用於帶引線的集成電路的三維檢測的製作方法

2023-06-15 08:14:31

專利名稱：用於帶引線的集成電路的三維檢測的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於帶引線的集成電路(IC)的三維檢測的裝置。
背景技術：
在帶有多個插腳或引線的電子元件，如集成電路的製造中，有人已經提出了使用光學系統的檢測系統，這些檢測系統提供了對電子元件的三維檢測。
為了獲得對IC元件的三維檢測，有人還提出，提供至少兩條光路，沿著這些光路將被檢測的集成電路的不同圖像傳輸到圖像傳感器。
例如，美國專利5,909,285中公開了一種用於集成電路檢測的方法，該方法包括一個相機，將所沉積的精密樣式掩模成像在被檢測的透明標線上。使用漫射光對被檢測的集成電路進行照射。通過使用上方的鏡面或稜鏡，集成電路的側視圖被反射到相機上。但是，該方法使用順光照射，還需要集成電路被完全精確地定位在透明標線上。
從美國專利5,910,844可以得知一種視覺檢測系統，該系統中八幅光學圖像被同時記錄在單數個圖像幀中，這些圖像從兩臺光學相機輸出。根據美國專利5,910,844的該檢測系統需要複雜的光學反射裝置，該裝置使用多個光學定向部件。但是，根據美國專利5,910,844，當檢測不同尺寸的對象時，光學定向部件不得不進行有選擇性的調整。
此外，從美國專利申請09/205,852可以得知一種光學檢測系統，該系統用於確定對象相對於參照物的位置信息。用作系統參照物的基準被放置在被檢測對象附近。此外，提供用於照射對象的漫射光源。設置該光源以使對象上的點和基準上的點沿著至少兩條光路與它們的圖像在相同的平面內，這些光路彼此形成一個角度。另外，提供成像子系統，獲取沿兩條光路的圖像。為了提供對象上的點相對於基準上的點的位置信息，通過成像子系統對獲取的圖像進行相關和分析。根據美國專利申請09/205,852，通過使用梯形稜鏡形成一條光路，和使用平面鏡形成另一條光路，從而形成兩條光路是可能的，這兩條光路被中繼傳播到成像子系統上。此外，使用單個梯形稜鏡以提供兩條光路也是可能的。通過這種方法，一條光路沿著梯形稜鏡的內表面形成，另一條光路沿著梯形稜鏡的外表面形成。
但是，根據美國專利申請09/205,852，這兩條光路的光程不同，以至圖像質量遭到損害，因此檢測系統的精度也遭到損害。此外，如雙面集成電路的對象的兩個面通過使用兩個如美國專利09/205,852所公開的各自提供兩個光路的光學結構來進行檢測，在這種情況下，由於在檢測系統所產生圖像的中部存在大塊的空白區域，光學子系統需要大面積的傳感器以獲取來自兩條光路的圖像。

發明內容
本發明為帶引線的集成電路(IC)提供了一種檢測系統。根據本發明的系統能夠在受限制的空間中測試寬體IC封裝的引線。換言之，本發明的目的在於可以以一種非常緊湊的方式進行IC引線的三維測量。
根據本發明的系統包含基準，該基準中有由參考邊所確定的開孔，所述基準提供一個至少基本上垂直於系統的光軸的參考面，其中，被檢測的對象被定位為與基準的開孔是重疊關係。該系統還包括橫向漫射光源，用於橫向地照射漫射光到物體上通過開孔，從而通過開孔在幾個投影方向，對被定位的對象包括引線的輪廓和參考邊的輪廓圖像進行投影；光學側面稜鏡，用於接收來自第一投影方向的輪廓圖像的第一投影光。所述側面稜鏡有入射面、出射面和內反射面，該內反射面協同入射面和出射面工作用於內反射第一投影光，使其通過側面稜鏡的出射面，在出射方向指向成像面，系統包括光學中央稜鏡，被放置以接收來自第二投影方向的輪廓圖像的第二投影光，所述中央稜鏡在預定位置具有入射折射面和與入射折射面協同工作的出射折射面，以使第二投影光被入射折射面和被出射折射面折射到成像面。側面稜鏡和中央稜鏡被設計和放置，以使第一和第二投影的投影路徑在帶引線的對象的輪廓和成像面之間有相同的光程。
