一種多層封裝基板缺陷的x射線檢測方法及系統的製作方法
2023-05-07 04:57:31 3
一種多層封裝基板缺陷的x射線檢測方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法及系統，方法包括下述步驟：（1）投影數據的採集；（2）二維斷層圖像的重建；（3）三維圖像的重建；（4）對得到的三維圖像進行虛擬切割；（5）基於SURF特徵將得到的二維切片X與相應的標準的切片圖像進行配準；（6）根據變換矩陣H確認其在標準圖像上是否有相應的匹配點；（7）對得到的二值圖像進行開運算；（8）標註連通域；（9）缺陷位置的計算及缺陷灰度值信息的確定；（10）判斷基板的缺陷機理。本發明通過X射線3D成像技術獲取多層封裝基板的斷層圖像，檢測基板間通孔及互聯的物理缺陷，並將各種物理缺陷數據通過專家系統評估，自動判斷基板的缺陷機理，提高生產工藝可靠性。
【專利說明】一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及基板中缺陷的檢測方法及系統，特別是適用於多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法及系統。
【背景技術】
[0002]多晶片組件MCM(Mult1-Chip Module)是上個世紀90年代在微電子領域興起並得到迅速發展的一項新技術，它是將多個大規模集成電路LSI (Large Scale IntegratedCircuit)、超大規模集成電路 VLSI (Very Large Scale Integrated Circuit)的裸晶片，高密度地貼裝互連在多層布線的印刷電路板PCB (Printed Circuit Board)、多層陶瓷(厚膜)基板或薄膜多層布線的基板上(矽、陶瓷或金屬基)，然後再整體封裝起來構成能完成多功能、高性能的電子部件、整機、子系統乃至系統所需功能的一種新型微電子組件。它既是一種先進的微電子組裝新技術，也是先進電子元器件與整機系統之間的一種先進接口技術。目前，MCM技術己進入全面應用階段。它以布線密度高、互連線短、體積小、重量輕和性能優良等顯著特點受到世界各國電子整機商的重視，被廣泛應用於計算機、通信、軍事、宇航和汽車等領域。
[0003]多層布線基板是MCM多晶片組件的重要支撐，其作用有三個:一是給裸晶片和外貼元器件提供安裝平臺；二是實現MCM內部元器件之間的互連；三是為MCM工作時產生的熱量提供傳輸通路。多層基板技術是製作MCM的關鍵技術，它極大地影響MCM的體積、重量、可靠性和電性能。多層基板的缺陷如通孔間連線斷掉或變窄，劃痕、裂紋、弱連接，引線的扭曲、彎折或斷裂以及界面的汙染都會影響著MCM的可靠性，影響著MCM的廣泛應用。因此，必須發明新的方法並構建新的檢測系統去精確的檢測多層基板的缺陷，並判斷缺陷的機理，提聞生廣工藝的可罪性並提聞成品率。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法。
[0005]本發明的另一目的在於，提供一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法的系統。
[0006]為了達到上述第一發明目的，採用以下技術方案:
[0007]一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法，包括下述步驟:
[0008](I)投影數據的採集；
[0009](2) 二維斷層圖像的重建；
[0010](3)三維圖像的重建；
[0011](4)對得到的三維圖像進行虛擬切割，得到檢測所需的二維切片X ；
[0012](5)基於SURF特徵將得到的二維切片X與相應的標準的切片圖像進行配準，得到變換矩陣H ；
[0013](6)針對X的每一個像素點，根據變換矩陣H確認其在標準圖像上是否有相應的匹配點，最終形成二值圖X1,白色像素為缺陷區域，即表示圖中該位置的像素點不能在標準圖上找到匹配點，黑色像素點表示圖中該位置的像素點能在標準圖上找到匹配點；
[0014](7)形態學圖像處理:對得到的二值圖像進行開運算，消除孤立點，得到圖像X2，再做閉運算，消除由於匹配誤差而造成的缺陷區域的分裂形成圖像X3 ；
