基于机器视觉的表面贴装晶片检测与定位技术研究.pdf

分类号： ! ￡塑! UDC ： 密级：—— 编号：—— 基于机器视觉的表面贴装晶片检测与定位 技术研究 R e s e a r c hO n C h i pD e t e c t i o nA n d L o c a t i o nT e c h n o l o g y ， B a s e d0 nM a c h i n eV i s i o n 学位授予单位及代码：蓝蚕堡王盔堂f ! Q 】鳗2 学科专业名称及代码：皇跬生薹缝( Q g Q ! 丝2 研究方向：发电佳盛复发皇嚣测捷苤申请学位级别：亟 指导教师：篮望副教授 研 究生：E 地 论文起止时间：2 Q Q Z ：! ! = 2 Q Q 8 ：监 摘要 超声波铝丝焊接机是运用于半导体生产工序中晶片与引脚外框架间引线的 焊接的设备针对我国半导体生产中超声波铝丝焊接机半自动化的现状，本文提 出了焊接机自动化设计的思想主要讨论了超声波铝丝焊接机的图像采集系统、 自动控制系统以及图像处理系统其中图像处理系统是本文的核心 整个系统是利用计算机和P L C 本身的资源实现了上位机对P L C 的实时监控， 建立了一套专用的表面贴装晶片及引脚框架的视觉检测系统，通过C C D 摄像机 和图像采集卡将晶片的图像采集到计算机，并利用图像处理算法编写相应软件对 图像数据进行处理和检测，实现了表面贴装晶片的智能化检测与定位。

论文主要 围绕以下几个方面展开：( 1 ) ．系统的设计及系统标定的研究；( 2 ) ．晶片焊接平台的 控制策略；( 3 ) ．晶片图像检测定位算法及坐标修正的研究 在晶片存在略微的偏移及旋转情况下，系统在速度和精度方面依然能满足焊 线生产的需求系统大大改善了当前芯片封装工艺的生产状况，具有非常好的市 场前景，同时对于我国开展半导体后工序制造设备的开发，也具有重要的参考价 值 关键字：机器视觉，图像处理，模板匹配，P L C 通信，晶片定位 A b s t r a c t u l t r a s o n i cW i r ew e l d i n gm a c h i n ei su s e d i ns e m i c o n d u c t o rm a n u f a c t u r i n g p r o c e s s e sw h i c hw e l d i n gt h ec h i pa n dp i no u t s i d et h ef r a m e w o r k ．I nv i e wo ft h e s e m i c o n d u c t o rp r o d u c t i o no fu l t r a s o n i cw i r ew e l d i n gs e m i ．a u t o m a t i cm a c h i n eo ft h e s t a t u s ，t h i sp a p e rp r e s e n t st h ed e s i g no ft h ea u t o m a t e dw e l d i n gm a c h i n et h i n k i n g ． F o c u s0 nt h eu l t r a s o n i cw i r ew e l d i n gm a c h i n e ’Si m a g ea c q u i s i t i o ns y s t e m s ．a u t o m a t i c c o n t r o ls y s t e m sa n di m a g ep r o c e s s i n gs y s t e m ．I m a g ep r o c e s s i n gs y s t e mw h i c hi st h e C O r eo ft h i sa r t i c l e ． 砀ew h o l es y s t e mi su s eo fc o m p u t e r sa n dP L C ’Sr e s o u r c e sw h i c hr e a l i z et h ef a c t m a tP Cr e a l ．t i m em o n i t o t i n gt h eP L C ．I ts e tu pas p e c i a ls u r f a c e - m o u n tc h i pa n dp i n o ft h ef r a m e w o r ko ft h ev i s u a ld e t e c t i o ns y s t e m ．C C Dc a m e r aa n di m a g ea c q u i s i t i o n c a r ds e n dt h ec h i pi m a g et ot h ei m a g eC o l l e c t e dc o m p u t e r s ．w em a k eu s eo fi m a g e p r o c e s s i n ga l g o r i t h m st op r e p a r et h ea p p r o p r i a t es o f t w a r ef o ri m a g ed a t ap r o c e s s i n g a n dt e s t i n gt h a ta c h i e v eas u r f a c em o u n tc h i pi n t e l l i g e n td e t e c t i o na n dl o c a t i o n ．P a p e r s f o c u so nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ：( 1 ) ．S y s t e md e s i g na n ds y s t e mc a l i b r a t i o ns t u d i e s ；( 2 ) ． W e l d i n gc h i pp l a t f o r mf o rt h e c o n t r o ls t r a t e g y ；( 3 ) ．C h i pd e t e c t i o na n dl o c a t i o n ’S A l g o r i t h ma n da m e n dc o o r d i n a t e s ’r e s e a r c h ． 砀es p e e da n da c c u r a c yo ft h es y s t e mi ss t i l la b l et om e e tt h ew e l d i n gp r o d u c t i o n l i n ew h e nc h i p si m a g eh a sas l i g h ts h i f ta n dr o t a t i o n ．I th a sg r e a t l yi m p r o v e dt h ec h i p p r o d u c t i o nt e c h n o l o g y , w h i c hh a sav e r yg o o dm a r k e tp r o s p e c t s ．A tt h es a m et i m e ，i t i sa l s oa ni m p o r t a n tr e f e r e n c ef o rC h i n at h a tc a r r yo u tt h es e m i c o n d u c t o re q u i p m e n t m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sd e v e l o p m e n t ． K e y w o r d s ：M a c h i n eV i s i o n ，I m a g eP r o c e s s i n g ，T e m p l a t eM a t c h i n g ，P L C C o m m u n i c a t i o n ，C h i pL o c a t i o n I I 长春理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，“基于机器视觉的表面贴装晶片检 测与定位技术研究" 是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成 果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写过的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 作者签名：罩赵衄年土月丛日 长春理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论 文版权使用规定”，同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国 优秀博硕士学位论文全文数据库和C N Ⅺ系列数据库及其它国家有关部门或 机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权长 春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文 作者签名：驰么L 4 年立月丛日 指导导师签名：年土月』日 1 ．1 引言 第一章绪论 在半导体的生产工序中，作为后工序的晶片生产过程的晶片检测和封装过 程，都涉及精密工具和设备，且具有非常强的竞争力据不完全统计，我国承担 的半导体后工序，如半导体三极管、二极管、集成电路引线键合的超声波金丝球 焊接工序，在国际上占有一半以上的份额，且打主力的是中小型企业。

