方舟+董浩+趙曉龍??

摘要：芯片封裝是保護(hù)芯片和增強(qiáng)芯片電熱性能的重要工藝，在芯片粘貼在引線框架的貼片基板上后，用金屬引線將芯片焊點(diǎn)與引線框架的管腳連接起來實(shí)現(xiàn)芯片功能。為了提高芯片引線鍵合的精度，確保鍵合機(jī)的焊頭能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確定位，采用基于緊支集雙正交小波的多分辨率分析方法實(shí)現(xiàn)芯片和貼片基板邊緣的快速檢測(cè)和特征匹配，實(shí)現(xiàn)芯片和引線框架焊點(diǎn)的快速定位。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)芯片圖像邊緣特征的準(zhǔn)確提取、識(shí)別和特征匹配。采用緊支集雙正交小波進(jìn)行芯片焊點(diǎn)和引線框架定位時(shí)，簡(jiǎn)化了算法的復(fù)雜度，提高了芯片引線框架焊點(diǎn)位置的檢測(cè)效率和定位精度。

關(guān)鍵詞：芯片封裝；引線鍵合；小波；焊點(diǎn)定位

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.3969/j.issn.10036199.2017.01.028

1引言

芯片封裝是在引線框架的外接管腳與芯片焊點(diǎn)之間建立可靠的連接，實(shí)現(xiàn)芯片的功能[1]。目前常用的芯片封裝技術(shù)包括三種方法：引線鍵合、載帶自動(dòng)焊和倒裝芯片技術(shù)[2]。在三種方法中由于引線鍵合技術(shù)具有成本低、精度高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，因此，90%以上的芯片封裝都采用的是引線鍵合形式。引線鍵合焊點(diǎn)的視覺定位就是首先通過視覺系統(tǒng)獲取芯片和貼片基板的數(shù)字圖像，從中提取出芯片和基板的實(shí)際中心坐標(biāo)參數(shù)。計(jì)算出芯片和基板相對(duì)于預(yù)定義位置的坐標(biāo)偏差和角度偏差。通過定位偏差參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算芯片和引線框架焊點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)芯片引線鍵合焊接劈刀定位誤差的在線修正[3]。

芯片的封裝工藝中需要將芯片粘貼在引線框架的貼片基板上，貼片機(jī)吸取芯片后將其放在基板上，由于取片和放片時(shí)存在誤差，導(dǎo)致芯片在基板上存在位置偏差。這種誤差的出現(xiàn)，在引線鍵合時(shí)會(huì)導(dǎo)致鍵合劈刀無法準(zhǔn)確定位到芯片焊點(diǎn)的焊接位置。這種情況將導(dǎo)致金屬引線的焊球焊接不牢或者定位不準(zhǔn)確，導(dǎo)致芯片的可靠性下降甚至失效。為了提高芯片的引線鍵合精度，本文采用構(gòu)造多尺度小波變換的方法提取芯片和基座的邊緣信息，實(shí)時(shí)檢測(cè)芯片和貼片基板的邊緣；計(jì)算芯片和貼片基板邊緣的中心坐標(biāo)和偏轉(zhuǎn)角度；為焊點(diǎn)實(shí)時(shí)定位和焊接劈刀的實(shí)時(shí)調(diào)整定位提供參數(shù)。

2基于小波變換的邊緣提取

通過CCD數(shù)字相機(jī)采集到的芯片圖像經(jīng)過預(yù)處理后，采用基于小波分析的多尺度圖像分析的辦法提取芯片和引線框架的邊緣特征。通常圖像特征局部的不連續(xù)稱為“邊緣”。就灰度突變性而言，圖像的邊緣一般分為兩大類，一類是階躍狀邊緣，其特征是邊緣兩邊象素的灰度值有顯著的不同；另一類是屋頂狀邊緣，其特點(diǎn)是它位于灰度值由增加到減小的變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在階躍邊緣點(diǎn)，圖像灰度在它兩旁的變化規(guī)律是灰度變化曲線的一階導(dǎo)數(shù)在該點(diǎn)達(dá)到極值，二階導(dǎo)數(shù)在該點(diǎn)近旁呈零交叉，即其左右分別為一正一負(fù)兩個(gè)峰；對(duì)于屋頂狀邊緣的邊緣點(diǎn)，其灰度變化曲線的一階導(dǎo)數(shù)在該點(diǎn)近旁呈零交叉，二階導(dǎo)數(shù)在該點(diǎn)達(dá)到極值。

