專(zhuān)利名稱(chēng)：檢測(cè)物體的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及在襯底和檢測(cè)裝置相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件下，無(wú)接觸地檢測(cè)在襯底上物體的方法和裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)把物體安置在一襯底上，物體的幾何性質(zhì)和其他性質(zhì)對(duì)于所得產(chǎn)品的性能是重要的。因而要求能夠?qū)@些性質(zhì)快速和準(zhǔn)確地進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。幾何性質(zhì)可以例如是體積，在襯底上的位置，直徑，外廓形狀，劃痕，表面粗糙度等等。其他性質(zhì)可以是顏色等。這些性質(zhì)的自動(dòng)檢測(cè)難于高速和高準(zhǔn)確度地完成。例如，在襯底上加焊膏的過(guò)程中，配送(dispensing)或其他類(lèi)似方法所得到的焊膏沉積物的性質(zhì)，例如體積和位置，對(duì)于后繼過(guò)程步驟及最后產(chǎn)品是重要的。
現(xiàn)有技術(shù)通常基于不同的成象技術(shù)，例如二維象處理，模式識(shí)別和/或三維光學(xué)三角測(cè)量術(shù)，立體照相，莫爾方法和白光干涉量度學(xué)。
為了得到一個(gè)物體的高度信息，常常用激光三角測(cè)量術(shù)，如在US-5134 655中披露的檢測(cè)焊料印刷的裝置和方法那樣。一個(gè)輻射源，通常是一個(gè)激光器，位于離開(kāi)傳感器某一側(cè)向距離上，并從某一方向照射被檢測(cè)的物體。該物體通過(guò)如折射光學(xué)系統(tǒng)這樣一個(gè)輻射聚焦單元，成象在傳感器上。最普通的三角測(cè)量照射方法用單個(gè)光斑照射，片狀光照射或多條光照射三角測(cè)量術(shù)。傳感器從物體被照射的方向的另一個(gè)方向?qū)χ矬w，從而檢測(cè)從物體反射的或再發(fā)射的輻射。因?yàn)閭鞲衅魇嵌S的以及因?yàn)檩椛湓春蛡鞲衅骱臀矬w基平面的位置是已知的，因此就可以從確定入射到傳感器的輻射的方向來(lái)確定物體的高度。
另外，通過(guò)掃描整個(gè)物體以確定很多個(gè)高度點(diǎn)或高度分布，就可以確定物體的近似體積。
然而，現(xiàn)有技術(shù)的方法和裝置存在著一些問(wèn)題。人們要求把速度和靈活性結(jié)合在同一個(gè)裝置中。一般講，現(xiàn)有技術(shù)的方法和裝置都只能用于單一的任務(wù)，另外它們常常不夠快以滿(mǎn)足現(xiàn)在和將來(lái)的需求。
在前面所述的US-5 134 655中，公開(kāi)了一個(gè)在印刷電路板(PCB)上檢測(cè)焊膏印刷的設(shè)備，這印刷電路板是一種類(lèi)型的襯底，其他類(lèi)型的襯底是，例如，球柵陣列(BGA)，芯片規(guī)模封裝(CSP)，四方扁平封裝(QFP)，倒裝片等的襯底。該設(shè)備測(cè)量印刷偏差，薄膜厚度，印在PCB上的焊盤(pán)(pad)上的焊膏的印刷圖形。用激光逐點(diǎn)照射PCB來(lái)進(jìn)行高度測(cè)量。通過(guò)相對(duì)移動(dòng)該裝置的PCB，激光光點(diǎn)就掃過(guò)單一的焊膏物體。通過(guò)在互相正交的x-和y-方向掃描該物體，就得到了物體的投影，它是以x方向和y方向的分布線的形式給出的，這些分布線既顯示了焊膏物體，也顯示了下方的焊盤(pán)。通過(guò)這個(gè)已知的裝置，絲網(wǎng)印刷的焊膏物體相對(duì)于此前印刷的焊盤(pán)的位置和厚度就可以確定。這個(gè)已知設(shè)備的缺點(diǎn)是它的有限用途。例如，它既不能進(jìn)行準(zhǔn)確的體積測(cè)量也不能進(jìn)行準(zhǔn)確的面積測(cè)量，至少不能合理地快，因?yàn)檫@要求在二個(gè)方向上很大數(shù)目的掃描。
另一個(gè)為了檢測(cè)在PCB上焊膏印刷的解決辦法是由菲力浦公司生產(chǎn)的設(shè)備，稱(chēng)作TriScan，TriScan設(shè)備用了一種先進(jìn)的光學(xué)掃描系統(tǒng)，它包含一個(gè)20邊多角形鏡子，該多角形鏡以高達(dá)每秒50圈的非常高的速度旋轉(zhuǎn)。一激光束投射到鏡子上，因而激光光點(diǎn)掃過(guò)物體，其速率高達(dá)每秒1000次光掃描。用先進(jìn)的鏡面組，物體被所述的光掃描照射，而反射光被捕捉并導(dǎo)向一傳感器。雖然此設(shè)備使高速檢測(cè)幾種類(lèi)型的性質(zhì)成為可能，然而該設(shè)備是復(fù)雜的，并且只能完成高度分布的測(cè)量并把它作為確定其他性質(zhì)的基礎(chǔ)。限制在高度分布的測(cè)量就限制了準(zhǔn)確度。通過(guò)非常緊密的測(cè)量分布，可以得到準(zhǔn)確性的某種改善。然而，這要求難以達(dá)到測(cè)量的高速率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種檢測(cè)裝置，以在裝置和襯底之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件下，檢測(cè)襯底上的物體，以及用這樣一種檢測(cè)裝置對(duì)襯底上物體進(jìn)行檢測(cè)的方法，而所述裝置和所述方法以一種改進(jìn)了的方式，把檢測(cè)的準(zhǔn)確性和多任務(wù)功能結(jié)合起來(lái)，還具有高速和低成本的優(yōu)點(diǎn)。
