专利名称：芯片外观缺陷自动检测装置及检测方法
技术领域：
本发明涉及电子元器件外观缺陷的检测技术，特别涉及芯片外观缺陷自动 检测装置及检测方法。
背景技术：
当今电子元件封装迅速向微型化、片式化、高性能方向发展，元件引脚的 缺陷检测是进行正确封装的必要前提，其他外观缺陷检测是封装元件的质量保 证。芯片制造中的关键装备包括前工序芯片制造和后工序封装两个主要部分。 后工序装备主要包括与更密、更小、更轻的新型封装工艺相适应的高速高精度、 低成本的封装设备，并最终实现整个封装过程的全自动化。近年来，经过大规 模的调整和发展，我国的生产线己经具备前工序主要设备配套能力，但后工序 关键设备的研制方面尚处起步阶段，越来越先进的高速图像分析技术被应用于 工业和军事领域等众多领域，例如电子产品的生产与制造方面，其核心技术之
一是采用计算机视觉技术对产品元件进行高速、高精度定位和检测，因而可用 作芯片后工序生产过程的实时高速高精度和高可靠性的芯片外观质量检测。
目前很多生产线上仍然采用传统的人工目测检测，发现缺陷后，手动剔除 不合格产品，这样现有的质量检测状况存在以下几方面问题(1)由于芯片生 产量大，操作者工作在持续不断的生产线上，长时间用眼造成视觉疲劳，使质 量保证系统受到人为主观干扰；(2)由人的视觉形成的标准是一个非量化的、 非恒定的尺度，因而造成质量标准波动，直接导致产品质量控制不稳定；(3) 人眼判断速度不及计算机对图像的处理运算速度快，使得检测效率低因而增加 产品生产成本；(4)对于体积极小的贴装芯片，人眼难以进行判断。另有部分 生产中使用计算机图像处理技术，但仅通过摄像头对芯片的管脚位置和数目进 行检测，检测的范围只限于管脚，没有包括在芯片外观质量检测中应检的管脚 涂覆颜色、芯片表面印字颜色、芯片分割尺寸误差、管脚标记点位置准确度等。 达不到IC芯片缺陷全面检测的系统要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种操作简单、使用方便安全，能够通过计算机图像缺陷智能识别系统对多种芯片外观缺陷进行检 测并进行机械分流的芯片外观缺陷自动检测装置。
本发明的目的还在于提供一种由上述装置实现的芯片外观缺陷自动检测 方法。
本发明的目的通过下述方案实现 一种芯片外观缺陷自动检测装置，包括 控制电脑、芯片自动传送系统、CCD摄像机，所述控制电脑设有缺陷智能识
别系统，所述缺陷智能识别系统与CCD摄像机连接，所述芯片自动传送系统 与控制电脑连接，CCD摄像机朝向被测芯片。
所述缺陷智能识别系统包括图像输入模块、参数模块、图像预处理模块、 缺陷定位模块、缺陷判别模块；所述图像输入模块与CCD摄像机、参数模块、 图像预处理模块分别相连接，所述参数模块包括参数获取模块、参数输入模块， 所述参数模块与缺陷判别模块相连接，所述图像预处理模块与缺陷定位模块、 缺陷判别模块依次连接。
所述缺陷定位模块包括管脚位置检测模块、芯片表面位置检测模块、缺陷 检测模块，所述管脚位置检测模块、芯片表面位置检测模块分别与缺陷检测模 块连接；所述缺陷判别模块包括相互连接的比较模块和识别模块。
所述缺陷检测模块包括管脚颜色缺陷检测模块、管脚位置缺陷检测模块和 芯片表面缺陷检测模块。
所述芯片自动传送系统包括传送装置、分流机械、控制电路，所述传送装 置与分流机械相连接，且所述传送装置、分流机械与控制电路分别连接。
所述CCD摄像机、控制电路分别通过远程线缆与控制电脑的缺陷智能识 别系统连接。