為了提供由側面稜鏡和中央稜鏡各自確定的在對象包括引線的輪廓和成像面之間的兩條投影路徑的相同的光程，必須改變側面稜鏡的外形，以對應於中央稜鏡的外形以及光源從對象輪廓出發並通過中央稜鏡到達成像平面的光程，反之亦然。換句話說，側面稜鏡和中央稜鏡的尺寸和放置必須相互協調，即配對。基於通過不同的光學介質時，光線的光程不同的原理，因此光程是幾何長度和光學介質的函數。於是，通過分別為側面稜鏡和中央稜鏡提供兩種不同的光學介質，以及第三介質空氣，通過考慮在第三介質空氣中的特定結構來改變各個稜鏡的尺寸，則能夠獲得符合相同光程的匹配。
根據本發明的優選實施例，為測量或檢測如雙面或更多面的IC元件的兩個或更多的面，可以配置兩個或更多相同的光學側面稜鏡。這意味著，具有單個側面稜鏡和中央稜鏡的系統相對於中軸成鏡像，於是多個側面稜鏡繞系統的光軸對稱放置，它們也相對於公共的中央稜鏡對稱放置，反過來中央稜鏡也繞系統的中軸對稱放置。結果，IC各個面的輪廓的投影通過各個側面稜鏡和中央稜鏡，為對象的每個面確定兩個投影。因此，有多個面的IC元件的每一面可以同時被檢測。
此外，在優選實施例中，為了減少獲取投影圖像所需的圖像面積，該投影圖像由一個或兩個光學側面稜鏡和中央稜鏡提供，提供了一個偏長方形稜鏡，該偏長方形稜鏡將影響第一和第二投影的移動使其平行於和靠近系統的光軸。因此減少了用於檢測的圖像面積，這導致了有效圖形解析度的提高，於是得到改善的測量準確性。
最好，檢測系統所產生的圖像由視頻相機通過透鏡來獲取，然後由計算機的處理器進行數位化和處理，以確定對象相對於基準的三維坐標。


為了說明本發明，這裡將結合如下附圖描述優選實施例，其中圖1示出了根據本發明的優選實施例的檢測系統的示意圖；圖2分別示出了側面稜鏡和中央稜鏡的兩條照射光束的路徑；
具體實施例方式
根據本發明的一個優選實施例，用於檢測具有帶引線的IC元件形式的對象的檢測系統如圖1所示，該檢測系統包括基準1，其中有由參考邊12所確定的開孔2，基準1提供與系統光軸A垂直的參考面；對象託架30，用於定位對象10，使其與基準1的開孔2是重疊關係，於是位於由系統所聚焦的平面上；漫射光源3，用於通過開孔2發射漫射光，因此將對象10包括引線的輪廓和參考邊12的輪廓通過開孔2在幾個投影方向上投影。該系統還包括兩個光學側面稜鏡5，用於接收輪廓和引線的投影；中央稜鏡6和圖像探測系統9，該探測系統包括透鏡和有圖像傳感器的相機。
如圖1所示，光照3最好被橫向地放置在基準1的頂上，但是也能夠被設置在基準上方。最好，光照3發射單一波長或窄帶寬波長的光，以減少色散，否則在光學稜鏡中由於長的傳播距離可能引起色散。例如，這種窄帶寬的光照3可以通過濾光器(未示出)實現。
例如，對象可以由對象託架30定位在開孔2的附近區域且與開孔2重疊，對象託架30最好具有一個真空末梢以從上方吸住對象10。對象10與系統的光軸A對準，它相對基座的位置能被對象託架所改變和調整以安排對象達到一種效果，對稱的對象點位於平行於開孔即基準的參考面的平面中。光照3提供漫射的逆光照明。於是，通過把被檢測的具有引線的對象置於所述漫射光線中，對象10的引線或插腳81和對象10的封裝體82被光照3背光照射。