5芯片特征識(shí)別與測(cè)試

本文在MATLAB軟件平臺(tái)上開發(fā)芯片引線鍵合焊點(diǎn)的定位檢測(cè)程序。首先從數(shù)字相機(jī)讀取芯片圖片，在采集芯片照片時(shí)設(shè)置環(huán)境光源，使得芯片處于良好的光照環(huán)境下。調(diào)整數(shù)字相機(jī)的鏡頭取景范圍，使芯片及其貼片基座盡量處于最大的取景范圍，使芯片圖像有較大的分辨率。采集到數(shù)字圖像后，根據(jù)數(shù)字相機(jī)的畸變校正矩陣[9]修正數(shù)字圖像誤差；然后通過圖像預(yù)處理技術(shù)[10]初步消除圖像中的干擾信息；其次采用圖像灰度處理[11]將其轉(zhuǎn)化為灰度圖像；再采用數(shù)字形態(tài)學(xué)技術(shù)消除芯片圖像上的微小孔隙，消除邊緣檢測(cè)過程中出現(xiàn)的亢余信息，完成數(shù)字圖像預(yù)處理過程。

將預(yù)處理過的圖像進(jìn)行多分辨率分析，由邊緣檢測(cè)算法得到的邊緣信息保存到鏈表結(jié)構(gòu)中，鏈表的每一行就保存一條邊緣。首先，在鏈表中查找被斷開的邊緣，并將斷開的邊緣重新連接起來，形成完成的邊緣。其次，將拼接起來的邊緣進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)不變性處理，使得圖像特征中的芯片和基板的邊緣特征轉(zhuǎn)化為具有不變性的封閉曲線。第三，在實(shí)時(shí)提取到的芯片和基板邊緣曲線進(jìn)行不變性處理并提取其小波特征后，將模板的小波特征與實(shí)時(shí)圖像中的邊緣特征參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，從而在采集到的圖像中識(shí)別出芯片和貼片基板的邊緣。最后通過計(jì)算邊緣曲線的矩特征參數(shù)，計(jì)算出芯片和基板對(duì)應(yīng)的偏移參數(shù)。

以任意兩幅圖片為例，芯片和貼片基板中心坐標(biāo)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)以芯片和基板周邊一定范圍為拍攝區(qū)域，如圖1和圖2所示。如前所述，芯片在粘貼在引線框架的貼片基板上時(shí)存在貼片誤差，在這兩個(gè)隨機(jī)選擇的芯片貼片圖像中芯片相對(duì)于基板的位置并不固定。這種誤差將導(dǎo)致在引線鍵合時(shí)，焊接劈刀無法與芯片和引線框架的焊點(diǎn)精確對(duì)準(zhǔn)，這種誤差將導(dǎo)致芯片可靠性降低甚至殘片。計(jì)算出芯片和貼片基板的位置偏移量之后，可以根據(jù)偏移量計(jì)算出芯片和引線框架上的焊點(diǎn)位置[12]。此時(shí)計(jì)算出的焊點(diǎn)坐標(biāo)是采用像素為單位的坐標(biāo)參數(shù)，通過對(duì)數(shù)字相機(jī)的標(biāo)定，可以計(jì)算出焊點(diǎn)的實(shí)際位置參數(shù)（單位：mm）。

6結(jié)論

芯片粘貼在引線框架后，為解決芯片和基座幾何中心坐標(biāo)與設(shè)備坐標(biāo)系中理論坐標(biāo)偏差和軸向偏角實(shí)時(shí)測(cè)量，以及實(shí)時(shí)修正芯片的鍵合焊點(diǎn)的位置提高引線鍵合質(zhì)量的問題，文中提出采用基于緊支集雙正交小波的方法實(shí)現(xiàn)邊緣提取和邊緣特征識(shí)別。通過實(shí)驗(yàn)表明，該算法能快速、準(zhǔn)確的將芯片邊緣和貼片基板的邊緣從圖像中識(shí)別出來；并根據(jù)兩者的中心位置偏差計(jì)算出焊點(diǎn)的實(shí)際位置，修正參數(shù)反饋給鍵合頭驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這種算法能夠提高引線鍵合工藝中的焊接質(zhì)量，簡(jiǎn)化了特征提取的步驟，縮短了算法的復(fù)雜度，提高了算法的精確度。

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