（机械电子工程专业论文）热超声倒装键合实验台视觉定位系统的设计与研究.pdf

中南大学硕士学位论文 摘要 微电子技术的发展，要求芯片具有更小的尺寸、更多的i o 、更 高的性能和可靠性，这对芯片封装装备提出了更大的挑战，面阵列封 装技术迎合了这一发展趋势，热超声倒装键合是一种绿色无铅面阵列 封装技术，是最具有潜力的下一代封装技术之一。在热超声倒装键合 工艺中定位精度与键合质量密切相关，视觉定位技术是芯片热超声倒 装设备的关键技术之一。本文设计和研究了热超声倒装键合实验台视 觉定位系统成像系统、照明系统，完成了图像识别软件的设计与开发， 提出了基于h e x s i g h t 特点的热超声倒装键合实验台视觉系统的解决 方案。本文的工作主要包括： ( 1 ) 根据热超声实验台中视觉定位系统的功能要求，提出了一 种改进的双c c d 取像光路，此光路继承了双c c d 成像系统的优点，并 缩小了上视c c d 的安装空间。在研究和借鉴通用视觉系统的基础之 上，完成了热超声倒装键合实验台视觉系统的硬件设计。 ( 2 ) 根据芯片和基板表面材料特性、c c d 光学特性，通过实验 对比和理论研究，设计了一种以环形l e d 光源为主、多个l e d 珠为辅 的视觉系统照明光源，获得了轮廓特征清晰、对比度高的数字图像。 为解决环境光改变后，需多次调节光源亮度的问题设计了一数字可调 l e d 电源，利用p c 机串口控制各路输出电压，并循环显示各个电压 值，同时可以保存调试结果，在需要时加载。 ( 3 ) 利用图像的几何变换和理想相机小孔成像模型理论，推导 了两c c d 图像坐标系间的数学关系，统一了双c c d 分别对芯片和基板 识别定位的结果，实现了芯片与基板键合点的对准，为开发自主产权 的热超声倒装键合实验台图像处理系统奠定了基础。 ( 4 ) 以h e x s i g h t 为基础开发了热超声倒装键合实验台视觉定位 软件，对系统双c c d 控制资源的分配、同一搜索模式库的对象识别、 对象部分偏离视场时的搜索、反置芯片的识别等问题的解决方法进行 了详细介绍。最后根据对芯片进行定位的实验数据，分析了视觉定位 系统的单项误差和综合误差，并对识别结果提出了两种优化方法，进 一步提高了视觉定位软件的定位精度。 实验证明本视觉系统对于任意位姿的对象识别具有较好的稳定 性，其定位精度达到了亚像素级别。此系统的研制成功，为课题的进 中甫大学硕士学位论文 一步研究提供了条件。 关键词：热超声倒装，视觉定位，数字图像，h e x s i g h t ，l e d 光源，v i s u a lc + + ，单片机 中南大学硕士学位论文 a b s t ra c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fm i c r o e l e c t r o n i c st e c h n o l o g y ，t h ec h i p r e q u e s t sas m a l l e rs i z e ，m o r ei o s ，h i g h e rp e r f o r m a n c ea n dr e l i a b i l i t y t h e d e v e l o p i n gp o t e n t i a lo ft r a d i t i o n a lw i r eb o n d i n gi sb e c o m i n gs m a l l e ra n d s m a l l e rb e c a u s eo fi t st e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c s t h ef l i p c h i pp a c k a g i n g b a s e do nt h es u r f a c ea r r a yp a c k a g i n gt e c h n o l o g yb e c o m e st h em a i n s t r e a m o ft h en e x tg e n e r a t i o np a c k a g i n gt e c h n o l o g i e s t h et h e r m o s o n i cf l i pc h i p b o n d i n gt e c h n o l o g yb e c o m e sf o c u so fs t u d y i n g ，w h i c hc a ni n c r e a s et h e d e n s i t yo fp a c k a g i n g a tt h es a m et i m e ，t h et h e r m o s o n i cf l i pc h i pb o n d i n g e q u i p m e n tr e q u i r e sh i g h e rp o s i t i o n i n gp r e c i s i o n ，s ot h em a c h i n ev i s i o n p o s i t i o n i