专利名称：检测电子元件阵列的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测电子元件(inspecting electronic components)的方法和装置，如其上贴装有集成电路(“ICs”)的半导体基板(semiconductor substrates)，本发明尤其涉及一种应用扫描技术(scanning techniques)的自动化检测装置。这种电子元件包括但不限于半导体晶粒(dice)和引线框(leadframe)封装件，其容置于半导体IC封装件的封装中。
背景技术：
在IC封装件的典型封装过程中，例如无引线四方扁平(QuadFlatpack Nolead“QFN”)或球栅阵列(Ball-Grid Array“BGA”)封装件，大量的灌封(encapsulated)IC封装件通常排列于基板的单一带体(single strip)上，然后这些每个封装件在分离工艺(singulationprocess)中被分开。在分离之前或之后，该灌封封装件应该被检测，以检查结构上的或其他的毛病，如引线共面性(lead coplanarity)(针对引线封装件而言)和以模塑混合物(molded compound)形式存在的缺陷。该缺陷可影响IC封装件的性能。
这种检测可通过人工手工操作检查封装件的缺陷来完成，但是不理想。为了提高检测速度和避免人工检查引起的错误，可使用光学方法(optical means)进行IC封装件的自动检测。一种实例是PCT公开号WO 00/33027所述的“一种高速地传输、检测和测量对象及表面细节(surface details)的装置与方法”，其公开了一种用于对象或者有引线对象(leaded objects)，如分离的集成电路封装件检测的装置，该装置包含有俯视图成象感应器(top view imaging sensors)以进行俯视图检测和进行侧面检测，三角形形状的轨道(track)，支撑封装件的座体，该三角形的顶点以倒置的金字塔(invert pyramid)形式置放。首先，该处描述的装置检测了位于延伸轨道上(elongated track)的分离后的IC封装件，该轨道是倾斜的以便于重力馈送(gravity feed)和对象的移动。高速滚筒(rollers)和停止器(stopper)被用于IC封装件相互间的分离。而且，在IC封装件的运送路径的下方设有反射面(reflective surfaces)，以从不同的角度(perspectives)来检测封装件。
但是这种方法存在大量问题。由于IC封装件已经被分离，处理更加困难。随着IC封装件的尺寸不断减小，难度随之增加。这样的一个实例是必须使用重力和高速滚筒的精巧结构，以分离每个IC封装件。当这些IC封装件仍然是它们基板的组成部分，如当它们仍然在没有分离的基板上时，能够检查它们是有利的，这种方法更加高效和更有成本效益，尤其由于IC封装件一直变得更加小型，它们一旦被分离后，单独地处理它们会很困难。
而且，需要反射面、闪光照明(strobe lighting)和轨道上封装件的力学运用的相对复杂的结合，以得到每个封装件的精确测量。同时，这种现有技术使用一种拍摄封装件整个表面的区域阵列摄像机(areaarray camera)是显而易见的。该区域阵列摄像机的检测清晰度受到该摄像机分辨率的限制，当待检查结构的宽度增大时，这种分辨率可能不够。使用一种线性或直线摄像机能提供高清晰度，从而获得增长的生产率。其在不需要完全升级基础平台(base station)的同时，从速度和清晰度的改进上就获取了额外的好处。

发明内容
因此，本发明的目的在于通过提供一种检测电子元件的改良装置，如其上形成有IC封装件的基板，以克服现有技术前述的一些缺点。更加有益的是，当IC封装件在封装过程中没有被分离，仍然是它们基板的一部分时，本发明提供的方法和装置能够检测该IC封装件。
本发明一方面提供一种检测电子元件阵列的装置，其包含有扫描装置，其用于捕获每一单个元件的至少一个表面的图象，藉以检测所述的表面。
本发明另一方面提供一种检测电子元件阵列的方法，该方法包含有捕获每一单个元件的至少一个表面的图象，藉以使用一扫描装置来检测所述的表面。
参阅后附的描述本发明实施例的附图，随后来详细描述本发明是很方便的。附图和相关的描述不能理解成是对本发明的限制，本发明的特点限定在权利要求书中。


