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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- IC芯片引腳共面性在線光電檢測(cè)儀
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品涉及電子集成電路模塊的檢測(cè)設(shè)備，特別是IC芯片引腳共面性檢測(cè)設(shè)備。隨著電子信息工業(yè)的迅速發(fā)展，在電子集成電路器件生產(chǎn)的流水線上，產(chǎn)品性能檢測(cè)是一項(xiàng)重要的工序，特別是SO型IC芯片在SMT產(chǎn)線進(jìn)行表面貼裝時(shí)，為了防止貼裝的焊接不良，使得貼裝工藝對(duì)引腳的共面性就有了相當(dāng)高的要求（共面程度≦0.1mm,超過(guò)即為不合格品）。本團(tuán)隊(duì)研究生團(tuán)隊(duì)在“珠三角”許多生產(chǎn)IC的相關(guān)企業(yè)調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，如何能有效、方便的對(duì)用于SMT生產(chǎn)使用的IC芯片（SO封裝）引腳的共面性進(jìn)行質(zhì)檢是一個(gè)嚴(yán)重困擾生產(chǎn)企業(yè)的問(wèn)題，目前生產(chǎn)企業(yè)使用方法的以人工目視檢測(cè)和使用在線共面性質(zhì)檢設(shè)備檢測(cè)為主，前者主要缺點(diǎn)是檢測(cè)誤差大、速度慢；后者主要缺點(diǎn)是不僅檢測(cè)速度慢，而且使用質(zhì)檢設(shè)備均為國(guó)外進(jìn)口，其價(jià)格昂貴企業(yè)難以承受。 我們團(tuán)隊(duì)針對(duì)上述問(wèn)題和企業(yè)需求，結(jié)合近年來(lái)在光電檢測(cè)方面取得的研究成果，自主創(chuàng)新研發(fā)了集光機(jī)電算于一體的數(shù)字化、智能化光電在線質(zhì)檢儀器——IC芯片引腳共面性在線光電檢測(cè)儀，不僅滿足了國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)該類(lèi)設(shè)備經(jīng)濟(jì)實(shí)用型的需求，而且填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該類(lèi)設(shè)備的空白。本作品采用與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品所不同的創(chuàng)新思路，即引入檢測(cè)基準(zhǔn)平面與引腳進(jìn)行距離比較，通過(guò)圖像采集與處理可讀出其比較值，再通過(guò)自動(dòng)識(shí)別軟件就可自動(dòng)判斷SO型引腳的共面性是否超差，從而能實(shí)施在線檢測(cè)；而且可以滿足大視場(chǎng)的檢測(cè)需求（即芯片總長(zhǎng)度≤28mm），檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間：3s/片，此外該儀器的市場(chǎng)售價(jià)約為進(jìn)口同類(lèi)機(jī)型的1/4～1/6。目前本儀器的樣機(jī)已經(jīng)通過(guò)企業(yè)的試用，并成功獲得兩臺(tái)生產(chǎn)訂單。
- 詳細(xì)介紹：
- 2008年3月本研究生團(tuán)隊(duì)在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下，到“珠三角”地區(qū)就電子工業(yè)工藝裝備發(fā)展態(tài)勢(shì)及進(jìn)口設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)行調(diào)研。師生們既深入深圳華為、東莞臺(tái)達(dá)和肇慶風(fēng)華等大型企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),還到過(guò)不少中小企業(yè),掌握了大量第一手材料。此行給我們留下了深刻的印象:①電子行業(yè)目前還是一個(gè)勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè),需要進(jìn)一步提升裝備的自動(dòng)化、智能化水平，在這個(gè)領(lǐng)域里還有不少工作可以介入；②主打裝備基本上是“洋機(jī)”一統(tǒng)天下，引進(jìn)、吸收再創(chuàng)新的國(guó)產(chǎn)化任務(wù)艱巨；③計(jì)量、質(zhì)檢儀器相對(duì)滯后。不少檢測(cè)環(huán)節(jié)還是靠人工目視檢測(cè)，急待研發(fā)新型檢測(cè)儀器，用“機(jī)檢”替代“人檢”。