n gt e c h n o l o g yi st h ek e yt e c h n o l o g yo ff l i pc h i pe q u i p m e n t s i n t h i sp a p e gt h es o f t w a r ea n dh a r d w a r eo fv i s i o nb a s e dp o s i t i o n i n gi nt h i s t h e r m o s o n i cf l i pc h i pb o n d e ra r ed e s i g n e da n ds t u d i e d f i r s t l y , t h i sp a p e ra n a l y z e s t h ef u n c t i o na n do b j e c t i v eo ft h e t h e r m o s o n i cf l i pc h i pb o n d i n gt e s ts t a n dv i s i o na l i g n m e n ts y s t e m , an e w f i x i n gm e t h o do fd u a lc c d i sr a i s e db yr e f e r i n gm a c h i n ev i s i o ni no t h e r r e l a t e dm i c r o e l e c t r o n i c se q u i p m e n t s s e c o n d l y , a c c o r d i n g t ot h em a t e r i a lc h a r a c t e r i s t i c so fc h i pa n d s u b s t r a t e ，c c do p t i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，e x p e r i m e n ta n dt h e o r e t i c a ls t u d y , t h er i n gl e di l l u m i n a t i o nw i t h6l e db u m p si sa d o p t e d t h e nad i g i t a l a d j u s t a b l e l e dl i g h tp o w e ri s d e v e l o p e d ，b yw h i c ht h eb r i g h t n e s s i s r e g u l a t e db ys o f t w a r et h r o u g hs e r i a lp o r to ft h ec o m p u t e r t h i r d l y , t h e s o f t w a r e d e v e l o p m e n tp r o c e s s b a s e d h e x s i g h t i s s u m m a r i z e da f t e r a n a l y z i n gt h ef e a t u r e so ft h ef l i pc h i pb o n d e r t h e r e s o u r c e sa l l o c a t i o nm e t h o do fd o u b l ec c dc a m e r a s ，t h eo b j e c tm o d e l s c o n t r o l lm e t h o d ，t h es e a r c hf u n c t i o nb a s e dg r a yh i s t o g r a ma n dt h e p o s i t i o n i n gm e t h o do fr e v e r s e dc h i pa r ew o r k e do u t i no r d e rt of u r t h e r i m p r o v et h ea c c u r a c ya n ds p e e do fp o s i t i o n i n g ，t h ea c q u i r e dd i g i t a li m a g e i sc a l i b r a t e d ，t h ec h i pm o d e li s o p t i m i z a t e d t h ee r r o ro ft h ev i s i o n p o s i t i o n i n gs y s t e mi sa n a l y z e da c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n tr e s u l t s f i n a l l y , b a s e do nt h ei m a g i n gm o d e lo fi d e a lc a m e r a ，t h eg e o m e t r i c