專利名稱：用于電子器件模式識別的圖像捕獲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理，例如在執(zhí)行電子器件鍵合以前的定位過程中電子器件上多個位置處的圖像捕獲，尤其是涉及模式識別(PR: Pattern Recognition )的定4立。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝配和封裝工業(yè)中，通常有必要電性連接不同的電子器 件，例如集成電路芯片或晶粒到襯底上，通過鍵合將其裝配在襯底上。 在導(dǎo)電盤之間使用導(dǎo)電線或直接連接完成這種電性連接。電子器件上 的鍵合盤(bond pads )必須相對于用來執(zhí)行鍵合的鍵合工具對齊定位。例如，在導(dǎo)線鍵合中，在將導(dǎo)電線鍵合到鍵合盤以前，首先必須 確定鍵合盤的位置。通常使用視覺系統(tǒng)來捕獲電子器件的圖像，以定 位其鍵合盤。將被鍵合的襯底放置在工作臺上，接著其被裝配到定位 平臺(positioning stage )如XY平臺上。該定位平臺相于#見覺系統(tǒng) 移動電子器件，以捕獲襯底上預(yù)定點的圖像進行PR定位。有時，視 覺系統(tǒng)有可能尋找電子器件上的幾個位置標(biāo)記，并且使用它們計算電 子器件上所有鍵合盤的位置，假設(shè)它們是一個固定的圖案模式。在其 他情形下，從選定的位置標(biāo)記處計算鍵合位置可能無法提供足夠的精 度，每個4定合盤的每個鍵合位置必須被識別。 一個范例是LED器件， 其中在將被鍵合的村底上方鍵合位置是以點陣形式散布的，在PR定 位過程中每個4定合位置最好應(yīng)該是個別地-陂識別。對于普通的鍵合應(yīng)用而言，總的鍵合時間通常包括(l)物料的 裝載和卸載，(2)PR定位，和(3)實際的鍵合。在存在大量離散的 鍵合位置的場合，如LED鍵合，PR定位時間占據(jù)了總鍵合時間很顯 著的比重。節(jié)約PR定位時間在提高鍵合裝置產(chǎn)能方面將是一個重要 的因子。 .
在處理時間方面，由于定位平臺需要在每個鍵合位置使電子器件 相對于視覺系統(tǒng)停止以使攝像機曝光，以致于視覺系統(tǒng)能夠捕獲鍵合位置的圖像以藉此定位鍵合點，所以傳統(tǒng)的PR定位方法花費了大量 的時間。因此，為了從點到點移動而進行PR定位，每次的位置變化， 定位平臺需要經(jīng)歷加速和減速，還不包括電子器件停止時所花費的時 間。這種方法是浪費時間。圖1是典型的移動順序示意圖，其表明了在現(xiàn)有的PR定位系統(tǒng) 中執(zhí)行PR圖像抓取的點。移動速度-時間曲線IO粗略估計了定位平 臺移動，以相對于視覺系統(tǒng)定位電子器件的鍵合位置。PR抓取曲線 12表示了4建合位置的圖像何時獲得。這些曲線表明在波谷位置14當(dāng) 定位平臺使電子器件停在鍵合位置的時候，在同一個時間點16視覺 系統(tǒng)捕獲鍵合位置的圖像。因此，定位平臺需要在相鄰的鍵合位置之 間(之內(nèi))加速減速，在這些鍵合位置處該定位平臺被停止以進行圖 像捕獲。圖2是現(xiàn)有的PR定位方法的示意圖，其中LED鍵合位置18相 對于視覺系統(tǒng)點到點的移動。其表明了一行規(guī)則地分隔開來的LED 鍵合位置18。定位平臺跟隨移動順序20，以從一個LED鍵合位置 18移動到另一個位置，并停留在每個LED鍵合位置18處，以捕獲 鍵合位置的圖像。電子器件的雙工作臺，以便于PR定位能夠在一個電子器件上進行， 而同時鍵合同步地在另一個電子器件上進行。但是，這種方法成本不 經(jīng)濟，并且在同時進行PR定位和鍵合期間必須使工作臺同步方面可 能引入了控制的復(fù)雜性。