一种基于结构光的ic引脚共面度测量系统及其测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于结构光的ic引脚共面度测量系统及其测量方法，包括：图形投影仪，测角仪、漫射陶瓷标定板、a远心镜头、b远心镜头、ccd相机和计算机；图形投影仪连接ａ远心镜头，通过夹持装置固定在隔振试验台上，图形投影仪的光线垂直于隔振试验台的平面，待测ic芯片放置于图形投影仪正下方的水平面上；b远心镜头连接到ccd相机，通过夹持装置固定在隔振试验台上，ccd相机的光线与隔振试验台的平面呈一定夹角。本装置能够将ic引脚共面度的测量转化为基于机器视觉的智能化测量，引脚的共面度测量在图像上映射为芯片表面与引脚表面光栅条纹间的高度差。设备成本低，技术手段简便易行，省去了繁琐的公式推导与计算，提高了测试的效率。
【专利说明】一种基于结构光的ic引脚共面度测量系统及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路封装领域，尤其涉及一种基于结构光的ic引脚共面度测量系统及其测量方法。
【背景技术】
[0002]随着电子信息工业的发展，集成电路电子元器件取得了飞速的发展。在电子集成电路元器件生产的流水线上，控制和提高产品的表面质量一直是电子行业非常关注的内容，从而对产品质量的检测显得尤为关键，其中ic引脚共面度是影响线路板组装质量的一个重要因素。ic器件即集成电路电子器件的最低引脚与不在同一条直线上的三个最高引脚构成的平面之间的距离偏差定义为共面性误差，通常简称为共面度。在电路板表面贴装(smt)生产工艺中，为保证贴装质量，贴装工艺对引脚的共面度提出了相当高的要求，当引脚共面度超出某一范围时，则器件的某些引脚跟pcb焊盘即印刷电路板焊盘的表面就不能紧密接触，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。
[0003]ic器件的引脚共面度是衡量ic器件封装技术的关键指标之一，它表明ic器件引脚与pcb焊盘表面接触匹配的好坏程度。若器件引脚与pcb共面度不佳，则容易缺少锡膏导致器件焊接不牢，或锡膏过多导致元器件短路。反之，共面度越好，则ic器件的引脚与pcb焊盘表面越能更好地完全接触，这样在焊接过程中可得到最好的焊接质量。
[0004]传统的检测方法是通过人眼检测的，这种方法存在很多的问题:检测效率不高；检测结果容易受到人的主观因素影响；检测人员的劳动强度大等。随着生产厂家生产速度的提高和上游组装厂家对引脚共面性精度要求的提高，人工目检的弊端越来越凸现，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，国内外已研制出高精度的ic表面外观的自动检测系统。
[0005]现有的共面度检测方法通常可以分为:金相切片分析法、三维坐标仪测量法、三维影像测量法以及接触式三维坐标仪测量法等较常用的四种测量方法。金相切片分析法虽然检测结果直观准确，但测量效率低下，属于破坏性测量；三维坐标仪测量法虽然是无损且可重复测量，但准确度较低，不同测量人员测量结果差异较大；三维影像测量法测量虽结果直观形象，数据处理简便，但也属破坏性测量，测量结果受样品表面状况(基材/铜面颜色、表面处理)影响较大；接触式三维坐标仪测量法准确度高效率较高探针具有物理尺寸，测量微小样品时定位误差较大；
【发明内容】
[0006]本发明为了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，提供一种基于结构光的ic引脚共面度测量系统及其测量方法，相对于现有技术，测量设备简单、测量精度提高。
[0007]本发明通过下述技术方案实现:[0008]一种基于结构光的ic引脚共面度测量系统，包括图形投影仪1，测角仪、圆形线光栅片、漫射陶瓷标定板、a远心镜头2、b远心镜头4、cxd相机5和计算机6 ;所述圆形线光栅片放置于图形投影仪i中；图形投影仪i采用led图形投影仪。
