TWI502185B - 基板外觀自動檢測機 - Google Patents

Description

基板外觀自動檢測機

本發明係有關於電子元件之外觀檢測機，特別係有關於一種基板外觀自動檢測機。

按，外觀檢測機依欲檢測的電子元件不同而會有不同的結構，例如IC晶片的外觀檢測偏重於檢查晶片表面是否沾矽屑或灰塵、有無電路斷線、或是有無外力刮損表面，但晶片尺寸過小不能亦不需要針對不良晶片作墨水標記，而是作成晶圓地圖檔案，在後續的黏晶或晶片包裝製程中避開不良的晶片。而關於LED晶片的外觀檢測則是在檢測作業之過程中直接將不良晶片剔除。以上的傳統外觀檢測機皆不適用於基板外觀自動檢測機，這是因為基板內的不良單元區是一體連接於基板中，不可被剔除，如製成圖檔再轉工作站做墨水標記，易有資料失誤或誤標之情事，並且需要額外建構墨水標記工作站的成本且檢測效率未有提昇。目前的做法是在完成基板之外觀檢測之後，利用人工方式對不良單元區進行墨水標記，不符合全自動化外觀自動檢測之要求。

為了解決上述之問題，本發明之主要目的係在於一種基板外觀自動檢測機，能在作基板外觀檢測之後隨即作不良單元區的墨水標記，不需要工作站轉移，亦不會有工作站轉移的資料失誤與誤標之情事。

本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。本發明揭示一種基板外觀自動檢測機，包含一用以攝影一基板之攝像機構、一設於該攝像機構之下方之勻散光源機構、一用以標記該基板之不良單元區之Z軸自動點墨機構以及一XZ平面移動載台。該XZ平面移動載台係設置有一基板固定治具，用以固定該基板，利用該XZ平面移動載台之水平移動使該基板固定治具活動於該攝像機構與該Z軸自動點墨機構兩者作業區之間。

本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。

在前述之基板外觀自動檢測機中，該Z軸自動點墨機構係可包含一筆桿夾具、一筆蓋夾具以及一多軸傳動機構，以使一墨水筆可由一筆蓋中拔出並於標記作動完成之後插回該筆蓋。

在前述之基板外觀自動檢測機中，該筆桿夾具係可固定於一升降座，該筆蓋夾具係可固定於一固定座，並且該多軸傳動機構係可包含一傳動螺桿以及一氣壓缸，利用該傳動螺桿之旋轉帶動該升降座之升降，利用該氣壓缸帶動該固定座的水平移動。

在前述之基板外觀自動檢測機中，該攝像機構係可包含一CCD彩色攝影機與一可變倍數之鏡頭。

在前述之基板外觀自動檢測機中，該勻散光源機構係可為多光源結構，其係包含一半圓球燈罩、一設於該半圓球燈罩內之第一光源以及一設於該半圓球燈罩上方之第二光源。

在前述之基板外觀自動檢測機中，該第二光源係可為一利用菱鏡之外同軸燈源。

在前述之基板外觀自動檢測機中，該第二光源係可為一直接照射該基板之小環燈光源。

在前述之基板外觀自動檢測機中，該基板固定治具係可具有一固定之第一角隅固定件以及一可調式之第二角隅固定件。

在前述之基板外觀自動檢測機中，該基板係可為一LED陶瓷構裝基板。

在前述之基板外觀自動檢測機中，該Z軸自動點墨機構之墨水標記方向係可與該攝像機構之攝影取像方向為平行。

以下將配合所附圖示詳細說明本發明之實施例，然應注意的是，該些圖示均為簡化之示意圖，僅以示意方法來說明本發明之基本架構或實施方法，故僅顯示與本案有關之元件與組合關係，圖中所顯示之元件並非以實際實施之數目、形狀、尺寸做等比例繪製，某些尺寸比例與其他相關尺寸比例或已誇張或是簡化處理，以提供更清楚的描述。實際實施之數目、形狀及尺寸比例為一種選置性之設計，詳細之元件佈局可能更為複雜。