社會(huì)實(shí)踐給我們出了不少“題目”，經(jīng)過(guò)認(rèn)真思考，我們選擇了企業(yè)急需、影響產(chǎn)品質(zhì)量的一些帶有共性的“瓶頸”課題，集中力量攻關(guān)，以求服務(wù)用戶，出創(chuàng)新成果。 本作品就是針對(duì)從多電子企業(yè)中所遇到的SO型IC芯片引腳共面性在線質(zhì)檢的共性“瓶頸”問(wèn)題而設(shè)計(jì)研發(fā)的。經(jīng)歷了近一年的不懈努力，課題組攻克一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難關(guān)，特別是雜散光這一“攔路虎”，數(shù)千次的試驗(yàn)，百多次的改進(jìn)，終于達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；而樣機(jī)與生產(chǎn)線“磨合”又是一場(chǎng)“硬仗”：二十多次帶樣機(jī)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)作試驗(yàn)，還有在東莞××鎮(zhèn)低檔旅社里調(diào)試機(jī)器的數(shù)不清不眠之夜……我們相繼取得了4個(gè)階段性成果：①原理性實(shí)驗(yàn)；②Ⅰ型科研樣機(jī)；③Ⅱ型科研樣機(jī)；④中試樣機(jī)（本作品）。 蒼天不負(fù)苦心人，樣機(jī)在××有限公司（臺(tái)灣排名前列電子制造商獨(dú)資子公司）的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)歷了近三個(gè)月的“洗禮”后，本作品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能滿足廠方的要求（ 1、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間：3S/片；2、檢測(cè)準(zhǔn)確率≥90%；3、檢測(cè)精度（引腳共面程度）≦0.1mm；），最近又不斷傳來(lái)好消息：①我們合作方——××光電儀器有限公司贏得了2臺(tái)商品機(jī)（人民幣4.7萬(wàn)元/臺(tái)，共9.4萬(wàn)元）的訂單；②3個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)被受理；③國(guó)內(nèi)無(wú)相同機(jī)型的查新報(bào)告的結(jié)論。目前我們與合作方全力投入商品機(jī)型的研發(fā)和形成量產(chǎn)能力的工作之中。讓“中國(guó)創(chuàng)造”的新機(jī)型屹立于“洋機(jī)之林”中的美好愿望付諸實(shí)現(xiàn)；為國(guó)爭(zhēng)光、為中國(guó)人爭(zhēng)氣！
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作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- SO型元件在進(jìn)行表面貼裝時(shí)，貼裝工藝其引腳的共面性允差≤0.1mm，現(xiàn)行IC引腳共面性檢測(cè)方法有：①機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)設(shè)備；②投影儀；③人工檢測(cè)；這些都無(wú)法同時(shí)滿足在線、經(jīng)濟(jì)、高檢測(cè)精度等各項(xiàng)要求。為確保SO型IC芯片引腳共面性達(dá)到SMT生產(chǎn)的要求，用“機(jī)檢”替代“人檢”勢(shì)在必行。經(jīng)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的IC共面性在線質(zhì)檢儀尚未見(jiàn)報(bào)道，可見(jiàn)本作品的研發(fā)是必要的和迫切的。本IC芯片引腳共面性在線光電檢測(cè)儀是一款集光機(jī)電算、圖像識(shí)別和數(shù)控技術(shù)于一體的數(shù)字化、智能化光電儀器。它能快速獲取引腳共面性圖像信息，并通過(guò)軟件進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別不良品等功能。其創(chuàng)新點(diǎn)如下： ①原理創(chuàng)新。國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品采用小景深原理作為引腳共面性是否超標(biāo)的判據(jù)。該判別原理缺點(diǎn)是，因光學(xué)規(guī)律制約了小景深系統(tǒng)的視場(chǎng)不能大，要檢測(cè)較大的IC芯片引腳共面性，只能分步采集，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，而儀器采用與基準(zhǔn)平面比較為原理的創(chuàng)新思路。