[0015](S)Blob分析:標註連通域，計算缺陷的面積、周長、圓形度；
[0016](9)缺陷位置的計算及缺陷灰度值信息的確定 ；
[0017]( 10)專家系統評估:判斷基板的缺陷機理。
[0018]優選的，步驟(2)中的二維斷層圖像的重建，包括以下幾個步驟:
[0019](2-1)投影係數矩陣的計算；
[0020](2-2)將二維斷層圖像的求解問題轉化為有限制的優化問題；
[0021 ] (2-3)應用ART-TV方法求解上述有限制的優化問題。
[0022]優選的，步驟(3)中三維圖像的重建，包括以下幾個步驟:
[0023](3-1)讀取二維X光CT斷層圖像序列；
[0024](3-2) 二維斷層圖像預處理；
[0025](3-3) 二維斷層圖像最小二乘B樣條擬合輪廓線；
[0026](3-4) 二維斷層圖像序列MC算法3D重建。
[0027]優選的，步驟(5)中基於SURF特徵將得到的二維切片X與相應的標準的切片圖像進行配準，得到變換矩陣H，包含以下步驟:
[0028](5-1)提取 SURF 特徵點；
[0029](5-2)匹配 SURF 特徵點；
[0030](5-3)去除誤匹配點對；
[0031](5-4)計算變換矩陣H。
[0032]優選的，步驟(7)中對圖像進行形態學處理，消除孤立點以及由於匹配誤差而造成的缺陷區域的分裂，其中B_l，B_2為結構元素，包含以下步驟:
[0033](7-1)開操作:X 2= (X IeB I )十B I；
[0034](7-2)閉操作:X—3二 (X—2十B—2 )?B—2。
[0035]優選的，步驟(8)中對圖像進行Blob分析，標註連通域，計算缺陷的面積、周長、圓形度，包括以下步驟:
[0036](8-1)設從左到右，從上到下，搜索圖像像素為255的點；
[0037](8-2)若該點未標記，則以該點為起始點進行連通分量的提取，Y—k= (Y—(k-Ι)十B—3 ) η X—3，直到 Y_k=Y_(k-l)，B_3 為一個結構元素，Y_k 為一個連通域點集，並將這些位置的像素點設為k，k=k+l ；
[0038](8-3)若該點已被標記，則繼續搜索下一個像素值為255的未標記點；
[0039](8-4)針對每個連通域計算缺陷的面積，周長，圓形度。
[0040]優選的，步驟(9)中計算圖像位置，確定缺陷灰度值信息，包括以下步驟:
[0041](9-1)計算該缺陷在圖像上的橫縱坐標的均值:xk — ^Ck，Yk — ^Rk，Nk為該缺陷所含的像素個數，Ck為缺陷像素的橫坐標的總和，Rk為缺陷像素的縱坐標的總和；[0042](9-2)根據缺陷的位置信息，在切片圖像X上找到該缺陷的灰度值信息。
[0043]為了達到上述第二發明目的，採用以下技術方案:
[0044]一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法的系統，包括:
[0045]投影數據採集系統，用於獲取穿過多層封裝基板後的X-Ray劑量，並根據X-Ray劑量初始值，計算出X-Ray射線的衰減值；
[0046]二維斷層圖像重建系統，用於計算二維斷層圖像的投影矩陣，根據該投影矩陣，將二維斷層圖像的重建問題轉化為一個凸優化問題，並應用ART-TV算法求解該凸優化問題，得到二維斷層圖像；
[0047]三維圖像重建系統，用於讀取二維X-Ray斷層序列圖像，經過預處理後，應用最小二乘法擬合二維圖像輪廓線，以及MC算法進行三維重建；
[0048]三維圖像的虛擬切割系統，用於二維切片的切割，對於完整的三維圖像，可以從任意的角度，任意的方向進行切割，得到待檢測切片；
[0049]圖像配準系統，用於提取和匹配SURF特徵點，去除誤匹配點後，計算變換矩陣；
[0050]缺陷二值圖像的生成系統，用於在得到的待檢測切片上找到缺陷點，根據變換矩陣，確認待檢測切片上的點在標準的二維切片上是否有對應的特徵點，最終形成二值圖，白色像素為缺陷區域，即表示圖中該位置的像素點不能在標準圖上找到匹配點，黑色像素點表示圖中該位置的像素點能在標準圖上找到匹配點；
[0051]形態學圖像處理系統，用於對獲得的二值圖像進行形態學處理，消除孤立點以及由於匹配誤差而造成的缺陷區域的分裂；
