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(多图) 半导体及电子制造中的机器视觉

作者:something: EDN China?? 2009年03月04日 ?? 收藏0

  在电子制造业,机器视觉应用广泛的另一领域就是连接器检测。世界知名的连接器厂商如Molex、Tyco等的生产线上都有大量的机器视觉检测系统在运行。其中,Molex更有自己一个独立的自动化部门,专门根据客户要求及连接器各种技术变化情况,自行研发制造机器视觉检测设备, 该部门从检测需求到设备研发完毕,上线研发周期均很短,从而能保证Molex的连接器可以随时根据客户的要求而有相对应的质检措施并能保证零瑕疵出厂。连接器制造流程主要分为冲压、电镀、注塑、装配四个主要工艺流程,在四个流程当中,每个环节都对连接器产品尺寸和质量要求极为严格。比如Nokia对Molex生产的连接器要求为零次品率,即要求Molex提供给Nokia手机使用的连接器要求为100%都是合格品。而连接器大都体积非常小、精度高、制作工艺繁复、产品数量巨大、生产线运行高速。如电镀环节速度非常快,最快可达到10米/分钟。这就要求必须使用机器视觉技术对所有的生产产品在相应环节过程中进行测量和检测,及时剔除不合格产品。

电子制造业中的机器视觉应用

  除了SMT贴片、AOI、连接器检测外,电子行业的机器视觉应用还有如:PCB底片检查、硬盘检测、键盘检测、电子制造过程中的机器人视觉引导定位、元器件的在线分类筛选、二维码读取等各种应用。近两三年来,机器视觉技术在半导体及电子制造领域中呈现出了一些新的发展趋势。首先是读码需求的日益增多。如半导体制造业,企业生产管理者不但要跟踪整个硅片的生产过程,确保产品质量,还要能通过二维码等打标技术将二维码打到硅片及电子器件上的外壳上,以便能建立起制造管理信息以及跟踪电子组装过程中的各个部分,甚至包括将芯片运到世界上的任何地方进行封装和测试。其次是视觉技术往高速、高分辨率的方向发展。在德国斯图加特刚刚开完的Vision 2008机器视觉展览上,也是以高速、高分辨率为新的技术亮点。再次就是视觉检测由以前的黑白居多开始逐步增加彩色检测需求。事实上,现实世界本来就是彩色的,当彩色图像二值化之后,很多的原始信息会丢失,原本丰富多彩的图像变成了单一的二维图像,原本轮廓分明的物体变成了模糊不清的轮廓,边缘不再是边缘,轮廓不再是轮廓,丰富也不再丰富,这一切都是信息失真造成的。彩色检测需求有如:尖端微处理器生产商的生产工艺中都在采用非常薄的镀层,以至于改变了硅片表面的样子。按照镀层的厚度,硅片表面呈现为蓝色,紫色或深绿色。现在面对的不仅仅是传统的银色和金色硅片了。于是视觉检测工程师开始使用红外(IR)LED,IR能够在标准硅片和超薄覆盖层硅片的情况下都能工作良好。再者,RoHS的进展对焊膏产生了巨大的变革。制造现场的工程师们能使用不同的焊膏并将焊球制造得越来越小。一些焊膏能够通过改变照明进行成像,另一些则需要应用彩色成像来区别不同的,含铅材料对比度更低的焊接材料。更低的对比度意味着无铅焊膏成像的边缘更不明显,采用具有更强处理能力的彩色视觉技术能够提供需要的数据以实现准确的测量。最后,我们必须清楚的看到,机器视觉准备开始进入3D时代。Flip芯片、CSP、微型BGA芯片焊接的锡球。为了保证其电气连接性能,每个锡球必须有一定的高度,此类检测必须以来3D视觉系统来完成。3D视觉检测系统不但能检测焊盘排列的问题,还可以检测锡膏体积不足等原因,可以大大拓宽缺陷检测的范围。在前面提到的连接器检测中也会用到3D视觉系统。普通的2D视觉系统可以检测引脚缺少或者位置不正确问题,如果引脚位置正确但是插入深度不够,就必须使用3D视觉系统在X、Y、Z方向对被检测物进行证。德国Sick公司的Sick IVP Ranger C50嵌入式智能相机在这些领域已经有了很好的解决方案,PC-Base系统的主要配件厂商也为3D视觉的搭建提供了充足的技术准备,如知名德国相机厂商Basler的高端相机拥有现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA),在相机中包含了多种常用的预处理算法,以适应不断加速的图像分析处理的带宽需求。Basler能够在FPGA中实现客户的特定算法,使用激光三角测量法来完成3D测量。

  未来前景

  由于半导体制造遵循摩尔定律,在IC上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。技术需求促进了半导体装备及电子制造装备的更新、升级和飞速发展。这就要求视觉传感技术、机器视觉也能跟上技术发展的需要。令人兴奋的是,这几年,机器视觉所涉及的光学、机械、计算机、软件、电子、芯片、网络通信也在飞速发展,相应的配件光源、镜头、相机、板卡软件都以加速升级换代的步伐来适应因技术发展而促动的机器视觉技术的高速发展。机器视觉在半导体和电子行业中必将成为不可取代的传感检测技术。

  原文载于荣格媒体集团<<传感器>>杂志 2009-01期http://www.sensorschina.net/User/magazine-list.aspx?Id=146


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