置於該基板的俯視方向側，用以獲取該基板的一俯視影像。該第二影像擷取裝置設置於該基板的側視方向側，用以獲取該基板的一側視影像。該檢測平台用以調整該基板、該第一影像擷取裝置以及該第二影像擷取裝置之間的相對位置關係。該處理裝置接收並根據該俯視影像及該側視影像，產生該基板上的線路資訊。
本發明的另一目的，在於提供一種基板量測方法，包括：提供一第一影像擷取裝置至該基板的俯視方向側，用以獲取該基板的一俯視影像；提供一第二影像擷取裝置至該基板的側視方向側，用以獲取該基板的一側視影像；提供一檢測平台調整該基板、該第一影像擷取裝置以及該第二影像擷取裝置之間的相對位置關係；提供一處理裝置接收並根據該俯視影像及該側視影像，產生該基板上的線路資訊。
本發明可以有效的提升人檢或機器檢測時的正確率，藉此進一步增加產品最終的良率及效率。
本發明可以獲得每段線路的承載值，藉此計算並獲得電路板上線路的載流能力。
本發明除可量測基板的平面結構特徵外，亦可針對基板的立體結構的尺寸與缺陷進行測量與檢測，可以更容易確認缺陷的類型並有助
於追蹤產品製程中的缺失。
100:基板量測系統
10:檢測平台
20:第一影像擷取裝置
30:第二影像擷取裝置
40:輔助光源
50:處理裝置
B:基板
DA:偵測區域
W1:上線寬
W2:下線寬
W3:線路側視長度
W4:線路側視長度
H:線路厚度
S1:線路俯視角寬度
S2:線路俯視角寬度
ST:三維影像截面圖
ST1-STN:三維影像截面圖
STK:影像堆疊
步驟S01-步驟S06
圖1，係為本發明中基板量測系統的方塊示意圖。
圖2，係為本發明中第一實施例的外觀簡易示意圖
圖3，係為本發明中第二實施例的外觀簡易示意圖。
圖4，係為本發明中第三實施例的外觀簡易示意圖。
圖5，係為基板上線路的截面示意圖。
圖6，係為該基板線路的三維示意圖。
圖7，係為該基板線路的座標位置定位圖。
圖8，係為該基板線路的俯視影像示意圖。
圖9，係為該基板線路的側視影像示意圖。
圖10，係為本發明中基板量測系統的三維影像圖成像示意圖(一)。
圖11，係為本發明中基板量測系統的三維影像圖成像示意圖(二)。
圖12，係為本發明中基板量測系統的三維影像圖成像示意圖(三)。
圖13，係為本發明中基板量測方法的流程示意圖。
有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下。再者，本發明中之圖式，為說明方便，其比例未必照實際比例繪製，該等圖式及其比例並非用以限制本發明之範圍，在此先行敘明。
於本發明中雖然未針對各該裝置的晶片及其協同關係進行明確的定義，惟業內一般從業人士應可理解，於本發明中的各該裝置所執行
的功能基本上應包括有執行相應韌體及驅動而相互協同的處理器或控制晶片。
本發明主要是用以量測基板上的線路資訊，並透過獲取該線路的三維影像進行瑕疵檢測以及線路特性的測量(例如線路的載流能力)。所述的基板B例如可以為印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)、軟性電路板(Flexible Printed Circuit,FPC)、陶瓷基板(Ceramic Substrate)、或其他可以在表面上形成導電線路的基板等，於本發明中不予以限制。
以下針對本發明其中一較佳實施例進行說明，請參閱「圖1」、「圖2」，係為本發明中基板量測系統的方塊示意圖、第一實施例的外觀簡易示意圖，如圖所示：
本實施例揭示一種基板量測系統100，主要包括一檢測平台10、一第一影像擷取裝置20、一第二影像擷取裝置30、一輔助光源40、以及一處理裝置50。
所述的檢測平台10用以調整基板B、該第一影像擷取裝置20、該第二影像擷取裝置30之間的相對位置關係。於一可行的實施例中，如「圖2」所示，該檢測平台10包括一輸送帶裝置、載台裝置或其他類此的裝置用以承載並運送該基板B藉以將基板B移動至一偵測區域DA，供該該第一影像擷取裝置20、該第二影像擷取裝置30拍攝基板B的影像。若基板B為軟性/可撓性基板，該檢測平台10上可以設置有真空吸附裝置，用以吸附該檢測區域DA上的基板B，藉此使基板B的表面平整。
