一种半导体封装外观检测角度对位方法与多视角检测系统与流程

本发明属于半导体封装外观检测，具体涉及一种半导体封装外观检测角度对位方法与多视角检测系统，尤其涉及一种基于视觉反馈的半导体器件角度对位方法及系统，用于在多视角外观检测中实现器件正面方向的高精度自动校正。

背景技术：

1、半导体封装外观检测需要对器件多个表面进行成像，以识别破损、划痕、脏污等外观缺陷。

2、现有检测系统通常将待测器件置于承载件上，利用成像单元采集器件图像，根据图像确定器件的姿态偏差后，通过旋转机构调整器件朝向，再进行后续多视角图像采集和缺陷识别。

3、然而，在器件姿态调整环节，现有技术普遍存在对位精度不高、稳定性差的问题。实际检测中，由于器件外形不规则、图像噪声干扰以及旋转机构自身误差等因素，器件经角度调整后往往仍存在姿态偏差，导致各视角图像中器件位置和朝向不一致，影响后续缺陷检测和定位的准确性。上述问题导致多视角外观检测的整体精度和一致性难以满足日益提高的检测要求。

技术实现思路

1、根据本技术的第一方面，提供了一种半导体封装外观检测角度对位方法，其包括以下步骤：

2、采集待测半导体器件的俯视图像；

3、对所述俯视图像进行畸变校正，得到校正图像；

4、从所述校正图像中提取器件轮廓，得到亚像素轮廓点集；

5、根据所述亚像素轮廓点集，获取半导体器件的预测旋转角度；

6、获取器件表面反映正面方向的特征信息，根据所述预测旋转角度和所述特征信息，确定角度偏移量；

7、根据所述角度偏移量，控制所述半导体器件与成像单元之间的相对旋转，使所述半导体器件的正面与预设方向一致；

8、在相对旋转后再次采集所述俯视图像，计算剩余角度误差；

9、对比所述剩余角度误差与预设的角度误差阈值，得到角度差值，根据所述角度差值，进行补充旋转；重复得到所述角度差值，根据所述角度差值，进行补充旋转的步骤，直至所述角度误差不大于所述角度误差阈值。