該目的通過(guò)所附權(quán)利要求書(shū)中所確定的本發(fā)明的各個(gè)方面所達(dá)到。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及用一種檢測(cè)裝置，在襯底和檢測(cè)裝置相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件下無(wú)接觸地檢測(cè)在襯底上物體的一種方法。該方法包含下述步驟-用第一輻射裝置照射至少一部分襯底，該襯底包含一個(gè)或更多的物體，使被所述第一輻射裝置照射的所述一個(gè)或更多的物體中至少有一個(gè)物體成象于一個(gè)二維陣列傳感器裝置上，該裝置具有局部(分部)可訪問(wèn)(尋址)的象素陣列，從而產(chǎn)生包含高度信息的第一個(gè)像。
-用第二輻射裝置照射至少一部分襯底，襯底上包含一個(gè)或更多的物體，使被所述第二輻射裝置照射的所述一個(gè)或更多的物體中至少有一個(gè)物體成象于所述傳感器裝置上，從而產(chǎn)生包含物體面積信息的第二個(gè)象。
-用所述傳感器裝置，從所述第一個(gè)象，提取物體的高度信息；以及-用所述傳感器裝置，從所述第二個(gè)象，提取物體面積信息。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及完成上述方法的一種裝置，該裝置包含一個(gè)二維陣列傳感器裝置，它有局部可訪問(wèn)的象素陣列；一個(gè)第一輻射裝置；一個(gè)第二輻射裝置；以及把物平面發(fā)出的輻射成象在傳感器裝置上的成象裝置。所述第一輻射裝置被安置來(lái)照射至少一部分襯底，該襯底包含一個(gè)或更多的物體，當(dāng)襯底位于所述的物平面內(nèi)，所述成象裝置就產(chǎn)生所述一個(gè)或更多物體中至少一個(gè)物體的第一個(gè)象，所述第一個(gè)象包含物體高度信息。所述第二輻射裝置被安置來(lái)照射至少一部分襯底，該襯底包含一個(gè)或更多的物體，當(dāng)襯底位于所述的物中面內(nèi)，所述成象裝置就產(chǎn)生所述一個(gè)或更多物體中至少一個(gè)物體的第二個(gè)象，所述第二個(gè)象包含物體的面積信息。所述傳感器裝置包含從所述第一個(gè)象提取物體高度信息，和從所述第二個(gè)象提取物體面積信息的提取裝置。
用來(lái)分別提取物體高度信息和物體面積信息的第一個(gè)和第二個(gè)象的產(chǎn)生與有局部可訪問(wèn)象素陣列的陣列傳感器裝置一起，提供了所產(chǎn)生的象信息的一種有效的和靈活的運(yùn)用以檢測(cè)和確定一個(gè)或更多物體的性質(zhì)。這樣一種傳感器裝置的特征是象素陣列和訪問(wèn)的可能性，從而在某一時(shí)刻，只讀出整個(gè)陣列的一部分。部分(分部)可訪問(wèn)(尋址)應(yīng)被理解為某一時(shí)刻至少一個(gè)象素被訪問(wèn)(尋址)。這種可能性被開(kāi)創(chuàng)性地用于對(duì)于不同任務(wù)給出象素的不同組合。通過(guò)用所述第一和第二輻射裝置來(lái)產(chǎn)生二個(gè)不同的象，多任務(wù)功能得以開(kāi)創(chuàng)性地并有效地應(yīng)用。
與上面所描述過(guò)的US-5 134 665的裝置和方法比較，本發(fā)明可以在襯底和裝置相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)物體多少同時(shí)地進(jìn)行二維和三維檢測(cè)。
“襯底上的物體”這一陳述包含許多不同可能的物體，象例如粘合劑，焊劑，導(dǎo)電粘合劑，焊縫，電子元件，焊好的電子元件，凸塊，管腳，以及特別是沉積物，像單個(gè)或一群焊膏或粘合劑小滴。沉積物也包含伴隨物，也即配送的焊膏，粘合劑，導(dǎo)電粘合劑等等在配送過(guò)程中形成的不需要的小滴。
“輻射”這個(gè)詞表示不同類(lèi)型的光，像可見(jiàn)光，紅外光，紫外光等等；以及“頻率”表示輻射波的頻率。“波長(zhǎng)”這個(gè)詞能夠等效地用來(lái)代替“頻率”。
在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方案中，傳感器包含在片(on-chip)信號(hào)處理功能。因而信號(hào)處理是在形成象素的同一芯片上進(jìn)行的，這就減少了必須供給外部處理裝置的輸出量，從而提高了裝置的速率。
在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方案中，所述第一和第二個(gè)象是輪流地一部分一部分處理，也即這二個(gè)象被分部地處理，而處理過(guò)程在二個(gè)象之間跳來(lái)跳去。這種處理方式接近于并行地分別處理高度和面積信息。在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案中通過(guò)使用特別先進(jìn)的傳感器裝置，甚至可能對(duì)面積和高度信息進(jìn)行真正并行的，也即同時(shí)的，分別處理。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案中，第一個(gè)和第二個(gè)象被額外地的分開(kāi)。
