Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dreidimensionalen, berührungslosen Vermessung der Geometrie von Halbleiter-An¬ schlußbeinen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Durchfüh¬ rung dieses Verfahrens.

Die auf dem Markt befindlichen Halbleiterbauelemente weisen unterschliedliche Bauformen auf. Die Anschlußbeine dieser Ele¬ mente können in einer Reihe an einer Seite des Bauelementes angeordnet sein, wie z. B. bei Leistungshalbleitern, sie kön¬ nen in zwei Reihen, wie zum Beispiel bei der Bauform small outline narrow oder in vier Reihen an vier Seiten des Bauele¬ mentes wie zum Beispiel bei der Bauform Quad Fiat Pack (QFP) angeordnet sein.Unter Anschlußbein wird in diesem Zusammenhang

jede nach außen geführte metallische Kontaktierung verschiede ner Bauformen verstanden. Dies kann z.B. gull-wing bei SOIC oder QFP sein, J-lead bei SOJ, PLCC, oder metallische Halbku¬ geln bei BGA. Da es sich bei diesen Bauelementen um Präzisi¬ onsbauteile handelt, ist es von besonderer Bedeutung, daß die bmessungen und die Geometrie der Anschlußbeine im Rahmen der gegebenen, sehr engen Toleranzen liegen. Um feststellen zu können, daß die Geometrie der Anschlußbeine noch innerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegt, muß eine dreidimensionale Mes¬ sung stattfinden. Der Messvorgang soll berührungslos durchge¬ führt werden, da die sehr empfindlichen Anchlußbeine leicht beschädigt werden können. Es sind verschiedene Verfahren zu Vermessung der Geometrie der Anschlußbeine bekannt. Ein sol¬ ches Verfahren stellt z. B. das Laser-scanning-Verfahren dar. Dabei wird jedes Anschlußbein mit einem Laserstrahl abgeta¬ stet, und die Information des reflektierten Lichtes durch eine Sensoreinheit aufgenommen, registriert und ausgewertet. Andere Verfahren verwenden entweder nur zweidimensionale Meßtechnik oder dreidimensionale Meßtechnik unter Verwendung von Hinter¬ grundbeleuchtung oder Licht/ Schattenprojektion.Da diese Ver¬ fahren im Durchlicht durchgeführt werden befinden sich Licht¬ quelle und Sensor auf verschiedenen Seiten des zu vermessenden Bauteiles. Die Vermessung der Anschlußbeine erfolgt bei diesen Verfahren zwar berührungslos, jedoch ist eine Berührung des Bauteiles zum Zwecke der Positionierung innerhalb der Meßein¬ richtung erforderlich. Bei dieser Handhabung kann eine Beschä¬ digung des Bauteiles, z. B. Verbiegen eines oder mehrerer der Anschlußbeine nicht ausgeschlossen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur

dreidimensionalen berührungslosen Vermessung der Geometrie von Anschlußbeinen bei Halbleiter-Bauelementen anzugeben, bei dem die Bauelemente während des Messvorganges in der Verpackung, z.B. im Tray verbleiben, und bei dem die Genauigkeit der Mes¬ sung von den Umgebungseinflußfaktoren weitgehend unabhänig ist.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des im Anspruch 1 angege¬ benen Verfahrens gelöst. Eine Meßeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 5 angegeben. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das zu vermessende Bauelement von oben großflächig und gleichmäßig beleuchtet. Durch derartige Beleuchtung des zu messenden Bauteiles und der Anschlußbeine ist erreicht, daß die Messergebnisse von den Oberflächeneigenschaften der zu vermessenden Bauelemente unab¬ hänig sind. Es werden zwei Ansichten der Enden der in einer Reihe liegenden, zu vermessenden Anschlußbeine auf einer ein¬ zigen, Sensoranordnung in einer Aufnahme gleichzeitig abgebil¬ det. Dabei ist es unwesentlich, ob die Anschlußbeine einer Reihe in derselben Ebene oder z. B. in zwei, um einige Milli¬ meter voneinander getrennten Ebenen liegen. Die zwei Ansichten der Enden der Anschlußbeine einer Reihe werden an einer Stelle eines jeden Anschlußbeines durch die Registrierung der opti¬ schen Daten des unter verschiedenen Winkeln reflektierten Lichts aufgenommen. Es wird jeweils nur eine einzige Aufnahme der beiden Ansichten benötigt, um in einer Auswerteeinheit rechnerisch die dreidimensionale Position des Anschlußbeines mittels stereoskopischer Auswertung zu bestimmen. Bei Bauele-