r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt w oc c dp a n e li sp r e s e n t e db ys p a t i a lg e o m e t r i c t r a n s f o r m a l g o r i t h m 中南大学硕士学位论文 t h i sv i s i o np o s i t i o n i n gs y s t e mh a sr e a c h e das u b p i x e la c c u r a c y , w h i c hr e a l i z e st h ed i ep i c k u pa n dt h ea l i g n m e n to fd i ea n ds u b s t r a t ea n d l a y saf o u n d a t i o nf o rf u r t h e rs t u d y k e yw o r d s ：t h e r m o s o n i cf l i pc h i pb o n d i n g ，v i s i o nb a s e dp o s i t i o n i n g ， d i g i t a li m a g ep r o c e s s i n g ，h e x s i g h t ，l e di l l u m i n a t i o n ，v i s u a lc + ，s i n g l e c h i pc o m p u t e r 中南大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。论文主要是自己的研究所得，除了已注明的地方外，不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书 而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献，已在论文的致谢语 中作了说明。 作者签名： 日期：珥年l 月半日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位 论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容， 可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部 门的规定，送交学位论文。对以上规定中的任何一项，本人表示同意，并愿意提 供使用。 作者签名： 导师签名：啤吼珥年上月毕日 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论 近几年，随着全球经济大环境的好转及半导体产业的增长，微电子装备与测 试产业增长迅速，并带动了微电子封装设备的发展。据统计，当今发达国家国民 生产总值增长部分的6 5 与电子有关，且电子工业增长速率一般为g d p 增长速率 的3 倍，可以说，电子产业的规模和技术水平己成为衡量一个国家综合国力的重 要标志之一。预计2 0 0 2 2 0 0 7 ：年倒装设备( f 1 i pc h i pb o n d e r ) 的平均年增长率最 高，达至l j l 4 7 ；其次是视觉检测系统，年平均增长率为1 0 9 【1 j 。目前电子制 造产业在我国得到了蓬勃的发展，成为世界电子制造强国是我国二十世纪发展 的战略目标，为实现这一宏伟目标必须开发和研制具有自主知识产权的先进制造 工艺、技术和装备。 半导体设备的发展，决定半导体工艺的提升；技术工艺的提升又推动着相应 设备的进步，两者相辅相成。电子制造工艺的进步朝着元件的微型化、组装的高 密化、高速化方向发展，对电子制造设备运动精度和速度的要求变得越来越高【2 l 。 现代电子制造设备的定位精度己达到2 5 u m ，预计下一代电子制造设备的定位精 度将减小到小于l u m 。对于这样的微米级定位精度，传统机械制造设备的粘接和 装夹技术均无法实现。在现代电子制造设备中，芯片及其表面焊盘在工作台上的 精确位姿只能通过视觉系统实测予以确定p 嗣。伴随着亚微米、深亚微米、纳米 级工艺的发展，视觉自动对准技术已经成为微电子设备不可或缺的关键技术之 一，几乎所有的微电子制造设备都包含机器视觉系统，完成诸如芯片基板定位和 对准的基本任务，并可进行信息收集检验任务，如自动检测、信号分类等【们。特 别是在集成电路的后端检验和封装生产设备( 如自动贴片机) 中，模式识别和视 觉伺服控制的图像处理技术更是其中的重要组成部分。 此外，基于机器视觉的自动光学检测技术( a o i ，a u t o m a t i co p t i c s i n s p e c t i o n ) ，以其速度快、精度高、可重复性好的优点，在电子制造中得到越来 越普遍的应用i t 。并可实现与s p c ( s t a t i s t i c sp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 工艺管理技术的结 合，大大提高了电子制造生产线的可靠性和成品率l 扪。