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球栅阵列（BGA）集成电路视觉定位系统的研究

作　者: 赵丽花
导　师: 王克奇
学　校: 东北林业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 球栅阵列视觉定位边缘提取分形理论
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
下　载: 34次
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内容摘要

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0<H<1,若H>1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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
1 绪论  11-16
  1.1 课题研究的目的意义  11-12
  1.2 国内外现状分析  12-15
  1.3 论文研究内容及安排  15-16
2 视觉定位系统的机构设计  16-27
  2.1 视觉定位系统设计要求  16-17
  2.2 机械系统设计原则  17-18
  2.3 系统工作过程及模块设计  18-23
    2.3.1 视觉采集系统的设计  20-21
    2.3.2 摄像机的选取  21
    2.3.3 照明系统的设计  21-23
  2.4 成像光路设计  23-26
  2.5 本章小结  26-27
3 BGA芯片图像边缘提取方法研究  27-66
  3.1 图像边缘提取的方法  27-46
    3.1.1 基于算子的边缘提取  27-37
    3.1.2 基于数学形态学边缘提取  37-42
    3.1.3 新兴的边缘提取方法  42-46
  3.2 基于分形理论的BGA芯片图像边缘提取  46-60
    3.2.1 分形概念  47-53
    3.2.2 随机分形  53-57
    3.2.3 分形参数边缘提取算法的实现  57-60
  3.3 算法改进及实验结果分析  60-64
  3.4 本章小结  64-66
4 系统的标定及定位方法的研究  66-80
  4.1 视觉成像系统的标定  66-72
    4.1.1 物镜成像位置标定  66-67
    4.1.2 图像几何畸变校正  67-72
  4.2 BGA芯片特征描述  72-73
  4.3 视觉定位算法的研究  73-77
    4.3.1 基于球形引脚的定位方法  73-75
    4.3.2 基于点模式匹配的定位方法  75-77
    4.3.3 实验结果与讨论  77
  4.4 伺服控制系统的设计  77-79
  4.5 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-88
攻读学位期间发表的学术论文  88-89
致谢  89-90

球栅阵列（BGA）集成电路视觉定位系统的研究

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