专利名称：集成电路管脚三维检测装置及检测方法
技术领域：
本发明涉及集成电路芯片检测领域，特别涉及一种集成电路管脚三维检测装置及方法，可检测管脚宽度、间距、缺失、折损、栈高等外形几何关键参数并判断芯片是否合格， 能很好的针对方型扁平式封装(Plastic Quad Flat lockage，简称QFP)芯片检测其外形几何关键参数。
背景技术：
集成电路芯片(IC)在封装工序完成后，需要经过检测才能保证其品质；而封装芯片引脚三维外观检测就是封装芯片检测环节中的重要一环。如果仅仅对封装芯片的电气性能进行检测，而忽视外观检测，则可能输出电气性能合格而外观存在缺陷的芯片，这样必然导致产品合格率下降，影响产品品牌。传统上通常采用人工肉眼检测的方法对封装芯片进行外观检测，但是这种方法显然存在着效率低、可靠性差以及劳动成本高的缺陷。为改变这种落后的传统检测方法，我国大力投资研发封装芯片外观自动检测设备。目前，基于计算机及相关图像处理算法的外观检测装置越来越广泛应用于工业领域中。该装置由计算机、图像获取设备及相应的软件构成；由图像获取设备获得物体的外观图像，由软件通过相关图像处理算法处理图像得到相关参数，完成检测任务。该装置能替代人工检测方法，高速高效、高准确率的完成封装芯片的外观检测。QFP封装技术实现的封装芯片引脚间距很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100以上。该技术封装芯片时操作方便，可靠性高；而且其封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用；该技术主要适用于用表面贴装技术(SMT)在PCB上安装布线。QFP封装技术是表面贴装技术之一，引脚从四个侧面引出呈海鸥翼(L)型；引脚中心距有1. 0mm、0. 8mm、0. 65mm、0. 5mm、0. 4mm、0. 3mm等多种规格。对一片外观合格QFP芯片
有，对管脚的宽度、间距、弯曲度、栈高等外形关键参数有严格的要求，与标准值的差值必须在允许的公差范围内。现在已有的基于计算机视觉技术的外观检测装置存在着精度低、稳定定性差、耗时长及软件性能差等问题，无法适用芯片封装技术高速高精度、稳定可靠的发展要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点及不足，提供一种集成电路管脚三维检测装置，能通过集成电路管脚三维外观检测软件系统对管脚进行外观检测的装置，具有操作简单、高速高精、稳定可靠的特点。本发明的目的还在于提供由上述装置实现的集成电路管脚三维外观检测方法。本发明的目的通过下述方案实现一种集成电路管脚三维检测装置，包括图像采集单元、平面反射镜、光源、反光板和图像检测处理单元，待检测的芯片设置在反光板下方，所述光源发出的光束经反光板反射后照射在待检测的芯片上，再经平面反射镜发射后入射到图像采集单元，该图像采集单元与图像检测处理单元连接，图像采集单元采集获得待检测的芯片的图像，传送到图像检测处理单元，经处理后即可实现对芯片管脚的三维检测。所述的图像检测处理单元包括相机控制模块、图像标定模块和图像检测模块，其中所述的相机控制模块用于控制图像采集单元完成芯片管脚三维图像的采集，包括底面视图和四面侧视图。所述图像标定模块对采集的图像进行标定，校正图像畸变。所述的图像检测模块对经校正处理后的图像进行处理，检测管脚外形几何参数从而判定芯片是否合格，其中检测的外形几何参数包括缺失、折损、宽度、间距、偏差、栈高、共面度、弯曲度、跨距、排弯和倾斜。其中，检测管脚缺失具体为将检测到的管脚个数与标准管脚个数比较，确定管脚缺失总数；首端的缺失判断，依据检测到的管脚首位置到侧面基准的距离d，与芯片参数中该距离理论值D的差异判断。则首个位置缺失的管脚数为k = [d/D+0. 5]；根据管脚标准间距P与中间某个位置的管脚间距P [i]，计算管脚缺失个数为k = [P[i]/P+0. 