於另一可行的實施例中，如「圖3」所示的外觀簡易示意圖，該檢測平台10包括一攝影機移動裝置(例如XY載台、機械手臂等)，用於承載並移動該第一影像擷取裝置20或該第二影像擷取裝置30，或是將該第一影像擷取裝置20及該第二影像擷取裝置30設置在同一平台上，並於
平台上調校該第一影像擷取裝置20及該第二影像擷取裝置30的拍攝方向使該第一影像擷取裝置20及該第二影像擷取裝置30能對焦至同一位置上。
實施例回到「圖1」或「圖2」，本發明所述的第一影像擷取裝置20設置於該檢測平台10的俯視方向側，用以拍攝並獲取該基板B表面的俯視影像。在此所述的俯視方向側係指該基板B的平面(圖示上標號)上方位置，且該第一影像擷取裝置20的拍攝方向大致與該基板B的表面間呈正交。該第一影像擷取裝置20包括有一光學鏡頭、以及一耦光至該光學鏡頭的感光元件。光學鏡頭對準至被拍攝的物件藉以將物件光學圖樣之影像於感光元件上成像；該感光元件係為光電耦合元件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)等其中之一種裝置。於一可行的實施例中，所述的第一影像擷取裝置20可以為線掃描相機或面掃描相機，於本發明中不予以限制。
所述的第二影像擷取裝置30設置於該檢測平台10的側視方向側，用以拍攝並獲取該基板B表面的側視影像。在此所述的側視方向側係指該基板B的兩側邊緣(圖示上標號)的正側向位置或斜上方位置而與該線路保持一適當傾角。該第二影像擷取裝置30包括有一光學鏡頭、以及一耦光至該光學鏡頭的感光元件。光學鏡頭對準至被拍攝的物件藉以將物件光學圖樣之影像於感光元件上成像；該感光元件係為光電耦合元件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)等其中之一種裝置。於一可行的實施例中，所述的第二影像擷取裝置30可以為面掃描攝影機或線掃描攝影機，於本發明中不予以限制。
於另一可行的實施例中，如「圖4」所示的外觀簡易示意圖，所述的第二影像擷取裝置30的數目依據實際需求可以包括複數個，且設置於該基板B的相對兩個側視方向側，藉以獲取單一視角影像無法獲取的另
一側線路(圖示標號)的影像；其中該第二影像擷取裝置30的視角或傾斜角度為可調整的。
該第一影像擷取裝置20及該第二影像擷取裝置30雖然在定義上相同，然而該等影像擷取裝置亦可以分別由不同類型的攝影機以混搭的方式實施，此部分非屬本發明所欲限制的範圍，在此予以敘明。於一可行的實施例中，該第一影像擷取裝置20及該第二影像擷取裝置30的鏡頭可以選擇使用遠心鏡(Telecentric Lens)，透過遠心鏡的特性使拍攝到的物件於一定物距範圍內不受鏡頭視差影響，使圖像放大倍率不會變化，同時獲得寬景深的效果。在使用遠心鏡的實施例中，可以一次性地捕捉範圍內線路的區域，並減去因視差影響所產生的校正程序。除遠心鏡外，所述的光學鏡頭亦可以為一般鏡頭、廣角鏡頭、長焦鏡頭等，於本發明中不予以限制。
實施例所述的輔助光源40對準至該檢測平台10，用以對偵測區域DA上的基板B進行補光。於一可行的實施例中，該輔助光源40為背光燈、環形燈、穹形燈、平行光燈、漫射光燈、及/或同軸光燈組，於本發明中不予以限制。於一可行的實施例中，該輔助光源40可以為複數個，透過提供複數個光源(例如雙側向光源)提升檢側的效率；於另一可行的實施例中，例如可以提供一連接至複數個不同類型光源的燈光切換控制器，經由在切換不同燈光模式的環境下分別拍攝基板B的影像，藉以在不同的影像中凸顯特徵之間的對比度，以利於影像分割及感興趣區域(Region of Interest)的擷取。
所述的處理裝置50連接或耦接至該第一影像擷取裝置20以及該第二影像擷取裝置30，用以獲取該基板B的該俯視影像及該側視影像，並根據該俯視影像及該側視影像產生該基板B上的線路線路資訊。該