图1所示为诸如IC(集成电路Integrated Circuit)和LED(发光二极管Light Emitting Diode)器件之类的微电子元件的典型后端封装(back-end Packaging)工艺流程图；图2所示为包含有大量晶粒的晶圆(wafer)和扫描该晶圆的扫描器的平面图；图3所示为晶粒分类工艺(Die Sorting Process)所使用的简化的晶粒分类机(die sorting machine)的平面图；图4所示为晶圆映射工艺(Wafer Mapping Process)所使用的简化的晶圆映射机(wafer mapping machine)的平面图；图5所示为柱形凸起工艺(Stub Bumping Process)所使用的简化的柱形凸起机(stub bumping machine)的平面图；图6所示为晶粒键合工艺(Die Bonding Process)之前的用于预键合扫描的基板和扫描器的平面图；图7所示为晶粒键合工艺(Die Bonding Process)所使用的简化的晶粒键合机(die bonder)的平面图；图8所示为基板和扫描器的平面图，其中基板在扫描器下面移动以便于后键合扫描(post-bond scanning)。
图9所示为导线键合工艺(Wire Bonding Process)所使用的简化的导线键合机(wire bonder)的平面图。
图10所示为灌封工艺(Encapsulation Process)所使用的简化的成型或灌封机(molding or encapsulation machine)的平面图；图11所示为焊球置放工艺(Ball Placement Process)所使用的简化的焊球置放机(ball placement machine)的平面图；图12所示为刻印工艺(Marking Process)所使用的简化的刻印机(marking machine)的平面图；图13所示为修整和成形工艺(Trimming and Forming Process)所使用的简化的修整和成形机(trim & form machine)的平面图；图14所示为带状测试工艺(Strip Testing Process)所使用的简化的带状测试机(strip testing machine)的平面图；图15所示为根据本发明实施例装置的检测台(inspection station)的斜视角立体图；图16为本发明实施例所使用的多个照明光源(illuminationsources)的示意图；图17为包含于所述检测装置中的主要部件的示意图。
具体实施例方式
图1所示为诸如IC(集成电路)和LED(发光二极管)器件之类的微电子元件的典型后端封装(back-end Packaging)工艺流程图。值得注意的是所述的工艺流程图是示范性的，因此在其他使用中一些步骤可以被省略或增添，或合并或分离。实际的使用也可能脱离该依赖于基板、晶粒和封装类型的特性的流程。
a、电子封装件中所使用的半导体晶粒(semiconductor dice)通常以晶圆(wafer)30的形式传送。
b、在晶粒键合工艺(Die Bonding Process)31贴装半导体晶粒到基板以前，在晶粒分类工艺(Die Sorting Process)39a中，晶粒可能进行有关电学的、光学的和视觉的检测以分类和分等级(classificationand grade sorting)，并传送到不同的和它们等级类型一致的容器中。然后，带有相同等级晶粒的容器将被输送到晶粒键合机(die bonder)进行晶粒键合工艺31。晶粒分类工艺39a确保在相同的电子装配中只使用类似特性的器件。
c、和晶粒分类工艺39a相类似，在晶圆映射工艺(Wafer MappingProcess)39b中，晶圆30上的晶粒可能进行有关电学的、光学的和视觉的检测以分类和分等级，但是代替被传送到不同的容器以进行不同的分级，该分级信息被存储在计算机文件中。然后，该晶圆30和包含有分级信息的计算机文件将被输入到晶粒键合工艺31中的晶粒键合机。该晶粒键合机将根据需要拾取和键合所需级别的晶粒。
d、对一些封装类型如倒装芯片(flip chips)而言，存在柱形凸起工艺(Stub Bumping Process)39e，其中，凸点(bumps)通过凸起装置(Bumping machine)形成于晶圆30上晶粒的输入/输出盘(pads)上，以形成电气接触。
e、在晶粒键合工艺31中，晶粒从晶圆30处被传送及由黏合剂材料(adhesive material)接合到基板(例如引线框)。
f、在晶粒键合工艺31之后，该黏合剂在固化工艺(Curing Process)32通过炉固化。
g、然后在导线键合工艺(Wire Bonding Process)33中，在晶粒的输入/输出盘和基板上的接点(contacts)(例如引线)之间进行导线键合，以形成电气连接。
h、在灌封工艺(Encapsulation Process)34中，使用模塑材料(molding material)将基板密封，以形成一保护性的外套。
i、对一些封装类型如球栅阵列(“BGA”Ball-Grid-Arrays)而言，在灌封工艺34之后，在焊球置放工艺(Ball Placement Process)39c中焊锡球(solder balls)和黏合剂被放置在基板的器件上以形成电气接点，然后在固化工艺39d通过炉固化。
