專利名稱：打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子封裝機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
引線鍵合是當(dāng)前最主要的微電子封裝技術(shù)，目前95%以上的芯片均采用引線鍵合技術(shù)進(jìn)行封裝。引線鍵合是用細(xì)小金屬絲(直徑25微米及以下的金絲、銅絲或其他金屬絲， 為敘述方便，下文描述采用最常見的金絲作為代表)把芯片焊盤和引線框架(或基板)連接起來的過程。在引線鍵合過程中，首先，金絲通過毛細(xì)管劈刀中心的孔穿出(即尾絲)，由電弧放電將金絲伸出部分熔化，并在表面張力作用下形成金球；然后，劈刀往下運(yùn)動(dòng)，使金球和焊盤接觸；超聲能和鍵合力通過劈刀加在鍵合界面上，同時(shí)在溫度的共同作用下，將金球鍵合到芯片焊盤上，形成第一焊點(diǎn)；然后，劈刀升起將引線拉起，在空間中形成特定形狀的弧線；再往下運(yùn)動(dòng)，使金絲和焊盤接觸；在超聲和熱、力作用下將金絲鍵合到基板引腳或其他芯片焊盤上，形成第二焊點(diǎn)，并在鍵合后將金絲拉斷，形成尾絲，為下次鍵合做準(zhǔn)備，從而將芯片和基板的電路連接在一起。在此循環(huán)過程中形成的金球大小、形狀不僅僅影響第一焊點(diǎn)的質(zhì)量，而且影響弧線的形狀，以及形成低弧線的可行性。目前，一般通過上萬次試驗(yàn)對(duì)打火成球后的金球形狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過掃描電子顯微鏡研究金球成球后的形狀、大小及其內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)等，然后確定打火參數(shù)(電流和時(shí)間)對(duì)成球的影響。這種對(duì)球完全形成之后的觀測(cè)，無法了解球形成的整個(gè)過程。這種方法費(fèi)事費(fèi)力，且改變金絲直徑后，打火參數(shù)必須重新試驗(yàn)確定。 這種費(fèi)時(shí)的停機(jī)確定參數(shù)過程，已經(jīng)成為增加微電子封裝企業(yè)成本、降低產(chǎn)能的一個(gè)因素。 因此，有必要設(shè)計(jì)一種方法和系統(tǒng)以監(jiān)測(cè)打火形成金球(簡(jiǎn)稱打火成球)的過程，觀察和分析球在形成過程中的變化，以及各種打火參數(shù)對(duì)此過程的影響，以設(shè)置合適的參數(shù)，形成大小、形狀一致的金球，優(yōu)化打火成球工藝。對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)打火成球過程以及相關(guān)技術(shù)的檢索，沒有發(fā)現(xiàn)類似本發(fā)明的內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法及系統(tǒng)， 該方法和系統(tǒng)能快速確定打火參數(shù)對(duì)金球形成過程的影響，以便最快地優(yōu)化打火成球工藝參數(shù)。發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法，包括如下步驟步驟1 準(zhǔn)備步驟將自動(dòng)鍵合機(jī)通過同步驅(qū)動(dòng)電路與攝像裝置連接；將攝像裝置中的鏡頭對(duì)準(zhǔn)尾絲；為尾絲提供背光；步驟2 獲取圖像確定打火參數(shù)，當(dāng)自動(dòng)鍵合機(jī)進(jìn)行打火成球時(shí)，通過同步驅(qū)動(dòng)電路同步觸發(fā)攝像裝置獲取打火成球過程中的尾絲端部的連續(xù)多幅成球圖像；