[0009]所述图形投影仪i连接a远心镜头2，通过夹持装置固定在隔振试验台上，图形投影仪i的光线垂直于隔振试验台的平面，待测ic芯片放置于图形投影仪i正下方的水平面上;
[0010]所述b远心镜头4连接到cxd相机5，通过夹持装置固定在隔振试验台上，cxd相机5的光线与隔振试验台的平面呈15°?60°夹角，c⑶相机5连接到计算机6，在计算机6上显示由cxd相机5拍摄到的带有光栅条纹的ic芯片图像，调整cxd相机5的角度使图像中的光栅条纹显示为水平直线。
[0011]所述c⑶相机5的光线与隔振试验台的平面最好呈45°夹角。
[0012]采用上述测量系统测量ic芯片引脚共面度测量方法，包括如下步骤:
[0013]步骤1:调整图形投影仪i与ic芯片的位姿，使光栅条纹垂直投射到ic芯片的每一个引脚上，再调整ccd相机5的角度，使之拍摄到的光栅条纹成水平直线；
[0014]步骤2:利用测角仪测出cxd相机5或远心镜头4与水平线所成的角度θ ；
[0015]步骤3:对c⑶相机5拍摄到的带有光栅条纹的ic芯片引脚的图像进行图像形态学的处理，提取出ic芯片引脚光栅条纹的骨架，并对骨架做最小二乘法的直线拟合，计算出由ic芯片表面光栅条纹拟合的直线与引脚表面光栅条纹拟合的直线间的像素距离s ；
[0016]步骤4:用c⑶相机5对漫射陶瓷标定板做相机标定，算出像素距离与实际物理距离之间的比例关系k ；
[0017]步骤5:对ic芯片的每一个引脚逐一通过上述步骤3、4处理，由公式h = k.s/cos θ得出ic芯片的引脚至ic芯片表面之间的垂直距离h ；
[0018]步骤6:计算出ic芯片每个引脚至ic芯片表面的高度差hi,共面度l用ic引脚与ic芯片表面实际高度差的最大值hmax与最小值hmin之差来表示，即l = hmax-hmin, l即为ic引脚共面度。
[0019]本发明相对于现有技术，至少具有如下的优点及效果:
[0020]本发明能够将ic引脚共面度的测量转化为基于机器视觉的智能化测量，引脚的共面度测量在图像上映射为芯片表面与引脚表面光栅条纹间的高度差。
[0021]由于采用基于机器视觉的亚像素数字图像处理技术和高精度的测试仪器，故可提高检测精度。
[0022]本发明所采用设备成本低，不需要复杂庞大的测试仪器，技术手段简便易行，省去了繁琐的公式推导与计算，提高了测试的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明测量系统的示意图。
[0024]图2是光栅投影到ic芯片的示意图。
[0025]图3是光栅像素高度差示意图。
【具体实施方式】[0026]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0027]实施例
[0028]如图1至3所示。本发明公开了一种基于结构光的ic引脚共面度测量系统，其包括:
[0029]图形投影仪1，测角仪、圆形线光栅片、漫射陶瓷标定板、a远心镜头2、b远心镜头
4、ccd相机5和计算机6 ;所述圆形线光栅片放置于图形投影仪i中；图形投影仪i为led图形投影仪。
[0030]所述图形投影仪i连接a远心镜头2，通过夹持装置固定在隔振试验台上，图形投影仪i的光线垂直于隔振试验台的平面，待测ic芯片放置于图形投影仪i正下方的水平面上;
[0031]所述b远心镜头4连接到cxd相机5，通过夹持装置固定在隔振试验台上，cxd相机5的光线与隔振试验台的平面呈15°?60°夹角，c⑶相机5连接到计算机6，在计算机6上显示由cxd相机5拍摄到的带有光栅条纹的ic芯片图像，调整cxd相机5的角度使图像中的光栅条纹显示为水平直线。
[0032]所述cxd相机5的光线与隔振试验台的平面最少是呈45°夹角。