分開(kāi)的一個(gè)方法是把產(chǎn)生第一個(gè)象和第二個(gè)象從時(shí)間上分開(kāi)，從而把在第一個(gè)象和第二個(gè)象在傳感器表面上相互重迭的情況下，在傳感器表面上，第一個(gè)象相關(guān)的輻射與第二個(gè)象相關(guān)的輻射發(fā)生干涉這種可能的困難減至最小。這種時(shí)間分開(kāi)還可以用同一傳感器的區(qū)域來(lái)感受二個(gè)象，這在某些情況下是有利的。另外，照射襯底的同一區(qū)域而又不冒在物平面上輻射干涉的危險(xiǎn)的可能性加強(qiáng)了。
另外一個(gè)分開(kāi)的方法是通過(guò)第一個(gè)和第二個(gè)象分別照射在傳感器裝置的不同部位，也即幾何上分開(kāi)，來(lái)把第一個(gè)象和第二個(gè)象分開(kāi)。其結(jié)果是干涉的危險(xiǎn)性基本被清除，以及以這樣的方式對(duì)不同的象用不同的傳感器元素，產(chǎn)生象的總速率能夠提高。
分開(kāi)的又一種方法是通過(guò)把從所述第一和第二輻射裝置發(fā)出的輻射分別分開(kāi)在第一和第二頻率范圍，并用濾光器至少過(guò)濾入射在傳感器裝置的第一部分的輻射，使得在所述第一和第二頻率范圍中一個(gè)頻率范圍內(nèi)的輻射得以通過(guò)而在所述第一和第二頻率范圍中另一個(gè)頻率范圍內(nèi)的輻射被擋住從而把第一個(gè)象和第二個(gè)象分開(kāi)。除了上述增強(qiáng)分開(kāi)的優(yōu)點(diǎn)以外，這種方法還提供了一種可能性，至少在一定程度上用限制所述第一部分的尺寸來(lái)限制在襯底上被檢測(cè)的區(qū)域?；蛘?，也可以讓傳感器裝置上二個(gè)或更多的部分復(fù)蓋上讓不同頻率范圍內(nèi)的輻射通過(guò)的多個(gè)濾光器。
本發(fā)明的其他目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)將用示范性的實(shí)施方案在下面加以討論。


圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的裝置的示意圖；圖2是在圖1裝置所用的距離成象技術(shù)示意圖；圖3是在圖1裝置中所用的線掃描技術(shù)的示意圖；圖4a-b是包含在圖1裝置中傳感器的輻射敏感表面的示意圖；
圖5畫(huà)出了把圖4傳感器裝置的輻射敏感表面分成分區(qū)；圖6畫(huà)出分成分區(qū)的濾光器裝置；圖7是傳感器裝置的一個(gè)示意透視圖，以說(shuō)明其結(jié)構(gòu)；以及圖8是圖7傳感器裝置一個(gè)把細(xì)節(jié)放大了的示意透視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1給出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的裝置。裝置1安置在載著被檢測(cè)物件2的襯底的上方。裝置1和物體2是作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這由箭頭A表示。物體2可以是如前所述許多不同類(lèi)型的物體。然而為了說(shuō)明簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在以下讓我們假定物體2是已經(jīng)配送在襯底4表面上的焊膏沉積物。一般講，被照射檢測(cè)區(qū)域復(fù)蓋著的被檢測(cè)物體2是包含好幾個(gè)小點(diǎn)的沉積物，但為了清晰起見(jiàn)，在圖中只給出了一點(diǎn)。
裝置1包含一第一輻射裝置3，它產(chǎn)生第一頻率范圍內(nèi)的，或第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射，以及一第二輻射裝置5，它產(chǎn)生第二頻率范圍內(nèi)的輻射。在本實(shí)施方案中，第一輻射裝置3包含二個(gè)相同的輻射發(fā)生器6，8，其第一個(gè)輻射發(fā)生器6包含一第一激光光源7，最好是一個(gè)激光二極管，一第一光學(xué)折射裝置9，最好是一對(duì)圓柱形透鏡，以及一第一輻射導(dǎo)向裝置11；其第二輻射發(fā)生器8，同樣包含了一第二激光光源13，一第二光學(xué)折射裝置15，和一第二輻射導(dǎo)向裝置17。把產(chǎn)生的輻射導(dǎo)向襯底4的輻射導(dǎo)向裝置11，17最好包含靈活輕質(zhì)的鏡子。然而，也可以用若干替代方法，例如用棱鏡。第二輻射裝置5包含一個(gè)第三，一個(gè)第四，以及一個(gè)第五輻射發(fā)生器分別用19，20，21表示。在該示出的優(yōu)選實(shí)施方案中，第三，第四和第五輻射發(fā)生器19，20，21中每一個(gè)都包含一個(gè)LED光源，它由一組或一套LED(發(fā)光二極管)元素組成，以及光學(xué)折射裝置(沒(méi)有單獨(dú)示出)。
另外，裝置1還包含一第三輻射裝置22，它最好由包含眾多單獨(dú)的發(fā)光二極管24和光學(xué)折射裝置(沒(méi)有單獨(dú)畫(huà)出)的環(huán)狀輻射發(fā)生器組成。
不同類(lèi)型的輻射發(fā)生器的優(yōu)先選擇將在下面進(jìn)一步解釋。
