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面向MEMS自动引线键合的显微视觉系统研究

作　者: 马凌宇
导　师: 孙立宁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: MEMS 引线键合显微视觉自动调焦小波变换
分类号: TH742
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 186次
引　用: 3次
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内容摘要

引线键合是MEMS器件加工中应用最为广泛的一种封装工艺,现有的MEMS引线键合绝大多数是由操作者在显微镜下手工操作完成,操作者的经验和精神状态直接影响引线工艺的一致性和成品率。随着MEMS技术逐渐进入产业化发展阶段,对引线键合的自动化和批量化提出了更高的要求。本文将基于变倍显微物镜的显微机器视觉系统引入引线键合工艺流程,利用其变倍特性解决了显微视觉精度与视野范围不能兼顾的问题。将采集得到不同放大倍数时键合器件的清晰图像经过各种图像处理程序识别并分离出键合目标,通过一种“全局粗定位、局部精定位”的坐标变换方式完成了键合目标在操作空间中的精确定位。最后根据这种定位方法研制了面向MEMS的全自动引线键合设备,实现了MEMS引线键合工艺的自动化。首先,本文在分析了MEMS器件的特点及键合要求后,建立了基于连续变倍显微物镜的显微视觉定位系统,成功解决了大视野、高精度显微视觉定位的关键技术。全局粗定位、局部精定位的方式保证了定位效率,也为自动化引线键合设备的研制提供了理论依据。为了保证快速采集到键合器件的清晰图像,通过对调焦评价函数特征的分析,选择能够适应各个放大倍数显微图像的梯度作为系统的自动调焦评价函数;针对三维器件说明了调焦窗口正确放置的原则和必要性;分析了变倍过程中聚焦平面位置的变化规律,提高了自动调焦的效率。综合以上三个方面,实现了变倍显微镜下三维目标高效自动调焦。对于低放大倍数下的全局图像,主要利用形态学中的腐蚀膨胀操作、自动阈值分割、区域标记等技术完成了键合目标中心位置的粗定位;而对于高放大倍数下的局部图像,根据其半离焦的特征利用基于小波高频能量的多尺度显微图像分割方法实现了精定位。两个过程相互配合,在满足定位精度的同时最大限度地提高了系统的效率。最后利用研制的“MEMS全自动金丝球键合机”对MEMS压力传感器进行了封装试验,达到了预期的效果,对自动化、批量化MEMS引线键合作业的实现起到了积极的推动作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外引线键合工艺的研究现状分析  10-13
    1.2.1 引线键合工艺过程简述  10-11
    1.2.2 国内外引线键合设备研究现状  11-13
  1.3 显微视觉发展现状  13-16
  1.4 课题主要研究内容  16-17
第2章 MEMS引线键合显微视觉系统建立  17-27
  2.1 引言  17
  2.2 显微视觉系统分析  17-18
  2.3 显微视觉系统总体设计  18-23
    2.3.1 显微镜和数字摄像机  19-21
    2.3.2 光源  21-22
    2.3.3 运动平台  22-23
  2.4 基于连续变倍显微镜的定位过程  23-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章变倍显微图像自动调焦算法研究  27-42
  3.1 引言  27
  3.2 自动调焦评价函数及其测评标准  27-30
    3.2.1 自动调焦评价函数特征  27-28
    3.2.2 自动调焦评价评价准则  28-29
    3.2.3 调焦评价函数分类及其特点  29-30
  3.3 变倍自动调焦评价函数的选择  30-35
    3.3.1 常用调焦评价函数的定义  30-32
    3.3.2 同一调焦评价函数在不同放大倍数下的表现  32-34
    3.3.3 不同调焦评价函数在同一放大倍数下的表现  34-35
  3.4 三维对象的自动调焦  35-37
  3.5 连续变倍显微镜自动调焦的实现  37-41
    3.5.1 自动调焦的实现过程  37-39
    3.5.2 变倍过程中的自动调焦  39-40
    3.5.3 调焦实验与精度分析  40-41
  3.6 本章小结  41-42
第4章显微图像分割与目标识别  42-57
  4.1 引言  42
  4.2 基于形态学的显微图像分割  42-47
    4.2.1 阈值分割  43-44
    4.2.2 腐蚀和膨胀  44-45
    4.2.3 标注连接分量  45-47
  4.3 基于小波变换的多尺度显微图像分割  47-56
    4.3.1 显微图像的特点及分割方法概述  47-48
    4.3.2 基于清晰度评价函数的显微图像分割  48-51
    4.3.3 K-means聚类方法  51-52
    4.3.4 多尺度显微图像分割方法  52-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章 MEMS全自动引线键合系统试验  57-63
  5.1 引言  57
  5.2 试验装置  57
  5.3 软件设计  57-59
  5.4 引线键合实验  59-62
  5.5 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-68
攻读学位期间发表的学术论文  68-69
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  69
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  69
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理  69-70
致谢  70

面向MEMS自动引线键合的显微视觉系统研究

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