處理裝置50經由該俯視影像中獲得該線路的上線寬、及/或下線寬的線路資訊，由於該第一影像擷取裝置20不一定能夠完全與該檢測平台10的表面呈正交關係，在合理的誤差範圍內可以忽略不計或是經由校正程序進行補正，此部分非屬本發明所欲限制的範圍不予以贅述。該處理裝置50經由該側視影像獲得該線路的線路側視長度的線路資訊。於一可行的實施例中，當該第二影像擷取裝置30配置於該基板B的正側向位置上時，可以直接獲取線路的線路厚度值。在斜上方位置上拍攝線路則可以避免物件重疊干涉的問題，可以透過鏡頭拍攝角度、線路的上線寬、下線寬、及/或所獲得的線路側視長度(例如線路側視長度W3及線路側視長度W4，如圖「5」、圖「10」所示)計算出線路的線路厚度值，所述的高度值的計算方式可以由三角定理即可推算，後面將再予以說明。
該處理裝置50可以包括處理器及儲存單元藉以共同構成一電腦，例如是個人電腦、工作站、主機電腦或其他型式之電腦或處理器，在此並不限制其種類。處理器例如是中央處理器(Central Processing Unit,CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device,PLD)或其他類似裝置或這些裝置的組合。於本實施例中，處理器係用以載入儲存單元內的程式，藉以完成眼部追蹤以及眼部追蹤的校正方法。該儲存單元可以為任意的揮發型記憶體、或非揮發型記憶體，於本發明中不予以限制。
關於線路厚度的計算方式，請參閱「圖5」，係為基板上線路的截面示意圖，如圖所示：
處理裝置50於影像中獲得線路的上線寬W1、下線寬W2、及
線路側視長度W3後，可以進一步經由三角運算獲得基板B上的線路厚度H。如圖5所示，處理裝置50於確認上線寬W1時，可以進一步透過上線及側壁分界，確認線路俯視角寬度S1，此時透過畢氏定理(平面上的直角三角形的兩條直角邊的長度的平方和等於斜邊長的平方)的公式，線路厚度H、線路側壁寬度W3、線路俯視角寬度S1將符合以下的公式：W32=S12+H 2；由於線路側視長度W3及線路俯視角寬度S1為已知，經計算後可取得線路厚度H。在線路厚度H已取得的情況下，便可經由梯形公式計算並獲得該區段的線路截面積A，計算公式如下：
。於獲得截面積後，處理裝置50便可根據該線路截面積A，以獲得該基板B上的線路載流能力(Current-Carry Capacity)；該線路載流能力可透過下列方程式獲得：I=k△T 0.44 A 0.725；其中，I為最大電流載流能力，k為修正係數，△T為最大溫差，A為線路的截面積。另外，經由拍攝到的俯視影像及側視影像中，也可以由影像辨識的方式找到線路上的瑕疵，藉以獲得線路瑕疵資訊。
上述的線路截面積A形狀雖然以梯形例示，但亦可為矩形或其他形狀，在此不予以限制；另外載流公式除上述的公式外，亦可以為其他可參考並符合IPC等相關標準規定的計算公式，例如IPC-2221。
於另一可行的實施例中，為了減少運算負擔，該處理裝置50亦可以透過查找法的方式經由查找表(Look up Table)獲得該線路載流能力。例如以下的查找表：
於查找表中，未於查找表中出現的數值則可以透過最鄰近法或插入法的方式計算，此部分端看設計的需求而定。
請參閱「圖6」，係為基板上線路的三維示意圖，如圖所示：
在一較佳實施例中，該處理裝置50可以進一步透過由影像中獲取該基板B上的目標線段路徑L，進一步根據該上線寬W1、下線寬W2、該線路側視長度W3與該目標線段路徑L，透過將線路截面積A與線段路徑以獲得該目標線段路徑L的線段體積。於另一可行的實施例中，則可以在複數個截面積後，根據每一截面積與其所在區段長度，以獲得複數個區段體積，最終在將所有區段體積相加後獲得該目標線段路徑L的線段體積。
除了上述用以分析線路資訊的技術特徵外，本發明所獲得的線路資訊可進一步透過立體視覺法用以建立線路的三維影像。
以下針對本發明中針對基板線路的三維影像形成方式進行說
明，請一併參閱「圖7」、「圖8」、「圖9」、「圖10」、「圖11」、「圖12」。