5]-1 ；末端如有管脚缺失，则缺失个数为(3-6-1)计算出的总缺失个数减去(3-6-2)与 (3-6-3)计算出的缺失个数的和；在计算缺失个数时依次记录各缺失位置的索引，将缺失信息保存到结果中去。检测管脚长度具体为检测各侧视图中各管脚端部位置，及侧视图中各管脚区白条纹中点位置，并根据缺失信息对数据进行重排；通过获取的这些中点坐标以最小二乘法拟合直线，以此直线作为基准求侧视图中的管脚长度；检测各管脚中部坐标位置，管脚端部位置并根据缺失信息对数据进行重排，并计算弯曲度；通过底部视图中各管脚端部中点坐标计算偏差、共面度、跨距、排弯、倾斜；根据侧面视图中的管脚长度计算栈高，具体为stoff表示栈高(为芯片待计算参数)；slead表示侧视图中管脚长度(为图像处理所得参数)；fb表示管脚端部到芯片基体的距离(为芯片已知参数)；θ表示入射光线与水平线间的夹角，在光路设计时确定的参数值；则有公式stoff = slead/cos θ -fb*tan θ。本发明还公开了一种集成电路管脚三维检测方法，包括如下具体步骤(1)采集待检查芯片的图像，包括芯片的底部视图和四个侧面视图；(2)对采集的图像进行标定，校正图像畸变；(3)对经校正处理的芯片图像进行检测处理，获得芯片的几何外观参数，包括管脚缺失、管脚折损、管脚宽度、管脚间距、管脚偏差、管脚栈高、管脚共面度、管脚弯曲度、管脚跨距、管脚排弯和倾斜，从而得到待检测的芯片信息(4)根据得到的芯片信息与标准参数比较，评估芯片是否合格，即完成对芯片的检测。
其中，所述步骤(3)中，所述检测管脚缺失具体为将检测到的管脚个数与标准管脚个数比较，确定管脚缺失总数；首端的缺失判断，依据检测到的管脚首位置到侧面基准的距离d，与芯片参数中该距离理论值D的差异判断。则首个位置缺失的管脚数为k = [d/D+0. 5]；根据管脚标准间距P与中间某个位置的管脚间距P [i]，计算管脚缺失个数为k = [P[i]/P+0. 5]-1 ；末端如有管脚缺失，则缺失个数为(3-6-1)计算出的总缺失个数减去(3-6-2)与 (3-6-3)计算出的缺失个数的和；在计算缺失个数时依次记录各缺失位置的索引，将缺失信息保存到结果中去。检测管脚长度具体为检测各侧视图中各管脚端部位置，及侧视图中各管脚区白条纹中点位置，并根据缺失信息对数据进行重排；通过获取的这些中点坐标以最小二乘法拟合直线，以此直线作为基准求侧视图中的管脚长度；检测各管脚中部坐标位置，管脚端部位置并根据缺失信息对数据进行重排，并计算弯曲度；通过底部视图中各管脚端部中点坐标计算偏差、共面度、跨距、排弯、倾斜；根据侧面视图中的管脚长度计算栈高，具体为stoff表示栈高(为芯片待计算参数)；slead表示侧视图中管脚长度(为图像处理所得参数)；fb表示管脚端部到芯片基体的距离(为芯片已知参数)；θ表示入射光线与水平线间的夹角，在光路设计时确定的参数值；则有公式stoff = slead/cos θ -fb*tan θ。本发明首先对底部视图进行边缘提取，检测芯片旋转角度，依据该角度对芯片旋转校正；对底部视图及侧视图边缘提取，检测芯片基体的四周中心位置并计算管脚大概长度，以芯片基体中心位置为检测基准，结合管脚大概长度确定各个检测框的位置；对底部视图边缘提取，检测管脚宽度、间距、管脚中心位置、管脚端部中心位置；根据管脚间距判段管脚缺失位置及缺失个数；对侧视图边缘提取，检测侧视图中管脚端部中心位置、管脚根部中心位置，并根据管脚根部中心点拟合最小二乘直线；计算管脚偏差、栈高、共面度、弯曲度、 跨距、排弯、倾斜等参数，依据管脚缺失信息对各参数重排，使之与管脚实际位置对应，并记录结果到数据库；将检测所得的参数与标准参数比较，依据允许的公差自动判断芯片是否合格。本发明相对于现有技术，有以下优势(1)能针对集成电路管脚三维外观进行自动检测，且操作简单，检测系统稳定、效率高及精度高。(2)该检测系统有三种运行模式，即自动检测模式、手动在线检测模式及手动离线检测模式，用户可根据需要选择系统运行模式。