裝置1還包含傳感器裝置或只是一個(gè)傳感器23，用來(lái)檢測(cè)物體2的象，以及成象裝置25，它通過(guò)把物體2成象在傳感器23上來(lái)建立所述象，傳感器23最好是一個(gè)二維陣列傳感器，它有在片信號(hào)(on-chip signal)處理能力。如圖7和8中所示，傳感器23包含一個(gè)支架27和由支架支撐著的一集成電路或芯片29。芯片29載有二部分31，32，其第一部分是輻射敏感單元31，其第二部分是一組處理單元33，亦如圖4b所示。
在這個(gè)實(shí)施方案中，所述成象裝置25由折射光學(xué)，也即一透鏡系統(tǒng)組成。透鏡系統(tǒng)25安置成把從物體2發(fā)出的輻射光學(xué)地送至傳感器23。換言之，透鏡系統(tǒng)被安置成把物平面32成象于象平面，如圖2和3所示。從物體2發(fā)出的輻射，最初是從輻射發(fā)生器6，8，19，20，21，22產(chǎn)生，而由物體2反射或再發(fā)射。
輻射發(fā)生器6和8安置成相互離開(kāi)一定距離，它們從不同方向，最好是相對(duì)的方向，以及在此實(shí)施方案中，如圖1所示，以不同的入射角，也即對(duì)于物平面32的角度，照射物體2。與入射角的選擇相關(guān)的至少有三個(gè)重要性質(zhì)。它們是阻擋性(occlusion)，垂直分辨率和垂直測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍。通過(guò)選擇不同的角度，對(duì)于不同物體的檢測(cè)，就可能選擇不同的分辨率和不同的動(dòng)態(tài)范圍。遺憾的是，這將有某些阻擋性問(wèn)題。反之，如果角度選成相等，這是另一個(gè)實(shí)施方案，阻擋性基本避免，但分辨率和動(dòng)態(tài)范圍卻固定了。
第三，第四，第五輻射發(fā)生器19-21安置成相互隔開(kāi)一定距離，從不同方向，最好以對(duì)于物平面不同的角度來(lái)照射物體2。然而這些輻射發(fā)生器照射物體2的相同區(qū)域。
除了其他用途以外第三輻射裝置22的一個(gè)用途是對(duì)成象于輻射敏感單元31上的整個(gè)襯底表面區(qū)域提供均勻的照射。它使要檢測(cè)的物體表面和它最鄰近的背景對(duì)比度增強(qiáng)。另外，第三輻射裝置22還用來(lái)照射在襯底4表面上的基準(zhǔn)或參照標(biāo)志，以使襯底4能對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)裝置1，以及能作光學(xué)標(biāo)定。
如圖4a和圖4b所示，入射在傳感器23上，更具體地講，入射在輻射敏感單元31上的輻射，被輻射敏感單元31的表面上安置成陣列的輻射敏感元素或像素35所感知。這些像素35可以被聯(lián)接到，至少在一定時(shí)刻有一組象素可以被聯(lián)接到一組處理單元33，在其中每一處理單元33處理單一的像素35。例如，在名為MAPP2200并由IVP制造的傳感器中，所有在同一排的像素在同一時(shí)刻被一處理單元陣列平行地處理。哪一行要被分析是可任意選擇的。
作為另一個(gè)例子，在所謂APS中，即主動(dòng)象素傳感器(active pixelsensor)的縮寫(xiě)，所有的象素都是可以單獨(dú)尋址的。APS也是一個(gè)陣列傳感器，其象素被安置在一芯片上。象素輸出信號(hào)的某些信號(hào)處理裝置被集成在芯片上。一DSP(數(shù)字信號(hào)處理器digital signal processor)被用來(lái)進(jìn)一步處理輸出象素信號(hào)。在APS的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，DSP也被集成在芯片上。兩種類(lèi)型的傳感器典型地都用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)來(lái)制作，雖然其他制作方法也可選擇地應(yīng)用。
每一個(gè)象素把入射輻射轉(zhuǎn)化為電荷，該電荷再進(jìn)行在片硬件處理。從而用閾值處理或A/D轉(zhuǎn)換法把電荷的值數(shù)字化。
另外，傳感器23上的在片硬件，至少當(dāng)傳感器是MAPP2200類(lèi)型時(shí)，具備為了得到有用的象信息所必需完成的處理附加任務(wù)的能力。這些任務(wù)包括數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化(data reduction)和模板區(qū)配(templatematching)或篩選操作(filtering operations)，這些操作可以減少噪聲式增強(qiáng)物體邊緣。
這些傳感器的功能被本裝置創(chuàng)造性地應(yīng)用。為確定物體2不同性質(zhì)所需的象信息或者是與面積有關(guān)的信息，或者是與高度有關(guān)的信息或者兩者都是。傳感器23，更具體地講，輻射敏感單元31是可以分成不同的子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域包含一定數(shù)目的象素，最好是一行或數(shù)行象素。不同的子區(qū)域用于提取面積有關(guān)或高度有關(guān)的象信息。