首先，請參閱「圖7」，該處理裝置50於接受到該線路的該俯視影像以及該側視影像後，係基於該線路影像中的一側邊界設定連續的複數個座標位置M1(X1,Y1,Z1)...Mn(Xn,Yn,Zn)...MN(XN,YN,ZN)，該座標位置的設定可以透過立體視覺法(Stereo Vision Algorithm)，將影像畫素座標系(u,v)轉換為世界座標系(Xw,Yw,Zw)並完成影像中目標座標位置的標定；於另一可行的實施例中，該複數個座標位置亦可以取樣於另一側邊界、中心線或是其他易辨識的參考特徵，於本發明中不予以限制。更於另一可行的實施例中，特別是在線掃描攝影機的實施例中，該座標位置可以由輸送帶裝置、載台裝置或其他類此的裝置的數據而回授確認。
接續，請一併參閱「圖8」，於設定完成該座標位置後，該處理裝置50係於該俯視影像中獲得上線寬W1、下線寬W2。上線寬W1與下線寬W2之間的相對位置則可以由上線影像中二側的線路俯視角寬度S1、S2或由二側線路俯視角寬度S1、S2的比值獲得。
接續，請一併參閱「圖9」，該處理裝置50於接收到線路的該側視影像後，係於該側視影像中分析線路影像中的線路側視長度W3。
於上面兩個步驟後，該處理裝置50將取得該上線寬W1、下線寬W2、線路俯視角寬度S1、S2、以及線路側視長度W3，並經由上面的線路資訊計算獲得線路厚度H時，同時記錄該等參數所屬的座標位置Mn(Xn,Yn,Zn)。
接續，請一併參閱「圖10」，於取得該上線寬W1、下線寬W2、以及線路厚度H、以及對應的座標位置Mn(Xn,Yn,Zn)時，該處理裝置50係依據該上線寬W1、下線寬W2以及線路厚度H建立目標截面影像。首先透過
第一側線路側視長度W3、第二側線路側視長度W4確認上線寬W1、下線寬W2的相對關係，在線路厚度H的條件確認的情況下，作為梯形截面的底長、頂長、高度、第一側斜邊、第二側斜邊均可以確認，而構成一三維影像截面圖ST。透過所建立的三維影像截面圖ST，可以確認三維影像截面圖ST的型態，藉以獲得線路瑕疵資訊。
最後，請一併參閱「圖11」、及「圖12」，經由該複數個線路的取樣座標位置M1(X1,Y1,Z1)...Mn(Xn,Yn,Zn)...MN(XN,YN,ZN)，以及個別對應於該座標位置M1(X1,Y1,Z1)...Mn(Xn,Yn,Zn)...MN(XN,YN,ZN)的三維影像截面圖ST1-STN，建立影像堆疊STK。完成影像堆疊STK後，於影像間隔的座標位置之間(M1(X1,Y1,Z1)...Mn(Xn,Yn,Zn)...MN(XN,YN,ZN))透過內插法(Interpolation)進行補充，藉此輸出如「圖11」所示的三維影像。
經由還原後的三維影像，可以經由截面的形狀所得到的線路資訊獲得線路瑕疵資訊，藉以確認瑕疵的種類及類型，提升人員目檢檢測的效率。
以下針對本發明基板量測方法進行詳細的說明，請一併參閱「圖13」，係為本發明中基板量測方法的流程示意圖，如圖所示：
本實施例係提供一種基板量測方法，包括以下步驟：於硬體的配置上，先提供第一影像擷取裝置20至該基板B的俯視方向側，用以獲取該基板B的一俯視影像(步驟S01)；同時提供第二影像擷取裝置30至該基板B的側視方向側，用以獲取該基板B的一側視影像(步驟S02)。
提供檢測平台10調整該基板B、該第一影像擷取裝置20以及該第二影像擷取裝置30之間的相對位置關係(步驟S03)。
於步驟S03中，該第一影像擷取裝置20及該第二影像擷取裝置30拍攝基板B的時間並不一定要有先後的執行順序，可先執行第一影像擷取裝置20的拍攝獲取俯視影像或先執行第二影像擷取裝置30的拍攝獲取側視影像、或兩者同時進行，此部分於本發明中不予以限制。
接續，提供處理裝置50接收並根據該俯視影像及該側視影像，產生該基板B上的線路資訊(步驟S04)。該基板B上的線路資訊包括上線寬、下線寬及/或線路側視長度。
於獲得上線寬、下線寬及/或線路側視長度後，該處理裝置50根據該上線寬、下線寬與該線路側視長度獲得該基板B上的線路截面積(步驟S05)。
最後，於獲得該線路截面積後，該處理裝置50根據該線路截面積獲得該基板B上的線路載流能力(步驟S06)。
