机器视觉中的蓝宝石切割(十年前的u米级别miniled,半导体晶圆切割项目)

机器视觉中的蓝宝石切割(十年前的u米级别miniled,半导体晶圆切割项目)

以下是曾经做过的项目,现在回顾一下。

那时候,初见miniled,人称晶圆,我也不懂,姑且叫晶圆,有4寸,8寸,和12寸。

从前的项目,视觉精度做到0.01mm,就算顶级的了!

现在这个项目,机器视觉精度要达到0.001mm,心里没底,有点发毛!

好在公司分部做过这个项目第一代(G0),好处和坏处,全部看在眼里!

既然定下来了,要做第二代(G1),我也被选中,那也就向自己的不可能挑战!

这个晶圆没见到4寸的,做项目只兼容了8寸和12寸,整个宏观要看清楚,使用了vst的2514h镜头!

要切割8寸和12寸晶圆内部细节,通道有20um,8um的,4英寸听说切割通道是2um的!所以切割细节的镜头选用远心显微镜头(也是vst的,最初想用三丰的镜头,但他的工作距离不够,下面的光源安装不上去),十倍放大,视野0.6mm*0.8mm,经过一个多月的准备,终于精度搞定,我看1um,丢给伺服前进1um,刚刚好,相互验证成功!(其实大家做视觉,都知道,要保证1um精度,你要在0.33um下功夫,也就是1/3规则)

第一代,只能看手机屏幕里的led,精度很差,所以不成功,才升级,所以,发现机器视觉在项目中很重要!

好,我们看看整体设计:

第一,晶圆放入castle,上料

第二,第一个ccd相机(cctv 2514h镜头),看宏观

第三,第二个ccd相机,看晶圆细节(刚开始有一个过渡ccd,后来舍弃,简单就好)

第四,在um级别通道里,进行切割

第五,下料

看上去很简单,应了一句话,越简单,难度越大。

下面是机器视觉选型的基础原理:可以参考

蓝宝石晶圆切割g1机器视觉整个定型的思考:

1,光學倍率=物體尺寸與影像尺寸的比例。2/3英寸ccd的height=6.6mm.width=8.8mm,
1/3...............3.6,........4.8.
1/2...............4.8,........6.4.
1/1.8.............5.3,........7.2.
當前用2/3英寸ccd,假定視野能看到12.5mm長的物體,那麼鏡頭倍率是8.8/12.5=0.7.(縮小)
假定視野能看到0.88mm長的物體,那麼鏡頭倍率是8.8/0.88=10.(放大)
2,機構運動直線度小於3um,意味著高精度。ccd精度1um.
3, g0存在掉幀問題,取像不清問題,解決方法:換相機,鏡頭和光源。(由實驗決定)
4,xp+vb+ni改為xp+C#(vs2008)+visionpro(7.2),并使用標定在g1.
5,同軸方案廢棄。不能滿足ccd和激光的精度。估計其精度大於10um。
6,溫度,濕度,震動,雜物影響提出。
7,匹配中心對齊,如何衡量問題提出。
8,日本三豐有na高(0.42)放大倍數高(X20)的鏡頭。工作距離20mm。其鏡頭解析度0.8um,好於當前1.45um。
9,確定使用網口相機,以及15frame的相機。其實camralink速度更快,但不熟悉。
10,確定ccd的bom清單。
11,2寸*25.4=50.8mm,4*25.4=101.6mm,6*25.4=152.4mm。
12,相機發熱,ccd熱脹影響多少?安裝位移動影響多少?Al(鋁)在20度每增加一度,1m變化23um。
噴水霧滴對相機影響多少?
人走動以及幾台震動,或者噪音震動對ccd影響多少?要小於三個像素*0.36um=1.08um。
灰塵對ccd影響多少?一個灰塵大小6um*6um。
13,備品
14,原則:單獨精度高,時間片內單獨工作,其他,不動,不算,不參與
15,藍光的波長550nm=0.55um。振幅?振幅影響?
16,關鍵ccd使用9點標定。用cognex不疑。
17,安裝的水平垂直,安裝重複精度。持久(磨合)精度。
18,10倍顯微遠心鏡頭,工作距離55mm,畸變小於0.01%mm.
19,同軸光源(亮視野效果差,看不見)不如環形光源(藍,綠)。發現綠光要求的光亮度很大。
主要和暗視野打光有關。還有就是fno=放大倍率/2na,fno很大(21),即獲取的光很弱。
(0.02mm)景深/2*倍率^2=0.04*fno.(25)
藍光強(好)於綠光,估計藍光的振幅(能量)大於綠光(不会!)?(能量提供及其他實驗硬件相同,暗场反着来?)
20,ccd測到g0的一些參數(miniled,还未看到真正晶圆):
mark 0.16mm*0.16mm
線間距0.274mm
線厚度0.0089mm
電極圓半徑0.04mm
通道0.02mm
通道線厚度0.003mm
激光切割痕0.014mm
裂痕0.006mm
21,只能針對非鏡面產品,g0通用產品,以當前方式切割。
22, 關鍵ccd視野定為0.88mm*0.66mm,可以滿足1um精度要求。重複精度0.5um內,震動和灰塵因素排外。
23,擔心標定片的精度,畸變的參數。
24,激光和ccd不共焦點面。ccd看到玻璃(藍寶石)下面去了至少50um(產品100um,按一半算)。
25,ccd整體運行工作ok,擔心cognex計算精度。
26,鏡頭解析度只有1.45um,ccd解析度0.38um,爲什麽可以達到精度0.5um,原理類似參照遊標卡尺(亞像素計算)。
27,安裝,保護,防塵,防水,散熱。?
28,藍膜加熱會變形。
29,眼睛觀測到并確定的如何標準化。//專利
30,編寫程序
31,程序參考
32,赴臺g1 ccd所需。
33,紅外系列CCD成套系統,精度理想分析0.38*2=0.76,1um精度無保障。硅晶圓敏感1200-1400nm
鏡頭moritex mml-nir;光源opt ir 940nm;相機pamina hk640-f60 ingaas 900-1700nm(640*480)
34,水中插魚問題排除。
第一筆記本整理完成,(201511261731)第二筆記本明日繼續整理。
35,當下標定片(cognex)失效,小視野180nm標定片定制無結果。採用機構座標系,9點標定ccd系統。2倍倍率變10倍倍率的標定不可用。
36,cognex image source與acq取像問題。
37,軟體的編寫和測試完成,問題點及解決辦法詳見筆記本二(p1-p90,10.06-10.28)。
38,程序某些細節仍在改進中,當前代碼量1000行左右,較穩定(11.26)
39,發現ccd也有亮點(壞點)。
40,大多數還是人在看精度并判斷(定性),所以示形對於精度有很重要的意義。精度的衡量(定量)一步一步交由程序,這就是(假)智能 。
微軟的os((假)智能)具有很典型的意義。(其實這才是真正的自動化,真智能還有很遠的路要走)
41,標定片,示形,光源控制程序,關鍵ccd數據記錄,備份ok。
42,2514H1效果好於2514h(cctv研究結果)。而且可以增加接環(1mm)使工作距離降低(10cm)。
43,需要攜帶1mm接環并更換2514h1鏡頭嗎?事已定,不可更改。(精度影響不大)
44,若C#中使用異步線程,要避免使用佔用空間很大的臨時變量,如bitmap。
45,cognex visionpro7.2安裝包,vs2008安裝包。
46,ccd清晰度定量分析實現(400000*0.01=4000,以像素計算達百分之一的精度)
垂直或平行定量分析(使用intercross結果判定),
標定片工藝和鏡頭畸變確認?
座標系轉換中計算誤差?
47,雙側遠心鏡頭好於單側遠心鏡頭?
48,此設備成敗關鍵在於切割裂縫規律(6um,不规律),其次機構精度(3um,马达线性度,气悬浮线轨,已保证),再次ccd(0.36*3=1.08um,,已保证)。