[0052]Blob分析系統，用於標註連通域，計算缺陷的面積，周長，圓形度；
[0053]缺陷位置計算系統，用於確定缺陷的位置信息，通過計算缺陷區域的橫縱坐標的平均值獲得；
[0054]缺陷灰度信息的確定系統，用於確定缺陷區域的灰度信息，通過計算缺陷區域的灰度平均值獲得；
[0055]專家評估系統，用於根據獲取的缺陷的面積，周長，圓形度，以及缺陷灰度值信息判斷基板的缺陷機理。
[0056]本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果:
[0057]本發明通過X-Ray斷層重建技術獲得二維切片，並進行三維圖像的重建，從而可在任意角度，任意方向對得到的三維圖像進行切割，得到所需的待檢測二維切片，更加方便的檢測多層封裝基板的內部缺陷；應用配準的方法，對於缺陷的定位更為精準；同時專家系統的存在，可自動判斷基板的缺陷原理，期間不再需要人為的幹預，真正實現自動化的評估，提高了生產的效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0058]圖1是本發明檢測方法的流程圖。
[0059]圖2是本發明系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0060]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
[0061]實施例
[0062]如圖1所示:本發明所述一種面向多層封裝基板缺陷的X射線3D檢測方法包括以下步驟:
[0063](I)投影數據的採集；
[0064](2) 二維斷層圖像的重建；
[0065](2-1)投影係數矩陣的計算；
[0066](2-2)將二維斷層圖像的求解問題轉化為有限制的優化問題；
[0067](2-3)應用ART-TV方法求解上述有限制的優化問題；
[0068](3)三維圖像的重建；
[0069](3-1)讀取二維X光CT斷層圖像序列；
[0070](3-2) 二維斷層圖像預處理；
[0071](3-3) 二維斷層圖像最小二乘B樣條擬合輪廓線；
[0072](3-4) 二維斷層圖像序列MC算法3D重建。
[0073](4)對得到的三維圖像進行虛擬切割，得到檢測所需的二維切片；
[0074](5)基於SURF特徵將得到的二維切片與相應的標準的切片圖像進行配準，得到變換矩陣；
[0075](5-1)提取 SURF 特徵點；
[0076](5-1-1)特徵點檢測:建立積分圖像，構建圖像的尺度空間，對特徵點的定位；
[0077](5-1-2)特徵點描述:確定特徵點的主方向，將特徵點的領域旋轉到主方向，對特徵點進行描述；
[0078](5-2)匹配 SURF 特徵點；
[0079](5-3)去除誤匹配點對；
[0080](5-4)計算變換矩陣。
[0081](6)針對的每一個像素點，根據變換矩陣確認其在標準圖像上是否有相應的匹配點，最終形成二值圖X1，白色像素為缺陷區域，即表示圖中該位置的像素點不能在標準圖上找到匹配點，黑色像素點表示圖中該位置的像素點能在標準圖上找到匹配點；
[0082](7)形態學圖像處理:對得到的二值圖像進行開運算，消除孤立點，得到圖像X2，再做閉運算，消除由於匹配誤差而造成的缺陷區域的分裂形成圖像X3 ；
[0083](7-1)開操作:X2 = (X1 一
[0084](7-2)閉操作:X3 = (X2十B2) Θ B2 =
[0085](8) Blob分析:標註連通域,計算缺陷的面積,周長，圓形度；
[0086](8-1)設k=l從左到右，從上到下，搜索圖像像素為255的點；
[0087](8-2)若該點未標記，則以該點為起始點進行連通分量的提取；Yk = n X3，直到Yk=Yk+B3為一個結構元素，Yk為一個連通域點集，並將這些位置的像素點設為，k=k+l ；
[0088](8-3)若該點已被標記，則繼續搜索下一個像素值為255的未標記點；
[0089](8-4)針對每個連通域計算缺陷的面積、周長、圓形度。
[0090](9)缺陷位置的計算及缺陷灰度值信息的確定；[0091](9-1)計算該缺陷在圖像上的橫縱坐標的均值:xk = j4Ck，yk = j^Rk，Nk為該缺