當(dāng)使用傳統(tǒng)的PR定位方法時所需的很長的曝光時間是PR定位 處理過程中的瓶頸。由于電子器件靜止所花的浪費時間對于PR定位 時間而言是主要的貢獻因子，而圖像捕獲之類的花費的時間相當(dāng)少， 減少在鍵合點之間電子器件移動加速減速上花費的時間量將是有益 的。和平臺僅僅全速通過所有的鍵合點相比，平臺需要在每個鍵合點處停留時平臺的移動時間顯著更長。因此，如果在避免了需要來停留 在每個鍵合位置以捕獲鍵合位置的圖像的同時，PR定位能夠得以完 成，那么PR定位時間能夠連同電子器件總的處理時間一起被顯著地 減少。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個目的在于在每個鍵合位置處，通過將持續(xù)地 停止移動電子器件的需要最小化，以避免現(xiàn)有的PR定位方法的前述 缺點。本發(fā)明的另一個目的在于將電子器件相對于視覺系統(tǒng)以和傳統(tǒng) 的PR定位方法相比更高的速度移動通過多個鍵合位置，并進行PR定 位。因此，第一方面，本發(fā)明提供一種用于電子器件模式識別的圖像 捕獲方法，該方法包括以下步驟相對于視覺系統(tǒng)移動電子器件，以 在電子器件的目標(biāo)位置上方定位視覺系統(tǒng)；確定視覺系統(tǒng)何時被定位 來觀看目標(biāo)位置；然后在電子器件相對于視覺系統(tǒng)進行相對移動且不停下來的同時，使用視覺系統(tǒng)捕獲目標(biāo)位置的圖像。第二方面，本發(fā)明提供一種用于電子器件模式識別的圖像捕獲裝置，其包含有視覺系統(tǒng)，用于捕獲電子器件的圖像；定位平臺，用 于相對于視覺系統(tǒng)定位電子器件，以便于視覺系統(tǒng)觀察電子器件上的 目標(biāo)位置；其中，在電子器件相對于視覺系統(tǒng)進行相對移動且不停下 來的同時，視覺系統(tǒng)被用來捕獲目標(biāo)位置的圖像。參閱后附的描述本發(fā)明實施例的附圖，隨后來詳細描述本發(fā)明是 很方便的。附圖和相關(guān)的描述不能理解成是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明 的特點限定在權(quán)利要求書中。


根據(jù)本發(fā)明所述的用于PR定位的裝置和方法的范例現(xiàn)結(jié)合附圖 進行描述，其中圖l是典型的移動順序示意圖，其表明了在現(xiàn)有的PR定位系統(tǒng)中 執(zhí)行PR圖像抓取的點。圖2是現(xiàn)有的PR定位方法的示意圖，其中LED鍵合位置相對于視
覺系統(tǒng)點到點的移動。圖3是包含有本發(fā)明較佳實施例所述的PR定位裝置和方法的導(dǎo) 線鍵合裝置的立體示意圖。圖4是圖3中導(dǎo)線鍵合裝置的側(cè)視示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明較佳實施例所述的PR定位裝置主要部件的方 框示意圖。圖6是示范性的移動順序示意圖，其表明了在本發(fā)明較佳實施例 所述的PR定位系統(tǒng)中執(zhí)行PR圖像抓取的點。圖7是根據(jù)本發(fā)明較佳實施例所述的PR定位方法的示意圖，其 中，以陣列形式布置的LED鍵合點相對于圖像捕獲攝像機移動。圖8是表明對于以相互交錯(staggered)形式布置的LED鍵合點 而言，和本較佳實施例所述的方法相比，PR定位是如何使用現(xiàn)有的 方法完成的。圖9是根據(jù)本發(fā)明較佳實施例所述的PR定位方法當(dāng)施加于引線 框器件時的示意圖。
具體實施方式
