机器视觉技术在半导体产品外观检测中的应用

王晓华

（江阴新基电子设备有限公司，江阴 214429）

机器视觉技术在半导体产品外观检测中的应用

王晓华

（江阴新基电子设备有限公司，江阴 214429）

本文主要介绍半导体产品从料管到编带的视觉设备应用。该设备利用工控机自主研发，运行速度快，稳定性好，能满足生产工艺的要求。

机器视觉 半导体产品 料管 编带

料管到编带测试机主要用于半导体产品外观检测。设备首先对产品进行电性能测试，然后采用机器视觉技术对测试后的良品进行外观检测，包括产品的MARK检测和LEAD检测系统，最终以编带的形式封装产品，是一个集机械、光学、机器视觉为一体的高智能设备，能够替代人工对外观的检测，提高生产效率，保证产品品质。

1　系统架构

该设备是单工位单轨道供料设计，整个机构主要包括料管供料系统、测试轨道系统、测试梭子分料系统、翻转系统、轨道视觉检测系统、吸料搬运系统、载带传送系统、载带视觉检测系统、载带封合系统和切载带系统，如图1所示。

图1　设备的系统架构

1.1供料单元

供料仓内一次可堆叠大于30管料管，并根据料管长度可手动调节。为使产品完全且平稳流入测试轨道，对料管设置压紧装置、翻转装置及敲管装置。

1.2主轨道单元

主轨道包括测试轨道、测试梭子分料轨道、翻转系统、光检轨道及吸料轨道。轨道之间的连接设有定位销，便于轨道定位。测试轨道具有防呆功能和检测双料的功能，防呆功能能及时发现供料系统内产品供料方式是否正确，检测双料功能可确保产品在主轨道是单颗工作。梭子分料轨道主要是剔除测试后的不良品，以保证流入翻转轨道的是良品。翻转轨道是将产品旋转180°，以保证流入光检轨道的产品正面向上。吸料轨道是将视觉检测后的产品进行首次分料：剔除光检不良品，良品将装入载带系统。

1.3 吸料搬运单元

吸料搬运系统是主轨道与载带系统的一个衔接点，作用是将首次光检后的良品放入载带内。要求确保稳定、精确、可靠。

1.4载带单元

载带单元主要包括载带传送装置、载带视觉系统、盖带与载带封合装置和切断装置。载带传送采用步进电机带动与载带同等间距的齿轮盘，分度更精确。封合系统采用双气缸模式，上气缸缩短封合行程，下气缸进行封合动作，确保动作快速性；封刀采用模组形式，可快速拆装。切刀用来快速切断载带，并且保证切口平整。载带视觉系统是对进入载带的产品再次进行外观检测，防止产品在放入载带过程中的二次形变。

2　视觉检测系统

视觉检测系统采用轮廓检测技术来进行对象识别，辨识度高。不同于以往将2D Mark和3D Lead分开检测的模式，此次视觉检测系统集成2D Mark和3D Lead检测系统。整套检测系统更小巧，更稳定。相机采用130w像素相机，检测精度可达0.015mm，检测周期短，速度快。

本设备上有轨道视觉检测和载带视觉检测两次检测，都是对单颗产品进行两次拍照检测。一张照片用于管脚检测，一张照片用于印章检测。唯一不同的是，轨道视觉检测系统采用单光源模式，而载带视觉检测系统采用双光源模式，对Mark和Lead检测进行分别打光，并装有蓝宝石镜面的检测窗口。

图2　视觉硬件构架

2.1视觉硬件架构

图2为视觉硬件构架。轨道视觉系统和载带视觉系统位置角度可单独调节。载带视觉系统上的光源座可90°旋转，便于取走不良品。

2.2检测流程

当产品到检测站位时，通过IO触发光检拍照，拍照后视觉系统开始检测，同时设备等待光检回馈的GrabDone、EOT及检测结果BIN信号。只有正确接收到上述信号，才能说明检测流程结束，如图3所示。

图3　检测流程示意图

2.3检测功能

2D Mark检测功能：可设置多个印码检测模板，采用相似度检测，检查印码错字、无印字、模糊、印刷字体反向、漏字等。

2D Intape检测功能：检查脚长、脚宽、间隔、弯曲、开档、脚倾斜、严重翘脚等。

3D Lead检测功能：检查脚型，共平面度，站立高度，脚长，脚宽，间隔，弯曲，开档，脚倾斜；CCD系统经标准块检测，重复精度达到（GR&R）＜10%，每台机器配备一块用于校准VISION的标准块。

图4为管脚检测，图5为印章检测。

图4　管脚检测

图5　印章检测

2.4检测参数设置

检测参数设置包括系统参数设置、图像设置、产品容许度设置、通讯设置、校准设置、学习设置和功能权限设置七个部分，设置的界面如图6所示。

图6　检测参数设置的界面示意图

2.4.1系统参数设置

系统参数包括相机拍照延时时间、机台信息、是否保存图像等，设置的窗口情况如图7所示。

图7　系统参数设置窗口示意图

2.4.2图像设置

图像设置包括设置图像的曝光时间、对比度、亮度、保存类型及数据等，设置界面如图8所示。

图8　图像设置界面示意图

2.4.3容许度设置

根据管脚检测或印章检测，对详细的功能检测进行参数设置，以判断检测结果是否在设定范围内，工作界面如图9所示。

图9　容许度设置

2.4.4 通讯设置

通过设置IO点让视觉系统与Handler系统建立通讯，视觉系统检测处理后向Handler及时反馈检测信号，Handler根据检测结果进行产品分档。

2.4.5校准设置

使用Vision标准块进行校准，以保证检测精度，如图10所示。

图10　校准设置

2.4.6学习设置

通过设置产品搜索范围、引脚个数、阈值、字模等信息，产品以此为模板进行管脚和印章匹配。图11为引脚学习界面，图12为印章字模学习界面。

3　结语

料管到编带测试机是一款高性能的外观检测设备，产品使用范围广，规格变化容易，传送系统稳定可靠，速度快，准确稳定，信息存储量大，机构模组化设计，拆装方便，便于以后扩展为相类似的机型。实际运行情况表明，该系统运行稳定，能满足生存工艺的要求。

[1]吴福朝.计算机视觉中的数学方法[M].北京：科学出版社，2011.

[2]Milan Sonka，Vaclav Hlavac，Roger Boyle.图像处理、分析与机器视觉（第3版）[M].北京：清华大学出版社，2014.

图11　引脚学习界面

图12　印章字模学习界面

[3]陈兵旗.机器视觉技术及应用实例详解[M].北京：化学工业出版社，2014.

[4]郑睿，郐新凯，杨国胜.机器视觉系统原理与应用[M].北京：中国水利水电出版社，2014.

[5]Richard Szeliski.计算机视觉-算法与应用[M].北京：清华大学出版社，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