洪海敏，劉飛飛，王道遠(yuǎn),謝晶晶

（深圳市國電科技通信有限公司，廣東深圳，518045）

0 引言

高端芯片是衡量科技水平的重要指標(biāo)之一，其在科技領(lǐng)域的地位至高無上。隨著現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品正朝著小型化、高性能的方向發(fā)展，在此基礎(chǔ)上，對高端芯片的封裝技術(shù)也提出了更高的要求，同時(shí)，先進(jìn)封裝過程中的視覺檢測功能也越來越受到人們的廣泛關(guān)注。

1 封裝技術(shù)

半導(dǎo)體工藝的制造過程由前道、后道兩部分組成。前道部分的制造技術(shù)涉及的知識內(nèi)容比較復(fù)雜，對工藝的要求更精準(zhǔn)，數(shù)量更多。半導(dǎo)體工藝制造的過程以及儀器之間也往往存在著密不可分、相互影響的關(guān)聯(lián)。所以，半導(dǎo)體工藝的制造被普遍認(rèn)為是當(dāng)今世界上最復(fù)雜最細(xì)致的技術(shù)。

后道部分的封裝工藝相對前道部分的技術(shù)來說要簡單得多。但是由于半導(dǎo)體儀器種類豐富，體積較小，而且有的產(chǎn)品批次需要分開制作，就要求操作技術(shù)更精細(xì)化。所以，半導(dǎo)體在后道部分的封裝技術(shù)仍舊是一個(gè)多樣化、復(fù)雜的制作過程。就目前我國在半導(dǎo)體封裝工藝的生產(chǎn)水平來看，在工作效率方面依然具備很大的進(jìn)步空間。

2 半導(dǎo)體封裝技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

2.1 芯片保護(hù)

隨著科技的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體封裝技術(shù)正向著小而薄的方向發(fā)展。與傳統(tǒng)的封裝模式不同的是，目前我國的半導(dǎo)體封裝工藝正在朝著樹脂型這樣簡便易操作的技術(shù)方面發(fā)展，除了需要保護(hù)芯片的完整以及運(yùn)行的速度，還要保證半導(dǎo)體芯片在搭載過程中連接的可靠性。

2.2 通用性及封裝界面標(biāo)準(zhǔn)化

隨著半導(dǎo)體工藝的應(yīng)用越來越廣泛，未來的封裝技術(shù)也越來越先進(jìn)。如果我們的技術(shù)還停留在過去20年的階段得不到任何發(fā)展，就會阻礙半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)步，妨礙我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。所以要積極創(chuàng)新，推陳出新，依據(jù)時(shí)代發(fā)展的步伐以及要求制造半導(dǎo)體。即使半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)工藝非常的豐富多樣也非常的復(fù)雜多變，但深入了解并分析拾取技術(shù)是為了半導(dǎo)體封裝工藝中的通用性以及標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的主要方向。與此同時(shí)，對半導(dǎo)體技術(shù)的后道部分的設(shè)計(jì)間距、尺寸大小以及封裝需要用到的材料等方面進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展，更甚于對模板界面的設(shè)計(jì)更加標(biāo)準(zhǔn)化，都應(yīng)該成為以后半導(dǎo)體封裝技術(shù)研究的關(guān)鍵內(nèi)容。

2.3 散熱冷卻功能

通過對半導(dǎo)體芯片的性能進(jìn)行深入的研究以及分析之后我們可以知道，未來的社會中我們需要技術(shù)更加精湛的半導(dǎo)體封裝工藝，甚至達(dá)到亞0.1nm的階段。到那時(shí)，大規(guī)模集成電路的功耗都將進(jìn)一步增加，而功耗增加會使半導(dǎo)體發(fā)熱，研究散熱冷卻技術(shù)在未來一段時(shí)間內(nèi)都將是半導(dǎo)體封裝技術(shù)的重要發(fā)展方向。

3 視覺檢測功能

視覺檢測功能是半導(dǎo)體芯片制造過程中的關(guān)鍵部分，也是檢測半導(dǎo)體芯片能否應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。在這個(gè)過程中。對半導(dǎo)體芯片產(chǎn)品的定位以及品質(zhì)檢測是至關(guān)重要不可或缺的，決定了芯片的質(zhì)量是否能達(dá)到使用要求。接下來講主要介紹視覺檢測功能的應(yīng)用范圍：