j、其次在刻印工艺(Marking Process)35中，在电子器件表面印刷或者激光刻印一标记(例如产品号和标识语Logo)以便识别。
k、对某些封装类型而言，基板而后在修整和成形工艺(Trimmingand Forming Process)36中，被修整和成形以将引线端(lead tips)与基板隔离绝缘和将其成形为特定形状，例如翼形(gull wing)形状。
l、在带状测试工艺(Strip Testing Process)37中，对基板上的器件进行电学测试、功能测试和光学测试(对发光二极管LEDs)以及视觉检查。
m、然后在分离工艺(Singulation Process)38中，基板上的电子器件被分开。
n、在终程测试工艺(Final Testing Process)39中，电子器件分离后能够被单独测试。
图2所示为晶圆41和依据本发明实施例(单线所示)扫描该晶圆41的行扫描装置(line scanning device)的平面图，该晶圆包含有以半导体晶粒的形式存在的大量电子元件，该行扫描装置以行扫描台(linescanning station)或行扫描器(line scanner)55的形式存在。该晶圆41的上表面被扫描。图2表明该晶圆具有“上墨晶粒”(“inked die”)51，“不完整晶粒”(“incomplete die”)52，“缺口晶粒”(“chipped die”)53，“好晶粒”(“good die”)54。在晶圆41和行扫描器55之间通过产生相对移动来扫描该晶圆41。如果扫描的视场(field-of-view)足够长来覆盖该晶圆那么该移动可以是一维的，或者如果不够长来覆盖该整个晶圆那么该移动可以是二维的(如图2所示)。来自位置编码器(position encoder)的位置信号可随意地反馈至动作控制器(motioncontroller)以控制晶圆41和行扫描器55之间的相对移动。在行扫描器55上形成了该晶圆的光学图象，再传送到帧捕获装置(frame-grabbingdevice)而形成计算机图象，以便于自动定位、视觉检查、分类和测量。可使用这种扫描进行晶圆自动的位置和方向定位、视觉检查(例如污染物检查)、分类(例如好晶粒、上墨晶粒、缺口晶粒)以及晶粒的测量(例如晶粒尺寸)。
图3所示为晶粒分类工艺39a所使用的简化的晶粒分类机的平面图。使用晶粒分类机突出(characterize)晶粒如LED的电气属性，和/或光学属性，和/或视觉品质，以进行分类和分级。其可包含有晶圆子系统(wafer sub-system)81，拾取支架组件(pick arm assembly)82，电学和光学测试探测支架(probe arm)83，各级晶粒的容器84和行扫描器85。通过该行扫描器85扫描该晶圆子系统81以进行自动视觉检测，然后使用探测支架83对每个晶粒单独进行电学和光学的测试，再根据其电学、光学属性和视觉品质对每个晶粒分类分级。其次该晶粒由拾取支架组件82捡拾，放入几个不同类型或级别的接收容器84(例如具有聚酯薄膜纸的环状体(ring with Mylar paper))中的一个。
图4所示为晶圆映射工艺39b所使用的简化的晶圆映射机的平面图。除了晶粒不被送至任一容器之外，其功能和晶粒分类机类似。相反，在检测每个电子元件的用于分类分级的特性之后，该被检查的特性和晶粒的识别参数(例如，其在阵列中的位置)一起被储存在计算机数据文件中，该数据将由其他下行(downstream)的封装工艺所使用以便于后续的电子元件识别。该晶圆映射机可包含有晶圆子系统91，电学和光学测试探测支架(probe arm)92，文件储存装置93和行扫描器94。通过该行扫描器94扫描该晶圆子系统91以进行自动视觉检查，然后使用探测支架92对每个晶粒单独进行电学和光学的测试，再根据其电学、光学属性和视觉品质对每个晶粒分类分级。其次将信息存储在文件储存装置93中。
图5所示为柱形凸起工艺39e所使用的简化的柱形凸起机(stubbumping machine)的平面图。其功能是在晶圆中晶粒的输入/输出盘上形成有柱形凸点(stub bumps)以作为电气接点，尤其是对倒装晶片和其他类似的封装类型而言。其包含有晶圆子系统151，柱形凸起子系统(stub bumping sub-system)152和行扫描器153。由柱形凸起子系统152形成柱形凸点于每个晶圆子系统151的晶粒上。凸起形成以后，由该行扫描器153扫描该晶圆，并分析由该行扫描器153捕获的图象以检查任何的晶粒上的视觉缺陷和由凸起工艺所产生的缺陷。
图6所示为晶粒键合工艺31之前的用于预键合扫描的基板61和行扫描器62的平面图。可使用预键合扫描进行输入基板(例如进行晶粒键合的引线框)的自动的视觉检查(例如污染物检查，引线弯曲检查)、分类(例如互串(crossed)单元、少镀(poor plated)单元、正确单元)以及测量(例如晶粒焊垫(die pad)的尺寸，引线的宽度)，以及进行分配于基板上环氧(epoxy)的测量(例如面积和长度)。基板61在扫描器62下移动进行检测。每个器件上有晶粒焊垫63，引线64和分配的环氧65进行视觉检查、分类和测量。