一种由上述装置实现的芯片外观缺陷自动检测方法，包括下述步骤
(1) 控制电脑通过缺陷智能识别系统控制CCD摄像机，获取芯片自动传 送系统上当前芯片的图像；
(2) 将CCD摄像机所成图像通过线缆传输到缺陷智能识别系统；
(3) 缺陷智能识别系统进行图像识别、检测与评判图像；
(4) 缺陷智能识别系统根据识别结果，发送相应信号到芯片自动传送系 统的控制电路以控制传送装置、分流机械进行合格品与非合格品的产品分流；
所述步骤(3)中的缺陷智能识别系统工作包括下述步骤 (3-1 )缺陷智能识别系统的图像输入模块接收CCD摄像机传输过来的图 像；参数模块根据CCD摄像机拍摄的图像，由标准参数获取模块自动获取标 准参数，参数输入模块则接受手动参数输入；
5(3-2)图像预处理模块进行去噪预处理步骤，并进行图像识别；
(3-3)通过缺陷智能识别系统的缺陷定位模块和缺陷判别模块进行缺陷
图像检测与评判，并输出被测芯片是否合格的相应信号。
所述步骤(3-3)的缺陷定位模块和缺陷判别模块的检测与评判包括以下
步骤
(3-3-1)缺陷定位模块的管脚位置检测模块、芯片表面位置检测模块根 据图像预处理模块的输入的图像，分别检测芯片管脚、芯片表面的位置、芯片 第一管脚标记点的位置；
(3-3-2)缺陷检测模块测定芯片各管脚的长度、各相邻管脚之间的距离、 管脚的数目、芯片管脚的灰度值、芯片表面印刷信息的灰度值；
(3-3-3)缺陷判别模块的比较模块比较各测定值与预先设定的基准值；
(3-3-4)缺陷判别模块的识别模块评判合格品和不合格品，并输出相应 信号给控制电路。
所述步骤(3)中的缺陷智能识别系统检测包括自动模式和半自动模式两 种检测模式；
所述自动模式操作步骤包括选择芯片类型；选择自动模式；进入程序执 行状态，确认对应芯片型号参数；从CCD摄像机读入图像，进行测量和评判； 实时显示评判结果，根据结果对芯片筛选，并输送下一块被检测芯片进行检测；
所述半自动模式操作步骤包括选择芯片类型；选择半自动模式；进入程 序执行状态，确认对应芯片型号参数；从CCD摄像机读入图像，操作电脑进 行尺寸测量和评判，并由操作员做最终评判。
本发明的作用原理是本发明缺陷智能识别系统的核心内容在于缺陷定位 模块和缺陷判别模块。缺陷定位模块和缺陷判别模块包括下述算法芯片边缘 提取，定位芯片管脚区域，定位芯片表面区域，定位芯片第一管脚标记点位置， 计算各管脚的长度、面积、灰度，计算相邻管脚间距，计算芯片表面印刷字体 总面积。当芯片图像传送至控制电脑后，缺陷智能识别系统检测芯片管脚、芯 片表面和芯片第一管脚标记点的位置，测定管脚的长度、面积和灰度，测定相 邻管脚间距，测定芯片表面印刷字体总面积。以此测定值与操作人员预先设定 的基准值做比较，自动进行合格品和不合格品评判，将每个芯片的评判结果在 显示器上显示出来，对于不合格品输出信号到控制电路，控制传送系统将不合 格芯片送至不合格品处。本发明缺陷智能识别系统包括两种检测模式自动模 式和半自动模式。自动模式是根据计算机自动识别系统的自动评判结果，检测 系统自动进行合格品和不合格品的判别；半自动模式是在自动模式的基础上增加人工干预功能，使之可随时设置断点而处于暂停状态，可以随时手动停止自 动识别程序的运行，而进行人工缺陷识别和评判，此时芯片传送机构可以正常 运行也可以暂停在某一个检测状态。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果