步驟3 圖像處理采用圖像擬合圓方法，將獲取的成球圖像中的金球擬合成一個(gè)圓，獲取該圓的直徑數(shù)值；步驟4 參數(shù)調(diào)整將所述的直徑數(shù)值與預(yù)先設(shè)定數(shù)值比較，基于比較結(jié)果調(diào)整打火參數(shù)，所述的打火參數(shù)包括打火時(shí)間和打火電流；再返回步驟2，直到最終的直徑數(shù)值與預(yù)先設(shè)定數(shù)值之差在誤差閾值之內(nèi)(預(yù)先設(shè)定數(shù)值的士5%)，此時(shí)的打火參數(shù)為最終的優(yōu)化后的參數(shù)。所述的圖像處理步驟針對(duì)的成球圖像是連續(xù)多幅成球圖像中最大金球所對(duì)應(yīng)的成球圖像。(即所述的直徑數(shù)值為獲取的多幅成球圖像中的多個(gè)金球直徑中的最大值。)所述的鏡頭的連拍速度大于10000幀/秒，光源采用功率為150W以上的鹵素?zé)?。同步?qū)動(dòng)電路由兩個(gè)0P37型運(yùn)算放大器級(jí)聯(lián)而成。光源通過光纖為尾絲提供背光。一種基于前述的打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法的系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、自動(dòng)鍵合機(jī)、光源和同步驅(qū)動(dòng)電路；自動(dòng)鍵合機(jī)通過同步驅(qū)動(dòng)電路與攝像裝置連接；攝像裝置中的鏡頭對(duì)準(zhǔn)尾絲；光源為尾絲提供背光；攝像裝置輸出成球圖像到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)中具有用于根據(jù)成球圖像獲取所述直徑數(shù)值的圖像處理單元。有益效果本發(fā)明提供了一種打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法及系統(tǒng)，可在打火開始的同時(shí)，觸發(fā)攝像裝置(實(shí)際上為一個(gè)高速攝像系統(tǒng))，以清晰地記錄打火過程；可對(duì)所獲得的圖形進(jìn)行自動(dòng)處理，以了解成球動(dòng)態(tài)過程；進(jìn)而快速確定打火參數(shù)對(duì)金球形成過程的影響， 以優(yōu)化打火成球工藝參數(shù)。盡管高速相機(jī)、圖像處理技術(shù)是現(xiàn)有技術(shù)，但是把二者結(jié)合起來完成打火過程的監(jiān)測(cè)，是一個(gè)創(chuàng)新。因?yàn)檫@種方式僅僅通過幾次試驗(yàn)就可以現(xiàn)場(chǎng)確定最優(yōu)的參數(shù)，而傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法不能了解詳細(xì)的打火成球過程，需要上千次乃至上萬次試驗(yàn)才能確定最優(yōu)的參數(shù)。本方法能高效率地解決的參數(shù)優(yōu)化的問題。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)采用上述光學(xué)系統(tǒng)、照明光源、打光方法可以清楚觀測(cè)到微小尾絲(直徑25微米左右)；2)采用同步觸發(fā)電路，可以實(shí)現(xiàn)打火與高速相機(jī)的同步，準(zhǔn)確觀測(cè)到僅數(shù)毫秒的打火全過程。否則，如果沒有同步觸發(fā)電路，打火過程僅有幾毫秒，根本無法記錄。3)采用上述攝像裝置可以實(shí)時(shí)記錄打火成球的全部過程，得到詳細(xì)打火過程的成球圖像，可以清晰的看到球大小和直徑的變化；4)采用上述圖像處理方法可以得到球在每一幀圖像中的球心位置，并得到球的尺寸，最后得到在打火成球過程中，球心和尺寸的變化；5)通過2-3次試驗(yàn)在線確定打火參數(shù)。與傳統(tǒng)方法相比，大大減少了實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和次數(shù)。6)采用上述系統(tǒng)，可以詳細(xì)了解打火成球過程，確定高爾夫球、缺球等異常產(chǎn)生的原因。