綜上所述，本發明透過建立線路的三維影像圖，可以有效的提升人檢或機器檢測時的正確率，藉此進一步增加產品最終的良率及效率。此外，本發明透過重建線路的三維影像圖，可以獲得每段線路線路的承載值，藉此計算並獲得電路板上線路的載流能力。此外，本發明透過建立線路的三維影像圖，可以進一步讓人員或機器確認所檢測到的缺陷究竟是平面結構或是立體結構，可以更容易確認缺陷的類型並有助於追蹤產品製程中的缺失。
100:基板量測系統
10:檢測平台
20:第一影像擷取裝置
30:第二影像擷取裝置
40:輔助光源
50:處理裝置
Claims (19)
- 一種基板量測系統，用於量測一基板上的線路資訊，該基板量測系統包括：一第一影像擷取裝置，設置於該基板的俯視方向側，用以獲取該基板的一俯視影像；一第二影像擷取裝置，設置於該基板的側視方向側，用以獲取該基板的一側視影像；一檢測平台，用以調整該基板、該第一影像擷取裝置以及該第二影像擷取裝置之間的相對位置關係；以及一處理裝置，接收並根據該俯視影像及該側視影像，產生該基板上的線路資訊，其中該基板上的線路資訊包括上線寬、下線寬或/及線路側視長度。
- 如請求項1所述的基板量測系統，其中該處理裝置根據該線路資訊，以獲得該基板上的線路厚度。
- 如請求項1所述的基板量測系統，其中該處理裝置根據該線路資訊，以獲得該基板上的線路截面積。
- 如請求項3所述的基板量測系統，其中該處理裝置根據該線路截面積，以獲得該基板上的線路載流能力(Current-Carry Capacity)。
- 如請求項4所述的基板量測系統，其中該線路載流能力可 透過下列方程式獲得：I=k△T 0.44 A 0.725；其中，I為最大電流載流能力，k為修正係數，△T為最大溫差，A為線路的截面積。
- 如請求項4所述的基板量測系統，其中該處理裝置透過查表法獲得該線路載流能力。
- 如請求項1所述的基板量測系統，其中該線路資訊更包括該基板上的目標線段路徑。
- 如請求項7所述的基板量測系統，其中該處理裝置根據該線路資訊，以獲得該目標線段路徑的線段體積。
- 如請求項1所述的基板量測系統，其中該處理裝置根據立體視覺法獲得該基板的線路三維影像。
- 如請求項1所述的基板量測系統，其中該線路資訊更包括線路瑕疵資訊。
- 如請求項1所述的基板量測系統，其中該第一影像擷取裝置或該第二影擷取裝置的類型包括線掃描相機或面掃描相機。
- 如請求項1所述的基板量測系統，其中該第二影像擷取裝置的數目包括複數個，且設置於該基板的相對兩個側視方向側；其中該第二影像擷取裝置的視角或傾斜角度為可調整的。
- 如請求項1所述的基板量測系統，其中該檢測平台包括一輸送帶裝置或一載台裝置，用於承載並運送該基板至一偵測區域。
- 如請求項1所述的基板量測系統，其中該檢測平台包括一攝影機移動裝置，用於承載並移動該第一影像擷取裝置或該第二影像擷取裝置。
- 一種基板量測方法，包括：提供一第一影像擷取裝置至該基板的俯視方向側，用以獲取該基板的一俯視影像；提供一第二影像擷取裝置至該基板的側視方向側，用以獲取該基板的一側視影像；提供一檢測平台調整該基板、該第一影像擷取裝置以及該第二影像擷取裝置之間的相對位置關係；提供一處理裝置接收並根據該俯視影像及該側視影像，產生該基板上的線路資訊，其中該基板上的線路資訊包括上線寬、下線寬或/及線路側視長度。
- 如請求項15所述的基板量測方法，更進一步包括該處理裝置根據該線路資訊獲得該基板上的線路截面積。
- 如請求項16所述的基板量測方法，更進一步包括該處理裝置根據該線路截面積獲得該基板上的線路載流能力。
- 如請求項17所述的基板量測方法，其中該處理裝置根據下列方程式獲得該線路載流能力：I=k△T 0.44 A 0.725；其中，I為最大電流載流能力，k為修正係數，△T為最大溫差，A為線路的截面積。
- 如請求項15所述的基板量測方法，其中該處理裝置透過查表法獲得該線路載流能力。
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