機(jī)器視覺技術(shù)在半導(dǎo)體產(chǎn)品外觀檢測(cè)中的應(yīng)用

王曉華

（江陰新基電子設(shè)備有限公司，江陰 214429）

機(jī)器視覺技術(shù)在半導(dǎo)體產(chǎn)品外觀檢測(cè)中的應(yīng)用

王曉華

（江陰新基電子設(shè)備有限公司，江陰 214429）

本文主要介紹半導(dǎo)體產(chǎn)品從料管到編帶的視覺設(shè)備應(yīng)用。該設(shè)備利用工控機(jī)自主研發(fā)，運(yùn)行速度快，穩(wěn)定性好，能滿足生產(chǎn)工藝的要求。

機(jī)器視覺 半導(dǎo)體產(chǎn)品 料管 編帶

料管到編帶測(cè)試機(jī)主要用于半導(dǎo)體產(chǎn)品外觀檢測(cè)。設(shè)備首先對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行電性能測(cè)試，然后采用機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)測(cè)試后的良品進(jìn)行外觀檢測(cè)，包括產(chǎn)品的MARK檢測(cè)和LEAD檢測(cè)系統(tǒng)，最終以編帶的形式封裝產(chǎn)品，是一個(gè)集機(jī)械、光學(xué)、機(jī)器視覺為一體的高智能設(shè)備，能夠替代人工對(duì)外觀的檢測(cè)，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品品質(zhì)。

1　系統(tǒng)架構(gòu)

該設(shè)備是單工位單軌道供料設(shè)計(jì)，整個(gè)機(jī)構(gòu)主要包括料管供料系統(tǒng)、測(cè)試軌道系統(tǒng)、測(cè)試梭子分料系統(tǒng)、翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)、軌道視覺檢測(cè)系統(tǒng)、吸料搬運(yùn)系統(tǒng)、載帶傳送系統(tǒng)、載帶視覺檢測(cè)系統(tǒng)、載帶封合系統(tǒng)和切載帶系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1　設(shè)備的系統(tǒng)架構(gòu)

1.1供料單元

供料倉(cāng)內(nèi)一次可堆疊大于30管料管，并根據(jù)料管長(zhǎng)度可手動(dòng)調(diào)節(jié)。為使產(chǎn)品完全且平穩(wěn)流入測(cè)試軌道，對(duì)料管設(shè)置壓緊裝置、翻轉(zhuǎn)裝置及敲管裝置。

1.2主軌道單元

主軌道包括測(cè)試軌道、測(cè)試梭子分料軌道、翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光檢軌道及吸料軌道。軌道之間的連接設(shè)有定位銷，便于軌道定位。測(cè)試軌道具有防呆功能和檢測(cè)雙料的功能，防呆功能能及時(shí)發(fā)現(xiàn)供料系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)品供料方式是否正確，檢測(cè)雙料功能可確保產(chǎn)品在主軌道是單顆工作。梭子分料軌道主要是剔除測(cè)試后的不良品，以保證流入翻轉(zhuǎn)軌道的是良品。翻轉(zhuǎn)軌道是將產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)180°，以保證流入光檢軌道的產(chǎn)品正面向上。吸料軌道是將視覺檢測(cè)后的產(chǎn)品進(jìn)行首次分料：剔除光檢不良品，良品將裝入載帶系統(tǒng)。

1.3 吸料搬運(yùn)單元

吸料搬運(yùn)系統(tǒng)是主軌道與載帶系統(tǒng)的一個(gè)銜接點(diǎn)，作用是將首次光檢后的良品放入載帶內(nèi)。要求確保穩(wěn)定、精確、可靠。

1.4載帶單元

載帶單元主要包括載帶傳送裝置、載帶視覺系統(tǒng)、蓋帶與載帶封合裝置和切斷裝置。載帶傳送采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)與載帶同等間距的齒輪盤，分度更精確。封合系統(tǒng)采用雙氣缸模式，上氣缸縮短封合行程，下氣缸進(jìn)行封合動(dòng)作，確保動(dòng)作快速性；封刀采用模組形式，可快速拆裝。切刀用來快速切斷載帶，并且保證切口平整。載帶視覺系統(tǒng)是對(duì)進(jìn)入載帶的產(chǎn)品再次進(jìn)行外觀檢測(cè)，防止產(chǎn)品在放入載帶過程中的二次形變。

2　視覺檢測(cè)系統(tǒng)

視覺檢測(cè)系統(tǒng)采用輪廓檢測(cè)技術(shù)來進(jìn)行對(duì)象識(shí)別，辨識(shí)度高。不同于以往將2D Mark和3D Lead分開檢測(cè)的模式，此次視覺檢測(cè)系統(tǒng)集成2D Mark和3D Lead檢測(cè)系統(tǒng)。整套檢測(cè)系統(tǒng)更小巧，更穩(wěn)定。相機(jī)采用130w像素相機(jī)，檢測(cè)精度可達(dá)0.015mm，檢測(cè)周期短，速度快。

本設(shè)備上有軌道視覺檢測(cè)和載帶視覺檢測(cè)兩次檢測(cè)，都是對(duì)單顆產(chǎn)品進(jìn)行兩次拍照檢測(cè)。一張照片用于管腳檢測(cè)，一張照片用于印章檢測(cè)。唯一不同的是，軌道視覺檢測(cè)系統(tǒng)采用單光源模式，而載帶視覺檢測(cè)系統(tǒng)采用雙光源模式，對(duì)Mark和Lead檢測(cè)進(jìn)行分別打光，并裝有藍(lán)寶石鏡面的檢測(cè)窗口。

圖2　視覺硬件構(gòu)架

2.1視覺硬件架構(gòu)