如在晶圆制造、器件封装、 板卡组装、甚至电子连接器等零配件产品的生产中，都大量使用了视觉技术进行 测量、检测和控制。视觉技术己成为保证电子制造设备高速、高精运动的一项核 心关键技术。 中南大学硕士学位论文第一章绪论 目前，视觉技术的研究重点在于成像光路设计、光源选择、新的图像识别和 定位技术以及与工艺流程的集成等方面。加快研究电子制造设备中的机器视觉技 术，将为我国推出自主知识产权的高性能电子制造设备打下坚实的基础。同时， 对视觉检测、定位技术的研究，也将为视觉技术在其他工业自动化领域的广泛使 用提供借鉴，为提升我国的先进制造技术水平做出贡献。 我国目前的技术水平与国际现状相比则存在很大的差距。基于机器视觉技术 的伺服系统一般由专用的硬件和软件组成，但是专用的硬件大都非常昂贵，它们 的软件也难以编写。国内虽然很多人在做图像处理，但大多都集中在视频压缩、 视频解码等方面，用于机器视觉方面的很少，并且现有的相关图像处理软件功能 有限、集成度低，通用性差，计算速度不高，数据精度不高，价格昂贵。因此， 由通用硬件和通用软件作为微电子设备开发的解决方案，可以缩短工程开发的时 间，降低系统成本。 本文针对热超声倒装工艺的特点，对此热超声倒装实验台视觉系统前端的光 源、成像光路、后端的视觉处理软件进行设计和研究，在如何提高视觉检测和定 位的精度、稳定性等方面做了一定的探讨，同时建立了双c c d 靶面空间关系的数 学模型。 1 2 相关技术的国内外研究现状 微电子技术的核心是集成电路( i c ) ，由于外界环境等因素，没有封装的裸 芯片是不能够实际工作的，微电子封装就是将数十万乃至数百万个半导体元件 ( 即集成电路芯片) 从裸芯片开始组装成一个紧凑的封装体，为实际工作的i c 提 供机械支撑、保护环境、与外界进行信息交流的接口、电能和耗散这些电能转换 成的热能，与芯片设计、芯片制造被誉为微电子行业的三大领域【外。因此，芯片 互连级在整个电子封装过程中占有着举足轻重的地位，并贯穿于微电子封装的整 个过程。 纵观半导体封装的发展，高精度化、全自动化、组合化已经成为封装设备的 基本要求和发展方向【埘。在微电子封装设备机器视觉系统中，高分辨率的摄像 机、图像采集卡及其软件等相关技术已发展到一个较高的水平，市场上出现了很 多专业的视觉软、硬件系统，这些商业化的通用视觉软硬件平台为满足电子制造 工业中定位、检测的实时性和精确性要求创造了有利条件，也因此在电子制造设 备中得到广泛的应用，现在一些大的设备制造厂商也直接选用专业视觉设备供应 商的产品。 因此在短期内进行微电子制造装备中视觉系统的开发，应首选现有成熟的图 像采集、处理系统，重点放在满足对具体应用对象功能的开发，如光源、光路的 2 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 设计和后端视觉处理软件的开发等。这些部分是视觉应用工具软件供应商所难以 提供的，这正构成了本论文关于热超声倒装实验台视觉系统设计与开发的核心内 容。 1 2 1 芯片封装设备的发展现状 随着芯片封装技术向小型化、高密度、高可靠性方向的发展，封装设备的技 术指标不断提高。以引线键合为例，由于芯片上的焊盘f n - 距 4 0 * m ，因此封装设 备工作台的定位精度必须 6 g ) 运动；另外由于装配操作对象为脆性 的硅晶片和超细的金属丝，因此在装配过程中必须严格控制作用力( 冲击力 1 0 0 9 。 接触压力 3 最来判断大误 差的存在。 以上面的理论为依据对芯片键合面识别结果进行分析，在模式库建立后，对 模式库建立的效果，系统的照明情况进行评定，为进一步对处理结果的优化提供 依据。通过对任意位置的芯片采集，将识别结果输出到文件，然后以m a t l a b 为工 具进行分析。 2 、系统误差的确定 根据h e x s i g h t 软件的测试报告，其精度可以达到0 o l 。，如果对其进行校准 中南大学硕士学位论文第五章视觉系统定位精度的实验研究 必须有精度低于其一个数量级以上的角度测量设备，综合考虑实验设备的因素， 在确定系统的系统误差时仅以0 。位姿进行测量分析。 测量方法：根据经验调整光源照明状况，目测获得最佳的照明状态，这是芯 片表面对象特征轮廓清晰。在建立好对象搜索模式库后，对芯片的摆放位置不做 任何调整，保持芯片在建立搜索模式库时的初始位姿，这时芯片位置应该为0 。， 采集其图像进行识别定位。 处理方法：采集到的对象角度数据存储到文件后通过m a t l a b 编程输入到内 存，取测量的平均值作为测量的最终结果，通过多次实验发现，对于不同的搜索 模式库会存在不同的系统误差，为进一步提高精度必须估计系统误差。同时对于 f 一3 0 。+ 3 d ) 外的测量结果进行标记。 ， 袁5 - 1 模式库i 在0 。住姿采集数据的结果 l 模式库i 实际值l 测量值i 上偏差i 下偏差i 标准偏差l _ 二r 互巫 口巫正工巫亟工亚亘互 表5 - 2 模式库2 在0 。位姿采集数据的结果 i 模式库实际值 测量值上偏差下偏差标准偏差 20o o o l 30 0 6 0 30 。0 4 3 6o 0 1 3 3 表5 - 3 模式库3 在0 。