图7所示为晶粒键合工艺31所使用的简化的晶粒键合机的平面图。该晶粒键合机拾取晶粒(通常从晶圆上)，然后将该晶粒放置在基板如引线框上，以进行键合(联结)。其可包含有晶圆子系统41，预键合子系统(pre-bond sub-system)42，键合子系统43，环氧分配或压印子系统(epoxy dispensing or stamping sub-system)44，键合支架(bond arm)45和三个行扫描器46a、46b、46c。在预键合子系统42中环氧通过环氧分配或标记子系统44分配或者压印。基板然后被放置在行扫描器46b的下面进行预键合扫描。其次，该基板被传送到键合子系统43进行键合。从晶圆子系统41上由键合支架45拾取正确晶粒，并放置于键合子系统43的正确器件上以进行键合。键合之后，基板在行扫描器46c下被传送进行后键合(post-bond)扫描。而该晶圆是由行扫描器46a扫描的。由行扫描器46a、46b、46c捕获的图象通过视觉系统分析，以进行视觉定位、检查、分类和测量。
图8所示为基板71和行扫描器72的平面图，其中基板71在扫描器72下移动以便于后键合扫描。后键合扫描的目的是对晶粒键合的基板进行自动的视觉检查(例如污染物检查，引线弯曲检查，键合品质查看)、分类(例如识别弱键(poorly bonded)单元、污染单元或正确单元)以及测量(例如键合偏离位置的测量)。基板71上有键合晶粒73，引线74和晶粒焊垫75进行视觉检查、分类和测量。在行扫描器72处形成有基板71的光学图象，其被传输至帧捕获装置，以形成便于处理的计算机图象。
图9所示为导线键合工艺33所使用的简化的导线键合机的平面图。该导线键合机被用来在已贴装于基板的晶粒的输入/输出盘和基板上的接点(例如引线)之间键合导线，以形成电气联结。在键合之前，晶粒(如晶粒上的缺陷)、晶粒贴装工艺(如晶粒相对晶粒焊垫的偏离位置)和基板(如引线的弯曲)的视觉品质可进行“预键合”的查看。在导线键合工艺之后，通过和上述的涉及晶粒键合相类似的处理，键合导线的品质可进行“后键合”检测(例如导线键合的位置，键合的形状)。该系统可包含有上料载入器(on-loader)101，作业固定器(work-holder)102，键合组件(bonding assembly)103，下料载入器(off-loader)104，预键合行扫描器105和后键合行扫描器106。使上料载入器101中的基板处于预键合行扫描器105下并朝向作业固定器102，由预键合行扫描器105捕获的图象通过视觉系统分析以进行晶粒、晶粒贴装工艺和基板的视觉品质查看。如果基板良好，由键合组件103在位于作业固定器102处的基板上完成导线键合。完成导线键合后，位于作业固定器102处的基板被放置于后键合行扫描器106下并朝向下料载入器104，由后键合行扫描器106捕获的图象将被分析，以进行导线键合质量的视觉品质查看。
图10所示为灌封工艺34所使用的简化的成型或灌封机(moldingor encapsulation machine)的平面图。该灌封机被用来采用模塑材料(molding material)将基板密封，以提供机械保护。其可包含有成型子系统(molding sub-system)111，行扫描器112和下料载入器113。在成型子系统111将基板成型之后，在行扫描器112的下方该基板传送到下料载入器113。由该行扫描器112捕获的图象然后被分析以便于检查任何的成型处理的缺陷。
图11所示为焊球置放工艺39c所使用的简化的焊球置放机(ballplacement machine)的平面图。对球栅阵列(“BGA”)或类似封装类型而言，该焊球置放机被用来放置焊球和黏合剂于器件上以形成电气接点。其包含有上料载入器141，预置放行扫描器142，焊球置放子系统143，后置放行扫描器144和下料载入器145。上料载入器141上的基板在预置放行扫描器142下传送到焊球置放子系统143。由预置放行扫描器142捕获的图象然后被分析，以检查任何视觉上的基板缺陷。如果存在缺陷，该器件将被略过。在焊球置放子系统143焊球和黏合剂被附着于基板上。完成焊球置放后，基板在后置放行扫描器144下传送到下料载入器145。由后置放行扫描器144捕获的图象将被分析，以检查任何焊球置放的缺陷。
图12所示为刻印工艺35所使用的简化的刻印机(markingmachine)的平面图。该机器在器件表面上刻印一辨别标识，如器件的产品系列号和/或公司标识logo，其由刻印子系统121、行扫描器122和下料载入器123组成。在刻印子系统121完成刻印后，基板在行扫描器122下方朝向下料载入器123放置。由行扫描器122捕获的图象然后被分析以检查刻印的质量和检查任何刻印处理的缺陷。