陷所含的像素個數，Ck為缺陷像素的橫坐標的總和，Rk為缺陷像素的縱坐標的總和；
[0092](9-2)根據缺陷的位置信息，在切片圖像上找到該缺陷的灰度值信息
[0093](10)專家系統評估:專家系統根據獲取的缺陷的面積、周長、圓形度，以及缺陷灰度信息判斷基板的缺陷機理。
[0094]如圖2，一種面向多層封裝基板缺陷的X射線3D檢測系統包括:
[0095]投影數據採集系統，用於獲取穿過多層封裝基板後的X-Ray劑量，並根據X-Ray劑量初始值，計算出X-Ray射線的衰減值。
[0096]二維斷層圖像重建系統，用於計算二維斷層圖像的投影矩陣，根據該投影矩陣，將二維斷層圖像的重建問題轉化為一個凸優化問題，並應用ART-TV算法求解該凸優化問題，得到二維斷層圖像。
[0097]三維圖像重建系統，用於讀取二維X-Ray斷層序列圖像，經過預處理後，應用最小二乘法擬合二維圖像輪廓線，以及MC算法進行三維重建。
[0098]三維圖像的虛擬切割系統，用於二維切片的切割，對於完整的三維圖像，可以從任意的角度，任意的方向 進行切割，得到待檢測切片。
[0099]圖像配準系統，用於提取和匹配SURF特徵點，去除誤匹配點後，計算變換矩陣。
[0100]缺陷二值圖像的生成系統，用於在得到的待檢測切片上找到缺陷點，根據變換矩陣，確認待檢測切片上的點在標準的二維切片上是否有對應的特徵點，最終形成二值圖，白色像素為缺陷區域，即表示圖中該位置的像素點不能在標準圖上找到匹配點，黑色像素點表示圖中該位置的像素點能在標準圖上找到匹配點。
[0101]形態學圖像處理系統，用於對獲得的二值圖像進行形態學處理，消除孤立點以及由於匹配誤差而造成的缺陷區域的分裂。
[0102]Blob分析系統，用於標註連通域，計算缺陷的面積，周長，圓形度。
[0103]缺陷位置計算系統，用於確定缺陷的位置信息，通過計算缺陷區域的橫縱坐標的平均值獲得。
[0104]缺陷灰度信息的確定系統，用於確定缺陷區域的灰度信息，通過計算缺陷區域的灰度平均值獲得。
[0105]專家評估系統，用於根據獲取的缺陷的面積，周長，圓形度，以及缺陷灰度值信息判斷基板的缺陷機理。
[0106]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法，其特徵在於，包括下述步驟: (1)投影數據的採集； (2)二維斷層圖像的重建； (3)三維圖像的重建； (4)對得到的三維圖像進行虛擬切割，得到檢測所需的二維切片X； (5)基於SURF特徵將得到的二維切片X與相應的標準的切片圖像進行配準，得到變換矩陣H ； (6)針對X的每一個像素點，根據變換矩陣H確認其在標準圖像上是否有相應的匹配點，最終形成二值圖X1，白色像素為缺陷區域，即表示圖中該位置的像素點不能在標準圖上找到匹配點，黑色像素點表示圖中該位置的像素點能在標準圖上找到匹配點； (7)形態學圖像處理:對得到的二值圖像進行開運算，消除孤立點，得到圖像X2，再做閉運算，消除由於匹配誤差而造成的缺陷區域的分裂形成圖像X3 ; (8)Blob分析:標註連通域，計算缺陷的面積、周長、圓形度； (9)缺陷位置的計算及缺陷灰度值信息的確定； (10)專家系統 評估:判斷基板的缺陷機理。
2.根據權利要求1所述的一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法，其特徵在於，步驟(2)中的二維斷層圖像的重建，包括以下幾個步驟: (2-1)投影係數矩陣的計算； (2-2)將二維斷層圖像的求解問題轉化為有限制的優化問題； (2-3)應用ART-TV方法求解上述有限制的優化問題。
3.根據權利要求1所述的一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法，其特徵在於，步驟(3)中三維圖像的重建，包括以下幾個步驟: (3-1)讀取二維X光CT斷層圖像序列； (3-2) 二維斷層圖像預處理； (3-3) 二維斷層圖像最小二乘B樣條擬合輪廓線； (3-4) 二維斷層圖像序列MC算法3D重建。