(1) 本发明可以对芯片外观缺陷进行自动检测，并且安全、准确、可靠， 检测效率高。
(2) 本发明具有两种检测模式，可根据实际需要选择检测的模式检测。
(3) 本发明通过计算机自动识别系统可检测人眼难以检测的微小的芯片， 使之检测效率和准确性。
图1是芯片外观缺陷自动检测装置的结构示意图。 图2是缺陷智能识别系统的各模块通信关系示意图。 图3是正面分割芯片管脚和芯片的流程图。 图4是获取芯片标准参数的流程图。 图5是检测管脚颜色的流程图。 图6是检测芯片管脚偏移、翘曲、缺脚的流程图。 图7是检测芯片表面印字清晰度检测流程图。 图8是芯片第一管脚标记点检测流程图。 图9是芯片切割不良检测流程图。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式 不限于此。 实施例
图1示出了本发明芯片外观缺陷自动检测装置，其包括控制电脑1、 CCD 摄像机2、光源3、支架4、芯片自动传送系统5。所述控制电脑l设置有缺陷 智能识别系统，所述缺陷智能识别系统与CCD摄像机电连接，用于接收CCD 摄像机采集的图像信号。所述控制电脑1还与芯片自动传送系统5电连接，控 制所述芯片自动传送系统5执行的传送和停止的动作，所述CCD摄像机朝向 被测芯片。支架4与所述CCD摄像机2、光源3、芯片自动传送系统5刚性连 接并组成图像信号采集和芯片质量控制的硬件系统。
所述芯片自动传送系统包括传送装置、分流机械、控制电路，所述传送装
7置与分流机械相连接，且所述传送装置、分流机械与控制电路分别连接。被测 芯片放置于所述传送装置上。
图2是缺陷智能识别系统的各个模块通信关系示意图。所述缺陷智能识别
系统包括CCD摄像机、图像输入模块、参数模块、图像预处理模块、缺陷定 位模块、缺陷判别模块；所述图像输入模块与CCD摄像机、参数模块、图像 预处理模块分别相连接，所述参数模块包括参数获取模块、参数输入模块，参 数模块中的参数作为待检测型号的芯片的标准参数，所述参数模块与缺陷判别 模块相连，所述图像预处理模块与缺陷定位模块、缺陷判别模块依次连接；所 述缺陷定位模块包括管脚位置检测模块、芯片表面位置检测模块、缺陷检测模 块，所述管脚位置检测模块、芯片表面位置检测模块分别与缺陷检测模块连接; 所述缺陷判别模块包括相互连接的比较模块和识别模块，所述缺陷检测模块包 括引脚颜色缺陷检测模块、管脚位置缺陷检测模块和芯片表面缺陷检测模块， 所述CCD摄像机、控制电路分别通过远程线缆与控制电脑的缺陷智能识别系 统连接。
控制电脑通过缺陷智能识别系统控制CCD摄像机，获取芯片自动传送系 统上当前芯片的图像；将CCD摄像机所拍摄图像通过线缆传输到缺陷智能识 别系统；缺陷智能识别系统进行图像识别、检测和评判；缺陷智能识别系统根 据识别结果，发送相应信号到芯片自动传送系统的控制电路以控制传送装置、 分流机械进行合格品与非合格品的产品分流。
所述缺陷智能识别系统工作包括下述步骤缺陷智能识别系统的图像输入 模块接收CCD摄像机传输过来的图像，参数模块根据CCD摄像机拍摄的图 像，由标准参数获取模块自动获取标准参数，参数输入模块则接受手动参数输 入；图像预处理模块进行去噪预处理步骤，并进行图像识别；通过缺陷智能识 别系统的缺陷定位模块和缺陷判别模块进行缺陷图像检测与评判，并输出被测 芯片是否合格的相应信号。所述缺陷定位模块和缺陷判别模块的检测与评判包 括以下步骤缺陷定位模块的管脚位置检测模块、芯片表面位置检测模块根据 图像预处理模块的输入的图像，分别检测芯片管脚、芯片表面的位置、芯片第 一管脚标记点的位置；缺陷检测模块测定芯片各管脚的长度、各相邻管脚之间 的距离、管脚的数目，测定芯片引脚的灰度值、芯片表面印刷信息的灰度值； 缺陷判别模块的比较模块比较各测定值与预先设定的基准值；缺陷判别模块的 识别模块评判合格品和不合格品，并输出相应信号给控制电路。