在此優(yōu)選的實(shí)施方案中，輻射敏感單元31分成第一個(gè)和第二個(gè)子區(qū)域37，39，以提取高度信息和第三個(gè)子區(qū)域41，以提取面積信息，如圖5中所示。由于下面將要敘述的理由，最好如圖6所示那樣對(duì)輻射敏感單元31進(jìn)行物理劃分。一濾光器裝置或?yàn)V光器層42被安置在輻射敏感單元31的表面。濾光裝置42有第一層狹窄的全通部分34，和第二部分36，它通過(guò)從第一輻射裝置3射出的在所述第一頻率范圍內(nèi)的輻射而擋住從第二輻射裝置5射出的在所述第二頻率范圍內(nèi)的輻射。因而為了充分使用該濾光裝置42，第一和第二頻率范圍是分開(kāi)的，也即，在本發(fā)明簡(jiǎn)述中提到的一種把象分別處理的方法在這個(gè)實(shí)施方案中被使用了，這將在下面進(jìn)一步討論。
第一和第二輻射裝置3，5是適合于分別向傳感器23提供第一個(gè)和第二個(gè)象，產(chǎn)生第一個(gè)象以基本包含高度信息，產(chǎn)生第二個(gè)象以基本包含面積信息。為了得到這些不同的象，一方面由所述第一輻射裝置3產(chǎn)生的輻射是在所述頻率范圍內(nèi)的激光輻射，在到達(dá)物平面32時(shí)已成形為線狀或片狀。這也稱(chēng)為片狀光照射。而另一方面，由所述第二輻射裝置5產(chǎn)生的輻射是LED輻射，當(dāng)?shù)竭_(dá)物平面32時(shí)它有較少限制的形狀。片狀光照射在圖2中畫(huà)出，而LED照射在圖3中畫(huà)出。為了清晰起見(jiàn)，在兩個(gè)圖中，只給出了單個(gè)發(fā)生器的輻射。
第一和第二輻射發(fā)生器6，8是被安置來(lái)照射襯底4的第一部分而第三到第五輻射發(fā)生器19，20和21是被安置來(lái)照射襯底的第二部分的。把被照射的第一部分和第二部分分開(kāi)的理由是防止輻射干涉對(duì)分別提取高度信息和面積信息的負(fù)面影響。然而，其他一些實(shí)施方案，例如，如前所述在時(shí)間上分開(kāi)的實(shí)施方案，就能夠在同一部分照射。把第一頻率和第二頻率范圍在頻率上分開(kāi)和使用濾光器42結(jié)合起來(lái)，就可以增強(qiáng)分開(kāi)的效果，而替代的實(shí)施方案使用重迭的頻率范圍。
輻射發(fā)生器6，8和19-21的不同類(lèi)型的分別選取依賴(lài)于傳感器23的結(jié)構(gòu)，輻射敏感單元31的分區(qū)和被提取象信息的不同類(lèi)型。因?yàn)槲矬w的高度是用三角測(cè)量術(shù)來(lái)確定的，物體2的高度分布是通過(guò)傳感器23產(chǎn)生出來(lái)的，它要求所用的子區(qū)域37，39足夠大，通常要用幾個(gè)鄰近的象素行，以包容這樣的分布。每一片狀光產(chǎn)生一個(gè)分布。因而，如圖5所示，在這個(gè)實(shí)施方案中，分別產(chǎn)生了兩個(gè)分布38和40。正如示出的那樣，因?yàn)閷?duì)于第一和第二輻射發(fā)生器6和8在襯底4上分別照射的區(qū)域是不同的，分布38，40是對(duì)應(yīng)于不同的物體或?qū)?yīng)于同一物體的不同部分。一般講，為了得到足夠的高度信息每個(gè)物體2幾個(gè)分布已經(jīng)夠了，把高度信息與面積信息結(jié)合起來(lái)，就能夠確定所要的性質(zhì)。
面積信息用線掃描來(lái)得到，這意味著物體2被一條線一條線地掃描，這些線是鄰近的。一般講，每一條線對(duì)應(yīng)于輻射敏感單元上的一象素行，該行的所有的象素被平行地處理。為了在敏感單元31上得到這樣一條細(xì)線的入射輻射，自然會(huì)想到要用激光光源在相應(yīng)狹窄的區(qū)域上來(lái)照射物體。然而由于在物體2上局部干涉而引起的斑點(diǎn)噪聲，這樣做法被證明是困難的。斑點(diǎn)噪聲的問(wèn)題用非相干輻射，例如由LEDS產(chǎn)生的輻射可以消除。因而LEDS是優(yōu)選的。然而當(dāng)用LEDS時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)在限制照射區(qū)域方面的困難。而通過(guò)把在傳感器23上接受面積信息的子區(qū)域41限制到，例如，只有一行象素，后面的問(wèn)題就可以避免。然而被第三到第五輻射發(fā)生器19-21LED光源所照射的象平面32的區(qū)域，也要用折射光學(xué)系統(tǒng)來(lái)加以限制，以使該區(qū)域與由第一和第二輻射發(fā)生器6，8的激光器光源7，13分別照射的區(qū)域分開(kāi)。用折射光學(xué)系統(tǒng)來(lái)限制照射區(qū)域的另一個(gè)目的是在襯底4的被照射區(qū)域內(nèi)得到更高的輻射強(qiáng)度。最好用前面所述的光譜濾光器以增強(qiáng)這種分開(kāi)。
為了得到高度信息，即使片狀光或激光線的寬度等于幾行象素，例如3-5行，仍可能得到好的分辨率。因而斑點(diǎn)噪聲的影響大大減少，這就使應(yīng)用激光光源7，13成為可能。
另外，第一和第二輻射發(fā)生器6，8中每一個(gè)產(chǎn)生一單獨(dú)的激光線，它成象在輻射敏感單元的不同的部位，也即分別在第一和第二個(gè)子區(qū)域37，39，如圖5所示。因而，可以使用不同的分辨率，也即象素行的數(shù)目。
這樣，當(dāng)使物體2相對(duì)于裝置1運(yùn)動(dòng)時(shí)，構(gòu)成子區(qū)域41的象素行被連續(xù)地采樣和處理以逐行提取物體的面積信息。該處理與相應(yīng)采樣其他子區(qū)域37，39的象素行從而收集到的高度信息的處理一起進(jìn)行。最好面積信息和高度信息輪流提取以充分利用傳感器的能力。這種輪流確定原則上是通過(guò)暫斷任務(wù)并行地運(yùn)行，從而輪流分別執(zhí)行整條線和面積的各個(gè)部分。因而使高速運(yùn)動(dòng)而又把準(zhǔn)確性保持在高水平上成為可能。