依據本發明之一具體實施例，一種基板外觀自動檢測機舉例說明於第1圖之立體示意圖。該基板外觀自動檢測機100係包含一用以攝影一基板10之攝像機構110、一設於該攝像機構110之下方之勻散光源機構120、一用以標記該基板10之不良單元區之Z軸自動點墨機構130以及一XZ平面移動載台140。該XZ平面移動載台140係設置有一基板固定治具141，用以固定該基板10，利用該XZ平面移動載台140之水平移動使該基板固定治具141活動於該攝像機構110與該Z軸自動點墨機構130兩者作業區之間，例如利用第一傳動帶142等傳動結構與X軸導軌及Y軸導軌使該XZ平面移動載台140在XZ平面作水平移動，其中該XZ平面移動載台140之水平移動行程可為200mmx200mm。故能在作基板外觀檢測之後隨即作不良單元區的墨水標記，不需要工作站轉移，亦不會有工作站轉移的資料失誤與誤標之情事。

在本實施例中，該攝像機構110係可包含一CCD彩色攝影機111與一可變倍數之鏡頭112。更具體地，該CCD彩色攝影機111係為500萬畫素彩色攝影機，晶片尺寸為2/3”CCD、有效畫素為2608(H) x 1950(V)、掃描方式為Progressive Scan，因其內部晶片尺寸較大，在固定解析度下其視野較大，可降地所拍攝的影像張數，以加快檢測速度。而該鏡頭112因其光學解析度訂在10um/pixel左右，故選用的鏡頭為0.7x~4.5x的變倍鏡頭，並搭配0.67x轉接器、0.5x倍鏡，依此搭配起來的倍率為0.2345x~1.5x。例如，變倍鏡頭搭配5M攝影機，攝影機晶片的cell size為3.4um，其解析度計算為：當倍率為0.24x時，解析度3.4/0.24=14.16um；當倍率為1.5x時，其解析度為3.4/1.5=2.27um。

如第2圖所示，在本實施例中，該基板固定治具141係可具有一固定之第一角隅固定件143以及一可調式之第二角隅固定件144，皆為L形板夾具，其中該第二角隅固定件144係可利用調整螺桿調整其相對位置。故該基板固定治具141為通用型，可裝載不同尺寸之基板，例如4.5”、4.8”或5”尺寸之基板。

如第3圖所示，該基板10係包含複數個矩陣排列之單元區11，每一單元區11可作為一個電子元件之晶片載板。在本實施例中，該基板10係可為一LED陶瓷構裝基板，特別適用於運用該基板外觀自動檢測機100進行外觀檢測並在同工作站進行墨水標記之自動作業。利用該XZ平面移動載台140之水平移動，使該基板固定治具141及其搭載之基板10可被帶入該攝像機構110之作業區內。

如第4圖所示，在本實施例中，該勻散光源機構120係可為多光源結構，其係包含一半圓球燈罩121、一設於該半圓球燈罩121內之第一光源122以及一設於該半圓球燈罩121上方之第二光源123。更具體地，該第二光源123係可為一利用菱鏡124之外同軸燈源。其中，使用多光源結構之用意在於，一般人員在顯微鏡下進行缺陷檢查時，常利用轉動待測物以不同角度觀察是否有缺陷，因為缺陷在不同的光線角度下，所產生的反應可能不同，甚至有些特殊缺陷必須在特殊的角度下才可見，故在光學檢測中有所謂的亮視野(Bright filed)檢測與暗視野(Dark filed)檢測，因此，利用該第一光源122與該第二光源123可進行不同光源角度或光色溫的多種檢測。此外，該半圓球燈罩121之內表面係塗布一層均勻的特殊原料，使得環燈式之該第一光源122之光線可以被該半圓球燈罩121反射並平均地照射在待測物之基板10上，藉以產生適當的光折射路徑，達到高效勻散光之效果。而該外同軸燈源之第二光源123係透過該菱鏡124折射將光源照射至該基板10上，再反射回該攝像機構110之該鏡頭112。該外同軸燈源之第二光源123之使用係由於對於視野較大的拍攝方式較不適用內同軸燈，容易造成光源不均，因此需要使用外同軸燈。而光源的均勻度係可在檢測影像中有效區域內上下左右取四點，灰階差異在10%以內以灰卡測試外同軸光源的均勻度，取中心/左上/右上/左下/右下五點，其灰階值最大差異為0.78%((Gmax-Gmin)/255)，即表示符合在10%以內的標準。