如上所述，基準1為系統提供參考面。最好，該基準以及參考面，至少基本上垂直於系統的光軸。開孔2在基準1上形成，由四條參考邊12或兩對平行的參考邊12確定，其中，兩條相對的參考邊的間距已知。基準1的兩條相對的參考邊12的間距比要被檢測的最大的IC元件的外部尺寸稍大。為了提供穩定的參考面，基準1由機械上強度大和穩定的材料製成，如碳化物或不脹鋼。基準1的上表面被打磨和拋光到相當高的平整度。基準1的參考邊12被製造得尖銳且直，並精確完成。構成參考邊12的基準1的孔壁可以被塗黑，以避免或減少來自相對的光照的反射。
在離開基準的面後，來自各個光源並具有位於特定角度範圍內的入射角的投影光照射在各自的側面稜鏡5上。這如圖1所示，所說明的優選實施例包括兩個光學側面稜鏡，以用於檢測IC元件的兩個側面，這些側面包含IC的引線。兩個光學側面稜鏡5都相對於系統的光軸A對稱放置。每個光學側面稜鏡有六個側面和一個四邊橫截面，該四邊橫截面包括入射面61，出射面62和內反射面52，該內反射面52協同入射面和出射面工作，用於對象和開孔的輪廓的投影的內反射，以指向成像面110的出射方向通過各個側面的出射面，使得所述輪廓和成像面之間的第一投影路徑被確定。
在側面稜鏡的入射面和出射面發生折射是可能的，這依賴於投影光照射到相應面的角度。當側面稜鏡的反射面相對於成像面的傾斜使得通過入射面以某一預定角度範圍進入的反射光被調節為平行於系統的中軸，出射面垂直於中軸。結果，離開各自側面稜鏡的投影被調節為平行於所述中軸A，即系統的光軸。
系統還包括光學中央稜鏡6，該中央稜鏡有入射折射面63和出射折射面64，其中對象輪廓和開孔的入射的投影光，在入射折射面63和出射折射面64都被折射，以在所述輪廓和成像面110間形成第二投影路徑。中央稜鏡6有六邊的橫截面，在使用兩個側面稜鏡的情況下，有8個側面，在使用四個側面稜鏡的情況下，中央稜鏡6有10個側面。中央稜鏡6有一軸，繞該軸對稱放置中央稜鏡，其中，當中央稜鏡被置於系統中時，該中央稜鏡的軸與系統的中軸A重合。
當中央稜鏡的出射折射面64相對於中軸以一定角度傾斜以使從出射折射面出來的光線被折射成與光軸A平行時，入射折射面與成像面平行，即垂直於系統的中軸，並因此垂直於中央稜鏡的法線。
根據優選實施例，當使用兩個相對的側面稜鏡時，兩個偏長方形稜鏡8被放置在光學側面稜鏡和中央稜鏡之下，即位於(i)側面稜鏡各自的出射面62和中央稜鏡的出射折射面64，和(ii)成像面110之間，偏長方形稜鏡被調節指向該檢測系統的光軸A。此外，每一偏長方形稜鏡8相對於系統的光軸對稱放置。偏長方形稜鏡的這种放置可以允許向系統的光學中軸A移動進入各個偏長方形稜鏡的投影光，以減少獲取投影的圖像所需的圖像面積。
每一偏長方形稜鏡8包含垂直於光軸的入射面和出射面，和兩個內反射面，用於反射投影光，該投影光在其路徑內通過所述稜鏡。使入射面具有的尺寸能夠接收投影路徑91和投影路徑92的光，即分別離開側面稜鏡5和中央稜鏡6的光。各自的投影光首先被垂直投射到入射面，再以45度角投射到第一反射面，以90度角被反射。投射光接著再以45度角投影到第二反射面，於是所述光在最後的反射後平行於中軸A。因為投影光平行於系統光軸進入各自的偏長方形稜鏡，因而每一反射面相對於所述軸A以45度角傾斜，因此對比入射和出射偏長方形稜鏡的投影光，各自的投影光的方向沒有被偏長方形稜鏡所改變，但僅僅是移動得更靠近系統的光學中軸。因此，減少了雙面檢測的圖象面積，而導致有效的圖像解析度的提高，於是得到改善的測量精度。