这些企业 目前使用的超声波铝丝焊接机多数还靠手工操作或半自动化，其工作效率和产品 合格率都很低下，解决的办法就是实现设备的自动化 半导体晶片光学检测设备具有快速、精准等特点，在半导体工业生产中的许 多环节得到广泛应用，随着国内半导体加工及现代工业企业的不断发展，对自动 光学检测设备( A O I ) 的需求量日益增加据统计，最近五年，我国集成电路行业 销售收入增长率增幅保持在2 8 ％以上，进入2 0 0 6 年，国内集成电路产业依旧保 持了较快发展势头，同时全球I C 行业也进入了新一轮景气周期，G a r t n e r 预测 全球半导体行业2 0 0 7 ．2 0 0 8 年将会保持10 ％左右的稳定增长，全球半导体行业稳 定的增长态势，将会更好地保障我国半导体的快速增长 自主研发半导体晶片光学检测设备对于填补国内空白、缩短我国半导体工业 生产与世界水平的差距、打破国外垄断的局面、提升自主创新能力、提升我国精 密设备制造水平都有深远的意义 所以我国“十一五" 规划将集成电路制造业确定为核心基础产业之一，明确 要加快集成电路、软件、关键元器件等重点产业的发展，力争为集成电路产业提 供最有利的发展环境。

随着国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2 0 0 6 一- 2 0 2 0 ) 和“十一五”计划的实施，国家正在研究拟订“软件与集成电路产业发展条例”， 制订了“集成电路产业研究与开发专项资金管理暂定办法" 等一些有针对性、可 操作性的政策细则，为集成电路产业创造了良好的发展环境与条件 在此背景下，我们结合自己技术特长与别人共同合作开发了晶片自动焊接系 统，提出一种自主研发的识别与定位算法及其实现技术，实现了晶片的自动化焊 接，具有良好的稳定性和鲁棒性 1 ．2 本课题的研究背景和意义 1 ．2 ．1 研究背景 目前国内集成电路光学检测设备的制造基本属于起步阶段，集成电路加工 中I C 表面检测大部分由半自动完成，精度差、识别率低、受外界不确定因素影 响严重，导致加工质量始终低于国外水平如封装加工，国外通过环境控制，并 利用光学自动检测系统进行检测及控制，加工合格率在9 5 ％左右，而国内只能达 到8 5 ％。