基于白光三角法的芯片封装凸点高度测量

林贤锦; 吴祖伟; 叶瑞乾; 王磊

doi:10.37188/OPE.20233113.1890

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于白光三角法的芯片封装凸点高度测量

现代应用光学 | 更新时间：2023-07-17

- 基于白光三角法的芯片封装凸点高度测量
- Bump height measurement of chip packaging based on white light triangulation
- 光学精密工程 2023年31卷第13期页码：1890-1899
- 作者机构：
  
  厦门大学航空航天学院，福建厦门 361102
- 作者简介：
  
  [ "林贤锦（2000-），男，福建泉州人，硕士研究生， 2022年于厦门大学获得学士学位，主要从事机器视觉及人工智能技术的研究。E-mail： linxianjin@stu.xmu.edu.cn" ]
  [ "王磊（1977-），男，安徽合肥人，博士，教授，1997年、2002年于厦门大学分别获得学士、硕士学位，2007年于合肥工业大学获得博士学位，主要研究方向为机器视觉、智能制造、图像处理和光谱仪器。E-mail： wanglei33@xmu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2019YFB2006700)
- DOI：10.37188/OPE.20233113.1890
  中图分类号： TH741
- 收稿日期：2022-11-02，
  
  修回日期：2022-12-21，
  
  纸质出版日期：2023-07-10
- 稿件说明：
移动端阅览
林贤锦,吴祖伟,叶瑞乾等.基于白光三角法的芯片封装凸点高度测量[J].光学精密工程,2023,31(13):1890-1899.

LIN Xianjin,WU Zuwei,YE Ruiqian,et al.Bump height measurement of chip packaging based on white light triangulation[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(13):1890-1899.
林贤锦,吴祖伟,叶瑞乾等.基于白光三角法的芯片封装凸点高度测量[J].光学精密工程,2023,31(13):1890-1899. DOI： 10.37188/OPE.20233113.1890.

LIN Xianjin,WU Zuwei,YE Ruiqian,et al.Bump height measurement of chip packaging based on white light triangulation[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(13):1890-1899. DOI： 10.37188/OPE.20233113.1890.

摘要

为了实现芯片封装凸点（Bump）高度的测量，建立了基于白光三角法的测量系统，并提出了一种复杂背景下Bump高度的测量方法。根据提出的测量模型搭建了Bump高度测量系统，利用U-Net深度学习模型进行光条图像的分割并结合灰度重心法和插值法提取完整的光条中心，以克服复杂背景的干扰。然后，对测量系统进行标定以确定像素值与实际高度值的对应关系。最后，通过函数拟合的方式确定Bump的高度。实验结果表明：Bump高度的测量重复性平均值为0.21 μm，标准差为0.095 μm；测量平均误差为

0.04 μm，标准差为0.408 μm。该方法在复杂背景下对Bump高度的测量精准度高、稳定性好，可满足芯片封装中晶圆Bump共面性在线检测的要求。

Abstract

To measure the bump height of chip packaging， a measurement system based on white-light triangulation was established， and a method for measuring the bump height in a complex background was proposed. First， the bump-height measurement system was built according to the proposed measurement model. Next， the U-Net deep learning model was used to segment the light stripe image， and the grayscale barycenter method and interpolation method were combined for extracting the complete light stripe center to overcome the interference of the complex background. Subsequently， the measurement system was calibrated to determine the corresponding relationship between the pixel value and the actual height value. Finally， the height of the bump was determined via function fitting. The experimental results indicate that the average repeatability of bump-height measurement is 0.21 μm， with a standard deviation of 0.095 μm； the average measurement error is ⁃0.04 μm， with a standard deviation is 0.408 μm. In this study， bump-height measurement with high accuracy and robustness in a complex background was realized， which can satisfy the requirements of online detection of wafer bump coplanarity in chip packaging.