图13所示为修整和成形工艺36所使用的简化的修整和成形机(trim & form machine)的平面图。对某些封装类型而言，该机器被用来将基板修整和成形，以将引线端与基板隔离绝缘和将其成形为特定形状，例如翼形形状。其可由修整和成形子系统161、行扫描器162和下料载入器163组成。在修整和成形子系统161完成修整和成形后，基板在行扫描器162下方朝向下线载入器163放置。由行扫描器162捕获的图象然后被分析以检查任何的由修整和成形工艺36导致的缺陷。
图14所示为带状测试工艺37所使用的简化的带状测试机(striptesting machine)的平面图。该机器的功能是对基板上的器件完成电学的、功能性的、光学的(对LED)和自动的视觉检查，其由电学的、功能性的和光学测试的子系统131、行扫描器132和下料载入器133组成。在电学的、功能性的和光学测试的子系统131完成测试后，基板在行扫描器132下方朝向下料载入器133放置。由行扫描器132捕获的图象然后被分析以检查任何的视觉缺陷。
与分离工艺38和终程测试工艺39相关的检测装置的使用类似于前面概述的装置，在此将不作进一步的详细描述。
图15所示为根据本发明实施例检测电子元件阵列的装置的检测台(inspection station)210的斜视角立体图。在所述实施例中，该装置正用于检测以基板形式存在的电子元件阵列，该基板已经经过灌封工艺34中的灌封(encapsulation)。该基板同样地包含有以晶圆形式存在的半导体晶粒阵列。更进一步，传送装置(conveying means)会在电子元件阵列和行扫描装置之间产生相对运动。通常该电子元件阵列或行扫描装置，或者两者，会被移动。在所述的本实施例中，假设仅仅电子元件阵列会被传送装置移动。
检测基板的装置的检测台210包含有一传送设备(conveyingdevice)，例如穿梭单元(shuttle unit)212，其安装在包括空气轴承(airbearings)的导向轨(guide rails)214上，以使穿梭单元212能够沿Y-轴运动。其上带有模塑成型IC封装件的模塑成型但未分离的基板216置放于穿梭单元212上，其从上料载入器218被传送到下料载入器220，此时该基板216沿着A方向送向检测台210，沿着B方向离开检测台210。和现有技术相比设置有空气轴承的穿梭单元212的好处是当与传送装置(conveyors)或者使用重力的传统式样比较，其保证得到平稳持续的速度控制和隔振(vibration isolation)。空气轴承提供了一致的倾斜度、偏转和滚动(pitch，yaw and roll)特性以及轴承强度(bearingstiffness)。虽然本实施例中一个轴向的移动已经足够，但是对特定应用如图2所述，该装置能够适用于垂直于所述轴向的另一个轴向的移动。
一扫描装置，可以是以安装在基板216上方的高分辨率的上线性CCD摄像机(linear CCD camera)222和安装在基板216下方的下线性CCD摄像机(linear CCD camera)224的形式，以分别捕获基板216的上下表面的图象。该装置使用线性扫描(ine-scan)技术。以LED光或其他照明形式的照明装置被用来投射光线于基板表面。顶部LED光(top LED lights)226、228投射明场-暗场(bright field-dark field)光束(light beams)于基板216的上表面，而底部LED光(bottom LEDlights)230、232(参见图16)投射明场-暗场光束于基板216的下表面。该基板216的表面也可由顶部和底部的侧面影像照明(silhouettelighting)或背面照明(backlighting)227、231从后与明场-暗场光束一起照亮，以加强对比。值得注意的是，该装置顶部的照明组和底部的照明组的位置设有偏移。如果该顶部和底部照明组之间没有偏移，那么可以选择的是通过照明光束(illumination bars)226a-e、230a-e(参见图16)提供背面照明。从技术上讲，结合有暗场的明场照明当减少表面结构干扰(surface texture noise)时，优化了特征的对比。此外，背面照明可增添来提供对象的侧面影像和供给对象边界(boundary)的高对比度的图象，以便进行精确的尺寸测量和轮廓(边界)检查。
该穿梭单元212包含有一位置编码器，更合适为一线性编码器(linear encoder)240，以提供有助于控制基板216移动的位置信息，这样，该穿梭单元212的位置可由该线性编码器240来监控。该线性编码器240也可用作和摄像机222、224的图象捕获动作同步。当基板216以可控的方式由穿梭单元212从上料载入器218传送到下料载入器220时，检测台210给予灌封的基板216连续的顶部和底部的检测。
图象处理装置处理由扫描装置捕获的图象，以获得每个电子元件的检测特性(如特定的缺陷、元件类型、定位和尺寸等)和元件的辨识参数(如在阵列中的位置)。存储这种信息以便于后续的元件识别。因此，如果一个有缺陷的元件被定位，那么它在阵列中的位置将被识别出，并可能在阵列的后续处理中被略过，以便于作业资源的最大化。