图1是集成电路管脚三维外观检测装置结构示意图。图2是检测模块的结构示意图。图3是检测模块的检测流程图。图4是管脚缺失的判断流程图。
图5是光路示意图。图中1PC机；2CCD相机；3镜头；4分布四周的四个平面反射镜；5光源；6反光板； 8待测芯片。实施方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。如图1所示，本发明集成电路管脚三维检测装置，包括图像采集单元、平面反射镜 4、光源5、反光板6和图像检测处理单元1，待检测的芯片8设置在反光板6下方，所述光源 5发出的光束经反光板6反射后照射在待检测的芯片8上，再经平面反射镜4发射后入射到图像采集单元，该图像采集单元与图像检测处理单元1连接，图像采集单元采集获得待检测的芯片8的图像，传送到图像检测处理单元1，经处理后即可实现对芯片管脚的三维检测。如图2所示，所述图像检测处理单元1包括相机控制模块11、图像标定模块12和图像检测模块14。相机控制模块11用于图像采集单元，包括外触发采图模式及连续采图模式，完成图像采集及向系统发送图像采集完毕信号。图像标定模块12主要实现制作、保存及加载标定文件功能，对图像进行校正处理。图像检测模块14实现所有管脚关键参数的检测功能及判定芯片是否合格，保存检测结果。检测的管脚参数包括二维参数(缺失、折损、宽度、间距、偏差、弯曲度、跨距、排弯、倾斜等)及三维参数(栈高、共面度等)外形几何关键参数。本发明的外观检测装置的图像检测处理单元1还可以包括参数管理模块13和结果统计模块15。参数管理模块13主要实现管脚参数的编辑、修改、保存到磁盘上及参数获取等功能。结果统计模块15主要功能为生成产品总结报告、单批总结报告、产品统计、单批统计、指标统计5种报表；以及各个报表的显示、保存、删除和打印。图像检测处理单元1工作包括以下步骤首先进入标定模块12，对相机进行标定并保存标定文件；而后进入参数管理模块13，选择所要检测芯片型号并设置相应标准参数值及允许的公差值；发出信号控制CCD相机进行采图，将图像实时地在界面上显示出来；通过检测模块14对所采集的图像处理分析，并保存检测结果到数据库中；与标准值比较，根据允许公差值判断芯片是否合格。图像检测处理单元1工作模式包括自动检测检测模式、手动在线检测模式及手动离线检测模式自动检测模式为检测装置在芯片自动检测分选系统中作为一个模块工作， 并可以与其它模块通信，协同完成芯片检测及分选出合格产品的工作；手动在线检测模式为检测装置独立工作，检测软件系统控制CCD相机进行采图，然后对图像进行处理，获得检测结果；手动离线检测模式类似手动在线检测模式，只是图片来源于磁盘。如图3所示，管脚检测模块检测流程图，管脚检测模块是实现集成电路管脚三维检测装置图像检测处理单元的核心模块。其流程包括以下步骤(1)依据标定校正图像畸变；(2)对所采集得图像进行边缘检测，求出底部视图在水平面内与相机坐标系的夹
(3)图像分割截取底部视图并根据夹角旋转底部视图，相对水平面内的相机坐标系摆正图像；(4)边缘提取，获取底部视图及四个侧视图中的检测基准，基准为芯片基体各边的中心点，并根据基准加载各管脚区的检测框；(5)检测管脚宽度和间距边缘提取，获得管脚条纹的边缘位置及边缘之间的中点位置，条纹的边缘间距即为所检测芯片的管脚宽度，相邻条纹中点之间的距离即为管脚间距，并用数组记录检测结果，数组长度与所检测芯片管脚数相对应；(6)根据管脚间距求管脚缺失，包括管脚缺失位置，缺失管脚数量；(7)根据管脚缺失信息对宽度和间距进行重排，使之与管脚的实际位置对应，对于缺失的位置将其值置为0 ；(8)边缘提取得到管脚条纹区域，根据条纹边缘获取各管脚中部坐标位置，管脚端部位置并根据缺失信息对数据进行重排，及计算弯曲度；(9)检测各侧视图中各管脚端部位置，及侧视图中各管脚区白条纹中点位置，并根据缺失信息对数据进行重排；通过获取的这些中点坐标以最小二乘法拟合直线，以此直线作为基准线求侧视图中的管脚长度；(10)通过底部视图中各管脚端部中点坐标计算偏差、共面度、跨距、排弯、倾斜； 根据侧面视图中的管脚长度计算栈高；(11)根据检测结果判定芯片是否合格。