圖3是包含有本發(fā)明較佳實施例所述的PR定位裝置和方法的導(dǎo) 線鍵合裝置22的立體示意圖。該鍵合裝置22設(shè)置在待鍵合的電子器 件，如以襯底24形式的上方。襯底24固定在工作臺26上，該工作臺26 較適宜地裝配在定位平臺，如XY平臺上。該XY平臺可被操作來將村 底24相對于鍵合裝置22移動。鍵合裝置22具有視覺系統(tǒng)，該視覺系統(tǒng)通常包括高亮度的光源， 如軸向光源30;環(huán)向光源32;和與圖像捕獲機控制板(image grabber board)相連的CCD攝像機34。當(dāng)軸向光源30和CCD攝像機34位于環(huán) 向光源32上方的時候，該環(huán)向光源32中較適宜地形成有孔洞36,以分 別照射襯底24上的目標(biāo)位置和捕獲被照射的目標(biāo)位置的圖像。同時也 設(shè)置有鍵合工具38，其位于鍵合裝置22上，以在完成PR定位之后將 導(dǎo)線鍵合到襯底24上。圖4是圖3中導(dǎo)線^:合裝置的側(cè)視示意圖。軸向光源30在大體平行
于襯底24平面的方向上投射軸向光線。因此，相鄰于軸向光源30設(shè)置 分光器(beamsplitter)(圖中未示)以通過環(huán)向光源32中的孔洞36將軸 向光線才殳射到襯底24上。從襯底24的表面反射的光線通過孔洞36朝向 CCD攝像機34，以用于圖像捕獲。圖5是根據(jù)本發(fā)明較佳實施例所述的PR定位裝置主要部件的方 框示意圖。該PR定位裝置通常由主機40所控制。主機40控制定位和 圖像控制板42,該定位和圖像控制板負責(zé)在預(yù)定位置由視覺系統(tǒng)所捕 獲的圖像和定位平臺的相對移動之間的同步。定位和圖像控制板42 從位置編碼器組件，較合適地為分別從X編碼器48和/或Y編碼器50獲 得測量值的X編碼器介面板44和/或Y編碼器介面板46,接收關(guān)于電子 器件位置的位置反饋。它們監(jiān)控驅(qū)動XY平臺的X和Y馬達的X和Y位 置。主機40同樣也傳送指令到XY平臺的移動控制器52,以移動裝配 在工作臺26上的村底24。當(dāng)定位和圖像控制板42監(jiān)測到視覺系統(tǒng)的攝像機34在目標(biāo)位置 的上方時，它將激活啟動攝像機54開始曝光以觀看該目標(biāo)位置，同時 激活捕獲機控制板56以獲得目標(biāo)位置的圖像。同時，它也觸發(fā)光線控 制板58以便于軸向光源30和環(huán)向光源32在圖像捕獲期間使用必需的 光線強度照射襯底24的目標(biāo)位置。當(dāng)電子器件在不停留的情況下關(guān)于 視覺系統(tǒng)經(jīng)歷相對移動的同時，所有上述工作得以完成。較適宜地，定位平臺在不停留的情形下被編程來以大體均勻的速 度，并且更加合適地講是以定位平臺被配置來操作的最高速度，沿著 移動路徑移動之際，此時視覺系統(tǒng)正執(zhí)行大量目標(biāo)位置的圖像捕獲， 主機40將提供大量的將被定位的鍵合位置的預(yù)存儲坐標(biāo)，圖像將在那 里被獲得。在這些坐標(biāo)處的編碼器的位置被用作為觸發(fā)位置。在由X編碼器48和/或Y編碼器50所監(jiān)測的目標(biāo)位置處，當(dāng)襯底24 仍然在移動的時候，定位和圖像控制板42將會同時激活攝像機54、軸 向光源30和環(huán)向光源32以捕獲圖像。除了使用編碼器位置以觸發(fā)圖像 捕獲之外，圖像捕獲也能通過來自主機40的獨立的命令被激活，如同 使用傳統(tǒng)的、通常需要電子器件的移動停止的PR定位方法，不過曝 光時間可能仍然有益地較短，因為攝像機54具有較短的曝光時間。 因此，為了實現(xiàn)上述的PR定位方法，和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有較 短曝光時間的快速攝像機和具有較高強度的光源是必須的。