图16为本发明实施例所使用的多个照明光源(illuminationsources)的示意图。该光源包含有大量的连续的照明光束(illuminationbars)226a-e、228a-b、230a-e、232a-b。它们通过不同的组合能够提供合适的照明，例如明场，暗场和从不同效果获得的不同功能的组合。举例来说，明场照明为诸如引线框的有光泽表面提供明亮的图象，为粗糙表面(如充满污物的表面)提供黯淡(gray)的图象，而暗场照明为如有光泽表面提供模糊(dark)的图象，为粗糙表面提供黯淡的图象。根据表面的情形，选择明场或者暗场照明来提供图象中特征的最佳对比。照明光束226a-e可用于为基板216上表面(uppersurface)的明场照明。照明光束230a-e可用于为基板216底面(bottomsurface)的明场照明。照明光束228a-b可用于为基板216上表面(uppersurface)的暗场照明，而照明光束232a-b可用于为基板216底面(bottom surface)的暗场照明。该源自照明光束226a-e、228a-b、230a-e、232a-b的照明如同使用柱面透镜聚焦系统(cylindrical lensfocusing system)或光导向/导管系统(light guide/pipe system)或其他类似系统时的光带(a strip of light)，可聚焦于基板216的表面。
如上所讨论的，两个光线导向装置(lighting guides)227、231分别为基板216的底面和上表面提供合适的背面照明，以产生基板216的轮廓图象(silhouette images)。两个专用的光线漫射器装置(lightingdiffuser devices)229a、229b可漫射一个或多个光束成为一不对称的图案(non-symmetrical pattern)，例如椭圆形图案。对于这种应用，漫射器229a、229b可以沿一个方向漫射来自照明光束226a-e、230a-e的光线以使得该光线平坦均匀，但并不是沿着相反的方向。否则，其将会大大减少光线的效率。本发明所使用的适宜的光线漫射器是物理光学公司(Physical Optics Corporation)出品的LSD40°×0.2°漫射器。
图17为包含于所述检测装置中的主要部件的示意图。将基板216传送到检测台210的上料载入器218，该上料载入器218装载该基板216至穿梭单元212上。顶部LED光226、228和底部LED光230、232分别照亮基板216的上下表面的窄带体(narrow strips)。顶部的背面照明227和底部的背面照明231产生基板216各表面的侧面影像(silhouettes)。由摄像机电源供应器223、225提供动力的顶部和底部摄像机222、224，捕获基板216的上下表面的被照亮的带体的图象，一次一个带体。因此，将检测区域设计成由可控的聚焦于明亮带体上的照明结构均匀照明，其由选自高角光(high angle light)226a-e、230a-e(明场照明)，小角光(low angle light)228a-b、232a-b(暗场照明)和侧面影像照明(silhouette lighting)或背面照明(backlighting)227、231的灯光效果(lighting effects)之一或组合构成。
穿梭单元212由线性马达(linear motor)242利用线性编码器240提供的位置参数逐步移动。摄像机222、224和照明可随意地单独或者和穿梭单元212的相应移动一起逐步移动，只要在基板、摄像机222、224和照明之间存在必要的相对移动。来自线性编码器240的数据通常为RS-422格式，并由信号变换板(signal conversion board)252转换为TTL格式，当然其他格式也是可用的。线性马达242可通过移动控制器(motion controller)244来控制，例如HiPEC(”High PerformanceExternal Virtual Caching”高性能外部虚拟缓存)移动控制器。
顶部和底部摄像机222、224必须同步，这可以通过摄像机同步板模块246实现，其由电源254提供动力。帧捕获器(frame grabber)248捕获图象，例如Matrox’s Meteor 2 Dig，以通过和该帧捕获器248相连的视觉系统(未示)的方式处理。灯光控制板(light control board)250控制LED灯226-228、230-232的照明。
