[发明专利]电子组件的三维检测方法和设备

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发明领域

本发明涉及三维检测的方法和设备，更具体地说，涉及晶片和模具上焊点(solder bump)以及球形网格阵列上焊球(solder ball)的三维检测方法和设备，并且涉及一种校准方法。

发明背景

现有技术的三维检测系统包括激光测距技术、干涉测量技术、结构化光束图纹或两个照相机。激光测距方法将已聚焦的激光束导向球形网格阵列(Ball Grid Array，BGA)，并且通过探测器对反射光束进行探测。利用三角方法确定BGA单元在X、Y和Z方向的尺寸。该方法需要大量的测量采样以确定BGA的外廓尺度，从而导致较长的检测时间。该方法还受到焊球的平滑表面引起镜面反射从而产生错误数据的困扰。

莫尔干涉测量技术利用衍射光栅产生的干涉光波在BGA表面上形成暗等值图纹。这些等值线在Z方向离衍射光栅已知的距离。通过计算从BGA上一点至BGA上另一点的等值线数目，可以确定该两点之间在Z方向的距离。此方法具有等值线对比度低的问题，从而导致等值线的计数遗漏并产生错误数据。此方法还具有如下问题，即在梯度较陡的表面例如BGA上球体的侧面处等值线汇合，导致等值线的不正确计数并产生错误数据。

结构化光束系统向待检测部件投射精确的光带。光带对直线的偏离与至参考表面的距离成正比。光带移动通过待检测部件，或者待检测部件相对于光带移动，从而获得连续的图像。光带的最大偏离表示球体的最大高度。该方法的问题在于由于光带的高聚焦特性引起镜面反射，从而产生错误数据。该方法还具有由于所需图像数量引起检测时间增加的缺点。

双相机系统利用一个相机沿法线方向观察BGA装置以确定X和Y维度，利用第二相机以一定角度观察球体的远端边缘。将这两个图像结合，利用三角方法确定各个球体在Z方向的表观高度。该方法的缺点在于第二相机需要对球体有较高的视角，从而观察点显著低于球体的底部，以使BGA具有精细间距。该方法的另外缺点在于第二相机的焦深有限，从而限制了能够被检测的BGA尺寸。该系统只能检测BGA，而不能检测其它类型的装置例如海鸥翼(gullwing)和J形导线头(1ead)装置。

现有技术没有提供两个分离并且相对的侧视图以便能够检测较大的BGA，并且没有提供非线性光学系统以提高侧视图中相邻球体图像之间的分离。

因此本发明的目的在于提高测量精度、测量速度、测量所有BGA尺寸和间距的能力、以及在单个系统中测量包括海鸥翼和J形导线头部件在内的其它装置的能力。

发明概述

本发明提供了一种用于BGA装置检测的对准和部件检测方法以及设备。本发明包括两个相机，用于对待检测的淀积在透明标线片(reticle)上的带有点图纹的精密图纹掩模进行成像，并且提供校准所需信息。光源和架空式光反射漫射器提供照明，从而加强了球形网格阵列的轮廓线。第一相机从正下方对标线片精密图纹掩模成像。位于标线片底表面下方的附加反射镜或棱镜将标线片图纹掩模以侧视图通过棱镜或反射表面反射至第二相机。位于标线片底表面下方的第二附加反射镜或棱镜将该标线片图纹掩模的另一相反侧视图通过棱镜或反射镜反射至第二相机。通过对多于一个点图纹成像，利用三角测量法可以分辨系统的丢失状态值。在对准后去除带有图纹掩模的标线片，并将待检测BGA球体朝下放置，此方式便于由所述两个相机成像。因而可以三角测量该部件的图像，并确定BGA的尺寸。

该光学系统设计成对所有视图聚焦图像，而无需另外的聚焦元件。侧视图的光学系统可以设有非线性元件沿一个方向拉伸图像，以增加相邻球体图像之间的表观间距，从而可以对带有间隔紧密球体的BGA以较低视角进行检测。