采用机器视觉技术实现BGA连接器焊球质量检测装置研究

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采用机器视觉技术实现BGA连接器焊球质量检测装置研究

时间:2019-01-12 19:51作者:admin打印字号:

  )是近几年发展起来的一种电子器件封装技术BGA(Ball Crid Array,模集成电路的封装非常适用于大规,十分迅速其发展。封装器件现已被广泛应用BGA连接器和BGA,子产品中都能找到BGA封装器件几乎所有的计算机、移动电话等电。接器的BGA焊接面图1 是BGA连。

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  与印刷电路板连接的引脚BGA连接器以焊球作为。装时安,A连接器加热BG,在印刷电路板上使焊球直接熔接,连接器的安装过程就可完成BGA。的连接器相比与其他类型,具有安装方便BGA连接器,可靠工作,密度高封装,装配易于,积小体,感小等优点自感和互。成电路芯片封装或用作IC器件的连接插座它特别适用于计算机CPU等超大规模集。器安装后的侧视图图2是BGA连接。

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  2可知由图,制造精度要求很高BGA连接器的,机械尺寸精度要求非常高尤其是对BGA焊球的。高度差应小于0.2毫米BGA连接器上的焊球,个或某些焊球无法与电路板正常熔接否则就会造成BGA 连接器上的某,电路产品报废从而使得整个。致造成的电路连接故障的示意图图3 是BGA焊球高度不一。

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  连接器的连接故障为了避免BGA,量进行检测(主要检测参数为焊球的直径、高度)通常要在生产流水线上逐一对BGA连接器焊球质。接触式测量方法若采用传统的,周期较长不但测量,接器上每一个焊球在线检测的要求而且无法满足在生产线现场对连。

  连接器焊球的质量检测将机器视觉应于BGA,非接触在线检测则可实现无损。采集和图像处理的方法由于机器视觉采用图像,测BGA连接器的整个图像可在一次采样过程中获取被,检测周期非常短因此它的整个,的所有焊球一次检测完成并且能将BGA连接器上。然显,GA连接器质量检测方法它是一种较为理想的B。

  连接器焊球的直径、高度等参数采用机器视觉方法检测BGA,GA连接器焊球端面的图像先由图像采集装置获取B,图( 所示该图像如。GA连接器焊球的曲面信息然后设法从该图像提取B,焊球的直径、高度等参数最后由曲面信息求得被测。

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  过程如图4所示焊球图像生成。焊球表面点S光源照射到,射在图像面的点S‘上其反射光经透镜中心投。为平行光当光源,匀散乱分布反射光呈均,近似平面投影时且焊球的投影为,值I与照明方向角(α图像面点S‘的灰度,点S的状态有关β)和焊球表面。系可表示为其函数关:

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  (xI,y,α,*ρ(xβ)=A,G(py)*,q,α,I(xβ),y,α,像面上点S‘的灰度值β)是与点s对应的图,装置直接得到可从图像采集;时同,影方向角(α它也是以光投,物体表面点S(xβ)为参数的关于,的函数y)。常数A为。(xρ,点S(xy) 为,表面反射率y)处的,S(x它与点,面性质有关y)的表,纹等都会影响反射率如表面有污点或有花,有不同的ρ(x且不同的位置,)y。物体表面的密度G为入射光在,方向角(α当光投影,确定后β),S(x它与点,面斜率有关y)的表。

  图像带有被侧物体的三维信息p、ρ由上述分析可知:在图像面生成的。的灰度值后检测到点S,y值和入射光方向角(α只要根据点S的坐标x、,)β,式(2)提取p、ρ设法从式(1)或,球表面的斜率就可得到焊,出被测焊球的直径、高度然后由点S的斜率计算。是但,面反射率ρ(x式(1)中的表,为复杂y)较,同的表面反射率不同的物体有不,表面反射率也不尽相同同一物体的不同位置的,业生产环境下而且在连续工,物体表面反射率ρ(x不可能得到准确的被测,)y。此因,灰度值I计算出点S的斜率直接应用式(1)无法由。

  率ρ(x表面反射,然复杂y)虽,的表面性质有关但是它仅与点S,条件无关而与照明。反射率ρ(x这里利用表面,这一特性y)的,视点下在同一,两种不同入射方向角用同一光源分别以,连接器的焊球照射BGA,处获得相应的两个灰度值I1和I2用图像采集装置在图像面的点S‘。S‘在不同照明条件下的灰度值由于I1和I2是图像面上点,器焊球上的同一点S对应于BGA连接,、y和表面反射率ρ(x具有相同的平面坐标x,)y。联立方程求解下列:

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  视点下在同一,方向角照射被测BGA连接器焊球用相同光源分别以两种不同入射;像面在图,的两幅BGA连接器图像用图像采集装置获取相应;后然,值和入射光源方向角代入式(5)逐一将两幅图像对应点的两灰度,接器各点的p值求出BGA连,存于一两维数组中并将求得的p值,图像的x、y坐标对应并使该数组的下标与,GA连接器的表面斜率图像(沿x方向)从而将BGA连接器的灰度图像转换成B;像提取BGA连接器的表面斜率信息最后由BGA连接器的表面斜率图,球的直径、高度计算出BGA焊。之为“两次投影”把上述测量过程称。

  A焊球的高度、直径由于目标是检测BG,面斜率图像(沿x方向)后在获得BGA连接器的表,p变化的极大值和极小值沿x方向找出所有斜率,就可方便地计算出BGA焊球的直径、高度然后根据相邻极值在x方向和y方向的距离。装置的像素间距和保存p值的两维数组下标求得相邻极值在x方向和y方向的距离可由图像采集。标为某一值时图5是当y坐,焊球曲面信息得到的BGA。

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  采集装置通过图像,取两M×N像素的图像在同一视点的图像面获,mage1[m分别保存于i,age2[mn]和im,数组中n]两。被测BGA连接器表面X轴方向的斜率下列算法计算图像面上每一像素对应的。一M×N数组中计算结果存于。

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  8X590像素的面阵式CCD摄像头该BGA连接器焊球检测装置采用76,7图像捕捉卡NI-190,4-1.7G计算机LED平面光源和P。BGA连接器(40X40mm)该装置用于检测200个焊球的,球高度和直径检测参数为焊。小于800ms它的检测周期,可达到2%检测精度,测速度快具有检,靠等特工作可点

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