圖1是打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為觸發(fā)電路原理圖；圖3為攝像裝置、金絲和光源的位置關(guān)系示意圖；圖4為原始圖像(圖a)及其處理后圖像(圖b)的示意圖。(圖4中的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的單位均為像素，當(dāng)焦距確定后，像素指與實(shí)際尺寸具有比例關(guān)系)標(biāo)號(hào)說明1-打火桿，2-金絲，3-金球，4-鏡頭，5-光源。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)構(gòu)成如圖1，此系統(tǒng)包括攝像裝置、足夠放大倍數(shù)的光學(xué)鏡頭、照明光源、同步觸發(fā)電路以及配套的圖像處理方法和軟件。所述的攝像裝置，具有最小10000幀/秒的速度，分辨率最小為256 X 256像素；可以高速拍攝記錄打火成球過程，獲得清晰的圖像數(shù)據(jù)。光學(xué)鏡頭采用可變倍單筒光學(xué)鏡頭組，具有4. 5 1以上的變焦比率、0.5-6X的放大范圍和300X(根據(jù)使用的鏡頭附件的不同而不同)的總放大倍率。工作距離可在20-400 毫米之間變化。視野可在0. 02-125毫米之間變化；同步觸發(fā)電路，將自動(dòng)鍵合機(jī)中的打火電壓信號(hào)接到攝像裝置，以觸發(fā)攝像裝置 (即高速攝像采集系統(tǒng))，并可以同步打火成球與攝像裝置，以實(shí)現(xiàn)數(shù)毫秒打火過程的觀測(cè)。同步觸發(fā)電路的原理如圖2所示打火板輸出的電壓信號(hào)Vin (約為-0.4V)，經(jīng)過0P37 芯片，反向并放大10倍后，成為Vout信號(hào)(約為4V)輸入高速攝像采集系統(tǒng)的“ TTL觸發(fā)輸入”端口，觸發(fā)攝像裝置記錄采集打火過程，從而獲得打火熔化成球過程的圖像資料。0P37 芯片的傳輸延遲時(shí)間為納米級(jí)，相對(duì)于打火過程的毫秒量級(jí)時(shí)間可以忽略不計(jì)。光源，其特征為功率為150W以上的鹵素?zé)?，通過光纖傳輸，對(duì)尾絲打背光，以實(shí)現(xiàn)清楚的打火過程拍攝。高速相機(jī)、尾絲、光源之間的相對(duì)位置如圖3所示尾絲在高速相機(jī)鏡頭和光源之間。圖像處理過程為先濾波、二值化、邊界提取、再用最小二乘法擬合圓(上述步驟的實(shí)現(xiàn)可以參考現(xiàn)有的數(shù)字圖像處理技術(shù)，均為現(xiàn)有技術(shù))，得到球的位置和大小。采用 matlab等軟件編寫程序?qū)崿F(xiàn)上述步驟，并對(duì)攝像裝置所獲得的圖像進(jìn)行處理，從而得到球的位置和大小。圖4為一幅典型高速攝像圖像的處理，左圖(即圖a)為原始圖像，右圖(即圖b)為擬合圓處理結(jié)果。具體的實(shí)施過程為在自動(dòng)鍵合機(jī)中設(shè)置好打火參數(shù)后，切線，再開啟高亮度照明光源，調(diào)整攝像裝置的位置，將鏡頭對(duì)準(zhǔn)劈刀下尾絲(即金絲尾端)的位置，直到可以清晰的看見圖像。然后，啟動(dòng)自動(dòng)鍵合機(jī)的打火過程，打火電路板輸出打火電流，經(jīng)過打火桿向金絲放電，形成金球；同時(shí)，打火電路板產(chǎn)生打火電壓信號(hào)，經(jīng)同步觸發(fā)地電路調(diào)理后輸出 Vout給攝像裝置的TTL trigger h端口，觸發(fā)攝像裝置；在高亮度照明光源的照明下，攝像裝置實(shí)時(shí)采集到上述打火成球過程。如圖1所示。最后對(duì)所得的圖像進(jìn)行處理，得到所需要的相關(guān)信息，如球的直徑變化和球心位置變化圖。實(shí)施例1 基于高速攝像的直徑25微米金絲打火成球過程的監(jiān)測(cè)采用Wiotron FASTCAM SAl. 1高速攝像采集系統(tǒng)，此系統(tǒng)最顯著的特征就是可以高速拍攝記錄，獲得清晰的圖像數(shù)據(jù)，最快幀數(shù)達(dá)6. 