基本信息
- 项目名称：
- IC芯片引脚共面性在线光电检测仪
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品涉及电子集成电路模块的检测设备，特别是IC芯片引脚共面性检测设备。随着电子信息工业的迅速发展，在电子集成电路器件生产的流水线上，产品性能检测是一项重要的工序，特别是SO型IC芯片在SMT产线进行表面贴装时，为了防止贴装的焊接不良，使得贴装工艺对引脚的共面性就有了相当高的要求（共面程度≦0.1mm,超过即为不合格品）。本团队研究生团队在“珠三角”许多生产IC的相关企业调研时发现，如何能有效、方便的对用于SMT生产使用的IC芯片（SO封装）引脚的共面性进行质检是一个严重困扰生产企业的问题，目前生产企业使用方法的以人工目视检测和使用在线共面性质检设备检测为主，前者主要缺点是检测误差大、速度慢；后者主要缺点是不仅检测速度慢，而且使用质检设备均为国外进口，其价格昂贵企业难以承受。 我们团队针对上述问题和企业需求，结合近年来在光电检测方面取得的研究成果，自主创新研发了集光机电算于一体的数字化、智能化光电在线质检仪器——IC芯片引脚共面性在线光电检测仪，不仅满足了国内外市场对该类设备经济实用型的需求，而且填补了国内该类设备的空白。本作品采用与国外同类产品所不同的创新思路，即引入检测基准平面与引脚进行距离比较，通过图像采集与处理可读出其比较值，再通过自动识别软件就可自动判断SO型引脚的共面性是否超差，从而能实施在线检测；而且可以满足大视场的检测需求（即芯片总长度≤28mm），检测标准时间：3s/片，此外该仪器的市场售价约为进口同类机型的1/4～1/6。目前本仪器的样机已经通过企业的试用，并成功获得两台生产订单。
- 详细介绍：
- 2008年3月本研究生团队在指导老师的带领下，到“珠三角”地区就电子工业工艺装备发展态势及进口设备国产化进行调研。师生们既深入深圳华为、东莞台达和肇庆风华等大型企业生产现场,还到过不少中小企业,掌握了大量第一手材料。此行给我们留下了深刻的印象:①电子行业目前还是一个劳动密集型的产业,需要进一步提升装备的自动化、智能化水平，在这个领域里还有不少工作可以介入；②主打装备基本上是“洋机”一统天下，引进、吸收再创新的国产化任务艰巨；③计量、质检仪器相对滞后。不少检测环节还是靠人工目视检测，急待研发新型检测仪器，用“机检”替代“人检”。社会实践给我们出了不少“题目”，经过认真思考，我们选择了企业急需、影响产品质量的一些带有共性的“瓶颈”课题，集中力量攻关，以求服务用户，出创新成果。 本作品就是针对从多电子企业中所遇到的SO型IC芯片引脚共面性在线质检的共性“瓶颈”问题而设计研发的。经历了近一年的不懈努力，课题组攻克一个又一个技术难关，特别是杂散光这一“拦路虎”，数千次的试验，百多次的改进，终于达到预期目标；而样机与生产线“磨合”又是一场“硬仗”：二十多次带样机到生产现场作试验，还有在东莞××镇低档旅社里调试机器的数不清不眠之夜……我们相继取得了4个阶段性成果：①原理性实验；②Ⅰ型科研样机；③Ⅱ型科研样机；④中试样机（本作品）。 苍天不负苦心人，样机在××有限公司（台湾排名前列电子制造商独资子公司）的生产现场经历了近三个月的“洗礼”后，本作品各项技术指标均能满足厂方的要求（ 1、检测标准时间：3S/片；2、检测准确率≥90%；3、检测精度（引脚共面程度）≦0.1mm；），最近又不断传来好消息：①我们合作方——××光电仪器有限公司赢得了2台商品机（人民币4.7万元/台，共9.4万元）的订单；②3个专利申请被受理；③国内无相同机型的查新报告的结论。目前我们与合作方全力投入商品机型的研发和形成量产能力的工作之中。让“中国创造”的新机型屹立于“洋机之林”中的美好愿望付诸实现；为国争光、为中国人争气！
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- SO型元件在进行表面贴装时，贴装工艺其引脚的共面性允差≤0.1mm，现行IC引脚共面性检测方法有：①机器视觉的检测设备；②投影仪；③人工检测；这些都无法同时满足在线、经济、高检测精度等各项要求。为确保SO型IC芯片引脚共面性达到SMT生产的要求，用“机检”替代“人检”势在必行。经调研，目前国内经济实用的IC共面性在线质检仪尚未见报道，可见本作品的研发是必要的和迫切的。本IC芯片引脚共面性在线光电检测仪是一款集光机电算、图像识别和数控技术于一体的数字化、智能化光电仪器。它能快速获取引脚共面性图像信息，并通过软件进行自动识别不良品等功能。其创新点如下： ①原理创新。国外同类产品采用小景深原理作为引脚共面性是否超标的判据。该判别原理缺点是，因光学规律制约了小景深系统的视场不能大，要检测较大的IC芯片引脚共面性，只能分步采集，检测时间较长，而仪器采用与基准平面比较为原理的创新思路。即引入检测基准平面与引脚进行距离比较，通过图像处理软件可知其比较值，进而自动判断引脚的共面性是否超差。这一原理，最大优点可以通过大视场、高分辨率的光学系统一次性采集到IC芯片引脚图像，因此检测速度快。 ②技术手段创新、实现高性价比。为实现原始创新思路的技术手段是设计长工作距离大视场高分辨率光学采集系统，以替代国外同类产品中严格控制景深的光学系统。两者相比，本光学系统设计难度相对低，故本仪器具有高性价比。 技术关键： ①长工作距离大视场高分辨率光学采集系统的设计制造 ②图像处理与自动识别软件的开发。