现在对本发明较佳实施例具体描述的使用行扫描技术的典型扫描流程进行概述。检测系统210接收一来自主机(未示)的信号，该信号启动一个检测事件。当一基板216被装载到穿梭单元212时，该来自主机的信号通知HiPEC移动控制器244开始动作。动作开始。编码器的信号由信号变换板统计，直到统计至多个“X”脉冲(系统预设定的)。在一特定位置，帧捕获器248和灯光控制板250被激活，帧捕获器248通知第一摄像机222和第二摄像机224以捕获图象，灯光控制板250也提供一持续的或闪动的灯光以便于捕获。其中可设置有混合的软件延时(software delay incorporated)以使帧捕获和照明同步。对于每个采样周期(sampling period)，假定每20μm，每个摄像机可随着不同照明的组合为每个带体捕获几个带体图象。因此，每个摄像机222、224捕获电子元件阵列的选定区域的多个图象，而每个图象是随着不同的灯光效果被捕获的。例如，带体1具有明场照明，带体2具有逆光，接着带体3等等，结果，在一个扫描操作中，随着不同的灯光效果获得了基板的多个图象。当在图象之间存在位置偏移时，即使小，一合适的算法可以修正这些图象以便于考虑这种偏移。
被拍摄的图象的数目是可编程的。这可确保为每20μm动作捕获多个图象(俯视象和仰视象)。为每个图象产生不同的灯光效果，这样，随着不同的灯光效果而获得多个图象以便于检测各种特征。虽然摄像机222、224可以编程来交替捕获图象，但是更适宜地讲，帧捕获器248可用信号通知该第一摄像机222和第二摄像机224以同时捕获图象。另外，在被介绍的本实施例中，第一摄像机222的观察位置和第二摄像机224的观察位置最好有垂直偏移(vertically-offset)，这样两摄像机的观察位置沿着顶面和底面被分隔开来，以致顶面和底面的灯光效果不互相干扰。而且，在单个操作中基板216表面的全部扫描完成之后，使用特定灯光效果从各个位置拍摄的光亮带体的多个图象被编辑、装配，以形成包含有处理过程中基板216的全部表面区域的单个图象。
值得注意的是，虽然仅仅需要一个摄像机能够检测基板216的表面，但是使用两个摄像机222、224对基板同时进行顶面和底面的检测提高了加工生产能力和减少了加工操作。使用这种装置和方法不仅能检测灌封每个IC封装件的模塑表面，而且同样有足够的景深(depth offocus)来检测基板216自身的材质，例如引线框引线上的快闪(flash)。可供选择的是，帧捕获器248用信号通知第一摄像机222和第二摄像机224以同时捕获图象。不管用何种方法，在被介绍的本实施例中，第一摄像机222和第二摄像机224的观察位置最好有垂直偏移(vertically-offset)，以致顶面和底面的灯光效果不互相干扰。
另外，以明场、暗场和背光照明(backlight illumination)实现的、灵活组织的灯光，能够通过调整照明角度和强度的方式，提供更快速的特征缺陷的检测、定位和测量。包含有空气轴承传输单元的穿梭单元212为基板检测提供最稳定的机械装置。
此处描述的本发明在所具体描述的内容基础上很容易产生变化、修正和/或补充，可以理解的是所有这些变化、修正和/或补充都包括在本发明的上述描述的精神和范围内。
权利要求
1.一种检测电子元件阵列的装置，其包含有扫描装置，其用于捕获每一单个元件的至少一个表面的图象，藉以检测所述的表面。
2.如权利要求1所述的装置，其中该扫描装置是行扫描装置。
3.如权利要求1所述的装置，其中该装置还包含有图象处理装置，以接收每个元件被测的特性与该元件的识别参数，并进行存储，以便于后续的该元件识别。
4.如权利要求1所述的装置，其中该装置还包含有传送装置，以在该行扫描装置和电子元件阵列之间产生相对运动。
5.如权利要求4所述的装置，其中该传送装置为传送设备，其用于沿着通过一区域的轴线传输该电子元件阵列，该行扫描装置安装于该区域中，以便于捕获电子元件的图象。
6.如权利要求5所述的装置，其中该传送设备还用于沿着垂直于所述轴线的另一轴线传输该电子元件阵列。
7.如权利要求5所述的装置，其中该传送设备安装在导轨上的空气轴承上，以沿着所述轴线移动。
8.如权利要求4所述的装置，其中该装置还包含有和该传送装置相连接的位置编码器，其用于向一动作控制器提供位置信息，以便于控制该行扫描装置和电子元件阵列的相对位置。
9.如权利要求4所述的装置，其中该装置还包含有和该传送装置相连接的位置编码器，其用于和该行扫描装置的图象捕获动作同步。
10.如权利要求2所述的装置，其中该装置还包含有可控的照明装置，来自该照明装置的光线藉以可聚焦为该电子元件阵列表面上的明亮带体。
11.如权利要求10所述的装置，其中该装置还包含有一选自柱面透镜系统和光导向系统的系统，以将该照明装置的光线聚焦为该明亮带体。
12.如权利要求10所述的装置，其中该装置还包含有光线漫射器装置，以漫射该光线成为一不对称的图案。
13.如权利要求10所述的装置，其中该照明装置包含有多个照明光源，布置该照明光源以使其能够投射出不同的灯光效果于该电子元件的表面上。
14.如权利要求13所述的装置，其中该灯光效果包含有选自下述组群的灯光效果，该组群由明场照明、暗场照明、背面照明和侧面影像照明组成。