所述缺陷智能识别系统检测包括自动模式和半自动模式两种检测模式。
所述自动模式操作步骤包括选择芯片类型；选择自动模式；进入程序执行状态，确认对应芯片型号参数；从CCD摄像机读入图像，进行测量和评判； 实时显示评判结果，根据结果对芯片筛选，并输送下一块被检测芯片进行检测；
所述半自动模式操作步骤包括选择芯片类型；选择半自动模式；进入程 序执行状态，确认对应芯片型号参数；从CCD摄像机读入图像，操作电脑进 行尺寸测量和评判，并由操作员做最终评判。
图3是缺陷定位模块，分割芯片管脚和芯片表面的流程图。用于实现在图 像中提取出芯片的区域，划分芯片的管脚部分和芯片的表面部分。分割时使用 Canny算子检测图像得到芯片管脚边缘，在此管脚边缘图像的基础上扫描得到 芯片管脚的坐标范围。利用得到的坐标分割出只含芯片的区域，根据这个区域 储存只含有芯片的区域图像。同时，在边缘图像中分割出芯片区域内的管脚边 缘图像，储存管脚边缘图像。在芯片区域图像中划分出芯片表面区域，并储存 芯片表面图像。
图4是标准参数获取模块获取芯片标准参数的流程图。用于获取标准芯片 的管脚面积、管脚数、芯片表面印刷字体面积和字体区域的平均梯度值，以及 左右管脚的上下坐标是否位于芯片表面的相对位置参数。该流程对芯片标准图 像先进行自适应阈值分割及形态学操作，从获得的第一个管脚分区开始，根据 其区域面积判断是否将其舍弃，如此循环以获得所有管脚分区区域及面积。统 计所获得的所有芯片管脚分区面积中的最大值和最小值。保存获得的最大值和 最小值并结束流程。获得的最大值可将其设定为管脚面积的上限标准参数，获 得的最小值可将其设定为管脚面积的下限标准参数。
图5是管脚颜色缺陷检测模块，检测管脚颜色的流程图。检测管脚颜色是 否合格，如管脚出现氧化、发黑、刮伤露出铜体等情况，则显示不合格的结果。 流程对管脚进行自适应阈值分割、形态学操作去除噪声点。从第一个管脚分区 开始，获取各管脚区域，判断管脚区域是否成功获取，已成功获取则判断管脚 面积值；没有超出正常管脚面积则管脚数加一，进入下一个管脚分区获取及面 积的判断；如分区面积超出正常管脚分区面积，则标记该分区，不增加已检测 的管脚数目，继续获取下一分区；如果没有成功获取下一个管脚区域，则判断 管脚数与设定的管脚数是否一致，再获取各个管脚颜色灰度平均值，检测芯片 管脚颜色是否合格，输出判断结果后程序结束。
图6是管脚位置缺陷检测模块检测芯片管脚偏移、翘曲和缺脚的流程图， 用于检测管脚的偏移、翘曲、缺脚缺陷，检测芯片管脚位置是否正常，芯片管 脚数目是否符合要求。首先从图4得到的管脚边缘图像中，使用扫描算法，得 到左右两边管脚的数目。将管脚数目与标准管脚数目参数比较，判断该芯片管脚数目是否合格，若不合格，即缺脚，则结束流程。进入管脚位置检测部分， 通过扫描得到管脚左右两端的端点坐标，计算管脚的长度以及管脚之间的间隔 距离，分别将所得值与标准值比较，判断管脚长度和管脚间隔是否合格。若出 现管脚翘曲，则管脚长度不合格；若出现管脚偏移，则管脚间隔结果不合格。
任一项不合格都终止程序，输出不合格结果，芯片送入次品区。