較佳地，攝像機54的曝光時間小于1毫秒，更合適地是小于20微秒。由軸向/環(huán) 向光源所產(chǎn)生的光線60的強度較佳地高于傳統(tǒng)所使用的光線強度的 30倍。類似地，脈沖式照明設(shè)備是優(yōu)選的，以便于過度激勵光源而產(chǎn) 生很高的持續(xù)一小段時間的光強，持續(xù)時間足夠照射目標(biāo)位置以用于 曝光的持續(xù)時間。而且，值得注意的是，攝像機54的曝光時間和所使 用的光強和電子器件的移動速度相關(guān)。較高的移動速度需要較短的曝 光時間，而如果移動速度較低，那么可能使用較長曝光時間的攝像機。 類似地，所需的光強依賴于曝光時間。更高的瞬時光強為更短地曝光 時間所需要。而且，通過使用更高的快速攝像機(gain camera)能夠 進一步降低光強。當(dāng)定位平臺全速移動電子器件沒有停留的時候，上述的特征使得 攝像機54能夠安裝在多個待定位的鍵合位置的上方。因此，攝像機54 在不犧牲定位精度的同時，能夠在飛行中(on-the-fly)捕獲鍵合位置 的圖像。由于工作臺26處于持續(xù)的移動中，對于位置點的圖像捕獲時 間被減少到攝像機54的曝光時間，其可能小于20微秒。而且，由于曝 光時間可以忽略不計，所以在圖像捕獲期間圖像的捕獲時間實際上將 會更多地為圖像傳輸時間(其相對較長)所限制，而較少地為攝像機 曝光時間或平臺移動時間所限制。圖6是示范性的移動順序示意圖，其表明了在本發(fā)明較佳實施例 所述的PR定位系統(tǒng)中執(zhí)行PR圖像抓取的點。從速度-時間曲線62中， 可以看出定位平臺將電子器件從停留加速到基本穩(wěn)定的速度64,在此 期間視覺系統(tǒng)被操作來觀看一系列的鍵合位置。較為合適地，這是定 位平臺被配置來作業(yè)的最高速度。根據(jù)PR捕獲曲線66，在不需將電 子器件的移動慢下來或者停下來的情況下，完成一系列的PR捕獲68。 這導(dǎo)致了有意義的時間節(jié)省。圖7是根據(jù)本發(fā)明較佳實施例所述的PR定位方法的示意圖，其 中，以陣列形式布置的LED鍵合點70相對于圖像捕獲攝像機移動。移 動路徑72表明了定位平臺/電子器件的移動方向。值得注意的是，對
于每行LED鍵合點70,在那行上定位平臺可以相對于^L覺系統(tǒng)全速移 動電子器件，此后，其將會在該方向上減速以便于移動視覺系統(tǒng)抓取 另一行的圖像，等等。因此，定位平臺僅僅需要在每行的末端將在特 定方向上移動的電子器件停下來，而不是在每個LED鍵合點。在不需 要在每個LED鍵合點之間加速減速的情況下，這節(jié)約了大量的時間。圖8是表明對于以相互交錯形式布置的LED鍵合點74而言，和本 較佳實施例所述的方法相比，PR定位是如何使用現(xiàn)有的方法完成的。 移動路徑76表明了現(xiàn)有的穿越不同的交錯的LED鍵合點74的方法。使 用在每個LED鍵合點74停留的現(xiàn)有方法來捕獲圖像，其通常是在每行 LED鍵合點74之間對角地(diagonally )移動，其是由于那代表了相 鄰的LED鍵合點74之間最短的距離。如果根據(jù)本發(fā)明的PR方法采用相同的移動路徑76,這仍然將會 引入通過定位平臺加速減速以在LED鍵合點之間移動，因為該移動包 含有Y軸方向上的變化。但是，移動路徑78表明了移動路徑如何能進 一步被改進的方法所加強。取代對于每個LED鍵合點74而言對角的、 包含在Y軸上加速減速的移動電子器件，每次修改移動路徑來穿越通 過每行LED鍵合點74的整個長度是可能的。因此，設(shè)置在同一行上的 LED鍵合點74的加速減速得以最小化。從而，由于在每個LED鍵合點 74處不必須停留不僅節(jié)約了時間，而且能夠選定更有效的移動路徑 78，其更進一步最小化了定位平臺加速減速的需要，而更加提高了PR 定位速度。