如图4所示管脚缺失判断流程图，主要获取芯片管脚缺失位置索引及缺失数量等管脚缺失信息。其步骤主要包括(1)将检测到的管脚个数与标准管脚个数比较，确定管脚缺失总数；(2)首端的缺失判断，依据检测到的管脚首位置到侧面基准的距离d，与芯片参数中该距离理论值D的差异判断。则首个位置缺失的管脚数为k= [d/D+0.5]；(3)根据管脚标准间距P与中间某个位置的管脚间距P[i]，计算管脚缺失个数为 k = [P[i]/P+0. 5]-1 ；(4)末端如有管脚缺失，则缺失个数为(1)计算出的总缺失个数减去(2)与(3)计算出的缺失个数的和；(5)在计算缺失个数时依次记录各缺失位置的索引，将缺失信息保存到结果中去。如图5所示，管脚检测模块检测流程中所述的步骤(10)中根据侧面视图中的管脚长度计算栈高的方法为stoff表示栈高(为芯片待计算参数)；slead表示侧视图中管脚长度(为图像处理所得参数)；fb表示管脚端部到芯片基体的距离(为芯片已知参数)；θ表示入射光线与水平线间的夹角，在光路设计时确定的参数值；则计算公式为stoff = slead/cos θ -fb*tan θ 。本发明可替代传统的人工检测方法，克服已有集成电路封装芯片检测技术的不足，实现自动、稳定、高速高精的管脚检测技术，大大提高了效率。
权利要求
1.一种集成电路管脚三维检测装置，包括图像采集单元0，3)、平面反射镜、光源 (5)、反光板(6)和图像检测处理单元(1)，待检测的芯片(8)设置在反光板(6)下方，所述光源(5)发出的光束经反光板(6)反射后照射在待检测的芯片(8)上，再经平面反射镜(4) 发射后入射到图像采集单元0，3)，该图像采集单元0，3)与图像检测处理单元(1)连接， 图像采集单元(2，；3)采集获得待检测的芯片(8)的图像，传送到图像检测处理单元(1)，经处理后即可实现对芯片管脚的三维检测。
2.根据权利要求1所述的三维检测装置，其特征在于，所述的图像检测处理单元(1)包括相机控制模块，用于控制图像采集单元(2，；3)完成芯片管脚图像的采集，包括底面视图和四面侧视图；图像标定模块，用于对采集的图像进行标定，校正图像畸变；图像检测模块，用于对经校正处理后的图像进行处理，检测出管脚外形几何参数，并从而判定芯片是否合格。
3.根据权利要求1或2所述的三维检测装置，其特征在于，所述图像检测模块检测的管脚外形几何参数包括管脚缺失、管脚折损、管脚宽度、管脚长度、间距、偏差、栈高、共面度、 弯曲度、跨距、排弯和倾斜。
4.根据权利要求3所述的三维检测装置，其特征在于，其中，所述图像检测模块中，检测管脚缺失包括检测管脚缺失总数和缺失位置，具体为(1)将检测到的管脚个数与标准管脚个数比较，确定管脚缺失总数；(2)确定首端位置缺失的管脚个数依据检测到的管脚首位置到侧面基准的距离d，与芯片参数中该距离理论值D，获得首端位置缺失的管脚数为k= [d/D+0.5]；(3)确定中间位置缺失的管脚个数根据管脚标准间距P与中间任一个位置的管脚间距P[i]，计算出芯片中间管脚缺失个数为:k= [P[i]/P+0. 5]-1 ；(4)确定末端管脚缺失个数管脚缺失总数减去首端位置缺失的管脚数和中间管脚缺失个数即为末端管脚缺失个数。
5.根据权利要求3或4所述的三维检测装置，其特征在于，所述图像检测模块中，检测管脚长度具体为首先检测各侧视图中各管脚端部位置，及侧视图中各管脚区白条纹中点位置，并根据缺失信息对数据进行重排，通过获取的这些中点坐标以最小二乘法拟合直线， 以此直线作为基准求得侧视图中的管脚长度。
6.根据权利要求3-5之一所述的三维检测装置，其特征在于，所述图像检测模块中，栈高的检测通过如下公式得到stoff = slead/cosθ-fb*tanθ式中，stoff表示栈高；slead表示侧视图中管脚长度；fb表示管脚端部到芯片基体的距离；θ表示入射光线与水平线间的夹角。