4.根據權利要求1所述的一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法，其特徵在於，步驟(5)中基於SURF特徵將得到的二維切片X與相應的標準的切片圖像進行配準，得到變換矩陣H，包含以下步驟: (5-1)提取SURF特徵點； (5-2)匹配SURF特徵點； (5-3)去除誤匹配點對； (5-4)計算變換矩陣H。
5.根據權利要求1所述的一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法，其特徵在於，步驟(7)中對圖像進行形態學處理，消除孤立點以及由於匹配誤差而造成的缺陷區域的分裂，其中B_l，B_2為結構元素，包含以下步驟: (7-1)開操作:X—2=(X I SB I )十B I; (7-2)閉操作:X—3=(X—2十B—2 )?B—2。
6.根據權利要求1所述的一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法，其特徵在於，步驟(8)中對圖像進行Blob分析，標註連通域，計算缺陷的面積、周長、圓形度，包括以下步驟: (8-1)設從左到右，從上到下，搜索圖像像素為255的點； (8-2)若該點未標記，則以該點為起始點進行連通分量的提取，Y—k= (Y—(k-1)十B—3 ) Π X 3,直到 Y_k=Y_(k-l)，B_3 為一個結構元素，Y_k 為一個連通域點集，並將這些位置的像素點設為k，k=k+l ； (8-3)若該點已被標記，則繼續搜索下一個像素值為255的未標記點； (8-4)針對每個連通域計算缺陷的面積，周長，圓形度。
7.根據權利要求1所述的一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法，其特徵在於，步驟(9)中計算圖像位置，確定缺陷灰度值信息，包括以下步驟: (9-1)計算該缺陷在圖像上的橫縱坐標的均值:Xk — <Ck，Yk — <Rk，Nk為該缺陷所含的像素個數，Ck為缺陷像素的橫坐標的總和，Rk為缺陷像素的縱坐標的總和； (9-2)根據缺陷的位置信息，在切片圖像X上找到該缺陷的灰度值信息。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的一種多層封裝基板缺陷的X射線檢測方法的系統，其特徵在於，包括 : 投影數據採集系統，用於獲取穿過多層封裝基板後的X-Ray劑量，並根據X-Ray劑量初始值，計算出X-Ray射線的衰減值； 二維斷層圖像重建系統，用於計算二維斷層圖像的投影矩陣，根據該投影矩陣，將二維斷層圖像的重建問題轉化為一個凸優化問題，並應用ART-TV算法求解該凸優化問題，得到二維斷層圖像； 三維圖像重建系統，用於讀取二維X-Ray斷層序列圖像，經過預處理後，應用最小二乘法擬合二維圖像輪廓線，以及MC算法進行三維重建； 三維圖像的虛擬切割系統，用於二維切片的切割，對於完整的三維圖像，可以從任意的角度，任意的方向進行切割，得到待檢測切片； 圖像配準系統，用於提取和匹配SURF特徵點，去除誤匹配點後，計算變換矩陣； 缺陷二值圖像的生成系統，用於在得到的待檢測切片上找到缺陷點，根據變換矩陣，確認待檢測切片上的點在標準的二維切片上是否有對應的特徵點，最終形成二值圖，白色像素為缺陷區域，即表示圖中該位置的像素點不能在標準圖上找到匹配點，黑色像素點表示圖中該位置的像素點能在標準圖上找到匹配點； 形態學圖像處理系統，用於對獲得的二值圖像進行形態學處理，消除孤立點以及由於匹配誤差而造成的缺陷區域的分裂； Blob分析系統，用於標註連通域，計算缺陷的面積，周長，圓形度； 缺陷位置計算系統，用於確定缺陷的位置信息，通過計算缺陷區域的橫縱坐標的平均值獲得； 缺陷灰度信息的確定系統，用於確定缺陷區域的灰度信息，通過計算缺陷區域的灰度平均值獲得； 專家評估系統，用於根據獲取的缺陷的面積，周長，圓形度，以及缺陷灰度值信息判斷基板的缺陷機理。
【文檔編號】G01N23/04GK103543168SQ201310476277
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月12日 優先權日:2013年10月12日
【發明者】高紅霞, 陳科偉, 李致富, 胡躍明 申請人:華南理工大學