基于緊支集雙正交小波的芯片焊點定位技術研究

方舟+董浩+趙曉龍??

摘要：芯片封裝是保護芯片和增強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與引線框架的管腳連接起來實現芯片功能。為了提高芯片引線鍵合的精度，確保鍵合機的焊頭能夠實現準確定位，采用基于緊支集雙正交小波的多分辨率分析方法實現芯片和貼片基板邊緣的快速檢測和特征匹配，實現芯片和引線框架焊點的快速定位。這種方法能夠實現芯片圖像邊緣特征的準確提取、識別和特征匹配。采用緊支集雙正交小波進行芯片焊點和引線框架定位時，簡化了算法的復雜度，提高了芯片引線框架焊點位置的檢測效率和定位精度。

關鍵詞：芯片封裝；引線鍵合；小波；焊點定位

中圖分類號：TP391文獻標識碼：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之間建立可靠的連接，實現芯片的功能[1]。目前常用的芯片封裝技術包括三種方法：引線鍵合、載帶自動焊和倒裝芯片技術[2]。在三種方法中由于引線鍵合技術具有成本低、精度高、可靠性好的優點，因此，90%以上的芯片封裝都采用的是引線鍵合形式。引線鍵合焊點的視覺定位就是首先通過視覺系統獲取芯片和貼片基板的數字圖像，從中提取出芯片和基板的實際中心坐標參數。計算出芯片和基板相對于預定義位置的坐標偏差和角度偏差。通過定位偏差參數實時計算芯片和引線框架焊點的實際坐標位置，實現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，貼片機吸取芯片后將其放在基板上，由于取片和放片時存在誤差，導致芯片在基板上存在位置偏差。這種誤差的出現，在引線鍵合時會導致鍵合劈刀無法準確定位到芯片焊點的焊接位置。這種情況將導致金屬引線的焊球焊接不牢或者定位不準確，導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，本文采用構造多尺度小波變換的方法提取芯片和基座的邊緣信息，實時檢測芯片和貼片基板的邊緣；計算芯片和貼片基板邊緣的中心坐標和偏轉角度；為焊點實時定位和焊接劈刀的實時調整定位提供參數。

2基于小波變換的邊緣提取

通過CCD數字相機采集到的芯片圖像經過預處理后，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，其特點是它位于灰度值由增加到減小的變化轉折點。在階躍邊緣點，圖像灰度在它兩旁的變化規律是灰度變化曲線的一階導數在該點達到極值，二階導數在該點近旁呈零交叉，即其左右分別為一正一負兩個峰；對于屋頂狀邊緣的邊緣點，其灰度變化曲線的一階導數在該點近旁呈零交叉，二階導數在該點達到極值。

5芯片特征識別與測試

本文在MATLAB軟件平臺上開發芯片引線鍵合焊點的定位檢測程序。首先從數字相機讀取芯片圖片，在采集芯片照片時設置環境光源，使得芯片處于良好的光照環境下。調整數字相機的鏡頭取景范圍，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。采集到數字圖像后，根據數字相機的畸變校正矩陣[9]修正數字圖像誤差；然后通過圖像預處理技術[10]初步消除圖像中的干擾信息；其次采用圖像灰度處理[11]將其轉化為灰度圖像；再采用數字形態學技術消除芯片圖像上的微小孔隙，消除邊緣檢測過程中出現的亢余信息，完成數字圖像預處理過程。

將預處理過的圖像進行多分辨率分析，由邊緣檢測算法得到的邊緣信息保存到鏈表結構中，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行平移和旋轉不變性處理，使得圖像特征中的芯片和基板的邊緣特征轉化為具有不變性的封閉曲線。第三，在實時提取到的芯片和基板邊緣曲線進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時圖像中的邊緣特征參數進行對比，從而在采集到的圖像中識別出芯片和貼片基板的邊緣。最后通過計算邊緣曲線的矩特征參數，計算出芯片和基板對應的偏移參數。

以任意兩幅圖片為例，芯片和貼片基板中心坐標檢測實驗以芯片和基板周邊一定范圍為拍攝區域，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存在貼片誤差，在這兩個隨機選擇的芯片貼片圖像中芯片相對于基板的位置并不固定。這種誤差將導致在引線鍵合時，焊接劈刀無法與芯片和引線框架的焊點精確對準，這種誤差將導致芯片可靠性降低甚至殘片。計算出芯片和貼片基板的位置偏移量之后，可以根據偏移量計算出芯片和引線框架上的焊點位置[12]。此時計算出的焊點坐標是采用像素為單位的坐標參數，通過對數字相機的標定，可以計算出焊點的實際位置參數（單位：mm）。

6結論

芯片粘貼在引線框架后，為解決芯片和基座幾何中心坐標與設備坐標系中理論坐標偏差和軸向偏角實時測量，以及實時修正芯片的鍵合焊點的位置提高引線鍵合質量的問題，文中提出采用基于緊支集雙正交小波的方法實現邊緣提取和邊緣特征識別。通過實驗表明，該算法能快速、準確的將芯片邊緣和貼片基板的邊緣從圖像中識別出來；并根據兩者的中心位置偏差計算出焊點的實際位置，修正參數反饋給鍵合頭驅動系統。這種算法能夠提高引線鍵合工藝中的焊接質量，簡化了特征提取的步驟，縮短了算法的復雜度，提高了算法的精確度。

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