除了使用外同軸燈搭配半圓球燈的方式之外，亦可使用小環燈搭配半圓球燈，亦可達到同樣效果。如第5圖所示，在本實施例之一變化例中，該第二光源123’係可為一直接照射該基板10之小環燈光源。該小環燈光源係可透過斜向角度的LED白光直接照射至該基板10。該小環燈光源之第二光源123’之亮度至少為78000 Lux，較佳為可達到80000 Lux。在該實施例中，該小環燈光源的LED光線角度係可為24度，其色溫可在5500～6500 K。

第6圖係為利用該攝像機構110取得該基板10之攝像照片之後，並利用一基板缺陷分析模組(圖中未繪出)進行分析的畫面圖，可辨識之缺陷包括：刮傷、突點、異物、汙點、印刷圖形不良等，及客戶自訂缺陷。經實驗得知，該基板外觀自動檢測機之辨識準確率可達99%，辨識判別速度約為0.125 sec/pcs，故可迅速測得該基板10之不良單元區。此外，利用一客製化缺陷檢測規格模組(圖中未繪出)，在其介面中可以建立模型的名稱、長度、寬度、掃描長度、掃描寬度與檢測項目等資訊。再進行一標準樣本的設定，主要為建立一個標準模型，其包含標準pattern的尺寸、各區域的定義、各區域的平均灰階值與RawData等資訊，並能夠設定光源亮度，作為檢測時的亮度依據。而檢測參數的設定主要是利用灰階值的變化偵測缺陷，當缺陷的灰階值落於正常的灰階值之外時，藉由兩個閥值即可切割出亮灰階與暗灰階的缺陷。此外，定位參數的設定主要為透過Pattern Match獲得畫面中所有的pattern的資訊，包括pattern在影像中的位置、旋轉的角度、與標準pattern的相似度等。因此，可偵測位於陶瓷基板上不同區域內的表面異常狀態，計算異常區域之面積、長寬、位置、色彩…等特徵資訊。使用者依需求，對缺陷之各項特徵資訊標準進行設定。例如污點，一般污點為暗色異常區域，因此可設定依需求定義”暗色”標準與面積限制，藉此可偵測出面積大於容許值的”污點”缺陷。

如第7圖所示，該Z軸自動點墨機構130係可包含一筆桿夾具131、一筆蓋夾具132以及一多軸傳動機構133。該筆桿夾具131係用以固定一墨水筆20，該筆蓋夾具132係用以固定一筆蓋21，該多軸傳動機構133則帶動該筆桿夾具131及其固定之墨水筆20進行墨水標記與復位之動作。因此該墨水筆20可由該筆蓋21中拔出並於標記作動完成之後插回該筆蓋21。在本實施例中，該筆桿夾具131係固定在一升降座138，該筆蓋夾具132係固定在一固定座137。而該多軸傳動機構133係可包含一第二傳動帶134、一連動之傳動螺桿135以及一氣壓缸136(如第1圖所示)。該第二傳動帶134的轉動係帶動該傳動螺桿135之旋轉，該傳動螺桿135之順逆時針旋轉則帶動該升降座138之升降。另外，可利用該氣壓缸136帶動該固定座137的水平移動。

該Z軸自動點墨機構130之自動墨水標記作業係可參閱第8圖之流程圖以及第9A至9D圖之在作墨水標記過程中之側視圖。首先利用該XZ平面移動載台140之水平移動，使該基板固定治具141及其搭載之基板10可被帶入該Z軸自動點墨機構130之作業區內。

