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《东北林业大学》 2012年
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球栅阵列(BGA)集成电路视觉定位系统的研究

赵丽花  
【摘要】:信息电子产业关系到国家的利益和安全,先进电子制造业是信息电子产业发展的基石,而先进电子制造业的发展,离不开先进的技术装备,但现实是,我国用于高性能芯片封装的设备都是从国外引进,包括视觉定位系统等单元技术,国内还没有自主研制的能力,面阵列芯片封装设备更是一片空白。因此,开发拥有自主版权、适应下一代后封工艺要求的关键生产设备,不仅是我国电子制造产业战略发展的需要,也是我国国民经济健康、持续发展的迫切需求。本文提出一种BGA器件辅助定位系统,并对视觉定位技术中所涉及的体系结构、硬件设计、软件算法等方面进行了系统的研究。 论文提出了一种视觉定位系统的体系结构,分析了系统中的各个功能模块,并对其机械硬件特点与选用原则进行了研究,提出了基于LED补色光源的照明方式,为图像提供充足的无阴影的照明,弱化环境光线的影响。接着集中对视觉定位系统中的光学系统进行了研究,通过对双摄像机成像法及动态摄像法的研究,提出了一种基于单摄像机双目标成像的方法。 在视觉定位系统中,最为关键的技术是芯片引脚图像的轮廓提取,本论文通过对比传统的算子、形态学、小波等理论提出了一种基于分形理论的边缘提取算法,一般传统的边缘检测方法大都是以原图像为基础,检测边缘是利用边缘临近一阶或二阶导数方向变化规律,因为对噪声极度敏感,因此常常边缘误检。为此,本论文首次提出了通过分形参数值来进行BGA芯片边缘检测方法,当图像表面统计特性满足各向同性DFBR场时,可以通过求取分形参数H值进行边缘判断,相对于满足DFBR场模型的图像区域0H1,若H1表示着分形维数小于其拓扑维数,破坏了DFBR场一致性,不再满足各向同性的条件,其原因是区域内出现边缘。本论文还从H参数入手,进一步改进算法,提出了扩充矩阵算法,克服了对噪声不敏感、不漏真边缘又不引入假边缘,运算速度快,效果好,抗干扰性强。 本论文设计开发了一套BGA视觉自动定位系统,在定位系统中,物像及分光镜的标定直接决定着图像定位精度。本论文通过对PCB板、分光棱镜及芯片所处位置进行标定,确保了BGA芯片与PCB板上焊点图像大小一致。本论文通过分析面阵列芯片的特征,对比分析了球形引脚的定位算法,提出了基于点模式匹配的定位算法,该算法实现简单,有较高的定位精度和速度。通过点模式匹配定位算法,计算出X,Y θ方向的位移偏差量,由伺服电机驱动吸盘的微调机构实现BGA芯片和基板的自动对准。将之应用到社会生产实际,能在取得可观的直接经济效益的同时大大降低产品单位的生产、研发成本,提高生产效率,具有极大的社会效益。
【学位授予单位】:东北林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP391.41;TN405

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