图7是芯片表面缺陷检测模块检测芯片表面印字清晰度检测流程图。该流 程可检测芯片表面印刷的信息是否清晰，如果上面印刷的字体被磨损，甚至脱 色，使用芯片者难以获得芯片的信息，此部分检测结果不合格。流程开始，将 芯片表面图像的RGB三个通道分离，得到三个通道上的灰度图像。分别对上 述三个通道的灰度图像进行自适应阈值处理，得到其对应的二值图像。在各幅 二值图像上进行腐蚀膨胀，去除图像上的噪声点。根据噪声点占的比例，若小 于10%则通过灰度方法进行检测，若大于10%则通过梯度方法进行检测。灰 度方法检测通过统计上述得到的二值图像中字体的面积，判断该面积是否合 格，从而判断印字清晰度是否合格。梯度方法检测通过计算上述灰度图像在印 字区域内的平均梯度值，判断该梯度值是否合格，从而判断印字清晰度是否合 格。
图8是芯片表面缺陷检测模块检测芯片第一管脚标记点位置的检测流程 图。该标记点实质上是一个小圆孔，制造时芯片可能漏印该标记圆孔，致使芯 片的方向混乱。先对芯片表面图像求梯度，通过灰度变换后得到芯片表面梯度 图；将印字区域图像进行膨胀处理，得到膨胀后的印字区域图像。在上述梯度 图像中，除去膨胀后的印字区域图像后，得到管脚标记点可能存在区域，筛选 区域后，使用Hough圆检测算法，通过对管脚标记点的区域、Hough圆检测 得到的圆心和半径进行筛选，判断是否只有一个圆，是则合格，没有圆或多于 一个圆，则输出不合格结果，结束流程。
图9是芯片表面缺陷检测模块检测芯片切割不良的流程图。芯片切割不良 时使管脚相对于芯片表面整体产生偏移。流程开始，获取芯片管脚区域和表面 区域坐标，求出左右两边管脚上限坐标和下限坐标，求出芯片区域上下限坐标。 判断管脚上下坐标相对于芯片表面坐标是否符合标准值。若管脚上坐标大于芯 片上坐标一定范围(10%的芯片长度)，或者管脚下坐标小于芯片下坐标一定范 围(10%的芯片长度)，则属于不符合标准值的情况，流程结果为不合格，从而 判断芯片为切割不良。
上述实施例可较好地实现本发明。上述实施例仅为本发明的较佳实施例， 并非用以限定本发明的实施范围，即凡依本发明内容所作的变化与修改，都在本发明权利要求所要求保护的范围之内。
权利要求
1、一种芯片外观缺陷自动检测装置，其特征在于包括控制电脑、芯片自动传送系统、CCD摄像机，所述控制电脑设有缺陷智能识别系统，所述缺陷智能识别系统与CCD摄像机连接，所述芯片自动传送系统与控制电脑连接，CCD摄像机朝向被测芯片。
2、 根据权利要求l所述的芯片外观缺陷自动检测装置，其特征在于所述 缺陷智能识别系统包括图像输入模块、参数模块、图像预处理模块、缺陷定位 模块、缺陷判别模块；所述图像输入模块与CCD摄像机、参数模块、图像预 处理模块分别相连接，所述参数模块包括参数获取模块和参数输入模块，所述 参数模块与缺陷判别模块相连接，所述图像预处理模块与缺陷定位模块、缺陷 判别模块依次连接。
3、 根据权利要求2所述的芯片外观缺陷自动检测装置，其特征在于所述 缺陷定位模块包括管脚位置检测模块、芯片表面位置检测模块、缺陷检测模块， 所述管脚位置检测模块、芯片表面位置检测模块分别与缺陷检测模块连接；所 述缺陷判别模块包括相互连接的比较模块和识别模块。
4、 根据权利要求3所述的芯片外观缺陷自动检测装置，其特征在于所述 缺陷检测模块包括管脚颜色缺陷检测模块、引脚位置缺陷检测模块和芯片表面 缺陷检测模块。
5、 根据权利要求1 4任一项所述的芯片外观缺陷自动检测装置，其特征 在于所述芯片自动传送系统包括传送装置、分流机械、控制电路，所述传送 装置与分流机械相连接，且所述传送装置、分流机械与控制电路分别连接。