即引入檢測(cè)基準(zhǔn)平面與引腳進(jìn)行距離比較，通過(guò)圖像處理軟件可知其比較值，進(jìn)而自動(dòng)判斷引腳的共面性是否超差。這一原理，最大優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)大視場(chǎng)、高分辨率的光學(xué)系統(tǒng)一次性采集到IC芯片引腳圖像，因此檢測(cè)速度快。 ②技術(shù)手段創(chuàng)新、實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比。為實(shí)現(xiàn)原始創(chuàng)新思路的技術(shù)手段是設(shè)計(jì)長(zhǎng)工作距離大視場(chǎng)高分辨率光學(xué)采集系統(tǒng)，以替代國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品中嚴(yán)格控制景深的光學(xué)系統(tǒng)。兩者相比，本光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度相對(duì)低，故本儀器具有高性價(jià)比。 技術(shù)關(guān)鍵： ①長(zhǎng)工作距離大視場(chǎng)高分辨率光學(xué)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造 ②圖像處理與自動(dòng)識(shí)別軟件的開(kāi)發(fā)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 國(guó)際上有類(lèi)似的檢測(cè)儀器，但只能檢測(cè)SO型單邊20個(gè)引腳以內(nèi)芯片，以日本設(shè)備為代表，檢測(cè)原理是通過(guò)物鏡景深效應(yīng)來(lái)判斷IC芯片引腳是否合格。缺點(diǎn)如下：1、檢測(cè)速度慢，為控制物鏡景深值0.1mm，則物鏡視場(chǎng)不宜過(guò)大，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致像差大影響檢測(cè)結(jié)果，故無(wú)法一次性檢測(cè)上述芯片，實(shí)際需分四段進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間8S/片；2、物鏡制造成本高，為保證物鏡景深值值會(huì)使物鏡結(jié)構(gòu)變得很復(fù)雜，使得加工成本很高；3、設(shè)備價(jià)格昂貴，20～30多萬(wàn)人民幣1臺(tái)。 本作品能克服上述缺點(diǎn)，其方法是：1、通過(guò)大視場(chǎng)、高分辨率的光學(xué)系統(tǒng)同時(shí)將檢測(cè)基準(zhǔn)平面和芯片單邊20引腳的圖像信息一次性采用，然后通過(guò)識(shí)別軟件自動(dòng)判斷SO型芯片引腳是否超差（判斷是否超過(guò)0.1mm），從而提高生產(chǎn)效率，檢測(cè)時(shí)間3S/片；2、作品國(guó)產(chǎn)化程度高，價(jià)格為人民幣約5萬(wàn)/臺(tái)，是日本同類(lèi)設(shè)備價(jià)格的1/4～1/6。本作品的檢測(cè)方法根據(jù)桂林國(guó)際聯(lián)機(jī)情報(bào)檢索服務(wù)中心查新結(jié)果顯示：該方法未見(jiàn)國(guó)內(nèi)有報(bào)道，從而證明本作品在國(guó)內(nèi)屬于首創(chuàng)，整機(jī)水平屬?lài)?guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1.本作品09年4月24日委托桂林國(guó)際聯(lián)機(jī)情報(bào)檢索服務(wù)中心進(jìn)行查新，其結(jié)果顯示：本作品使用的方法以及達(dá)到的技術(shù)水平未見(jiàn)國(guó)內(nèi)有報(bào)道，從而證明本作品在國(guó)內(nèi)屬于首創(chuàng)，整機(jī)水平屬?lài)?guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。2.2009年1月參加廣西南寧科技活動(dòng)周
作品所處階段
- 已完成2臺(tái)商品機(jī)（人民幣4.7萬(wàn)元/臺(tái)，共9.4萬(wàn)元）的訂單。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有意者面談
作品可展示的形式
- 實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、海報(bào)等