在半導(dǎo)體裝配和封裝過程中PR定位裝置和方法的應(yīng)用除了導(dǎo)線 鍵合和其他類型的鍵合之外，所述的裝置和方法同樣也使用在其他的 應(yīng)用中，例如，用于定位引線框上所有引線中心和自動晶粒座對中以 設(shè)置晶粒的每個晶粒座的中心的視覺引線定位器(Visual Lead Locator)應(yīng)用。而且后鍵合的檢查同樣也能被如此進行，以便于被識 別的模式是被鍵合材料的圖像。這可能被用來區(qū)別后鍵合質(zhì)量控制過 程中鍵合材料的鍵合質(zhì)量。傳統(tǒng)意義上，這些操作是浪費時間，并且 因此在大多數(shù)情況下執(zhí)行它們是沒有實際意義的。使用本發(fā)明實施例 所述的裝置和方法，檢查時間大大縮短，并且因此完成操作來改善鍵 合精度和器件質(zhì)量更加富有實際意義。圖9是根據(jù)本發(fā)明較佳實施例所述的PR定位方法當(dāng)施加于引線 框器件80時的示意圖。該引線框器件80其上具有晶粒82,該晶粒82 具有多個用于4建合的鍵合盤84。該鍵合盤84應(yīng)該通過它們中間的4建合 導(dǎo)線電氣連接于引線86上。為了實施導(dǎo)線鍵合，視覺系統(tǒng)沿著移動路 徑88能被移動以捕獲每根引線86的圖像，而定位引線框80上所有引線 86的中心。而且，視覺系統(tǒng)能沿著移動路徑90被移動以捕獲鍵合盤84 的圖像，以便于定位晶粒82上所有鍵合盤84的中心。值得欣賞的是，和前述現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明較佳實施例所 述的PR定位裝置和方法導(dǎo)致大大減少了PR定位時間。從而，由于PR 定位通常占用了鍵合時間的顯著部分，所以鍵合裝置的生產(chǎn)力得以提 高。此處描述的本發(fā)明在所具體描述的內(nèi)容基礎(chǔ)上很容易產(chǎn)生變化、 修正和/或補充，可以理解的是所有這些變化、修正和/或補充都包括 在本發(fā)明的上述描述的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種用于電子器件模式識別的圖像捕獲方法，該方法包括以下步驟相對于視覺系統(tǒng)移動電子器件，以在電子器件的目標(biāo)位置上方定位視覺系統(tǒng)；確定視覺系統(tǒng)何時被定位來觀看目標(biāo)位置；然后在電子器件相對于視覺系統(tǒng)進行相對移動且不停下來的同時，使用視覺系統(tǒng)捕獲目標(biāo)位置的圖像。
2、 如權(quán)利要求l所述的圖像捕獲方法，其中，捕獲目標(biāo)位置的圖 像的步驟是被定位和圖像控制板所觸發(fā)，該定位和圖像控制板被用來 使電子器件的相對移動和視覺系統(tǒng)的圖像捕獲同步。
3、 如權(quán)利要求2所述的圖像捕獲方法，其中，確定視覺系統(tǒng)何時 被定位在電子器件上方的步驟還包括該定位和圖像控制板接收來自 編碼器的、關(guān)于電子器件位置的位置反饋。
4、 如權(quán)利要求2所述的圖像捕獲方法，其中，觸發(fā)圖像蒱獲的步 驟還包括有應(yīng)用該定位和圖像控制板進行以下的步驟激勵光源以使用高強度光線照射目標(biāo)位置； 激勵攝像機以觀看目標(biāo)位置；以及 激活圖像捕獲機控制板，以獲得目標(biāo)位置的圖像。
5 、如權(quán)利要求1所述的圖像捕獲方法，該方法還包含有以下步驟 將電子器件相對于視覺系統(tǒng)以大體均勻的速度移動，以定位該視 覺系統(tǒng)來捕獲大量目標(biāo)位置的各個圖像。
6、 如權(quán)利要求5所述的圖像捕獲方法，其中，該大體均勻的速度 是定位平臺被配置操作的最高速度，該定位平臺上裝配有電子器件。