[0033]上述测量系统测量ic芯片引脚共面度测量方法，可通过如下步骤实现:
[0034]步骤1:调整图形投影仪i与ic芯片的位姿，使光栅条纹垂直投射到ic芯片的每一个引脚上，再调整ccd相机5的角度，使之拍摄到的光栅条纹成水平直线；
[0035]步骤2:利用测角仪测出cxd相机5或远心镜头4与水平线所成的角度θ ；
[0036]步骤3:对c⑶相机5拍摄到的带有光栅条纹的ic芯片引脚的图像进行图像形态学的处理，提取出ic芯片引脚光栅条纹的骨架，并对骨架做最小二乘法的直线拟合，计算出由ic芯片表面光栅条纹拟合的直线与引脚表面光栅条纹拟合的直线间的像素距离s ；
[0037]步骤4:用cxd相机5对漫射陶瓷标定板做相机标定，算出像素距离与实际物理距离之间的比例关系k ；
[0038]步骤5:对ic芯片的每一个引脚逐一通过上述步骤3、4处理，由公式h = k.s/cos θ得出ic芯片的引脚至ic芯片表面之间的垂直距离h ；
[0039]步骤6:计算出ic芯片每个引脚至ic芯片表面的高度差hi,共面度l用ic引脚与ic芯片表面实际高度差的最大值hmax与最小值hmin之差来表示，即l = hmax-hmin, l即为ic引脚共面度。
[0040]如上所述，便可较好地实现本发明。
[0041]本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于结构光的ic引脚共面度测量系统，其特征在于包括: 图形投影仪，测角仪、圆形线光栅片、漫射陶瓷标定板、a远心镜头、b远心镜头、cxd相机和计算机；所述圆形线光栅片放置于图形投影仪中； 所述图形投影仪连接a远心镜头，通过夹持装置固定在隔振试验台上，图形投影仪的光线垂直于隔振试验台的平面，待测ic芯片放置于图形投影仪正下方的水平面上； 所述b远心镜头连接到cxd相机，通过夹持装置固定在隔振试验台上，cxd相机的光线与隔振试验台的平面呈15°~60°夹角，c⑶相机连接到计算机，在计算机上显示由c⑶相机拍摄到的带有光栅条纹的ic芯片图像，调整ccd相机的角度使图像中的光栅条纹显示为水平直线。
2.根据权利要求1所述的基于结构光的ic引脚共面度测量系统，其特征在于:图形投影仪为led图形投影仪。
3.根据权利要求1所述的基于结构光的ic引脚共面度测量系统，其特征在于:所述ccd相机的光线与隔振试验台的平面呈45°夹角。
4.一种采用权利要求1至3中任一项所述测量系统测量ic芯片引脚共面度测量方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤1:调整图形投影仪与ic芯片的位姿，使光栅条纹垂直投射到ic芯片的每一个引脚上，再调整ccd相机的角度，使之拍摄到的光栅条纹成水平直线； 步骤2:利用测角仪测出ccd相机或远心镜头与水平线所成的角度θ ； 步骤3:对ccd相机5拍摄到的带有光栅条纹的ic芯片引脚的图像进行图像形态学的处理，提取出ic芯片引脚光栅条纹的骨架，并对骨架做最小二乘法的直线拟合，计算出由ic芯片表面光栅条纹拟合的直线与引脚表面光栅条纹拟合的直线间的像素距离s ； 步骤4:用ccd相机5对漫射陶瓷标定板做相机标定，算出像素距离与实际物理距离之间的比例关系k ； 步骤5:对ic芯片的每一个引脚逐一通过上述步骤3、4处理，由公式h = k.s/cos θ得出ic芯片的引脚至ic芯片表面之间的垂直距离h ； 步骤6:计算出ic芯片每个引脚至ic芯片表面的高度差hi,共面度l用ic引脚与ic芯片表面实际高度差的最大值^iax与最小值hmin之差来表示，即l = hmax-hmin, l即为ic引脚共面度。
【文档编号】g01b11/30gk103954241sq201410164259
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】陈忠, 刘文涛, 张宪民, 钟球盛 申请人:华南理工大学