位姿采集数据的结果 图5 - 4 三个模式库多次定位结果 从上面的图像中可以得到，误差分布在( 一3 0 ，+ 3 盯) 之外的点的数目并不是很 多。即识别结果数据具有较好品质，符合测量过程中随机误差的规律。 在对x 、y 方向的识别精度的分析时，在照明情况为理想状态时，即芯片在 各个方向上接受的光强、光的波长频率、在芯片表面反射情况、周围环境光皆相 同时，两者的误差状况相同，但在实际应用过程中，这种理想照明状况是不能够 实现的。因此，在对x 、y 方向的识别精度进行分析时，有必要单独分析x 、y 上 的精度，识别结果的稳定性等，同时分析其误差偏差因素，对相应方向上光照情 况进行评价，良好的照明状况使对象表面特征的信息丰富，几何轮廓清晰，意味 着必须采用辅助光源进行照明，但同时由于对象表面不平整会产生阴影，因此需 要调整主照明光源和辅助光源的亮度，但肉眼对亮度强度的分辨率是有限的，在 大范围内粗调时肉眼可以控制，再进一步提高识别精度时，有必要通过分析不同 中南大学硕士学位论文 第五章视觉系统定位精度的实验研究 方向上系统识别定位结果的精确度，稳定度指导对光源作更进一步的调整。 l 模式库方向实际值测鼍值上偏差 下偏差标准偏差 1xo 0 0 50 5 8 00 6 3 3 o 1 7 5 1yoo 2 5 l 1 5 2 92 1 0 40 6 3 3 图5 - 5 模式库1 定位结果 i 模式库方向 实际值测量值上偏差下偏差 标准偏差 2x0 0 6 3 40 6 6 20 5 5 0 o 1 5 8 2y 00 8 2 4 1 4 5 41 2 1 50 3 6 6 图5 - 6 模式库2 定位结果 i 模式库方向实际值测量值上偏差 下偏差标准偏差i 3xo 0 1 5 5o 3 3 1 0 3 5 8o 1 5 3 3yo 0 3 5 0o 6 1 60 7 3 20 2 3 5 图5 7 模式库3 定位结果 中南大学硕1 ：学位论文 第五章视觉系统定位精度的实验研究 通过分析以上建立的三个搜索模式库进行识别的结果可知，在x 、y 方向上 的识别精度是不等的，说明在y 轴方向上的照明状况需要进一步的调整。 3 、任意位姿的芯片识别精度分析 利用上面建立的3 个对象搜索模式库，对任意角度的芯片进行识别，对识别 结果进行分析。 测量方法：在建立好某一对象搜索模式库后，任意调整调整芯片的位置，对 其进行识别定位。 处理方法：将采集到的全部数据取其平均值作为测量的最终结果，然后分析 单次测量结果。 下面是采用某个芯片搜索模式库，对任意位姿l 进行的识别结果： 表5 7 任意位姿1 识别结果( 单位：p ) 测量项目 任意位姿1 任意位姿1任意位姿1 结果夯八角度x 平移y 平移 最大值 0 0 6 4 50 3 7 l0 7 1 1 最小值 一0 0 5 2 30 4 3 30 4 0 0 标准偏差 o 0 2 1 80 1 2 90 1 5 3 下面是采用同一芯片搜索模式库，对任意位姿2 进行的识别结果： 表5 - 8 任意位姿2 识别结果( 单位：。) 星项目 任意位姿2任意位姿2任意位姿2 结果分淞角度x 平移y 平移 最大值 0 0 7 8 4 0 7 3 1 0 9 1 2 最小值 0 0 9 8 60 7 4 21 2 1 5 标准偏差 0 0 2 7 00 2 3 80 2 5 2 下面是采用同一芯片搜索模式库，对任意位姿3 进行的识别结果 袁5 - 9 任意位姿3 识$ 4 结果( 单位：“) 、趣9 量项目任意位姿3 任意位姿3任意位姿3 结果分八 角度x 平移y 平移 最大值0 0 6 6 0 0 6 8 30 4 8 7 最小值 0 0 4 4 4 0 5 2 8 0 5 4 l 标准偏差 0 0 1 2 30 1 9 6o 。1 3 1 选取上述识别结果中最坏一组数据为例计算其综合误差，结果如下： 表5 - 1 0 综合误差( 单位：“) 通过校准后，单个像素的大小为l o p ，测量误差为0 6 8 3 1 1 ，因此定位结果 仅仅为2 0 1 0 分之一像素。 中南大学硕十学位论文 第五章视觉系统定位精度的实验研究 5 3 识别结果的优化 从实验分析的结果可以得出，其精度与h e x s i g h t 的测试报告的精度差距较 大，在已有硬件条件的基础上，进一步提高识别精度，只能从软件优化的角度入 手，在此，提出两种方法，一种是采用对识别结果求平均值的办法；第二种方法， 采用“去掉一个最高分，去掉一个最低分”的机制来提高识别的精度。以下就 两种方法进行比较分析。 第一种，平均值方法。此方法简单，对厅个连续识别的结果取平均值，减小 某次测量结果的偶然性。但是行的取值是一个关键性问题，以过大，可以提高识 别结果，但是大大降低了其执行速度，胛较小，则没有起到对结果进行合理优化 的效果。 以下就任意取三组数据，分别计算当咒采用不同值时的平均与真值( 多次结 果的平均值) 的对比结果。 图5 - 8 数据1 的处理结果 图5 - 9 数据2 的处理结果 图5 - 1 0 数据3 的处理结果 中南大学硕士学位论文第五章视觉系统定位精度的实验研究 以上仅为部分数据的处理结果，从处理结果可以看出当对3 组和4 组取平均值 时就可以得到很好的效果，因此从提高系统效率的角度出发可以选择采用对3 组 采集到的结果进行平均值处理后作为最终的结果，但当考虑标准偏差时，从上面 的结果分析来看，取4 次平均值作为最终结果，其单次结果更为稳定。