7、 如權(quán)利要求l所述的圖像捕獲方法，其中，該視覺系統(tǒng)包含有 高強度的光源和與圖像捕獲機控制板相連的CCD攝像機。
8、 如權(quán)利要求7所述的圖像捕獲方法，其中，該光源包括脈沖式 照明設(shè)備。
9、 如權(quán)利要求8所述的圖像捕獲方法，其中，該光源包括軸向光 源和環(huán)向光源。
10、 如權(quán)利要求7所述的圖像捕獲方法，其中，CCD攝像機具有 的曝光時間小于l毫秒。
11、 如權(quán)利要求l所述的圖像捕獲方法，其中，該被識別的模式 是被鍵合的材料的圖像，以便于區(qū)分被鍵合材料的鍵合質(zhì)量。
12、 一種用于電子器件模式識別的圖像捕獲裝置，其包含有 視覺系統(tǒng)，用于捕獲電子器件的圖像；定位平臺，用于相對于視覺系統(tǒng)定位電子器件，以便于視覺系統(tǒng) 觀察電子器件上的目標(biāo)位置；其中，在電子器件相對于視覺系統(tǒng)進行相對移動且不停下來的同 時，^L覺系統(tǒng)被用來捕獲目標(biāo)位置的圖像。
13、 如權(quán)利要求12所述的裝置，該裝置還包含有定位和圖像控制 板，該定位和圖像控制板被用來使電子器件的相對移動和視覺系統(tǒng)的 圖像捕獲同步。
14、 如權(quán)利要求13所述的裝置，該裝置還包含有編碼器，其用于 為該定位和圖像控制板提供關(guān)于電子器件位置的位置反饋信號，以確 定視覺系統(tǒng)何時被定位在電子器件的上方。
15、 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，該定位平臺被用來將電子 器件相對于視覺系統(tǒng)以大體均勻的速度移動，和在電子器件以所述的 速度移動的同時，該視覺系統(tǒng)還被配置來捕獲大量目標(biāo)位置的各個圖 像。
16、 如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，該大體均勻的速度是定位 平臺被配置操作的最高速度。
17、 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，該視覺系統(tǒng)包含有高強度 的光源和與圖像捕獲機控制板相連的CCD攝像機。
18、 如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，該光源包括脈沖式照明設(shè)備。
19、 如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，該光源包括軸向光源和環(huán) 向光源。
20、 如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，CCD攝像機具有的曝光時 間小于1亳秒。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于電子器件模式識別的圖像捕獲方法和裝置，其中，相對于視覺系統(tǒng)移動電子器件，以在電子器件的目標(biāo)位置上方定位視覺系統(tǒng)；和在視覺系統(tǒng)被定位來觀看目標(biāo)位置的時候，在電子器件相對于視覺系統(tǒng)進行相對移動且不停下來的同時，使用視覺系統(tǒng)捕獲目標(biāo)位置的圖像。因此，模式識別所花費的時間能被顯著地減少。
文檔編號G06K9/20GK101165707SQ20071014601
公開日2008年4月23日 申請日期2007年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月5日
發(fā)明者巍 余, 羅漢成, 鄭美光 申請人:先進自動器材有限公司