最好，提供連結到視頻相機7，並對準系統的光軸放置的透鏡(未示出)。在成像面上放置傳感器板，該傳感器板屬於視頻相機7，於是包含基準1的參考邊12的輪廓、對象10的引線端81和封裝體82的輪廓的投影的單一圖像被獲取。這個圖像為該對象的一側生成，這通過將基準1的參考邊12、對象10的引線端81和封裝體82的輪廓沿著兩個投影路徑91和92進行投影，這兩個投影路徑91和92具有兩個不同的方向，分別對應於兩個不同的視角θ1和θ2，於是包含有三維信息。將視頻相機7所獲取的圖像使用數字圖像處理方法，如邊緣檢測方法，進行數位化和分析。也就是說，該系統提取，如對象10的封裝外形和引線端的特徵的相對位置，並通過對獲取的圖像進行相關和分析計算機械參數，如引線間距和接頭尺寸。
參考圖2，分別示出了左側面稜鏡和中央稜鏡的兩條投影光路，其中，僅公開一側的稜鏡的配置，因為優選的配置相對於光軸對稱，於是相應的投影光路徑就通過如圖1所示的相對的第二側面稜鏡(未示出)生成。
如圖2所示的兩條投影路徑都從對象的一點P開始，該點確定了將被檢測的對象的輪廓點，其中，該點能沿著光學側面稜鏡5和中央稜鏡6所提供的兩條投影路徑91和92觀測到。於是該對象點P應當位於能被系統所聚焦的平面中。這兩條不同的投影路徑91和92提供一個對象點在兩個不同的視角θ1和θ2的兩個不同的視圖。
第一投影路徑91由光學側面稜鏡5的內表面52的全部內反射所定義。該第一投影路徑91與第一視角θ1相關。這如圖2所示，所述第一投影路徑包括路徑a，b和c，其開始於對象點P，結束於成像面110。
第二投影路徑92由中央稜鏡6的在入射折射面63和出射折射面64的折射所定義。該第二投影路徑92與第二視角θ2相關。這如圖2所示，所述第二投影路徑包括路徑d，e和f，其開始於對象點P，結束於成像面110。
兩個不同的視角θ1和θ2通過在側面稜鏡5的反射面52的平面和中央稜鏡6的入射折射面63的平面之間的預定角度來提供。
雖然只有在側面稜鏡5的反射面52的反射用來移動投影光以平行於光學中軸A，但通過中央稜鏡的第二投影路徑的投影光在入射折射面和出射折射面被移動兩次以調節該光使其平行於光軸A。
要將投影光向光學中軸，即中央稜鏡的法線移動，中央稜鏡必須有比外部其他介質高的折射係數。根據本發明的優選實施例，其他介質是空氣，其折射係數大約為1。
如圖2所示，在面100和成像面110之間，第一投影路徑91的投影光和第二投影路徑92的投影光被調節以平行於系統的光軸A。
根據本發明，在兩投影光光線之間的光程差在出射面100被補償，該出射面被設置平行於基準1，並與光學側面稜鏡5的底面對齊，但是視角θ1和θ2之間的最大許可角差被保持，在圖像中維持了引線端81和參考邊12之間足夠的空白。
第一投影路徑91和第二投影路徑92之間在面100的光程差6可以通過公式1進行計算δ＝[a/n1]+[(b+c)/n2]-[(d+f)/n1]-e/n3其中a，b，c，d，e和f都是投影路徑91和92的部分長度，n1是光學稜鏡以外的介質的折射係數，n2是光學稜鏡5的材料的折射係數，n3是中央稜鏡6的材料的折射係數。這裡，光程可以表示為Lo＝Lg*n，其中Lo是光程，Lg是幾何長度，n是幾何長度所通過的材料的折射係數。
由於稜鏡5以外的介質最好是空氣，所以n1等於1，於是公式1可以寫作δ＝a+[(b+c)/n2]-(d+f)-[e/n3]通過分別選擇具有合適的折射係數n2和n3的材料，第一投影路徑91(a+b+c)和第二投影路徑(d+e+f)之間的光程差δ就可以被補償。
使用除空氣外的另一種介質作為其他介質也是可能的，如另一種氣體，液體，或玻璃。