因此取4 次平均值的结果作为最终的识别结果。 第二种。采用“去掉一个最高分，去掉一个最低分”来计算。此方法是中国 很多赛事的一个普遍采用的计分方法。当我们用平均数来表示一个数据的“集中 趋势”时，如果数据中出现一、两个极端数据，那么平均数对于这组数据所起的 代表作用就会削弱，为了消除这种现象，可将少数极端数据去掉，只计算余下数 据的平均数，并把所得的结果作为全部数据的平均数。所以，分别去掉一个( 或 两个) 最高分和一个( 或两个) 最低分，再计算其中平均分的办法，可以避免极 端( 错误) 数据造成的不良影响，同时也可以更好公平的处理问题，防止个别评 委拿了好处或是别的原因，会给某个选手高分或者对选手有意见，或是其他别的 原因，给某个选手低分。在此将这种方法引入进来，降低由于单次测量结果误差 偏大，造成测量结果偏离真实值较大现象的发生。 在此仅对采用同一组数据对两种方法进行比较，在同样对疗个数据进行不同 方法的分析时结果如下： 图5 - 1 1 数据1 的偏差与方差( 左一裁判法，右一平均值法) 图5 - 1 2 数据2 的偏差与方差对比( 左一裁判法，右一平均值法) 中南大学硕f 学位论文 第五章视觉系统定位精度的实验研究 图5 1 3 数据2 的偏差与方差对比( 左裁判法，右一平均值法) 在上面的结果处理中可以得出，方法2 对于测量结果波动较大时，或者粗大 误差出现概率较高时具有较好效果，在对芯片键合面进行识别定位时，粗大误差 并不多，方法2 在本应用中并没有显示出好的效果，在对反置芯片进行识别时， 反而表现出了较好的效果。因此，在对芯片键合面定为时采用对结果进行取4 次 平均值的办法：再指导芯片拾取，对反置芯片进行定位时对采集的三组数据采用 方法2 进行优化。 利用经过优化后的结果，计算对芯片键合面的定位综合误差为： 表5 - 1 1 优化后综合误差( 单位：。p ) i l 角度误差 lx 方向误差iy 方向误差l 综合误差 l l 单次测量lo 0 2 3 7 6 6l o 1 8 3 0 10 1 8 6 5 4 10 5 5 4 6 3i 因此通过对结果进行优化后，系统识别综合误差大大减小，根据单个像素的 大小为1 0 p ，测量误差为0 1 8 31 t ，定位结果达到了5 0 分之一像素，虽然此优化 方法的识别时间是单次识别的4 倍，但可以大大提高识别的精度。 4 4 本章小结 通过分析热超声倒装键合实验台视觉定位系统的定位结果，对视觉定位系统 的平移误差和旋转误差进行了分析，并针对识别结果提出取平均值和裁判算法的 两种优化方法，从而将角度误差减小到0 0 2 3 7 6 6 。，单项误差减小到0 1 8 3 | l ，综 合误差减+ n o 5 5 4l a 。 6 l 中南大学硕一 学位论文第六章总结及展望 6 1 全文总结 第六章总结及展望 本文针对热超声倒装实验台中的视觉定位系统进行了研究，对系统的软、硬 件进行了设计与研究，取得了如下研究成果： ( 1 ) 结合热超声倒装工艺的要求，在微电子设备中广泛使用的静态成像、 双摄像机成像和动态成像等成像光路的基础上，提出了一种新的成像光路；在确 定机构布局后，对视觉系统主要部件进行了选型。在对l e d 光源的颜色、形状进 行实验研究后，设计了热超声倒装键合实验台l e d 光源。 ( 2 ) 开发了一套p c 机控制的l e d 数字电源，免去了在环境光改变后频繁的 手动操作，实现了亮度的数字调节，方便了调节过程的归档存储，在对象相同、 环境光相近时，通过加载保存的数据即可实现照明效果的再现。 ( 3 ) 应用h e x s i g h t 图像处理软件开发包，开发套视觉定位软件，解决了 多相机资源的分配，搜索模式的控制及小范围内对象搜索等问题。对采集后的图 像进行校准，优化对象搜索模式，提高了系统定位的精度和稳定性。 ( 4 ) 应用传统的图像几何变换理论，在理想相机的数学模型的基础之上， 对热超声倒装键合实验台的数学模型进行研究，建立了两c c d 在立体空间上的数 学模型。 6 2 展望 视觉定位技术是高性能封装设备中的关键技术。目前，国内外在这方面进行 了大量的研究，随着微电子制造的发展，对精度、效率方面要求还将进一步提高。 本文在国内外研究的基础上，将通用机器视觉系统中光学硬件、照明装置、通用 视觉软件进行专业化集成，同时对定位系统的数学模型作了进一步的探讨。在当 前研究工作的基础上，今后的研究工作可以从以下几个方面进一步展开： ( 1 ) 视觉定位系统硬件 在硬件构成方面，光路和照明系统的优化设计，提高系统的精度和可靠性， 也是未来研究的重点；其次，可基于通用光学软件如z e m a x 、o s l o 等，开发 出一套专用于机器视觉照明用光源的设计软件，根据具体的工作环境和照明条件 给出设计结果。 一 中南大学硬士学位论文 第六章总结及展望 ( 2 ) 视觉定位的核心算法 在本系统得开发过程中，图像处理部分是采用二次开发的形式，没有从底层 的图像处理算法作起，因此有必要将开发研究新的具有更高性能的图像配准算法 作为下一步工作的重点，进一步研究基于对象几何特征的快速对准算法；另一方 面，可继续研究基于像素点的模式匹配算法的通用性算法，加快其计算速度，提 高运算精度。 ( 3 ) 计算部件 目前的微电子设备的视觉定位系统多是以p c 为计算部件，随着电子技术的 发展，其他硬件如d s p 等，功能日益强大，为开发嵌入式图像处理系统奠定了基 础。 中南大学硕士学位论文 参考文献 参考文献 【1 】蒋明、杨邦朝，微电子封装设备市场分析，电子与封装，2 0 0 5 ，5 ( 3 ) ：2 6 3 2 【2 】李枚，微电子封装技术的发展与展望川半导体技术，2 0 0 0 ，2 5 ( 5 ) ：1 3 【3 】丁汉，朱利民，林忠钦面向芯片封装的高加速度运动系统的精确定位和操 作自然科学进展，2 0 0 3 1 3 ( 6 ) ：5 6 8 5 7 4 【4 】j c n gyr ，c h e njy o nt h em i c m c o n t a c tm e c h a n i s mo ft h e r m o s o n i cw i r e b o n d 吨i nm i e r o e l e c t r o n i c s ：s a t u r a t i o no fi n t e r f a c i a lp h e n o m c n a i j j 】t r i b o l o g y t r a n s a c t i o n s ，2 0 0 5 ，4 8 ( 1 ) ：1 2 7 1 3 2 f 5 】雷忠源，雒建斌，丁汉等先进电子制造中的科学问题，中国科学基金， 2 0 0 2 ( 4 ) 2 0 4 - 2 0 9 1 6 】曾健雒，”晶片印字瑕疵榆测之研究”，私立中原大孥工桨工程研究所，硕士 谕文，2 0 0 0 吲罗磊，王石刚，蔡建国表面贴装关键技术综述组合机床与自动化加工技 术，2 0 0 3 ，2 2 ( 2 ) ：7 0 7 2 【8 】鲜飞a o i 技术在s m t 生产上的实施技巧与策略国外电子测量技术，2 0 0 4 ， 2 4 ( 5 ) ：4 7 4 9 【9 】毕克允等微电子封装技术合肥：中国科学技术大学出版社，2 0 0 3 【1 0 】翁寿松世界半导体设备的十大一发展趋势电予工业专用设备2 0 0 4 3 3 ( 4 ) ： 4 8 【1 1 j e n gyr ，t h e njy o nt h em i c r o c o n t a c tm e c h a n i s mo ft h e r m o s o n i cw i r e b o n d i n gi nm i o r o e l e c t r o n i e s ：s a t u r a t i o no fi n t e r r a c i a lp h e n o m e n a j t r i b o l o g y t r a n s a c t i o n s ，2 0 0 5 ，4 8 ( 1 ) ：1 2 7 1 3 2 【1 2 w e itc ，d a u dar c r a t e r i n go nt h e r m o s o n i ec o p p e rw i r eb a l lb o n d i n g j j o u r n a lo f m a t e r i a l se n g i n e e r i n ga n dp e r f o r m a n c e 2 0 0 2 , 1 1 ( 3 ) ：2 8 3 2 8 7 1 1 3 j e n gyr ，a o hjh ，w a n gcm t h e r m o s o n i ew i r eb o n d i n go fg o l dw i r eo n t o c o p p e rp a du s i n gt h es a t u r a t e di n t e l r a c i a lp h e n o m e n a j j o u r n a lo fp h y s i c sd ： a p p l i e dp h y s i c s ，2 0 0 1 ，3 4 ( 2 4 ) ：3 5 1 5 3 5 2 1 【1 4 a o hjn ，c h u a n gclt h e r m o s o n i ob o n d i n go fg o l dw 讹o n t oac o p p e rp a d w i t ht i t a n i u mt h i n - f i i md e p o s i t i o n j j o u r n a lo fe l e c t r o n i om a t e r i a l s ，2 0 0 4 ， 3 3 ( 4 ) ：2 9 0 - 2 9 9 【1 5 f a r i d i h r ，d e v l e t i a n j h ，l e hp a n e w l o o k a t f l u x f a c e u l t r a s o n i cs o l d e r i n g f j l 中南大学硕士学位论文参考文献 