关键词

Keywords

references

TIM S . NanoResolution MRS Sensor Delivers Fast ， Precise 3 D Inspection and Measurement for Advanced Semiconductor Packaging Applications ［DB/OL］. 2022 . http：//www.cyberoptics.com/ http://www.cyberoptics.com/ .

KIM H J ， YOON D H ， KIM H I . 3D precision measurement of scanning moire using line scan camera ［J］. Hankook Kwanghak Hoeji ， 2008 ， 19 （ 5 ）： 376 - 380 . doi: 10.3807/hkh.2008.19.5.376 http://dx.doi.org/10.3807/hkh.2008.19.5.376

TAY C J . Measurement of a micro-solderball height using a laser projection method ［J］. Optics Communications ， 2004 ， 234 （ 1/2/3/4/5/6 ）： 77 - 86 . doi: 10.1016/j.optcom.2004.02.014 http://dx.doi.org/10.1016/j.optcom.2004.02.014

MENG F C ， ZHANG Z L ， KANG Y H ， et al . Height measurement of microbumps using a white-light triangulation method ［J］. Applied Optics ， 2022 ， 61 （ 8 ）： 2036 - 2044 . doi: 10.1364/ao.449077 http://dx.doi.org/10.1364/ao.449077

HE Z H ， SCHAEFER J . High speed 3D inspection of advanced package interconnect uniformity ［C］. 2018 International Wafer Level Packaging Conference （IWLPC）. 2325，2018 ， San Jose， CA， USA. IEEE ， 2018 ： 1 - 6 . doi: 10.23919/iwlpc.2018.8573291 http://dx.doi.org/10.23919/iwlpc.2018.8573291

叶瑞乾，郑鹏，王磊，等 . 基于白光三角法的凸点封装高度测量仿真研究［J］. 光学与光电技术， 2022 ， 20 （ 1 ）： 43 - 49 . doi: 10.3969/j.issn.1672-3392.2022.1.gxygdjs202201006 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3392.2022.1.gxygdjs202201006

YE R Q ， ZHENG P ， WANG L ， et al . Simulation research on height measurement of bump package based on white light triangulation method ［J］. Optics & Optoelectronic Technology ， 2022 ， 20 （ 1 ）： 43 - 49 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1672-3392.2022.1.gxygdjs202201006 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3392.2022.1.gxygdjs202201006

YE R Q ， ZHENG P ， GAO Y ， et al . An intelligent error compensation method for height measurement of bump package ［C］. 2021 IEEE 15th International Conference on Anti-counterfeiting， Security， and Identification （ASID）. 2931，2021 ， Xiamen， China. IEEE ， 2021 ： 74 - 78 . doi: 10.1109/asid52932.2021.9651681 http://dx.doi.org/10.1109/asid52932.2021.9651681

BEN-LEVI M ， HAIFA I L . System and method for height triangulation measurement ： US8363229B2 ［P］. 2010-09-02 .

JOO B G ， DONG CHO T . 3D accuracy enhancement of BGA shiny round ball using optical triangulation method ［J］. Journal of the Korean Society for Precision Engineering ， 2015 ， 32 （ 9 ）： 799 - 805 . doi: 10.7736/kspe.2015.32.9.799 http://dx.doi.org/10.7736/kspe.2015.32.9.799

王棚，孟繁昌，张滋黎，等 . 基于光学三角法的芯片凸点高度测量［J］. 光子学报， 2022 ， 51 （ 5 ）： 0512001 .

WANG P ， MENG F CH ， ZHANG Z L ， et al . A bump height measurement method based on optical triangulation ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2022 ， 51 （ 5 ）： 0512001 . （in Chinese）

RONNEBERGER O ， FISCHER P ， BROX T . U-net ： Convolutional Networks for Biomedical Image Segmentation ［M］. Lecture Notes in Computer Science . Cham ： Springer International Publishing ， 2015 ： 234 - 241 . doi: 10.1007/978-3-319-24574-4_28 http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-24574-4_28

WADA K . Labelme： image polygonal annotation with python ［Z/OL］ . https：//doi.org/10.5281 /zenodo.5711226 https://doi.org/10.5281/zenodo.5711226 .