如上所述，影響兩條投影路徑91和92的光程的一個方面是給光學側面稜鏡5和中央稜鏡6選擇適合的光學材料，該投影路徑91和92分別以視角θ1和θ2來自諸如參考邊12或對象的引線端81的相同對象點。
減小兩條投影路徑間的光程差的另一個方面是採用合適的視角θ1和θ2，以及合適的光學側面稜鏡5和/或中央稜鏡6的尺寸。
根據本發明的優選實施例，影響兩條投影路徑91和92的光程相等的另一個方面是基準1的開孔2的尺寸，以及光學側面稜鏡5和/或中央稜鏡6相對於基準1和基準1的開孔2的設置。
雖然參考優選實施例對本發明進行了詳細地描述，但是應該明白的是在不背離所附加的權利要求中所確定的本發明精神和範圍，可以進行各種變化、替代和改變。
權利要求
1.一種光學檢測系統，用於檢測具有帶引線的集成電路元件形式的對象，所述系統具有光軸並包括基準(1)，該基準中有由參考邊(12)所確定的開孔(2)，所述基準提供一個至少基本上垂直於系統的光軸(A)的參考面，其中，待檢測的對象(10)被定位在預定位置，與基準(1)的開孔(2)是重疊關係；橫向漫射光源(3)，用於橫向地照射漫射光到物體上和通過開孔(2)，從而通過開孔(2)在幾個投影方向，對被定位的對象(10)包括引線的輪廓和參考邊(12)的輪廓圖像進行投影；光學側面稜鏡(5)，用於接收來自第一投影方向的輪廓圖像的第一投影光，所述側面稜鏡有入射面(51)，出射面(62)和內反射面(52)，該內反射面協同入射面和出射面工作用於內反射第一投影光，使其通過側面稜鏡的出射面，在出射方向指向成像面；光學中央稜鏡(6)，被放置以接收來自第二投影方向的輪廓圖像的第二投影光，所述中央稜鏡(6)在預定位置具有入射折射面(63)和與入射折射面協同工作的出射折射面(64)，以使第二投影光被入射折射面和被出射折射面折射到成像面(110)；其中，側面稜鏡(5)和中央稜鏡(6)被設計和放置，以使第一和第二投影的投影路徑在帶引線的對象(10)的輪廓和成像面(110)之間有相同的光程。
2.如權利要求1的系統，還包括在成像面上設置的圖像探測系統，用於探測所述輪廓的兩個投影的圖像。
3.如權利要求2的系統，其中，所述圖像探測系統包括透鏡和有圖像傳感器的相機(7)。
4.如權利要求1到3之一的系統，其中，所述的第一投影方向和所述第二投影方向分別對應於第一視角(Θ1)和第二視角(Θ2)，這兩個視角相互不同。
5.如權利要求1到4之一的系統，還包括偏長方形稜鏡(8)，該偏長方形稜鏡被放置在側面稜鏡和中央稜鏡的出射面和成像面之間，用於將進入該偏長方形稜鏡的投影移動到平行並靠近於系統的光軸。
全文摘要
本發明涉及一種光學檢測系統，該系統用於檢測具有帶引線的IC元件形式的對象，其中，對象(10)被定位為與基準(1)的開孔(2)是重疊關係，並被橫向的漫射光源(3)所照射，從而通過開孔(2)在幾個投影方向對參考邊(12)的參考輪廓和對象(10)的輪廓圖像進行投影。提供了光學側面稜鏡(5)和中央稜鏡(6)以接收來自兩個不同的入射角的投影光，於是定義了兩個不同的投影路徑(91，92)，因此通過分析來自一個對象點的這兩條投影路徑的光，就可以獲取三維圖像。側面稜鏡(5)和中央稜鏡(6)被設計和放置以使第一和第二投影的投影路徑(91，92)在對象(10)的帶引線的輪廓和系統的成像面(110)之間有相同的光程。
文檔編號H05K13/04GK1448043SQ01814393
公開日2003年10月8日 申請日期2001年8月22日 優先權日2000年8月22日
發明者黃濟剛, 王英建, 塗編生, 譚其平 申請人:安捷倫科技有限公司