為了使在高速運(yùn)動(dòng)下結(jié)果更好，輻射發(fā)生器6，8，19，20，21最好是脈沖的，或者講發(fā)射的輻射是脈沖的，從而把在輻射發(fā)生器發(fā)射輻射時(shí)由于物體的運(yùn)動(dòng)引起的模糊減至最小。
如從上可以顯而易見(jiàn)的那樣，傳感器23產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)，這些輸出信號(hào)送至一控制裝置，例如一個(gè)CPU(中央處理單元)(圖中沒(méi)有畫(huà)出)，來(lái)進(jìn)一步處理所述輸出信號(hào)。這輸出信號(hào)包含高度信息輸出和面積信息輸出，控制裝置用它來(lái)確定物體2的不同性質(zhì)。另外，使用者用這控制裝置來(lái)對(duì)傳感器23來(lái)編程。編程可以包括，例如，定義不同的子區(qū)域37，39，41和在其中創(chuàng)建不同的象處理功能，例如使圖象邊緣銳化的功能。由于傳感器23的在片硬聯(lián)接的和/或編程的信號(hào)處理功能，在傳感器23和控制裝置之間數(shù)據(jù)交換量就減少了，從而使更快的物體檢測(cè)過(guò)程成為可能。當(dāng)用一先進(jìn)的傳感器，例如MAPP2200，它的在片功能是足夠復(fù)雜的以至足以認(rèn)為在片進(jìn)行的信號(hào)處理是一種圖象處理。
本發(fā)明是用來(lái)檢測(cè)在襯底上的物體，特別是檢測(cè)配送在襯底上的焊膏沉積物2。用于表面安裝元件的襯底具有印刷平臺(tái)或焊盤(pán)來(lái)接受元件聯(lián)接端點(diǎn)。元件通過(guò)焊接被聯(lián)接到印刷版上。焊膏是通過(guò)幾種通常的方法，如絲網(wǎng)印刷或配送(dispense)事先加在焊盤(pán)上。為了元件以后的安裝和焊接能夠成功，焊膏沉積物，后面簡(jiǎn)稱(chēng)沉積物，要有正確的形狀和正確的定位，沒(méi)有產(chǎn)生焊膏伴隨物等是重要的。
由于沉積物的小的尺寸，通常只有幾分之一毫米的量級(jí)，對(duì)檢測(cè)裝置要求有高分辨率的準(zhǔn)確測(cè)量。由于質(zhì)量要求，需要在配送以后對(duì)在襯底上的每一個(gè)沉積物進(jìn)行檢測(cè)。另外，配送速率很高并且還不斷增加，因而要求也能夠以高速率完成檢測(cè)。另外還要求能夠確定不同的性質(zhì)，例如在前面提到的那些性質(zhì)。
由于開(kāi)創(chuàng)性地應(yīng)用傳感器23，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)高速率。至于要確定的不同性質(zhì)，面積信息是逐行地得到，如前所述。前面提到的MAPP2200傳感器能夠產(chǎn)生相鄰區(qū)域的線，對(duì)于偶而出錯(cuò)的象素，這些線已經(jīng)過(guò)修正，這些線對(duì)于沉積物和周?chē)囊粋€(gè)或多個(gè)焊盤(pán)有清晰的界限。這些線輸出到CPU，在CPU中計(jì)算沉積物的正確面積。同樣，在片上予處理了的，或者以其他方式在裝置1內(nèi)部或外部予處理了的一定數(shù)目的高度分布輸出到CPU。傳感器給出的面積和高度輸出是位置相關(guān)的，因而CPU能夠把對(duì)于同一沉積物的高度信息和面積信息結(jié)合起來(lái)以確定體積及其他性質(zhì)。將來(lái)甚至更先進(jìn)的傳感器很可能能夠完成更多的在片計(jì)算，大概可以相信傳感器對(duì)于每一個(gè)象素都包含一個(gè)處理單元，而不是一定數(shù)目的處理單元對(duì)應(yīng)于每行中象素的數(shù)目。
裝置1根據(jù)當(dāng)前被檢測(cè)物體2的性質(zhì)通過(guò)調(diào)整輻射發(fā)生器6，8，19-22發(fā)射的輻射來(lái)調(diào)整照射以有利于信號(hào)處理并使可靠而準(zhǔn)確的信號(hào)提取成為可能?？烧{(diào)整照射的一個(gè)典型的目的是提高物體和它鄰近背景之間的對(duì)比度。可調(diào)整的參數(shù)至少有以下幾種*調(diào)整輻射的強(qiáng)度以得到足夠高的對(duì)比度等級(jí)*為了強(qiáng)調(diào)對(duì)比度，入射到物體上的角度是有用的。
*為了減少例如從明亮物體的閃光，可以有效使用輻射的偏振。為此目的，在輻射發(fā)生器6，8，19-22和襯底4，更具體地講和襯底上的物體之間放置一偏振器。另外，在傳感器23前面放另一偏振器，該偏振器的取向垂直于前述的第一編振器。其結(jié)果是，所有直接反射，也即不改變第一偏振器引起的偏振的反射，被第二偏振器擋住。而另一方面，在物體2的表面散開(kāi)的輻射，偏振是混亂的，從而能到達(dá)輻射敏感單元31。
*輻射的頻率/波長(zhǎng)本發(fā)明的裝置可以作為獨(dú)立存在的裝置起作用，也可以作為用以配送焊膏，絲網(wǎng)印刷，安裝元件等的機(jī)器一部分起作用。
本發(fā)明的若干實(shí)施方案已在上面描述，這應(yīng)當(dāng)只看成是一個(gè)非限制性的例子。在由權(quán)利要求書(shū)所確定的本發(fā)明的范圍內(nèi)可能作許多附加的修正。
