機器視覺技術在半導體產品外觀檢測中的應用

王曉華

（江陰新基電子設備有限公司，江陰 214429）

機器視覺技術在半導體產品外觀檢測中的應用

王曉華

（江陰新基電子設備有限公司，江陰 214429）

本文主要介紹半導體產品從料管到編帶的視覺設備應用。該設備利用工控機自主研發，運行速度快，穩定性好，能滿足生產工藝的要求。

機器視覺 半導體產品 料管 編帶

料管到編帶測試機主要用于半導體產品外觀檢測。設備首先對產品進行電性能測試，然后采用機器視覺技術對測試后的良品進行外觀檢測，包括產品的MARK檢測和LEAD檢測系統，最終以編帶的形式封裝產品，是一個集機械、光學、機器視覺為一體的高智能設備，能夠替代人工對外觀的檢測，提高生產效率，保證產品品質。

1　系統架構

該設備是單工位單軌道供料設計，整個機構主要包括料管供料系統、測試軌道系統、測試梭子分料系統、翻轉系統、軌道視覺檢測系統、吸料搬運系統、載帶傳送系統、載帶視覺檢測系統、載帶封合系統和切載帶系統，如圖1所示。

圖1　設備的系統架構

1.1供料單元

供料倉內一次可堆疊大于30管料管，并根據料管長度可手動調節。為使產品完全且平穩流入測試軌道，對料管設置壓緊裝置、翻轉裝置及敲管裝置。

1.2主軌道單元

主軌道包括測試軌道、測試梭子分料軌道、翻轉系統、光檢軌道及吸料軌道。軌道之間的連接設有定位銷，便于軌道定位。測試軌道具有防呆功能和檢測雙料的功能，防呆功能能及時發現供料系統內產品供料方式是否正確，檢測雙料功能可確保產品在主軌道是單顆工作。梭子分料軌道主要是剔除測試后的不良品，以保證流入翻轉軌道的是良品。翻轉軌道是將產品旋轉180°，以保證流入光檢軌道的產品正面向上。吸料軌道是將視覺檢測后的產品進行首次分料：剔除光檢不良品，良品將裝入載帶系統。

1.3 吸料搬運單元

吸料搬運系統是主軌道與載帶系統的一個銜接點，作用是將首次光檢后的良品放入載帶內。要求確保穩定、精確、可靠。

1.4載帶單元

載帶單元主要包括載帶傳送裝置、載帶視覺系統、蓋帶與載帶封合裝置和切斷裝置。載帶傳送采用步進電機帶動與載帶同等間距的齒輪盤，分度更精確。封合系統采用雙氣缸模式，上氣缸縮短封合行程，下氣缸進行封合動作，確保動作快速性；封刀采用模組形式，可快速拆裝。切刀用來快速切斷載帶，并且保證切口平整。載帶視覺系統是對進入載帶的產品再次進行外觀檢測，防止產品在放入載帶過程中的二次形變。

2　視覺檢測系統

視覺檢測系統采用輪廓檢測技術來進行對象識別，辨識度高。不同于以往將2D Mark和3D Lead分開檢測的模式，此次視覺檢測系統集成2D Mark和3D Lead檢測系統。整套檢測系統更小巧，更穩定。相機采用130w像素相機，檢測精度可達0.015mm，檢測周期短，速度快。

本設備上有軌道視覺檢測和載帶視覺檢測兩次檢測，都是對單顆產品進行兩次拍照檢測。一張照片用于管腳檢測，一張照片用于印章檢測。唯一不同的是，軌道視覺檢測系統采用單光源模式，而載帶視覺檢測系統采用雙光源模式，對Mark和Lead檢測進行分別打光，并裝有藍寶石鏡面的檢測窗口。

圖2　視覺硬件構架

2.1視覺硬件架構

圖2為視覺硬件構架。軌道視覺系統和載帶視覺系統位置角度可單獨調節。載帶視覺系統上的光源座可90°旋轉，便于取走不良品。

2.2檢測流程

當產品到檢測站位時，通過IO觸發光檢拍照，拍照后視覺系統開始檢測，同時設備等待光檢回饋的GrabDone、EOT及檢測結果BIN信號。只有正確接收到上述信號，才能說明檢測流程結束，如圖3所示。