5X IO5幀/秒、最大分辨率達(dá) IOMX IOM像素拍攝時(shí)間長(zhǎng)達(dá)秒級(jí)。鏡頭采用Navitar公司的hom 6000的共焦點(diǎn)光學(xué)系統(tǒng)。本專利使用的此光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)放大倍數(shù)為20倍。通過標(biāo)準(zhǔn)C 口與Wiotron FASTCAM SAl. 1高速攝像采集系統(tǒng)相連接。本發(fā)明的工作流程先將打火電壓信號(hào)接到反向放大電路中，經(jīng)此電路后，電壓信號(hào)反相放大10倍， 再將此信號(hào)接到高速攝像儀上，以便在打火開始后出發(fā)高速攝像儀拍攝記錄打火成球全過程；然后設(shè)置好打火參數(shù)后，切線，再調(diào)整攝像裝置的位置，大概將鏡頭對(duì)準(zhǔn)劈刀下尾絲的位置。根據(jù)PFV軟件中尾絲所在的位置，調(diào)整高速攝像儀上鏡頭正對(duì)著尾絲，調(diào)整劈刀位置使得圖像清晰；調(diào)節(jié)ZOOM 6000光學(xué)系統(tǒng)，將鏡頭放大倍數(shù)調(diào)節(jié)到最大，在通過調(diào)整劈刀位置，使得尾絲在圖像中得以清楚的顯示。選擇20000幀/秒的拍攝速度，圖片分辨率為512X512 像素，并用鹵素?zé)魧?duì)尾絲打背光，這樣既可以盡可能多的獲得打火成球過程的圖像，又可以使得從尾絲尖端熔化到成球都在鏡頭的視野范圍之內(nèi)，高速攝像儀、尾絲和光源之間的相對(duì)位置如圖3所示；然后將攝像裝置調(diào)節(jié)到觸發(fā)模式，同時(shí)也將數(shù)據(jù)采集卡調(diào)節(jié)到觸發(fā)模式，通過操作自動(dòng)鍵合機(jī)，進(jìn)行打火操作，此時(shí)數(shù)據(jù)采集卡和攝像裝置同時(shí)記錄采集數(shù)據(jù)，得到我們想要的數(shù)據(jù)和圖像資料；由于打火時(shí)間很短，向?qū)碚f拍攝時(shí)間就較長(zhǎng)了，所以在記錄結(jié)束后，只需要選擇保存我們所需要的一部分圖像，即保存從開始到球再?zèng)]有變化的這階段的圖像就可以了 ；最后對(duì)所得的圖像進(jìn)行處理，得到所需要的相關(guān)信息，如球的直徑變化和球心位置變化圖，圖像處理效果圖如圖4。若金球直徑超過預(yù)先設(shè)定數(shù)據(jù)的5%，則可以減少打火時(shí)間或者電流，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，2-3次實(shí)驗(yàn)即可現(xiàn)場(chǎng)確定最佳的打火參數(shù)。比如預(yù)先設(shè)定金球直徑為60微米。第一次試驗(yàn)，給定打火電流大小為30mA，打火時(shí)間為1. 2ms,由本系統(tǒng)檢測(cè)到實(shí)際形成的金球直徑(此處采用最大直徑)是陽微米，需要增加打火時(shí)間；第二次試驗(yàn)，保持打火電流為30mA，增加打火時(shí)間到1. 25ms,由本系統(tǒng)檢測(cè)到實(shí)際形成的金球直徑是62微米，基本滿足了預(yù)定的需要；第二次試驗(yàn)，保持打火電流為30mA，改變打火時(shí)間到 1. 24ms,由本系統(tǒng)檢測(cè)到實(shí)際形成的金球直徑是60微米。通過3次試驗(yàn)，即獲得了與預(yù)設(shè)金球直徑完全相同的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1 準(zhǔn)備步驟將自動(dòng)鍵合機(jī)通過同步驅(qū)動(dòng)電路與攝像裝置連接；將攝像裝置中的鏡頭對(duì)準(zhǔn)尾絲；為尾絲提供背光；步驟2 獲取圖像確定打火參數(shù)，當(dāng)自動(dòng)鍵合機(jī)進(jìn)行打火成球時(shí)，通過同步驅(qū)動(dòng)電路同步觸發(fā)攝像裝置獲取打火成球過程中的尾絲端部的連續(xù)多幅成球圖像；步驟3 