圖2為視覺硬件構(gòu)架。軌道視覺系統(tǒng)和載帶視覺系統(tǒng)位置角度可單獨(dú)調(diào)節(jié)。載帶視覺系統(tǒng)上的光源座可90°旋轉(zhuǎn)，便于取走不良品。

2.2檢測(cè)流程

當(dāng)產(chǎn)品到檢測(cè)站位時(shí)，通過IO觸發(fā)光檢拍照，拍照后視覺系統(tǒng)開始檢測(cè)，同時(shí)設(shè)備等待光檢回饋的GrabDone、EOT及檢測(cè)結(jié)果BIN信號(hào)。只有正確接收到上述信號(hào)，才能說明檢測(cè)流程結(jié)束，如圖3所示。

圖3　檢測(cè)流程示意圖

2.3檢測(cè)功能

2D Mark檢測(cè)功能：可設(shè)置多個(gè)印碼檢測(cè)模板，采用相似度檢測(cè)，檢查印碼錯(cuò)字、無印字、模糊、印刷字體反向、漏字等。

2D Intape檢測(cè)功能：檢查腳長(zhǎng)、腳寬、間隔、彎曲、開檔、腳傾斜、嚴(yán)重翹腳等。

3D Lead檢測(cè)功能：檢查腳型，共平面度，站立高度，腳長(zhǎng)，腳寬，間隔，彎曲，開檔，腳傾斜；CCD系統(tǒng)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)塊檢測(cè)，重復(fù)精度達(dá)到（GR&R）＜10%，每臺(tái)機(jī)器配備一塊用于校準(zhǔn)VISION的標(biāo)準(zhǔn)塊。

圖4為管腳檢測(cè)，圖5為印章檢測(cè)。

圖4　管腳檢測(cè)

圖5　印章檢測(cè)

2.4檢測(cè)參數(shù)設(shè)置

檢測(cè)參數(shù)設(shè)置包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、圖像設(shè)置、產(chǎn)品容許度設(shè)置、通訊設(shè)置、校準(zhǔn)設(shè)置、學(xué)習(xí)設(shè)置和功能權(quán)限設(shè)置七個(gè)部分，設(shè)置的界面如圖6所示。

圖6　檢測(cè)參數(shù)設(shè)置的界面示意圖

2.4.1系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)參數(shù)包括相機(jī)拍照延時(shí)時(shí)間、機(jī)臺(tái)信息、是否保存圖像等，設(shè)置的窗口情況如圖7所示。

圖7　系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置窗口示意圖

2.4.2圖像設(shè)置

圖像設(shè)置包括設(shè)置圖像的曝光時(shí)間、對(duì)比度、亮度、保存類型及數(shù)據(jù)等，設(shè)置界面如圖8所示。

圖8　圖像設(shè)置界面示意圖

2.4.3容許度設(shè)置

根據(jù)管腳檢測(cè)或印章檢測(cè)，對(duì)詳細(xì)的功能檢測(cè)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，以判斷檢測(cè)結(jié)果是否在設(shè)定范圍內(nèi)，工作界面如圖9所示。

圖9　容許度設(shè)置

2.4.4 通訊設(shè)置

通過設(shè)置IO點(diǎn)讓視覺系統(tǒng)與Handler系統(tǒng)建立通訊，視覺系統(tǒng)檢測(cè)處理后向Handler及時(shí)反饋檢測(cè)信號(hào)，Handler根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品分檔。

2.4.5校準(zhǔn)設(shè)置

使用Vision標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證檢測(cè)精度，如圖10所示。

圖10　校準(zhǔn)設(shè)置

2.4.6學(xué)習(xí)設(shè)置

通過設(shè)置產(chǎn)品搜索范圍、引腳個(gè)數(shù)、閾值、字模等信息，產(chǎn)品以此為模板進(jìn)行管腳和印章匹配。圖11為引腳學(xué)習(xí)界面，圖12為印章字模學(xué)習(xí)界面。

3　結(jié)語(yǔ)

料管到編帶測(cè)試機(jī)是一款高性能的外觀檢測(cè)設(shè)備，產(chǎn)品使用范圍廣，規(guī)格變化容易，傳送系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，速度快，準(zhǔn)確穩(wěn)定，信息存儲(chǔ)量大，機(jī)構(gòu)模組化設(shè)計(jì)，拆裝方便，便于以后擴(kuò)展為相類似的機(jī)型。實(shí)際運(yùn)行情況表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能滿足生存工藝的要求。

[1]吳福朝.計(jì)算機(jī)視覺中的數(shù)學(xué)方法[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[2]Milan Sonka，Vaclav Hlavac，Roger Boyle.圖像處理、分析與機(jī)器視覺（第3版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

圖11　引腳學(xué)習(xí)界面

圖12　印章字模學(xué)習(xí)界面

[3]陳兵旗.機(jī)器視覺技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例詳解[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[4]鄭睿，鄶新凱，楊國(guó)勝.機(jī)器視覺系統(tǒng)原理與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2014.

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Machine Vision Applications in Semiconductor Product Appearance Detection

WANG Xiaohua
(Jiang Yi n Xinji Electronic Equipment Co., Ltd., Ji angyin 214429)

Machine Vision refers t o the use of machines instead of human vision to make measurements and judgments, which could increase the flexibility a s we ll a s t he le vel of automation of production. This t echnology has be en widely applied to the s emiconductor and the electronics industries for its excellent features. Nevertheless, the wide range of semiconductors has l ed to the diversification of inspection machines.This a rticle mainly dis cusses the application of machine vis ion equipment in semiconductors from tubes to carrier tapes. Self-developed with the help of IPC (Industrial Personal Computer), this equipment has the advantages of high running speed and stable performance, and meets the needs of the production process.

Machine Vision, Semiconductor, Tube, Carrier tape