menten, bei denen die Anschlußbeine vierseitig angeordnet sind, sind es acht Ansichten, die abgebildet werden. Die Ab¬ bildung dieser Ansichten wird auf einer einzigen Sensorein¬ heit vorgenommen. Diese Ausführungsform der Meßeinrichtung ist kostengünstig. Bei nur einer Abbildung des reflektierten Lichts auf nur einer Sensoreinheit wird das von zwei Ansichten des Endes des Anschlußbeines reflektierte Licht über optische Anordnungen so umgelenkt, daß es zu der einen gemeinsamen Sen¬ soreinheit gelangt und dort abgebildet wird. Die Beleuchtung kann dauernd eingeschaltet sein oder es kann sich um eine Blitz- Beleuchtung nur für die Zeit der Aufnahme handeln. Die Blitz-Beleuchtung ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Bauelemente in Bewegung vermessen werden sollen. Damit in der Sensoreinheit das von der Oberfläche der beleuchteten, hellen Anschlußbeine reflektierte Licht nachgewiesen werden kann, muß der Hintergrund dunkel sein. Diese Forderung ist im allgemei¬ nen durch das dunkle Material der Trays gegeben und kann durch eine geeignete Anordnung der Lichtquellen unterstützt werden, indem z.B. der Schatten vom Körper des Bauteiles ausgenützt wird.

Die wesentlichen Bestandteile einer Meßeinrichtung zur Vermes¬ sung von Anschlußbeinen bei Halbleiterbauelementen sind: eine Lichtquelle, die großflächig und geich äßig das zu vermessende Bauelement von oben beleuchtet, eine Senoreinheit, zum Nachweis und zur Abbildung des von den Enden der Anschlußbeine reflektierten Lichts, und eine Auswerteeinheit zur Auswertung der aufgenommenen optischen Daten. Die Auswerteeinheit er¬ reicht durch die Interpolation und Mittelwertbildung im digi¬ talisierten Graubild eine Meßgenauigkeit, die wesentlich bes-

ser ist,als die Auflösung der Sensoreinheit (z.B. einer CCD Kamera). Die Auflösung liegt im Bereich 1/10 bis 1/100 Bild¬ punkt. Es handelt sich um das sog. Subpixel-Verfahren. Wichtig für die Erfindung ist jedoch die besondere Kombination der einzelnen Bauteile. Ferner ist für die Meßeinrichtung eine op¬ tische Anordnung für die Umlenkung der reflektierten Licht¬ strahlen vorgesehen. Durch die Umlenkung des Strahlenganges des reflektierten Lichtes der zweiten Ansicht ist die Aufnahme von zwei Ansichten der Enden der Anschlußbeine mit nur einer einzigen Sensoreinheit möglich. Die optische Umlenkanordnung ist vorteilhafterweise durch optische Spiegel gebildet. Für jede Anschlußbeinereihe ist mindestens ein Spiegel erfor¬ derlich. Soll also das von mehreren Reihen der Anschlußbeine reflektierte Licht auf einer einzigen Sensoreinheit in einer einzigen Aufnahme abgebildet werden, so sind mehrere Spiegel erforderlich (z. B. bei vier Reihen sind mindestens vier Spie¬ gel erforderlich). Das erfindungsgemäße Verfahren und Meßein¬ richtung ermöglichen die Anordnung sämtlicher Meßbauteile auf einer Seite des zu vermessenden Bauelementes mit dem Abstand von mehreren Millimetern zum Bauelement. Daher kann die Meßeinrichtung ohne mechanische Kollision über einem Tray mit Bauelementen verfahren werden, oder das Tray unter der Meßein¬ richtung. Ohne Berührung eines Bauteiles kann sowohl die Posi¬ tionierung als auch die Vermessung durchgeführt werden, indem lediglich das Tray als ganzes positioniert wird. Ferner ist es vorteilhaft, daß die Messung mit nur einer Sensoreinheit durchgeführt werden kann, da eine solche Anordnung kostengün¬ stig und der Meßbetrieb einfach handhabbar ist. Daraus ergibt sich auch ein geringer Wartungs-, Justage- und Kalibrierauf¬ wand. Die Meßeinrichtung arbeitet mit nur einer Sensoreinheit,