權(quán)利要求
1.用一種檢測(cè)裝置，在襯底和檢測(cè)裝置相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件下，無(wú)接觸地檢測(cè)襯底上物體的一種方法，它以如下步驟作為其特征-用第一輻射裝置照射至少一部分襯底，襯底上包含一個(gè)或更多的物體，使被所述第一輻射裝置照射的所述一個(gè)或更多的物體中至少一個(gè)物體成象于一個(gè)二維陣列傳感器裝置上，該裝置具有分部可尋址的象素陣列，從而產(chǎn)生包含物體高度信息的第一個(gè)象；-用第二輻射裝置照射至少一部分襯底，襯底上包含一個(gè)或更多的物體，使被所述第二輻射裝置照射的所述一個(gè)或更多的物體中至少一個(gè)物體成象于所述傳感器裝置上，從而產(chǎn)生包含物體面積信息的第二個(gè)象；-用所述傳感器裝置，從所述第一個(gè)象，提取物體高度信息；以及-用所述傳感器裝置，從所述第二個(gè)象，提取物體面積信息。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于產(chǎn)生第一個(gè)象的步驟與產(chǎn)生第二個(gè)象的步驟在時(shí)間上是分開(kāi)的。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于通過(guò)把第一個(gè)象和第二個(gè)象分別成象在所述傳感器裝置的不同部分上從而把第一個(gè)象和第二個(gè)象分開(kāi)的步驟。
4.按照權(quán)利要求1，2或3的方法，其特征在于通過(guò)用所述第一和第二輻射裝置分別照射襯底不同的部分從而把第一個(gè)象和第二個(gè)象分開(kāi)的步驟。
5.按照如上任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于通過(guò)把所述第一和第二輻射裝置發(fā)出的輻射分別設(shè)置在第一和第二頻率范圍，并用濾光器至少過(guò)濾照射到傳感器裝置第一部位的輻射以使在所述第一和第二頻率范圍的一個(gè)中的輻射可以通過(guò)，而在所述第一和第二頻率范圍的另一個(gè)中的輻射被擋住，從而把第一個(gè)象和第二個(gè)象分開(kāi)的步驟。
6.按照如上任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于用所述面積和高度信息來(lái)計(jì)算物體體積的步驟。
7.按照如上任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于用所述面積信息來(lái)計(jì)算物體位置的步驟。
8.按照如上任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于用所述面積信息來(lái)計(jì)算物體外廓形狀的步驟。
9.按照如上任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于用所述面積信息來(lái)計(jì)算物體直徑的步驟。
10.按照如上任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于至少某些信號(hào)處理是在芯片上進(jìn)行的。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其特征在于在芯片上進(jìn)行所述面積和高度信息提取的步驟。
12.按照如上任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于交替處理所述第一和所述第二個(gè)象，以分別得到所述高度和面積信息的步驟。
13.按照權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的方法，其特征在于并行處理所述第一和所述第二個(gè)象以分別得到所述高度和面積信息。
14.按照如上任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于用所述第一輻射裝置照射襯底的輻射是面狀光形式的照射。
15.按照如上任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于所述提取面積信息的步驟是用線掃描來(lái)執(zhí)行的。
16.按照如上任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于所述提取高度信息的步驟是用三角測(cè)量法來(lái)執(zhí)行的。
17.按照如上任一項(xiàng)權(quán)利要求的方法，其特征在于適應(yīng)性地調(diào)整所述第一和第二輻射裝置中至少一個(gè)裝置以響應(yīng)變化的條件。
18.在襯底和檢測(cè)裝置相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件下，檢測(cè)襯底上物體的一種裝置，其特征在于-一個(gè)二維陣列傳感器裝置，它有分部可尋址的象素陣列；-一個(gè)第一輻射裝置；-一個(gè)第二輻射裝置；以及-把物平面發(fā)出的輻射成象在傳感器裝置上的成象裝置；所述第一輻射裝置被安置來(lái)照射至少一部分襯底，該襯底包含一個(gè)或更多的物體，當(dāng)襯底位于所述物平面內(nèi)，所述成象裝置就產(chǎn)生所述一個(gè)或更多物體中至少一個(gè)物體的第一個(gè)象，所述第一個(gè)象包含物體高度信息；所述第二輻射裝置被安置來(lái)照射至少一部分襯底，該襯底包含一個(gè)或更多的物體，當(dāng)襯底位于所述物平面內(nèi)，所述成象裝置就產(chǎn)生所述一個(gè)或更多物體中至少一個(gè)物體的第二個(gè)象，所述第二個(gè)象包含物體的面積信息；所述傳感器裝置包含從所述第一個(gè)象提取物體高度信息，和從所述第二個(gè)象提取物體面積信息的提取裝置。