如第9A圖所示，為該Z軸自動點墨機構130復位或初始之狀態，該墨水筆20之筆頭係插接於該筆蓋21內。欲進行墨水標記作業時，首先，步驟1可參閱第9B圖，利用該傳動螺桿135之旋轉帶動該升降座138之上升，使該墨水筆20由該筆蓋21抽離並上升至最高點。接著，步驟2可參閱第9C圖，利用該氣壓缸136(如第1圖所示)的作動將該固定座137往左移動，使該墨水筆20之筆頭水平地遠離該筆蓋21。接著，步驟3可參閱第9D圖，利用該傳動螺桿135之反向旋轉帶動該升降座138之下降，使該墨水筆20之筆頭下降至點墨位置，以標記該基板之某一被指定之不良單元區。步驟4則由系統判定是否繼續點墨。如需要繼續點墨，則進行步驟5，該墨水筆20上升到一暫時位置，待移動該基板至另一被指定之不良單元區對準至點墨位置，再重複地進行步驟3、4。如不需要繼續點墨，則進行以下步驟之復位操作，在步驟6中該墨水筆20上升到最高點(狀態如第9C圖所示)，在步驟7中由該氣壓缸作動將該固定座137往右移動，使該墨水筆20之筆頭垂直地對準該筆蓋21(狀態如第9B圖所示)，最後在步驟8中，Z軸方向下降該墨水筆20，使該墨水筆20之筆頭插回該筆蓋21(狀態如第9A圖所示)，即完成該墨水筆20之復位動作，以避免該墨水筆20在長時間不使用時的墨水乾枯。此時，該基板外觀自動檢測機100係可為停機狀態或是處於該攝像機構110之作業時間。

經實作得知，該Z軸自動點墨機構130作動之周期時間(cycle time)係為1次/sec以上。以馬達轉速50000 pluse/sec計算，在pitch為5mm的螺桿上移動，脈波與距離的換算為1 pulse=1 um，即每秒50000 pluse可以移動50mm，而實際上移動的行程約10 mm，因此上升與下降的時間加上加減速，cycle time大約需要0.6秒，故每秒至少可以進行點墨一次。

較佳地，該Z軸自動點墨機構130之標記方向係可與該攝像機構110之攝影取像方向為平行。即該攝像機構110之該CD彩色攝影機111與該鏡頭112皆裝設在一Z軸支撐結構上，利用適當之螺桿與滑軌移動調整焦距位置。因此，該Z軸自動點墨機構130與該攝像機構110在XY平面的距離為固定，只要鎖定該基板10在該攝像機構110作業區之不良單元區之位置，該XZ平面移動載台140的水平移動包含該攝像機構110至該Z軸自動點墨機構130之XY平面固定距離，即為該Z軸自動點墨機構130供該Z軸自動點墨機構130在其作業區標記之不良單元區之位置，故能方便作計算以確定不良單元區之位置。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本項技術者，在不脫離本發明之技術範圍內，所作的任何簡單修改、等效性變化與修飾，均仍屬於本發明的技術範圍內。

