高精度电子封装机视觉对准系统研究
电子封装是半导体制造中非常重要的一道工序，封装质量的好坏直接影响半导体产品的性能。传统的机械式和电感式对准系统在精度和稳定性上已无法满足当今行业的需求，基于机器视觉技术的视觉对准系统凭借其高精度和高鲁棒性的优点逐渐成为主流。目前，大部分视觉对准系统都由一些专用硬件组成，其软件开发也大多是基于专业的视觉开发软件，这往往使系统成本比较昂贵。借助通用软硬件来实现视觉对准系统，不仅可以降低系统成本，还能缩小系统搭建周期。同时传统的视觉对准算法也存在不足，需要进行适当的改进。 本文深入研究面向电子封装的视觉对准系统，对视觉对准系统的结构组成进行分析，借助通用硬件搭建视觉对准系统实验平台，同时对视觉对准算法进行分析与改进，最后对视觉对准系统性能进行实验验证。主要的工作内容如下： （1）分析了视觉对准系统的硬件组成结构与功能原理，重点对其机器视觉模块进行了深入研究，针对双工件台间空间狭小的特点设计了一种照明与成像系统，实现了采用单相机在狭小空间中独立采集上下特征轮廓的图像。同时对各个系统元件进行了参数选型分析，并采用通用硬件搭建了视觉对准系统实验平台。 （2）设计了一套完整的视觉对准算法，其中对图像预处理算法进行了改进，在经典 Lee滤波算法基础上，提出了一种兼具去噪和平滑金属表面缺陷效果的自适应Lee平滑算法；同时在轮廓定位算法中，采用了一种基于Hough变换和去除奇异项最小二乘法的边缘重拟合定位算法。 （3）利用 OpenCV、MFC和运动控制器软件开发包等通用软件开发资源开发了一套视觉对准系统软件，实现了本文研究的图像处理与分析算法以及基于直线电机与 DDR电机进行精密对准运动控制的系统功能。 （4）对本文研制的视觉对准系统进行了性能测试与数据分析。实验结果证明，在单次对准过程中，系统平移对准误差在±8μm内，旋转对准误差在±0.08°内。最后对实验结果进行了分析。 电子封装是半导体制造中非常重要的一道工序，封装质量的好坏直接影响半导体产品的性能。传统的机械式和电感式对准系统在精度和稳定性上已无法满足当今行业的需求，基于机器视觉技术的视觉对准系统凭借其高精度和高鲁棒性的优点逐渐成为主流。目前，大部分视觉对准系统都由一些专用硬件组成，其软件开发也大多是基于专业的视觉开发软件，这往往使系统成本比较昂贵。借助通用软硬件来实现视觉对准系统，不仅可以降低系统成本，还能缩小系统搭建周期。同时传统的视觉对准算法也存在不足，需要进行适当的改进。 本文深入研究面向电子封装的视觉对准系统，对视觉对准系统的结构组成进行分析，借助通用硬件搭建视觉对准系统实验平台，同时对视觉对准算法进行分析与改进，最后对视觉对准系统性能进行实验验证。主要的工作内容如下： （1）分析了视觉对准系统的硬件组成结构与功能原理，重点对其机器视觉模块进行了深入研究，针对双工件台间空间狭小的特点设计了一种照明与成像系统，实现了采用单相机在狭小空间中独立采集上下特征轮廓的图像。同时对各个系统元件进行了参数选型分析，并采用通用硬件搭建了视觉对准系统实验平台。 （2）设计了一套完整的视觉对准算法，其中对图像预处理算法进行了改进，在经典 Lee滤波算法基础上，提出了一种兼具去噪和平滑金属表面缺陷效果的自适应Lee平滑算法；同时在轮廓定位算法中，采用了一种基于Hough变换和去除奇异项最小二乘法的边缘重拟合定位算法。 （3）利用 OpenCV、MFC和运动控制器软件开发包等通用软件开发资源开发了一套视觉对准系统软件，实现了本文研究的图像处理与分析算法以及基于直线电机与 DDR电机进行精密对准运动控制的系统功能。 （4）对本文研制的视觉对准系统进行了性能测试与数据分析。实验结果证明，在单次对准过程中，系统平移对准误差在±8μm内，旋转对准误差在±0.08°内。最后对实验结果进行了分析。
电子封装;视觉对准系统;图像处理;OpenCV软件;MFC软件
南京航空航天大学
硕士
机械电子工程
罗福源
2017
中文
TN305
91
2018-09-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）