19.按照權(quán)利要求18的裝置，其特征在于傳感器包含在片信號(hào)處理能力。
20.按照權(quán)利要求19的裝置，其特征在于所述在片信號(hào)處理能力至少可以由所述提取裝置提供。
21.按照權(quán)利要求20的裝置，其特征在于所述在片信號(hào)處理能力還進(jìn)一步由在片計(jì)算裝置來(lái)提供，該裝置通過(guò)所述物體高度信息和所述物體面積信息的至少一種來(lái)計(jì)算一種或多種物體性質(zhì)。
22.按照權(quán)利要求18-21中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于第一個(gè)象的產(chǎn)生在時(shí)間上與第二個(gè)象的產(chǎn)生是分開(kāi)的。
23.按照權(quán)利要求18-22中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于傳感器至少提供了為接受第一個(gè)象的第一部分，和為接受第二個(gè)象的和第一部分分開(kāi)的第二部分。
24.按照權(quán)利要求18-23中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于第一輻射裝置被提供用來(lái)產(chǎn)生在第一頻率范圍內(nèi)的輻射，而第二輻射裝置被提供用來(lái)產(chǎn)生在第二頻率范圍內(nèi)的輻射，以及該裝置還進(jìn)一步至少包含一第一濾光器裝置，它讓所述第一和第二頻率范圍中某一個(gè)頻率范圍內(nèi)的輻射通過(guò)，而把所述第一和第二頻率范圍中另一個(gè)頻率范圍內(nèi)的輻射擋住，所述濾光器裝置復(fù)蓋在所述傳感器裝置的第一部分上。
25.按照權(quán)利要求18-24中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于它被安置成用線掃描來(lái)提取物體面積信息。
26.按照權(quán)利要求18-25中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于所述第一輻射裝置包含一個(gè)激光器，該激光器以片狀光的形式產(chǎn)生輻射。
27.按照權(quán)利要求18-25中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于所述輻射裝置包含發(fā)光二極管(LEDs)。
28.按照權(quán)利要求18-27中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于每一個(gè)象素都是可以單獨(dú)被尋址的。
29.按照權(quán)利要求18-28中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于至少一個(gè)所述輻射裝置是適應(yīng)性地可調(diào)整的。
30.按照權(quán)利要求18-29中任意一項(xiàng)的裝置，其特征在于一個(gè)第三輻射裝置，用以照射對(duì)應(yīng)于全部象素陣列的襯底區(qū)域。
31.按照權(quán)利要求30的裝置，其特征在于所述第一個(gè)，第二個(gè)和第三個(gè)輻射裝置中至少有一個(gè)輻射裝置配以第一偏振器，至少傳感器的一部分配以和第一偏振器正交的第二偏振器。
32.用按照權(quán)利要求18-31中任一項(xiàng)的裝置來(lái)測(cè)量在襯底上沉積物的體積。
全文摘要
本發(fā)明涉及用一種檢測(cè)裝置,在襯底和檢測(cè)裝置相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件下,對(duì)襯底上的物體進(jìn)行無(wú)接觸檢測(cè)的方法。該方法包含以下步驟:用第一輻射裝置照射至少一部分襯底,襯底上包含一個(gè)或更多的物體,使被所述第一輻射裝置照射的所述一個(gè)或更多的物體中至少一個(gè)物體成象于一個(gè)二維陣列傳感器裝置上,該裝置具有分部可尋址的象素陣列,從而產(chǎn)生包含物體高度信息的第一個(gè)象;用第二輻射裝置照射至少一部分襯底,襯底上包含一個(gè)或更多的物體,使被所述第二輻射裝置照射的所述一個(gè)或更多的物體中至少一個(gè)物體成象于所述傳感器上,從而產(chǎn)生包含物體面積信息的第二個(gè)象;用所述傳感器裝置,從所述第一個(gè)象,提取物體高度信息;用所述傳感器裝置,從所述第二個(gè)象,提取物體面積信息。本發(fā)明還涉及實(shí)現(xiàn)本方法的一種裝置。
文檔編號(hào)G06T1/00GK1333869SQ9981559
公開(kāi)日2002年1月30日 申請(qǐng)日期1999年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月18日
發(fā)明者古納·伯斯特羅姆, 馬蒂爾斯·約翰內(nèi)森, 西蒙·桑德格倫, 漢斯·埃赫倫 申請(qǐng)人:麥戴塔自動(dòng)控制股份公司