芯片检查机的同轴自动对焦系统及方法与流程

本发明属于芯片检测设备，具体地，涉及一种芯片检查机的同轴自动对焦系统及方法。

背景技术：

1、在半导体后段封装与芯片量产检测场景中，编带封装是小尺寸贴片芯片实现自动化收纳、转运与供料的主流承载形式，广泛应用于消费电子、汽车电子、工业控制等领域的芯片量产环节。芯片外观检测作为封装后最终品质核验的核心工序，直接决定出厂芯片的外观缺陷检出率，其核心依赖高精度工业视觉成像系统完成芯片引脚、塑封体表面、标记印刷等区域的微米级特征识别，成像质量的稳定性直接决定最终检测良率与生产效率。

2、现有公开号为cn101936918a的中国专利申请文献，其公开了一种bga芯片视觉检测系统及其检测方法,该系统包括控制单元,其设有计算分析模块;向控制单元传送图像信息的照相机,照相机与一光学镜头共轴线设置,该系统还设有同轴光源组件,其包括同轴光源发生器及与光学镜头成45°夹角的半透半反镜。该方法包括同轴光发生器发出同轴光线,照相机获取图像信息并将图像信息传送至控制单元;计算分析模块判断图像信息中是否包括芯片的图像信息,若包括则对图像进行阈值分割,区分图像中焊球图像的前景与背景,并对焊球图像进行blob分析,计算每一焊球图像的位置、面积及周长参数,对焊球图像进行圆拟合操作,辨别缺陷焊球。本发明能检测芯片焊球的自身缺陷,提高检测质量。

3、当前行业内的芯片编带检测设备，普遍采用固定工位静止拍摄的架构：检测工位的芯片承载基座完全固定，由伺服驱动机构搭载编带沿进料方向步进运动，每次运动固定预设步距，将编带中载槽内的待检测芯片精准停留在视觉系统的正下方完成拍摄检测。

4、由于常规工业远心镜头的景深参数与成像分辨率存在固有trade-off关系，当前行业内形成了两类完全对立的技术路线：

5、1、小景深高清晰成像路线：大量对缺陷检测精度要求高的场景，会选择景深仅10μm级别的高分辨率小景深视觉系统，但该方案的适用前提是被拍摄物必须严格位于镜头的最佳成像焦平面上。而实际量产场景下，柔性编带自身存在注塑成型公差、载槽注塑翘曲误差，同时编带步进运动过程中受传送带摩擦、伺服启停振动、轨道间隙影响，会产生不可避免的z向上下跳动，最终芯片的实际停留位置的z向波动范围往往会超过10μm，完全超出该类视觉系统的景深覆盖区间。

6、2、大景深防失焦成像路线：为了规避小景深方案的高失焦缺陷，部分设备厂商转而采用20μm级别的大景深视觉系统，依靠更大的景深覆盖范围，直接容纳编带跳动与自身形位公差带来的z向位置波动，理论上可以将失焦率降低至接近零的水平。但该方案的固有短板也十分突出：在相同光学倍率下，增大景深必然需要压缩镜头的通光孔径、改变光学组配置，最终成像的边缘锐度、细节对比度都会出现明显下降，影响后道检测的准确性。对检测精度有严苛要求的高端芯片场景，完全无法接受这类成像质量的妥协。

7、现有技术急需一种能够在不降低成像清晰度的前提下，完全适配编带运动、自身形位误差带来的z向位置波动，既实现零失焦稳定成像，又保留10μm小景深视觉系统的超高成像锐度的视觉检测系统。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种芯片检查机的同轴自动对焦系统及方法。

2、根据本发明提供的芯片检查机的同轴自动对焦系统，包括机架，设置在机架上的芯片传输装置和视觉装置，所述视觉装置位于芯片传输装置的检测位点的上方；

3、所述芯片传输装置包括：传输轨道、编带、检测位点以及固定机构，所述编带设置在传输轨道中并沿传输轨道的走向步进，所述固定机构设置在检测位点处，所述编带运动至检测位点处停止，所述固定机构将编带的位置固定；