w e l d i n gj o u r n a l 2 0 0 0 ，7 9 ( 9 ) ：4 1 4 5 【1 6 k o e p f e r c u l t r a s o n i ct e c h n o l o g yh e l p sm a c h i n eh a r dm a t e r i a l s 川m o d e r n m a c h i n e s h o p ，2 0 0 2 ，7 4 ( 1 2 ) ：6 0 - 6 1 【1 7 s m i t h rw s t r a d l i n gj ，b u t e r am u l t r a s o n i cs o l d e rj o i n ti n s p e c t i o na n d a n a l y s i s j w e l d i n gj o u r n a l , 2 0 0 3 ，8 2 ( 1 0 ) ：8 0 8 2 f 1 8 a o hjc ，c h n a n gcl d e v e l o p m e n to fat h e r m o s o n i cw i r e b o n d i n gp r o c e s sf o r g o l dw i r eb o n d 吨t oc o p p e rp a d su s i n ga r g o ns h i e l d i n g j j o u r n a lo f e l e c t r o n i cm a t e r i a k s ，2 0 0 4 ，3 3 ( 4 ) ：3 0 0 3 1 1 【1 9 1 何田，引线键合技术的现状和发展趋势，电子工业专用设备，2 0 0 4 ，3 3 ( 1 0 ) ； 1 2 1 4 【2 0 h t t p ：w w w n o w a c o r m t w r e p o r t p a t t e r n - m a t c h i n g h t m 影像圆形辨戳法则舆相冈 痊品市埸勤憋 【2 1 丁汉，朱利民，林忠钦面向芯片封装的高加速度运动系统的精确定位和操 作自然科学进展，2 0 0 3 ，1 3 ( 6 ) ；5 6 8 5 7 4 【2 2 】葛劢冲，微电子封装中芯片焊接技术及其设备的发展，电子工业专用设备2 9 ( 4 ) ：5 1 0 1 2 3 唐向阳；张勇；李江有，机器视觉关键技术的现状及应用展望，2 0 0 4 ，2 9 ( 4 ) ： 3 6 3 9 【2 4 k a c o o p e r , r y a n g , j s m o t t c t ，c t “n i pc h i pe q u i p m e n tf o rh i g he n d e l e c t r o o p t i c a l m o d u l e s i n ：4 9 t he l e c t r o n i cc o m p o n e n t sa n dt e c h n o l o g y c o n f e r e n c e ，p r o c e e d i n g so ft h e4 9 t he l e c t r o n i cc o m p o n e n t sa n dt e c h n o l o g y c o n f e r e n c e 4 9 t he l e c t r o n i cc o m p o n e n t sa n dt e c h n o l o g yc o n f e r e n c e c a1 9 9 9 ： 1 7 6 1 8 0 【a s 杨维全，陈伟民，胡松等图像处理在高精度对准系统中的应用微细加工 技术，2 0 0 0 2 4 ( 1 ) ：3 5 4 0 ， 【2 6 宋福民，张小丽，马如震s m t 2 5 0 5 全视觉多功能贴片机的研制电子工 业专用设备，2 0 0 2 ，3 1 ( 4 ) ：2 1 9 - 2 2 3 【2 7 1 章炜，机器视觉技术发展及其工业应用，红外，2 0 0 6 ( 2 7 ) 2 ：1 1 1 7 【2 8 段峰，王耀南，雷晓峰机器视觉技术及其应用综述自动化博览2 0 0 2 ( 3 ) ： 5 9 6 2 【2 9 贾松良，胡涛，朱继光倒装焊芯片焊球制作技术川半导体技 术，2 0 0 0 ，2 5 ( 5 ) ：2 5 2 8 【3 0 1 隆志力，吴运新，王福亮芯片封装互连新工艺热超声倒装焊的发展现状电子工 艺技术2 0 0 4 ，2 5 ( 5 ) ：1 8 5 1 8 8 中南大学硕士学位论文 参考文献 【3 1 】于凌宇，冯玉萍电子器件封装工艺技术新进展【j 】电子质量，2 0 0 2 ，( 1 2 ) ：9 3 9 5 f 3 2 1 l u kc f ，c h a nyc ，h u n gkc d e v e i o p m e n to fg o l dt og o l di n t e r c o n n e c t i o nf l i p c h i pb o n d i n g f o r c h i p 0 1 1 s u s p e n s i o