[发明专利]多级反射与光栅成像的IC引脚共面度测量系统与方法

说明书

技术领域：

本发明专利属于电子集成电路封装领域，具体涉及一种电子封装中的IC芯片引脚的共面度测量的新方法和新系统。适用于DIP(Dual In-line Package，双列直插)，SOP(Small Out-Line Package，小外形封装)，PFP(Plastic Flat Package，扁平封装)等大规模集成电路引脚共面度的实时在线测量。

背景技术：

随着表面贴装技术的发展，贴片元器件取得了飞速的发展。在电路板表面贴装(SMT)生产工艺中，为保证贴装质量，对IC芯片引脚的尺寸与形位精度有一定的要求，特别是由对IC芯片引脚顶点到焊盘的竖直距离(共面度)有一定的精度要求。如果这种共面度超差，则器件的某些引脚跟PCB焊盘就不能紧密接触，就容易造成焊接时融化的焊锡接触不到引脚的底端，焊锡就不能把这些引脚和焊盘连接在一起形成良好的焊点，可能导致虚焊、漏焊和虚接等缺陷，最终会影响产品的可靠性。所以一般IC芯片生产厂家对芯片在引脚共面度都有严格的公差要求。

由于IC芯片的引脚很小，传统的人工检测引脚共面度的方法会导致人眼疲劳，检测结果容易受到检测人员主观因素的影响。因此，人工检测的检测精度低、检测速度慢。基于机器视觉的工业产品检测可克服上述困难，因此被广泛应用于IC芯片的表面质量自动化监测。

现有的光线投影法是把IC芯片引脚朝上放置在水平光滑的平面上，通过人眼在水平方向观测最高引脚与最低引脚之间的垂直距离，其差值为共面度。光线投影法结构简单，易于操作。但是，测量者视力会影响测量的过程，主观因素大，无法保证测量的精度。

中国专利CN100354601C采用与三坐标测量仪等类似的测量方法进行IC引脚共面度的测量。该方法需要一个双面光滑厚度均匀的轻薄平板，用于获取器件三个最高引脚，从而建立参考平面。通过三坐标测量仪测得各引脚到参考平面的距离，从而获得共面度。但是，这种接触式测量方法只能适用于人工抽检，检测速度慢，检测精度低，并且可能会对器件造成二次损伤。

中国专利CN101424511B采用光学图像采集与图像识别技术。但是该系统使用了多种贵重的光学镜片，机械机构复杂，设备成本相对较高。每次成像只能完成单排引脚的图像采集，且成像必须满足以下条件：需要进行光信号的切换；IC芯片需要停止运动；直线电机需要往返一次。以上条件都消耗宝贵的时间，导致成像速度慢，难以满足高速在线检测的要求。

中国专利CN102052907A提出了一种基于投影莫尔条纹原理的BGA共面度三维测量系统。该系统使用两台相机同时进行成像，类似于双目机器视觉的方法。这种基于莫尔条纹的引脚共面度测量方法是使用两个相机分别进行成像，以获取平面信息和深度信息。该系统需要另外配备一个辅助软件来控制LCD，从而产生虚拟光栅；需要人为设定一个参考平面；需要高精度的运动平台实现机械定位。该方法可实现大面积、高精度实时测量。但是，该方法采用两个相机成像的结构，使得测量装置体积大，系统结构复杂，检测算法运算量大，设备成本较高。

美国专利US7012628B2采用机器视觉系统对生产线上的IC芯片引脚的共面度进行质量检测。该系统需要对左侧引脚和右侧引脚分别进行多次成像，并且都需要从不同的角度进行成像，采集得到的多帧图像进行分析，最终实现共面度的精确测量。但是，在成像过程中要求IC芯片保持静止，多次成像，致使检测速度慢。

日本专利JP，2003-207326，A是基于机器视觉原理实现IC引脚的共面度测量。该方法使用两个相机分别对IC芯片两排引脚的侧视图进行图像采集。该方法要求所有引脚放置在同一支撑平面上，在测量前人为设定一条基准线。通过视觉的方法，测量所有引脚的末端到基准线的距离，并与标定值进行比较，从而实现共面度的快速测量。但是，该方法采用双相机结构，结构复杂。

用于IC芯片引脚共面度的高速在线测量技术一直被日本、德国等少数几个国家所垄断，因而造成该类设备价格昂贵，难以在生产线上得以广泛应用。为了满足国内外厂家对经济型共面度测量设备的需求，本发明致力于设计出一种单相机一次成像高精度的在线实时视觉IC引脚共面度测量系统。

发明内容：

本发明目的在于实现IC芯片引脚的共面度在线测量，克服现有共面度测量装置结构复杂、体积庞大、设备制造成本高、检测速度慢和检测精度低等缺点和不足之处。受到光线投影法和光栅成像原理的启发，提出了一种由若干相互独立的反射镜、三棱镜、光栅和图像采集单元组成的共面度在线智能视觉测量装置，以适应大规模生产的需求。

为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：