冀振燕，宋晓军，付文杰，等 . 激光光条中心线提取研究综述［J］. 测控技术， 2021 ， 40：（6）1- 8 .

JI ZH Y ， SONG X J ， FU W J ， et al . Review on centerline extraction for laser stripe ［J］. Measurement & Control Technology ， 2021 ， 40 （ 6 ）： 1 - 8 . （in Chinese）

张曦，张健 . 线结构光标定方法综述［J］. 激光与光电子学进展， 2018 ， 55 （ 2 ）： 020001 . doi: 10.3788/LOP55.020001 http://dx.doi.org/10.3788/LOP55.020001

ZHANG X ， ZHANG J . Summary of line structure cursor calibration methods ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2018 ， 55 （ 2 ）： 020001 . （in Chinese） . doi: 10.3788/LOP55.020001 http://dx.doi.org/10.3788/LOP55.020001

邹媛媛，赵明扬，张雷 . 基于量块的线结构光视觉传感器直接标定方法［J］. 中国激光， 2014 ， 41 （ 11 ）： 1108002 .

ZOU Y Y ， ZHAO M Y ， ZHANG L . Direct calibration method of linear structured light vision sensor based on gauge block ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2014 ， 41 （ 11 ）： 1108002 . （in Chinese）

崔长彩，杨成，李子清，等 . 蓝宝石衬底表面形貌检测和评价系统［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 11 ）： 2556 - 2566 . doi: 10.37188/OPE.20212911.2556 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212911.2556

CUI CH C ， YANG CH ， LI Z Q ， et al . Measuring and evaluating system for surface morphology of sapphire substrates ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 11 ）： 2556 - 2566 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20212911.2556 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212911.2556

OTSU N . A threshold selection method from gray-level histograms ［J］. IEEE Transactions on Systems， Man， and Cybernetics ， 1979 ， 9 （ 1 ）： 62 - 66 . doi: 10.1109/tsmc.1979.4310076 http://dx.doi.org/10.1109/tsmc.1979.4310076

周渊，孟祥群，江登表，等 . 复杂干扰情况下的结构光条纹中心提取方法［J］. 中国激光， 2020 ， 47 （ 12 ）： 1204004 . doi: 10.3788/cjl202047.1204004 http://dx.doi.org/10.3788/cjl202047.1204004

ZHOU Y ， MENG X Q ， JIANG D B ， et al . Extraction method of structured light stripe center under complex interference ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2020 ， 47 （ 12 ）： 1204004 . （in Chinese） . doi: 10.3788/cjl202047.1204004 http://dx.doi.org/10.3788/cjl202047.1204004

万卓仁，赖磊捷 . 基于自适应窗口的线结构光条中心提取方法［J］. 自动化仪表， 2020 ， 41 （ 10 ）： 43 - 46， 50 .

WAN ZH R ， LAI L J . Method for extracting the center of line structured light stripe based on adaptive window ［J］. Process Automation Instrumentation ， 2020 ， 41 （ 10 ）： 43 - 46， 50 . （in Chinese）

孙传富，彭涛，陆永刚，等 . 连铸坯三维测量多线结构光的中心条纹快速提取［J］. 光学精密工程， 2023 ， 31 （ 3 ）： 380 - 392 . doi: 10.37188/OPE.20233103.0380 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20233103.0380

SUN CH F ， PENG T ， LU Y G ， et al . Fast extraction center stripe of multi-line-structured light for three-dimensional measurement of casting slab ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2023 ， 31 （ 3 ）： 380 - 392 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20233103.0380 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20233103.0380

浏览量

436

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于多分支残差注意力网络的水下图像增强

基于策略梯度和伪孪生网络的异源图像匹配

面向点云分类和分割的形状自适应特征聚合网络

基于机载的红外动态目标视频实时超分辨率重建

数据驱动的多模复合制导信息融合及其试验验证