z. B. mit nur einer CCD-Kamera auf der beide Ansichten in Form einer Aufnahme abgebildet werden, was durch eine optische An¬ ordnung , die den Strahlengang der zweiten Ansicht des Endes des Anschlußbeines so umlenkt, daß dieser zur Sensoreinheit der Sensoranordnung gelangt und dort abgebildet wird, ermög¬ licht wird. Dabei sind die Strahlengänge des direkt zu dem Sensorelement geführten reflektierten Lichts und des umgelenk¬ ten Lichts paralell (telezentrische Abbildung),wie bereits oben beschrieben. Die Anforderungen an die mechanische Genau¬ igkeit der beschriebenen Meßeinrichtung bzw.des Meßkopfes derselben und die Positionierung zu dem zu vermessenden Bau¬ element selbst bei Einsatz von mehreren Spiegeln verhältnismä¬ ßig einfach erfüllbar. Ein Meßkopf mit einer Sensoreinheit, Beleuchtung und einer Spiegelanordnug mit mehreren Spiegeln, wobei die Bauteile relativ zueinander fest montiert sind, kann eine Abweichung in seiner Positionierung zum Bauelement , um mehrere 0,1 Millimeter aufweisen ohne Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit. Diese ist lediglich von der Konstanz der rela¬ tiven Position der einzelnen Bauteile des Meßkopfes abhängig. Diese können starr miteinander verbunden werden. Die exakte Montage der Spiegel auf konstruktiv festgelegten Positionen ist nicht erforderlich. Vielmehr können die Spiegel mit großen Toleranzen (0,1mm) montiert werden. Nachdem eine starre Ver¬ bindung zwischen der optischen Umlenkanordnung (Spiegeln) und der Sensoreinheit (CCD-Kamera) hergestellt wurde, kann mittels eines geeigneten Kalibrierstückes die Meßeinrichtung selbst zunächst die exakten Positionen und Winkel der Spiegel vermes¬ sen. Dies geschieht, indem mehrere Bild-Aufnahmen gegeneinander verrechnet werden,die bei um jeweils einige 0,1 mm verschobe¬ nem Meßkopf von ein und demselben Kalibrierstück (z.B. exakt

vermessenes, recheckiges Metallplättchen) gemacht werden. Sämtliche Montagewinkel und Montagepositionen aller Spiegel können aus den unterschiedlichen Orten, o die Kanten des Kali¬ brierstückes bei verschiedenen Positionen des Meßkopfes gese¬ hen werden, nach den bekannten stereometrschen Formeln be¬ rechnet werden. Nach dem Kalibrierprozess bleibt die Genauigkeit erhalten, solange die starre Verbindung zwischen Spiegeln und Kamera nicht gelöst wird.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die in den nachfolgenden Figuren dargestellt sind, näher erläutert.

Es zeigen :

Fig. 1 Eine Skizze, die das Prinzip des Verfahrens erläutert.

Fig. 2 Eine Prizipskizze des Verfahrens mit einer optischen Umlenkanordnung mit jeweils zwei Spiegeln.

Fig. 3 Ein Bild in der Sensoreinheit bei Vermessung eines Bauelementes mit zwei Reihen von Anschlußbeinen.

Fig. 4 Ein Bild in der Sensoreinheit bei Vermessung eines Bau¬ elementes mit vier Reihen von Anschlußbeinen.

Fig. 5 Eine Prinzipskizze der Konstruktion des Meßkopfes der Meßeinrichtung.

In Fig. 1 ist schematisch ein Halbleiterbauelement 1 mit an zwei Seiten angeordneten Anschlußbeinreihen 2 dargestellt. Das Halbleiterbauelement 1 ist von oben durch eine Lichtquellenan¬ ordnung 9 großflächig beleuchtet. Das vom Ende eines jeden An¬ schlußbeines 2 reflektierte Licht wird durch eine Sensorein¬ heit-Abbildung (Kl, K2) nachgewiesen. Es sind lediglich zwei Ansichten der Enden der Anschlußbeine 2 einer Reihe notwendig, um die Reihe dreidimensional zu vermessen. Die Abbildung Kl

der ersten Ansicht weist für die drei verschiedenen Anschlu߬ beine 2 die Koordinaten x^y^ , x^y^ und x^y-» .Diese Ansicht bildet die xy-Ebene der Anschlußbeine ab. Die zweite Ansicht K2 der Enden der Anschlußbeine 2 bildet die Ebene xz' ab. Die Koordinaten sind hier X3Z3 - ^{unc x} 1 ^z ι • ^D:i - ^e beiden Strahlengänge A,B (der ersten und der zweiten Ansicht) verlau¬ fen unter einem Winkel t zueinander. Aufgrund der rechneri¬ schen Auswertung ergibt sich die dritte Dimension (z-Koordina- te) jeden Anschlußbeines zu