圖3　檢測流程示意圖

2.3檢測功能

2D Mark檢測功能：可設置多個印碼檢測模板，采用相似度檢測，檢查印碼錯字、無印字、模糊、印刷字體反向、漏字等。

2D Intape檢測功能：檢查腳長、腳寬、間隔、彎曲、開檔、腳傾斜、嚴重翹腳等。

3D Lead檢測功能：檢查腳型，共平面度，站立高度，腳長，腳寬，間隔，彎曲，開檔，腳傾斜；CCD系統經標準塊檢測，重復精度達到（GR&R）＜10%，每臺機器配備一塊用于校準VISION的標準塊。

圖4為管腳檢測，圖5為印章檢測。

圖4　管腳檢測

圖5　印章檢測

2.4檢測參數設置

檢測參數設置包括系統參數設置、圖像設置、產品容許度設置、通訊設置、校準設置、學習設置和功能權限設置七個部分，設置的界面如圖6所示。

圖6　檢測參數設置的界面示意圖

2.4.1系統參數設置

系統參數包括相機拍照延時時間、機臺信息、是否保存圖像等，設置的窗口情況如圖7所示。

圖7　系統參數設置窗口示意圖

2.4.2圖像設置

圖像設置包括設置圖像的曝光時間、對比度、亮度、保存類型及數據等，設置界面如圖8所示。

圖8　圖像設置界面示意圖

2.4.3容許度設置

根據管腳檢測或印章檢測，對詳細的功能檢測進行參數設置，以判斷檢測結果是否在設定范圍內，工作界面如圖9所示。

圖9　容許度設置

2.4.4 通訊設置

通過設置IO點讓視覺系統與Handler系統建立通訊，視覺系統檢測處理后向Handler及時反饋檢測信號，Handler根據檢測結果進行產品分檔。

2.4.5校準設置

使用Vision標準塊進行校準，以保證檢測精度，如圖10所示。

圖10　校準設置

2.4.6學習設置

通過設置產品搜索范圍、引腳個數、閾值、字模等信息，產品以此為模板進行管腳和印章匹配。圖11為引腳學習界面，圖12為印章字模學習界面。

3　結語

料管到編帶測試機是一款高性能的外觀檢測設備，產品使用范圍廣，規格變化容易，傳送系統穩定可靠，速度快，準確穩定，信息存儲量大，機構模組化設計，拆裝方便，便于以后擴展為相類似的機型。實際運行情況表明，該系統運行穩定，能滿足生存工藝的要求。

[1]吳福朝.計算機視覺中的數學方法[M].北京：科學出版社，2011.

[2]Milan Sonka，Vaclav Hlavac，Roger Boyle.圖像處理、分析與機器視覺（第3版）[M].北京：清華大學出版社，2014.

圖11　引腳學習界面

圖12　印章字模學習界面

[3]陳兵旗.機器視覺技術及應用實例詳解[M].北京：化學工業出版社，2014.

[4]鄭睿，鄶新凱，楊國勝.機器視覺系統原理與應用[M].北京：中國水利水電出版社，2014.

[5]Richard Szeliski.計算機視覺-算法與應用[M].北京：清華大學出版社，2012.

Machine Vision Applications in Semiconductor Product Appearance Detection

WANG Xiaohua
(Jiang Yi n Xinji Electronic Equipment Co., Ltd., Ji angyin 214429)

Machine Vision refers t o the use of machines instead of human vision to make measurements and judgments, which could increase the flexibility a s we ll a s t he le vel of automation of production. This t echnology has be en widely applied to the s emiconductor and the electronics industries for its excellent features. Nevertheless, the wide range of semiconductors has l ed to the diversification of inspection machines.This a rticle mainly dis cusses the application of machine vis ion equipment in semiconductors from tubes to carrier tapes. Self-developed with the help of IPC (Industrial Personal Computer), this equipment has the advantages of high running speed and stable performance, and meets the needs of the production process.

Machine Vision, Semiconductor, Tube, Carrier tape