6、 根据权利要求5所述的芯片外观缺陷自动检测装置，其特征在于所述 CCD摄像机、控制电路分别通过远程线缆与控制电脑的缺陷智能识别系统连 接。
7、 一种由权利要求6所述装置实现的芯片外观缺陷自动检测方法，其特征 在于包括下述步骤(1) 控制电脑通过缺陷智能识别系统控制CCD摄像机，获取IC芯片自 动传送系统上当前芯片的图像；(2) 将CCD摄像机所成图像通过线缆传输到缺陷智能识别系统；(3) 缺陷智能识别系统进行图像识别、检测与评判；(4) 缺陷智能识别系统根据识别结果，发送相应信号到芯片自动传送系统 的控制电路以控制传送装置、分流机械进行合格品与非合格品的产品分流；
8、 根据权利要求7所述的芯片外观缺陷自动检测方法，其特征在于所述 步骤(3)中的缺陷智能识别系统工作包括下述步骤(3-1)缺陷智能识别系统的图像输入模块接收CCD摄像机传输过来的图像；(3-2)图像预处理模块进行去噪预处理步骤，并进行图像识别； (3-3)通过缺陷智能识别系统的缺陷定位模块和缺陷判别模块进行缺陷图 像检测与评判，并输出被测芯片是否合格的相应信号。
9、 根据权利要求8所述的芯片外观缺陷自动检测方法，其特征在于 所述步骤(3-3)的缺陷定位模块和缺陷判别模块的检测与评判包括以下步骤(3-3-1)缺陷定位模块的管脚位置检测模块、芯片表面位置检测模块根据 图像预处理模块的输入的图像，分别检测芯片管脚、芯片表面的位置、芯片第 一管脚标记点的位置；(3-3-2)缺陷检测模块测定芯片各管脚的长度、各相邻管脚之间的距离、 管脚的数目，测定芯片管脚的灰度值、芯片表面印刷信息的灰度值；(3-3-3)缺陷判别模块的比较模块比较各测定值与预先设定的基准值；(3_3_4)缺陷判别模块的识别模块评判合格品和不合格品，并输出相应信号给控制电路。
10、 根据权利要求7所述的芯片外观缺陷自动检测方法，其特征在于所 述步骤(3)中的缺陷智能识别系统检测包括自动模式和半自动模式两种检测模 式；所述自动模式操作步骤包括选择芯片类型；选择自动模式；进入程序执 行状态，确认对应芯片型号参数；从CCD摄像机读入图像，进行测量和评判； 实时显示评判结果，根据结果对芯片筛选，并输送下一块被检测芯片进行检测；所述半自动模式操作步骤包括选择芯片类型；选择半自动模式；进入程 序执行状态，确认对应芯片型号参数；从CCD摄像机读入图像，操作电脑进 行尺寸测量和评判，并由操作员做最终评判。
全文摘要
本发明公开了芯片的一种外观缺陷自动检测装置及检测方法，该检测装置包括控制电脑、芯片自动传送系统，控制电脑设有缺陷智能识别系统，芯片自动传送系统与缺陷智能识别系统连接；该检测方法的步骤为(1)调整对被测芯片照明的光源；经过光学镜头，传送到CCD摄像机，(2)将CCD摄像机所成图像通过线缆传输到控制电脑，(3)缺陷智能识别系统工作，进行图像识别，检测与评判图像，(4)缺陷智能识别系统发送相应信号到控制电路以控制传送装置、分流机械进行合格品与非合格品的产品分流；本发明可以对芯片外观缺陷进行自动检测，实现准确、可靠和高效的芯片外观质量检测。
文档编号G01N21/88GK101576508SQ200910039848
公开日2009年11月11日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者元 吴, 茜 黄 申请人:华南理工大学