（1）點(diǎn)膠的定位以及質(zhì)量檢測：此功能主要有兩方面的內(nèi)容，一是指對點(diǎn)膠技術(shù)的位置情況進(jìn)行辨別并定位，將點(diǎn)膠的具體位置反饋給運(yùn)動(dòng)馬達(dá)。二是指對已經(jīng)完成點(diǎn)膠工藝的地方進(jìn)行質(zhì)量的監(jiān)測，保證產(chǎn)品沒有畸形等產(chǎn)品缺陷。

（2）芯片貼裝圖像的定位以及質(zhì)量檢測：此功能主要有兩方面的內(nèi)容，一是指對芯片的貼裝圖像的位置情況進(jìn)行辨別并定位，將芯片貼裝圖像的位置反饋給芯片貼裝運(yùn)動(dòng)馬達(dá)。二是抵御已經(jīng)完成芯片貼裝圖像的地方進(jìn)行質(zhì)量的監(jiān)測，保證芯片貼裝圖像沒有出現(xiàn)畸形、破損、臟污等情況的出現(xiàn)。

（3）芯片抓取定位檢測：此功能指的是對需要貼裝的芯片的位置進(jìn)行監(jiān)測，把芯片的具體位置情況反饋給芯片貼裝運(yùn)動(dòng)馬達(dá)。

圖1 全自動(dòng)芯片貼裝設(shè)備

4 芯片封裝過程中對視覺檢測功能的強(qiáng)化研究

在芯片貼裝的定位、對芯片質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測的過程中，這兩個(gè)功能非?；竞椭匾皇切酒N裝位置進(jìn)行定位，二是對貼裝后的芯片貼進(jìn)行質(zhì)量的檢測。對芯片貼裝位置進(jìn)行定位的目的是為了依據(jù)對圖像的辨別，找到與成像圖像類似的情況，計(jì)算出圖像和圖像中心的距離像素差，依據(jù)比例計(jì)算出實(shí)際的位置，在控制中心系統(tǒng)中輸入實(shí)際的距離位置，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的馬達(dá)控制信號傳送到芯片貼裝動(dòng)作模塊；對芯片品質(zhì)進(jìn)行檢測的主要目的是為了根據(jù)視覺影像圖片的辨別，找到成像圖片中的相似標(biāo)的物，根據(jù)圖片中相似物體的成像，核算控制相關(guān)的像素?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)像素和實(shí)際物體的比例轉(zhuǎn)換為控制數(shù)據(jù)，獲得的數(shù)據(jù)輸出到控制中心系統(tǒng)，由系統(tǒng)分析控制要求與數(shù)據(jù)對比，判斷圖片中的芯片貼裝能否符合品質(zhì)控制要求。

實(shí)際制作過程中，芯片安裝位置定位功能識別要求簡單，對圖像識別和分析的要求并不高，即使圖像辨別能力不行無法獲得數(shù)據(jù)，也可要求操作員通過報(bào)警提示進(jìn)行成像檢查，檢查確認(rèn)標(biāo)的物位置正確，然后正常生產(chǎn)。在全自動(dòng)芯片貼裝制造過程中，由于所需要貼裝 Die 的尺寸較小，一般為1000～1500um，厚度為 300um～600um，同時(shí)所貼裝的位置范圍也很小，因此對貼裝精度的要求一般為±35um，旋轉(zhuǎn)角度為±5°,此為一般品質(zhì)控制要求。因此對芯片貼裝后的品質(zhì)檢測功能要求的檢測數(shù)據(jù)包含：