z =

Die Prinzipskizze erläutert, daß aufgrund der Aufnahme und Vermessung von zwei Ansichten eines jeden Anschlußbeines 2 ei¬ ner Reihe eine dreidimensionale Vermessung desselben möglich ist. Die von der zweiten Ansicht eines jeden Anschlußbeines 2 reflektierten Strahlen B werden durch eine optische Um¬ lenkanordnung auf die Sennsoreinheit 7 projiziert. Dabei wird die erste Ansicht des Anschlußbeinendes direkt auf der Sen¬ soreinheit 7 abgebildet (Strahlengang A) und die zweite Ansicht auf derselben Sensoreinheit 7 (z.B. auf demselben CCD- Chip) dadurch abgebildet, daß der reflektierte Lichtstrahl B zunächst auf einen Spiegel 3 auftrifft und von diesem so re¬ flektiert wird, daß er paralell zum ersten Strahlengang A ver¬ laufend, auf die Sensoreinheit 7 auftrifft. Das bei dieser An¬ ordnung von Anschlußbeinen entstehende Bild auf der Sensoreinheit 7 ist in Figur 3 dargestellt. In der Mitte des Bildes ist das gesamte Bauelement 1 abgebildet; seitlich des Bildes sind die beiden Anschlußbeinreihen 2 abgebildet. Die in der Bildmitte befindliche Abbildung der Anschlußbeine und des

Bauelementes 1 entsteht durch die direkte Aufnahme des reflek- tiertenn Strahlenganges A auf der Sensoreinheit, die seitli¬ chen Bilder entstehen durch die Abbildung des durch die opti¬ sche Umlenkanordnung (Spiegel 3) umgelenkten, reflektierten Strahlenganges B der zweiten Ansicht der Anschlußbeinreihe 2.

In Figur 4 ist ein Bild der Sensoreinheit dargestellt, welches bei der Vermessung eines Bauelementes 1 mit vier Anschlußbein¬ reihen entsteht.

In Fig. 2 ist eine mögliche Anordnung dargestellt, bei der ein Bauelement 1 so groß ist, daß die außen gelegenen Spiegelan¬ sichten nur unvorteilhaft abgebildet werden könnten, und bei der durch die Anordnung von zwei Spiegel 4,5 eine solche Um¬ lenkung des Strahlenganges möglich ist, daß die optischen Da¬ ten der beiden Ansichten der Anschlußbeine auf der Sensorein¬ heit innen liegend abgebildet, registriert und vermessen werden können.

In Fig. 5 ist schematisch die Konstruktion des Meßkopfes der Meßeinrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfah¬ rens dargestellt. Der Meßkopf weist ein Gehäuse 6, eine Sen¬ soreinheit 7 in Form einer CCD-Kamera mit einem telezentri- schen Meßobjektiv 8, und eine Auswerteeinheit 12 auf. Das Gehäuse 6 dient gleichzeitig als Lichttubus für die Lichtquel¬ lenanordnung 9. Die Lichtquellenanordnung 9 weist eine sich in Erstreckungsrichtung des Tubuses 6 erstreckende längliche Lichtquelle 10 und eine Wand 11 auf,die z.B. aus Milchglas besteht. Die Lichtquelle 9 kann durch einzelne Glühlampen, Leuchstoffröhren, LED's oder Entladungslampen gebildet sein. Die Wand 11 gewährleistet daß die Leuchtkörper eine diffuses Licht bilden, welche Maßnahme für die großflächige und gleich-

mäßige Beleuchtung des zu vermessenden Bauelementes 1 und sei¬ ner Anschlußbeine 2 wesentlich ist. Im Gehäuse 6 sind ferner die Spiegel 3,4 angeordnet.

Wesentlich ist, daß bei einer einfachen und unkomplizierten Bauweise alle für die Meßgenauigkeit wesentlichen Bauteile starr zueinander zugeordnet werden können. Dadurch wird die erforderliche Meßgenauigkeit selbst dann erreicht, wenn die gesamte Meßeinrichtung relativ ungenau zum Bauteil 1 bzw. zum Tray angeordnet wird.