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品在國(guó)內(nèi)屬于首創(chuàng)，整機(jī)水平屬?lài)?guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。其技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)如下： 1、檢測(cè)速度快。由于使用光學(xué)大視場(chǎng)、高分辨率的光學(xué)系統(tǒng)能一次性檢測(cè)40引腳（單邊20引腳）以下的IC芯片（SO封裝），進(jìn)而大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為3S/片。 2、準(zhǔn)確率高。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本作品通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)在CCD攝像機(jī)中的成像，再由軟件自動(dòng)判斷成像中IC芯片引腳與基準(zhǔn)面的距離，從而判斷該芯片是否合格(判斷是否超過(guò)0.1mm)檢測(cè)準(zhǔn)確率≥95%。 3、設(shè)備成本低。由于本作品的零件國(guó)產(chǎn)化程度極高，其價(jià)格約為：5萬(wàn)/臺(tái)（人民幣）是日本同類(lèi)設(shè)備價(jià)格的1/4～1/6。 本作品能廣泛適用于中小型IC生產(chǎn)線和SMT生產(chǎn)線進(jìn)行IC芯片（SO封裝）引腳共面性檢測(cè)。據(jù)市場(chǎng)分析僅“珠三角”一地的市場(chǎng)需求預(yù)計(jì)100～200臺(tái)/年，年市場(chǎng)銷(xiāo)售總額約為500～1000萬(wàn)元（人民幣）。目前東莞××電子廠（臺(tái)灣排名前列電子廠）已下有兩臺(tái)訂單（共計(jì)人民幣94,000元）。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 在電子集成電路器件生產(chǎn)的流水線上，產(chǎn)品性能檢測(cè)是一項(xiàng)重要的工序，特別是SO型IC芯片在進(jìn)行表面貼裝時(shí)，貼裝工藝對(duì)引腳的共面性提出了相當(dāng)高的要求。根據(jù)向相關(guān)企業(yè)調(diào)研和企業(yè)反饋調(diào)查顯示，目前國(guó)際上有生產(chǎn)類(lèi)似檢測(cè)儀器的廠家，但只具有單邊20個(gè)引腳、總長(zhǎng)28mm以內(nèi)的芯片檢測(cè)儀器，以日本同類(lèi)設(shè)備為代表，其檢測(cè)原理是通過(guò)物鏡景深效應(yīng)及其成像清晰度來(lái)判斷IC芯片是否合格。這種設(shè)備的缺點(diǎn)如下： ①檢測(cè)速度慢，因需要控制好物鏡的景深值≤0.1mm，則物鏡的視場(chǎng)不能過(guò)大，過(guò)大會(huì)嚴(yán)重影響 成像質(zhì)量，從而很難保證檢測(cè)結(jié)果，故無(wú)法一次性檢測(cè)單邊20個(gè)引腳的IC芯片（SO封裝）， 檢測(cè)該類(lèi)芯片時(shí)則需分四段進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間約為8S/片； ② 物鏡制造成本高，因物鏡景深值的精度要求很高，會(huì)使物鏡結(jié)構(gòu)變得很復(fù)雜，從而加工成本很高； ③設(shè)備的價(jià)格昂貴，一般需要20多萬(wàn)～30多萬(wàn)/臺(tái)（人民幣）。 本產(chǎn)品能克服上述的缺點(diǎn)，其具體方法是： ①、通過(guò)大視場(chǎng)、高分辨率的光學(xué)系統(tǒng)同時(shí)將檢測(cè)基準(zhǔn)平面和芯片單邊20引腳（芯片總長(zhǎng)28mm）的圖像信息一次性采用，然后通過(guò)自動(dòng)識(shí)別軟件自動(dòng)判斷SO型引腳的共面性是否超差（判斷是否超過(guò)0.1mm），從而大大提高了生產(chǎn)效率，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為3S/片； ②、本產(chǎn)品的零件國(guó)產(chǎn)化程度高，其價(jià)格約為5萬(wàn)/臺(tái)（人民幣）是日本同類(lèi)設(shè)備價(jià)格的1/4～1/6。 本作品的檢測(cè)方法根據(jù)桂林國(guó)際聯(lián)機(jī)情報(bào)檢索服務(wù)中心查新結(jié)果顯示：該方法未見(jiàn)國(guó)內(nèi)有報(bào)道，從而證明本作品在國(guó)內(nèi)屬于首創(chuàng)，整機(jī)水平屬?lài)?guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