（1）貼裝后的芯片大小：是指芯片的長、寬，以及芯片上的引腳尺寸大小；

（2）芯片貼裝的位置情況：是指芯片貼裝后和實(shí)際所需數(shù)據(jù)的偏移間隙差距；

（3）芯片貼裝的角度：指芯片貼裝后和其他參考對象的角度差；

（4）芯片貼裝用到的點(diǎn)膠量：指芯片貼裝后四個(gè)邊部分溢出的膠量。

4.1 芯片貼裝圖像數(shù)據(jù)特征分析

芯片貼裝后的共性與美元貼裝芯片的引腳區(qū)域幾何形狀以及位置大致相同，都沒有改變，產(chǎn)生變化并且有差異是需要進(jìn)行檢測以及測量的貼裝后的芯片，芯片的位置情況、貼裝形狀等都不一樣，關(guān)鍵要確認(rèn)基本的可識別的引腳區(qū)域是否一致，符合相似特性，為一樣的制造產(chǎn)品，然后依據(jù)類似特征的引腳區(qū)域幾何特性，明確貼裝后的芯片尺寸、外觀、與特征區(qū)域的位置等。作為目標(biāo)物的引腳區(qū)域可能是不規(guī)則的幾何體，采用了基于幾何特征的辨別方法，一定確認(rèn)引腳區(qū)域所在的位置，在這基礎(chǔ)上，對芯片區(qū)域進(jìn)行區(qū)分，區(qū)分為一類芯片、二類芯片所處的位置、尺寸大小、外觀，作為測量數(shù)據(jù)。

4.2 芯片貼裝圖像測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

芯片貼裝的圖像對引腳區(qū)域定位點(diǎn)的要求非常準(zhǔn)確，同時(shí)對圖像質(zhì)量的要求也比較高，所以可以采用存儲量小以及對光照不敏感地根據(jù)幾何特征的模式識別算法。此設(shè)計(jì)模式由兩部分組成：

（1）根據(jù)外引腳區(qū)域的特征算法，找到特殊的引腳識別方位，對產(chǎn)品類型進(jìn)行辨別，也對整個(gè)芯片方位進(jìn)行定位情況，找到中心位置并確認(rèn)。該過程分為四個(gè)步驟：第一步是載入圖像和對圖像進(jìn)行預(yù)處理；第二步是根據(jù)模式辨別芯片貼裝外引腳區(qū)域的基礎(chǔ)位置信息，提取外引腳的定位數(shù)據(jù)；第三步在識別圖像范圍內(nèi)根據(jù)模式辨別芯片貼裝區(qū)域內(nèi)引腳的精確位置信息以及對產(chǎn)品類型進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)；第四步確認(rèn)芯片貼裝區(qū)域的中心位置以及產(chǎn)品特征引腳的位置情況。

（2）根據(jù)幾何形狀的算法，對芯片內(nèi)的貼裝圖像進(jìn)行精確的定位，計(jì)算貼裝芯片和中心位置的距離、尺寸大小、以及芯片的角度。

4.3 對半導(dǎo)體芯片貼裝的圖像進(jìn)行預(yù)處理

（1）采用二值化的方式處理圖像

可以利用閾值法對半導(dǎo)體芯片的貼裝圖像進(jìn)行處理。首先需要設(shè)定閾值為T,把灰度值設(shè)定為1或255。經(jīng)過對閾值進(jìn)行二值化處理之后i，就可以從背景圖像中把目標(biāo)圖像分開，對后面將要進(jìn)行的操作更加方便。雖然進(jìn)行值化算法的種類非常豐富，比如雙峰法以及迭代法。這兩種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)以及不足，但都是依據(jù)圖像的某種特征針對性的進(jìn)行處理。所以在接下來的步驟中，迭代法是一個(gè)最合適的方法，能夠使我們在處理圖像的這個(gè)環(huán)節(jié)獲得最佳的試驗(yàn)效果。

迭代法把初始閾值設(shè)置為圖像的平均灰度為T1，然后把像素點(diǎn)分開成為兩個(gè)部分，再測算這兩個(gè)部分的平均灰度,小于T1 的部分為Tα，大于T1的部分為Tβ，求Tα以及Tβ的平均值T2，將T2作為全新的閾值替換為T1，再重復(fù)上述步驟,如此迭代,一直到Tk收斂。