10．．．基板

11．．．單元區

20‧‧‧墨水筆

21‧‧‧筆蓋

100‧‧‧基板外觀自動檢測機

110‧‧‧攝像機構

111‧‧‧CCD彩色攝影機

112‧‧‧鏡頭

120‧‧‧勻散光源機構

121‧‧‧半圓球燈罩

122‧‧‧第一光源

123、123’‧‧‧第二光源

124‧‧‧菱鏡

130‧‧‧Z軸自動點墨機構

131‧‧‧筆桿夾具

132‧‧‧筆蓋夾具

133‧‧‧多軸傳動機構

134‧‧‧第二傳動帶

135‧‧‧傳動螺桿

136‧‧‧氣壓缸

137‧‧‧固定座

138‧‧‧升降座

140‧‧‧XZ平面移動載台

141‧‧‧基板固定治具

142‧‧‧第一傳動帶

143‧‧‧第一角隅固定件

144‧‧‧第二角隅固定件

步驟1~步驟8‧‧‧Z軸自動點墨機構之標記流程步驟

第1圖：依據本發明之一具體實施例的一種基板外觀自動檢測機之立體示意圖。

第2圖：依據本發明之一具體實施例的該基板外觀自動檢測機之基板固定治具之立體示意圖。

第3圖：依據本發明之一具體實施例的一基板之平面示意圖。

第4圖：依據本發明之一具體實施例之變化例中繪示該基板外觀自動檢測機之勻散光源機構之截面示意圖。

第5圖：依據本發明之一具體實施例之變化例中繪示該基板外觀自動檢測機之另一勻散光源機構之截面示意圖。

第6圖：依據本發明之一具體實施例的該基板外觀自動檢測機之影像拍攝與檢測成果影像畫面圖。

第7圖：依據本發明之一具體實施例的該基板外觀自動檢測機之Z軸自動點墨機構之立體示意圖。

第8圖：依據本發明之一具體實施例的該基板外觀自動檢測機之Z軸自動點墨機構之標記流程圖。

第9A至9D圖：依據本發明之一具體實施例的該基板外觀自動檢測機之Z軸自動點墨機構在作墨水標記過程中之側視圖。

20．．．墨水筆

21．．．筆蓋

100．．．基板外觀自動檢測機

110．．．攝像機構

111．．．CCD彩色攝影機

112．．．鏡頭

120．．．勻散光源機構

121．．．半圓球燈罩

130．．．Z軸自動點墨機構

131．．．筆桿夾具

132．．．筆蓋夾具

133．．．多軸傳動機構

134．．．第二傳動帶

135．．．傳動螺桿

136．．．氣壓缸

137．．．固定座

138．．．升降座

140．．．XZ平面移動載台

141．．．基板固定治具

142．．．第一傳動帶

Claims (10)

1. 一種基板外觀自動檢測機，包含：一攝像機構，用以攝影一基板；一勻散光源機構，係設於該攝像機構之下方；一Z軸自動點墨機構，用以標記該基板之不良單元區；以及一XZ平面移動載台，係設置有一基板固定治具，用以固定該基板，利用該XZ平面移動載台之水平移動使該基板固定治具活動於該攝像機構與該Z軸自動點墨機構兩者作業區之間；其中該勻散光源機構係為多光源結構，其係包含一半圓球燈罩、一設於該半圓球燈罩內之第一光源以及一設於該半圓球燈罩上方之第二光源，其中該第二光源係為一利用菱鏡之外同軸燈源。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之基板外觀自動檢測機，其中該Z軸自動點墨機構係包含一筆桿夾具、一筆蓋夾具以及一多軸傳動機構，以使一墨水筆可由一筆蓋中拔出並於標記作動完成之後插回該筆蓋。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之基板外觀自動檢測機，其中該筆桿夾具係固定於一升降座，該筆蓋夾具係固定於一固定座，並且該多軸傳動機構係包含一傳動螺桿以及一氣壓缸，利用該傳動螺桿之旋轉帶動該升降座之升降，利用該氣壓缸帶動該固定座 的水平移動。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之基板外觀自動檢測機，其中該攝像機構係包含一CCD彩色攝影機與一可變倍數之鏡頭。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之基板外觀自動檢測機，其中該基板固定治具係具有一固定之第一角隅固定件以及一可調式之第二角隅固定件。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之基板外觀自動檢測機，其中該基板係為一LED陶瓷構裝基板。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之基板外觀自動檢測機，其中該Z軸自動點墨機構之墨水標記方向係與該攝像機構之攝影取像方向為平行。
8. 一種基板外觀自動檢測機，包含：一攝像機構，用以攝影一基板；一勻散光源機構，係設於該攝像機構之下方；一Z軸自動點墨機構，用以標記該基板之不良單元區；以及一XZ平面移動載台，係設置有一基板固定治具，用以固定該基板，利用該XZ平面移動載台之水平移動使該基板固定治具活動於該攝像機構與該Z軸自動點墨機構兩者作業區之間；其中該勻散光源機構係為多光源結構，其係包含一半圓球燈罩、一設於該半圓球燈罩內之第一光源以及一設於該半圓球燈罩上方之第二光源，其中該第 二光源係為一直接照射該基板之小環燈光源。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之基板外觀自動檢測機，其中該Z軸自動點墨機構係包含一筆桿夾具、一筆蓋夾具以及一多軸傳動機構，以使一墨水筆可由一筆蓋中拔出並於標記作動完成之後插回該筆蓋。
10. 依據申請專利範圍第8項所述之基板外觀自動檢測機，其中該筆桿夾具係固定於一升降座，該筆蓋夾具係固定於一固定座，並且該多軸傳動機構係包含一傳動螺桿以及一氣壓缸，利用該傳動螺桿之旋轉帶動該升降座之升降，利用該氣壓缸帶動該固定座的水平移動。