15.如权利要求13所述的装置，其中该扫描装置被用来捕获被检测电子元件阵列的选定部分的多个图象。
16.如权利要求15所述的装置，其中该扫描装置和照明装置被用于随着投射于该电子元件阵列上的不同灯光效果，这样来捕获该多个图象的每个图象。
17.如权利要求1所述的装置，其中该图象是在对象的单一扫描操作中被捕获。
18.如权利要求1所述的装置，其中该扫描装置包含有两个摄像机，每个均安装于邻近位置，其在被检测电子元件阵列的相对表面配设有观察位置，藉以该电子元件的两个表面可被同时检测。
19.如权利要求18所述的装置，其中该两个摄像机的观察位置是沿着该电子元件阵列的表面被分隔开来。
20.如权利要求1所述的装置，其中该装置被用来连接于或者集成于一机器，该机器在半导体装配流程中完成一个或多个功能，藉以在由该机器处理之前和/或之后自动检测该电子元件阵列。
21.如权利要求20所述的装置，其中该电子元件阵列被检测基于的目的选自下述组群，该组群由识别缺陷、决定定位、类型分类、尺寸测量、识别元件、检测元件品质和加工品质组成。
22.如权利要求20所述的装置，其中该装置被用来连接于或者集成于一机器，该机器选自下述组群，该组群由晶圆映射机、晶粒键合机、晶粒分类机、导线键合机、刻印机、灌封机、修整和成形机、焊球置放机、柱形凸起机、带状测试机组成。
23.一种检测电子元件阵列的方法，该方法包含有捕获每一单个元件的至少一个表面的图象，藉以使用一扫描装置来检测所述的表面。
24.如权利要求23所述的方法，该方法还包含有使用一行扫描装置检测所述的至少一个表面。
25.如权利要求23所述的方法，该方法还包含有接收每个元件被测的特性与该元件的识别参数，并进行存储，以便于后续的该元件识别。
26.如权利要求23所述的方法，该方法还包含有在该行扫描装置和电子元件阵列之间产生相对运动。
27.如权利要求26所述的方法，该方法还包含有沿着通过一区域的轴线传输该电子元件阵列，其中该行扫描装置安装于该区域中，以便于捕获该电子元件的图象。
28.如权利要求27所述的方法，该方法还包含有沿着垂直于所述轴线的另一轴线传输该电子元件阵列。
29.如权利要求26所述的方法，该方法还包含有使用位置编码器获得一传送装置的位置信息，该位置编码器和该传送装置相连接，并向一动作控制器提供该位置信息，以便于控制该行扫描装置和电子元件阵列的相对位置。
30.如权利要求29所述的方法，该方法还包含有利用该位置编码器，使得该行扫描装置的图象捕获动作同步。
31.如权利要求24所述的方法，该方法还包含有提供可控的照明装置。
32.如权利要求31所述的方法，该方法还包含有将该照明装置发出的光线聚焦为明亮带体于该电子元件阵列的表面上。
33.如权利要求31所述的方法，该方法还包含有提供一光线漫射器装置，以漫射该光线成为一不对称的图案。
34.如权利要求31所述的方法，其中提供的该照明装置包含有提供多个照明光源，该照明光源投射出不同的灯光效果于该电子元件的表面上。
35.如权利要求34所述的方法，其中提供的该灯光效果包含有同样选自下述组群的灯光效果，该组群由明场照明、暗场照明、背面照明和侧面影像照明组成。
36.如权利要求34所述的方法，该方法还包含有捕获被检测电子元件阵列的选定部分的多个图象。
37.如权利要求36所述的方法，其中是随着投射于该电子元件阵列上的不同灯光效果来捕获该多个图象的每个图象。
38.如权利要求24所述的方法，其中该多个图象是在对象的单一扫描操作中被捕获的。
39.如权利要求24所述的方法，其中该扫描装置包含有两个摄像机，每个均安装于邻近位置，其在被检测电子元件阵列的相对表面配设有观察位置，藉以该电子元件的两个表面可被同时检测。
40.如权利要求39所述的方法，其中该两个摄像机的观察位置是沿着该电子元件阵列的表面被分隔开来。
41.如权利要求24所述的方法，其中该电子元件阵列是在由一机器处理之前和/或之后自动被检测的，该机器在半导体装配流程中完成一个或多个功能。
42.如权利要求41所述的方法，其中该电子元件阵列被检测基于的目的选自下述组群，该组群由识别缺陷、决定定位、类型分类、尺寸测量、识别元件、检测元件品质和加工品质组成。
43.如权利要求41所述的方法，其中该机器选自下述组群，该组群由晶圆映射机、晶粒键合机、晶粒分类机、导线键合机、刻印机、灌封机、修整和成形机、焊球置放机、柱形凸起机、带状测试机组成。
全文摘要
本发明提供了一种检测电子元件阵列的装置和方法，该装置包含有一扫描装置，其用于捕获每一单个元件的至少一个表面的图象，藉以检测所述的表面。该扫描装置可以是行扫描装置。
文档编号G01N21/956GK1521498SQ200410001160
公开日2004年8月18日 申请日期2004年2月2日 优先权日2003年2月10日
发明者大伟·安德史·杰森, 梁永康, 陈旭琼, 大伟 安德史 杰森 申请人:先进自动器材有限公司