4.4 圖像去噪

圖像去噪也是圖像預(yù)處理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，以及圖像識別技術(shù)的精準(zhǔn)度是密切關(guān)聯(lián)的。由于在收集以及記錄芯片貼裝圖像的信息的過程中會遭遇各種干擾，尤其是在對圖像進(jìn)行二值化處理后,圖像上會產(chǎn)生一些噪音以及毛刺,對圖像的質(zhì)量造成不利影響，從而妨礙特征提取,對圖像識別的精準(zhǔn)度產(chǎn)生不利影響。所以，對圖像進(jìn)行去噪處理是圖像預(yù)處理過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵步驟。在對圖像進(jìn)行預(yù)處理的過程中，務(wù)必清理干凈這些噪音點(diǎn)。圖像去噪的方法只要是主要采用時(shí)域與頻域來解決。這兩種方式有著很明顯的優(yōu)點(diǎn)以及不足。時(shí)域的優(yōu)點(diǎn)是簡單、快速,但是會遺漏很多點(diǎn)之間的重要細(xì)節(jié);頻域的優(yōu)點(diǎn)是能夠細(xì)致地將點(diǎn)之間的相關(guān)信息分離開來，但這個(gè)方法的計(jì)算量就會大很多。

5 芯片貼裝外引腳區(qū)域的設(shè)計(jì)

5.1 對外引腳區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉?/h3>

對芯片的外引腳區(qū)域進(jìn)行剪裁是指把芯片貼裝過程中的多余部分修剪掉，將其中有價(jià)值的部分留存下來。因?yàn)樵谛酒馁N裝過程中不僅僅只有一個(gè)圖像，二十有多個(gè)圖像，這就涉及到圖片的識別以及選取，這時(shí)候，就需要選擇最適合，離攝像頭最近區(qū)域的產(chǎn)品的那個(gè)圖像，之后對其進(jìn)行剪裁，保留最要緊的部分。

5.2 對外引腳區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步精確的處理

在完成了對芯片的外引腳區(qū)域的剪裁之后，需要進(jìn)一步精確定位圖像的位置區(qū)域。這個(gè)時(shí)候，可以借鑒Hough變換的直線開展監(jiān)測，首先把外引腳區(qū)域的邊框部分的四條直線定位出來，會獲得對應(yīng)的定位以及角度數(shù)值。接著就需要對芯片的外引腳區(qū)域進(jìn)行最后的精準(zhǔn)的圖像位置的整理。需要用到的方法有兩個(gè)，意識將與外引腳區(qū)域無關(guān)的圖像消除，二是將半導(dǎo)體芯片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)已達(dá)到最佳的效果。

5.3 對芯片的貼裝狀態(tài)進(jìn)行檢測與完善

只有對圖像做了精準(zhǔn)的處理，對芯片的外引腳區(qū)域妥善處理了之后，才能確保接下來對半導(dǎo)體芯片的貼裝位置進(jìn)行準(zhǔn)確無誤的計(jì)算以及測量，保障圖像在貼裝過程中不會出現(xiàn)特殊的情況。檢測完成之后，對有問題的地方進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。之后，會開始測試半導(dǎo)體芯片的貼裝狀態(tài)，這主要包含；半導(dǎo)體芯片貼裝的位置、尺寸大小、芯片的角度位置以及需要使用到的膠量。

6 結(jié)束語

在電子信息技術(shù)的發(fā)展以及市場對半導(dǎo)體技術(shù)的需求越來越精細(xì)化發(fā)展的當(dāng)今時(shí)代，半導(dǎo)體技術(shù)生產(chǎn)廠家需要針對市場需求以及時(shí)代需要進(jìn)一步對半導(dǎo)體的封裝工藝進(jìn)行創(chuàng)新以及升級。深入認(rèn)識并梳理半導(dǎo)體前道部分以及后道分布的關(guān)聯(lián)，掌握半導(dǎo)體封裝過程中的關(guān)鍵技術(shù)，在充分了解半導(dǎo)體封裝工藝以及市場需求的基礎(chǔ)上制造出符合時(shí)代發(fā)展以及現(xiàn)階段使用要求的產(chǎn)品，在這個(gè)過程中，也要積極引入新方法以及新理念，幫助半導(dǎo)體封裝技術(shù)的產(chǎn)業(yè)更新以及升級。