4、所述视觉装置包括设置在同侧的红外视觉机构、测高激光传感器以及高度调节机构，所述测高激光传感器采集检测位点处的芯片高度信息，所述高度调节机构根据采集的芯片高度信息控制红外视觉机构在高度方向上运动对焦，所述红外视觉机构采集芯片图像信息。

5、在一种优选地实施方式中，所述固定机构包括压板、凸台、第一调节块、固定块以及直线往复驱动组件；

6、所述凸台固定设置在传输轨道上，且所述凸台位于编带下方；

7、所述压板设置在编带上方，所述第一调节块活动设置在传输轨道的侧边，所述压板与第一调节块固定连接，所述固定块与机架固定连接，所述直线往复驱动组件安装在固定块上，所述直线往复驱动组件的输出端与第一调节块连接，驱动第一调节块沿高度方向运动。

8、在一种优选地实施方式中，所述固定机构还包括弹簧和第二调节块，所述第二调节块可拆卸安装在固定块上，所述弹簧的一端与第二调节块连接，所述弹簧的另一端通过连接杆与第一调节块连接，所述弹簧的伸缩方向为高度方向，且所述弹簧和连接杆二者均不与固定块产生干涉。

9、在一种优选地实施方式中，所述直线往复驱动组件包括安装块、气缸以及直线导轨，所述安装块固定安装在固定块上，所述直线导轨的导轨部固定设置在固定块上，所述直线导轨的滑块部与第一调节块固定连接，所述气缸的固定部安装在安装块上，所述气缸的活动部与直线导轨的滑块部连接；

10、且所述气缸的伸缩方向、直线导轨的导轨部的长度方向二者均与高度方向同向。

11、在一种优选地实施方式中，所述压板上设置有能够将芯片暴露的检测口。

12、在一种优选地实施方式中，所述高度调节机构通过安装板安装在机架上，所述高度调节机构包括伺服电机和直线模组，所述伺服电机的固定部固定连接在安装板上，所述直线模组的导轨部固定连接在安装板上，所述伺服电机的输出部与直线模组的丝杆部传动连接，所述直线模组的滑块部上设置有用于安装红外视觉机构和测高激光传感器的连接板。

13、在一种优选地实施方式中，所述红外视觉机构包括沿高度方向自上向下依次连接的红外相机、红外镜管以及红外显微镜。

14、在一种优选地实施方式中，所述测高激光传感器和红外视觉机构二者采集同一块芯片的高度信息和图像信息。

15、在一种优选地实施方式中，所述测高激光传感器的精度至少满足0.01μm。

16、一种芯片检查机的同轴自动对焦方法，包括如下步骤：

17、芯片传输装置将待测芯片输送至检测位点；

18、测高激光传感器采集芯片的高度信息，并将高度信息传递至上位系统；

19、上位系统生成控制指令，并将控制指令发送至高度调节机构；

20、高度调节机构执行控制指令；

21、红外视觉机构进行拍照，并拍照数据上传至上位系统；

22、上位系统对拍照数据进行清晰度判定；

23、若判定通过，则确定对焦完成，若判定不通过，则测高激光传感器再次采集芯片的高度信息，重复上述步骤直至对焦完成。

24、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

25、1、本发明通过将芯片传输至检测位点后，采用固定机构将编带的位置固定，便于视觉装置对芯片信息进行采集，从而提高视觉装置自动对焦的准确性；高度调节机构根据测高激光传感器采集的高度信息调节红外视觉机构的高度，实现自动对焦，有助于提高采集图像的清晰度且零失焦，进而有助于提高后续检测的准确性。

26、2、本发明通过弹簧和第二调节块，在第一调节块和压板向上运动的过程中，弹簧被拉长，在第一调节块和压板向下运动的过程中，弹簧被压缩；由于弹簧的缓冲作用，能够保护编带，不被压板和凸台夹持损，提高了系统的实用寿命。