科学性、先进性
- 国际上有类似的检测仪器，但只能检测SO型单边20个引脚以内芯片，以日本设备为代表，检测原理是通过物镜景深效应来判断IC芯片引脚是否合格。缺点如下：1、检测速度慢，为控制物镜景深值0.1mm，则物镜视场不宜过大，过大会导致像差大影响检测结果，故无法一次性检测上述芯片，实际需分四段进行检测，检测时间8S/片；2、物镜制造成本高，为保证物镜景深值值会使物镜结构变得很复杂，使得加工成本很高；3、设备价格昂贵，20～30多万人民币1台。 本作品能克服上述缺点，其方法是：1、通过大视场、高分辨率的光学系统同时将检测基准平面和芯片单边20引脚的图像信息一次性采用，然后通过识别软件自动判断SO型芯片引脚是否超差（判断是否超过0.1mm），从而提高生产效率，检测时间3S/片；2、作品国产化程度高，价格为人民币约5万/台，是日本同类设备价格的1/4～1/6。本作品的检测方法根据桂林国际联机情报检索服务中心查新结果显示：该方法未见国内有报道，从而证明本作品在国内属于首创，整机水平属国内领先水平。
获奖情况及鉴定结果
- 1.本作品09年4月24日委托桂林国际联机情报检索服务中心进行查新，其结果显示：本作品使用的方法以及达到的技术水平未见国内有报道，从而证明本作品在国内属于首创，整机水平属国内领先水平。2.2009年1月参加广西南宁科技活动周
作品所处阶段
- 已完成2台商品机（人民币4.7万元/台，共9.4万元）的订单。
技术转让方式
- 有意者面谈
作品可展示的形式
- 实物、现场演示、图片、海报等
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品在国内属于首创，整机水平属国内领先水平。其技术特点和优势如下： 1、检测速度快。由于使用光学大视场、高分辨率的光学系统能一次性检测40引脚（单边20引脚）以下的IC芯片（SO封装），进而大大提高了劳动生产效率，检测标准时间为3S/片。 2、准确率高。与现有技术相比，本作品通过光学系统在CCD摄像机中的成像，再由软件自动判断成像中IC芯片引脚与基准面的距离，从而判断该芯片是否合格(判断是否超过0.1mm)检测准确率≥95%。 3、设备成本低。由于本作品的零件国产化程度极高，其价格约为：5万/台（人民币）是日本同类设备价格的1/4～1/6。 本作品能广泛适用于中小型IC生产线和SMT生产线进行IC芯片（SO封装）引脚共面性检测。据市场分析仅“珠三角”一地的市场需求预计100～200台/年，年市场销售总额约为500～1000万元（人民币）。目前东莞××电子厂（台湾排名前列电子厂）已下有两台订单（共计人民币94,000元）。
同类课题研究水平概述
- 在电子集成电路器件生产的流水线上，产品性能检测是一项重要的工序，特别是SO型IC芯片在进行表面贴装时，贴装工艺对引脚的共面性提出了相当高的要求。根据向相关企业调研和企业反馈调查显示，目前国际上有生产类似检测仪器的厂家，但只具有单边20个引脚、总长28mm以内的芯片检测仪器，以日本同类设备为代表，其检测原理是通过物镜景深效应及其成像清晰度来判断IC芯片是否合格。这种设备的缺点如下： ①检测速度慢，因需要控制好物镜的景深值≤0.1mm，则物镜的视场不能过大，过大会严重影响 成像质量，从而很难保证检测结果，故无法一次性检测单边20个引脚的IC芯片（SO封装）， 检测该类芯片时则需分四段进行检测，其检测标准时间约为8S/片； ② 物镜制造成本高，因物镜景深值的精度要求很高，会使物镜结构变得很复杂，从而加工成本很高； ③设备的价格昂贵，一般需要20多万～30多万/台（人民币）。 本产品能克服上述的缺点，其具体方法是： ①、通过大视场、高分辨率的光学系统同时将检测基准平面和芯片单边20引脚（芯片总长28mm）的图像信息一次性采用，然后通过自动识别软件自动判断SO型引脚的共面性是否超差（判断是否超过0.1mm），从而大大提高了生产效率，检测标准时间为3S/片； ②、本产品的零件国产化程度高，其价格约为5万/台（人民币）是日本同类设备价格的1/4～1/6。 本作品的检测方法根据桂林国际联机情报检索服务中心查新结果显示：该方法未见国内有报道，从而证明本作品在国内属于首创，整机水平属国内领先水平。