圖像處理采用圖像擬合圓方法，將獲取的成球圖像中的金球擬合成一個(gè)圓， 獲取該圓的直徑數(shù)值；步驟4 參數(shù)調(diào)整將所述的直徑數(shù)值與預(yù)先設(shè)定數(shù)值比較，基于比較結(jié)果調(diào)整打火參數(shù)，所述的打火參數(shù)包括打火時(shí)間和打火電流；再返回步驟2，直到最終的直徑數(shù)值與預(yù)先設(shè)定數(shù)值之差在誤差閾值之內(nèi)，此時(shí)的打火參數(shù)為最終的優(yōu)化后的參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的圖像處理步驟針對(duì)的成球圖像是連續(xù)多幅成球圖像中最大金球所對(duì)應(yīng)的成球圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的鏡頭的連拍速度大于10000幀/秒，光源采用功率為150W以上的鹵素?zé)簟?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，同步驅(qū)動(dòng)電路由兩個(gè)0P37型運(yùn)算放大器級(jí)聯(lián)而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，光源通過光纖為尾絲提供背光。
6.一種基于權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括計(jì)算機(jī)、自動(dòng)鍵合機(jī)、光源和同步驅(qū)動(dòng)電路；自動(dòng)鍵合機(jī)通過同步驅(qū)動(dòng)電路與攝像裝置連接；攝像裝置中的鏡頭對(duì)準(zhǔn)尾絲；光源為尾絲提供背光；攝像裝置輸出成球圖像到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)中具有用于根據(jù)成球圖像獲取所述直徑數(shù)值的圖像處理單元。
7.一種基于權(quán)利要求5所述的打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法的系統(tǒng)，其特征在于， 包括計(jì)算機(jī)、自動(dòng)鍵合機(jī)、光源和同步驅(qū)動(dòng)電路；自動(dòng)鍵合機(jī)通過同步驅(qū)動(dòng)電路與攝像裝置連接；將攝像裝置中的鏡頭對(duì)準(zhǔn)處于劈刀下的尾絲；光源為尾絲提供背光；攝像裝置輸出成球圖像到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)中具有根據(jù)成球圖像獲取所述直徑數(shù)值的圖像處理單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于微電子封裝自動(dòng)引線鍵合中的打火成球工藝中的參數(shù)優(yōu)化方法及系統(tǒng)，先將自動(dòng)鍵合機(jī)通過同步驅(qū)動(dòng)電路與攝像裝置連接；將攝像裝置中的鏡頭對(duì)準(zhǔn)尾絲；確定打火參數(shù)，當(dāng)自動(dòng)鍵合機(jī)進(jìn)行打火成球時(shí)，通過同步驅(qū)動(dòng)電路同步觸發(fā)攝像裝置獲取打火成球過程中的尾絲端部的連續(xù)多幅成球圖像；再采用圖像擬合圓方法獲取金球擬合直徑，最后將金球擬合直徑與參考數(shù)值比較，調(diào)整打火參數(shù)，所述的打火參數(shù)包括打火時(shí)間和打火電流。該方法和系統(tǒng)能快速確定打火參數(shù)對(duì)金球形成過程的影響，以便最快地優(yōu)化打火成球工藝參數(shù)。
文檔編號(hào)H01L21/50GK102437062SQ20111036683
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者向康, 李軍輝, 王福亮, 韓雷 申請(qǐng)人:中南大學(xué)