7.一种集成电路管脚三维检测方法，包括如下步骤(1)采集待检测芯片的图像，包括芯片的底部视图和四个侧面视图；(2)对采集的图像进行标定，校正图像畸变；(3)对经校正处理的芯片图像进行检测处理，获得芯片的几何外观参数，，从而得到待检测的芯片信息；(4)根据得到的芯片信息与标准参数比较，评估芯片是否合格，完成对芯片的检测。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述几何外观参数包括管脚缺失、管脚折损、管脚宽度、管脚间距、管脚偏差、管脚栈高、管脚共面度、管脚弯曲度、管脚跨距、管脚排弯和倾斜，进行检测的具体过程为(1)对所采集的图像进行边缘检测，求出底部视图在水平面内与相机坐标系的夹角，根据夹角旋转底部视图，以相对水平面内的相机坐标系摆正图像；(2)边缘提取，获取底部视图及四个侧视图中的检测基准，基准为芯片基体各边的中心点，并根据基准加载各管脚区的检测框；(3)检测管脚宽度和间距获得管脚条纹的边缘位置及边缘之间的中点位置，条纹的边缘间距即为所检测芯片的管脚宽度，相邻条纹中点之间的距离即为管脚间距；(4)根据管脚间距求管脚缺失，包括管脚缺失位置和缺失管脚数量；(5)根据管脚缺失信息对宽度和间距进行重排，使之与管脚的实际位置对应，对于缺失的位置将其值置为0 ；(6)根据条纹边缘获取各管脚中部坐标位置，管脚端部位置并根据缺失信息对数据进行重排，计算弯曲度；(7)检测各侧面视图中各管脚端部位置，及侧视图中各管脚区白条纹中点位置，并根据缺失信息对数据进行重排，通过获取的这些中点坐标以最小二乘法拟合直线，以此直线作为基准线求得侧视图中的管脚长度；(8)通过底部视图中各管脚端部中点坐标计算偏差、共面度、跨距、排弯和倾斜，根据侧面视图中的管脚长度计算栈高。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，检测管脚缺失位置具体为(1)首端的缺失判断，根据检测到的管脚首位置到侧面基准的距离d，与芯片参数中该距离理论值D，得到芯片首端位置缺失的管脚数为k= [d/D+0.5]；(2)确定首端位置缺失的管脚个数依据检测到的管脚首位置到侧面基准的距离d，与芯片参数中该距离理论值D，获得首端位置缺失的管脚数为k= [d/D+0.5]；(3)确定中间位置缺失的管脚个数根据管脚标准间距P与中间任一个位置的管脚间距P[i]，计算出芯片中间管脚缺失个数为:k= [P[i]/P+0. 5]-1 ；(4)确定末端管脚缺失个数管脚缺失总数减去首端位置缺失的管脚数和中间管脚缺失个数即为末端管脚缺失个数。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述栈高的具体计算公式为stoff = slead/cosθ-fb*tanθ式中，stoff表示栈高；slead表示侧视图中管脚长度；fb表示管脚端部到芯片基体的距离；θ表示入射光线与水平线间的夹角。
全文摘要
本发明公开了一种集成电路管脚三维检测装置，包括图像采集单元(2，3)、平面反射镜(4)、光源(5)、反光板(6)和图像检测处理单元(1)，待检测的芯片(8)设置在反光板(6)下方，所述光源(5)发出的光束经反光板(6)反射后照射在待检测的芯片(8)上，再经平面反射镜(4)发射后入射到图像采集单元(2，3)，该图像采集单元(2，3)与图像检测处理单元(1)连接，图像采集单元(2，3)采集获得待检测的芯片(8)的图像，传送到图像检测处理单元(1)，经处理后即可实现对芯片管脚的三维检测。本发明能够自动检测芯片管脚的缺失、折断、宽度、间距、栈高等外形几何关键参数信息并判定芯片是否合格。
文档编号G01N21/88GK102313745SQ20111020487
公开日2012年1月11日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者尹周平, 张少华, 熊有伦, 王瑜辉, 罗明成, 郑金驹 申请人:华中科技大学