10、进一步地，所述从所述校正图像中提取器件轮廓，得到亚像素轮廓点集，包括：

11、对所述校正图像进行预处理，获得器件前景掩膜；

12、对所述前景掩膜进行边缘检测，得到像素级边缘；

13、对所述像素级边缘进行亚像素定位，得到所述亚像素轮廓点集。

14、进一步地，所述对所述像素级边缘进行亚像素定位，包括采用灰度矩方法，在边缘法线方向上利用高斯加权灰度矩计算亚像素位置；采用下式计算所述亚像素位置：

15、

16、其中，为所述亚像素位置，为高斯加权系数，为像素坐标，为所述像素坐标对应的灰度值。

17、进一步地，所述根据所述亚像素轮廓点集，获取半导体器件的预测旋转角度，包括：

18、采用抗离群点的拟合算法对所述亚像素轮廓点集进行旋转矩形拟合，得到所述预测旋转角度。

19、进一步地，所述抗离群点的拟合算法为ransac旋转矩形拟合，所述ransac旋转矩形拟合包括：

20、从所述亚像素轮廓点集中随机抽取最小点集拟合旋转矩形；

21、计算所有轮廓点到所述旋转矩形最近边的距离；

22、将距离小于第一阈值的轮廓点标记为内点；

23、重复随机抽取和拟合预设次数，选择所述内点数量最多的旋转矩形模型；

24、利用所述旋转矩形模型对应的全部内点重新拟合所述旋转矩形，得到最终的所述预测旋转角度。

25、进一步地，所述特征信息为丝印标记、定位缺口或引脚分布差异；所述根据所述预测旋转角度和特征信息，确定角度偏移量，包括：

26、根据所述特征信息在器件轮廓内的相对方位，从候选方向中选取与器件正面方向一致的角度作为所述角度偏移量，其中，所述候选方向包，为所述预测旋转角度。

27、进一步地，所述预设的角度误差阈值为0.05°至0.1°；所述重复得到所述角度差值，根据所述角度差值，进行补充旋转的步骤的最大次数为2至3次。

28、进一步地，上述方法还包括偏心量估计步骤，所述偏心量估计步骤包括：

29、根据所述亚像素轮廓点集获取待测半导体器件的预测中心位置；

30、获取旋转中心在图像中的坐标；

31、根据所述预测中心位置与所述旋转中心在图像中的坐标的差异，计算水平偏心量；

32、根据所述水平偏心量，确定相对旋转180°后所述待测半导体器件在图像中的理论中心位置；

33、以所述理论中心位置为基准，对相对旋转180°后采集的侧面图像进行平移校正，得到校正后的侧面图像。

34、根据本技术的第二方面，提供了一种半导体封装外观多视角检测系统，其包括：

35、中空旋转云台，其中心区域设有上下贯穿的检测窗口，所述中空旋转云台由驱动电机通过传动机构驱动绕其中心轴线旋转；

36、透明承载件，嵌装于所述检测窗口内，用于承载待测半导体器件；

37、上置成像单元，固定设置于所述中空旋转云台上方，其光轴垂直向下穿过所述透明承载件的中心，所述上置成像单元用以采集待测半导体器件的俯视图像；

38、下置成像单元，固定设置于所述透明承载件正下方，其光轴与所述上置成像单元的光轴重合；所述下置成像单元用以采集待测半导体器件的仰视图像；

39、前侧相机，布置于所述中空旋转云台的前侧，其光轴水平指向所述透明承载件的中心；

40、右侧相机，布置于所述中空旋转云台的右侧，其光轴水平指向所述透明承载件的中心；

41、控制模块，与所述驱动电机信号连接；

42、上位机，分别与所述上置成像单元、所述下置成像单元、所述前侧相机、所述右侧相机和所述控制模块信号连接，并被配置为执行上述的半导体封装外观检测角度对位方法。

43、进一步地，所述上位机包括：

44、畸变校正模块，用于对俯视图像进行径向和切向畸变校正；

45、轮廓提取模块，用于从校正图像中提取器件亚像素轮廓；

46、角度确定模块，用于根据亚像素轮廓点集获取预测旋转角度，并结合特征信息确定角度偏移量；

47、反馈控制模块，用于在进行所述旋转后再次采集所述俯视图像并判断是否需要微调；

48、偏心估计模块，用于计算待测半导体器件的中心与所述中空旋转云台的旋转中心的偏心量；

49、所述系统还包括显示模块，其与所述上位机信号连接，所述显示模块用以实时显示检测结果，所述检测结果包括所述上置成像单元、所述下置成像单元、所述前侧相机和所述右侧相机采集得到的待测半导体器件的图像，以及实时的所述角度偏移量和所述偏心量。

50、与现有技术相比，本技术至少具有以下技术效果：

51、一方面，本技术提供的半导体封装外观检测角度对位方法，通过对俯视图像进行畸变校正和亚像素轮廓提取，获得更准确的器件轮廓数据，在此基础上获取预测旋转角度并结合器件表面反映正面方向的特征信息确定角度偏移量，从而唯一确定器件正面方向，避免因矩形轮廓的对称性导致的角度歧义；根据角度偏移量控制相对旋转后，再次采集俯视图像并计算剩余角度误差，根据误差大小进行补充旋转并重复验证，补偿机械传动间隙和步进误差等因素造成的角度偏差，使器件正面最终与预设方向一致，有效提高了角度对位的精度和稳定性，保证后续多视角图像采集时器件姿态的一致性。

52、另一方面，本技术提供的多视角半导体封装外观检测系统，通过中空云台配合透明承载件及下置相机的组合，实现了在不翻转半导体器件的情况下获取顶面、底面及四个侧面的完整图像，检测无死角，完全替代了人工翻转操作；利用上置成像单元采集的图像，由上位机计算角度偏差并通知控制模块驱动云台自动旋转对位，确保器件正面正对前侧相机，消除了人工放置角度偏差对检测精度的影响；侧方相机布置于前侧和右侧，避免了对操作人员上下料动作的干扰，符合人机工程学要求；上位机负责图像处理和缺陷识别，控制模块负责云台运动控制，分工明确，系统响应速度快，稳定性高。另外，自动检测结果呈现在显示模块上，操作人员仅需查看确认并进行上下料，大幅减轻了人工用眼负担，提高了检测效率。