一種基于圖像處理的芯片自動開封算法設計

周杰++高佳雋++張洪倩++魏小彪++李志平

摘 要

設計了一種基于圖像處理的芯片自動開封算法，用于芯片預開封過程中芯片鍵合絲的自動檢測與開封過程控制。算法主要利用芯片開封過程中鍵合絲出現前后圖像中開封區域灰度變化規律，結合圖像信息設計了幀間差分雙閾值判斷的開封算法，實現了芯片開封過程自動化，經實物驗證，其有效避免了人為判斷不準而損傷內部鍵合絲及針對較厚芯片手動開封效率低下等問題。

【關鍵詞】開封機 圖像處理 幀間差分 自動開封

1 引言

開封是在進行失效分析時，打開塑封器件的塑封材料進行內部檢查、分析的常用方法，是DPA（破壞性物理分析）及FA（失效分析）的關鍵一步，其原理是使用相應技術去除覆蓋在芯片表面的塑封材料，但不破壞芯片內部電氣連接關系，從而進行后續的檢測、分析。隨著激光技術的不斷發展，采用激光對芯片進行開封已逐漸取代了傳統的酸腐式開封方式。激光開封機便是一種塑封芯片預開封的加工設備，利用激光逐層去除封裝芯片材料，直至露出內部金屬鍵合絲。但目前的開封采用人眼判斷鍵合絲手動操作的方式，即逐次開封逐次判斷，這樣針對較厚芯片，操作繁瑣效率低下，且人眼判斷易受人為主觀因素影響，易造成誤判而損傷內部鍵合絲。文章基于圖像處理技術，提出了一種幀間差分雙閾值判斷算法，通過動態閾值調節，可有效實現芯片開封過程自動化。

2 自動開封算法設計

在單幀圖像中判斷金屬鍵合絲是否存在難度較大，算法復雜，不易實現。本設計利用芯片開封過程中出現鍵合絲則開封區域灰度變化較大，反之灰度變化很小的特性設計了幀間差分判斷算法。為充分考慮噪聲的影響及產品對開封精度的要求，本設計還通過比較差分得到的灰度差較大像素數占比較區域像素數的比例與設定比例作比較得出鍵合絲出現與否的判斷，若大于設定比例則說明已檢測出鍵合絲，需停止開封；反之則進行下一次開封。

2.1 圖像比較區的選取

圖像比較區域的選取是影響算法精度、效率的關鍵因素。若選擇過大，遠超開封區域，則不僅帶來計算量的增加，還會引入開封區域外噪聲等系列問題，使圖像處理更加復雜化。本方法利用開封區域在影像顯示畫板的相對位置經過分析運算將其映射到圖像中相應像素區域，有效實現開封區域的圖像分析，提升了開封精度，縮短了算法時間。

2.2 中值濾波

攝像頭提取的圖像序列往往存在噪聲的干擾，噪聲的干擾可能帶來差分誤判進而導致鍵合絲檢測的不準確，因此，在檢測之前設置濾波器濾除噪聲是算法一必要環節。目前常用的去噪方法有均值濾波、維納濾波、中值濾波、形態學濾波、小波去噪等，其中中值濾波對隨機噪聲有較好的去噪聲能力。

中值濾波基本原理：對于給定的一幅圖像，選取任意的像素，以此為中心設置一個鄰域A，在這個區域之內，按照灰度值的大小排列此間所有的像素點，選排列在中間的像素并將其作為輸出值。

濾波器窗口大小選擇直接影響算法效率，過大則計算量大，過小則去噪效果差，通過綜合考慮及實際測試效果，本算法采用3×3的領域模板，將目標像素置于模板的中心位置。

2.3 幀間差分

幀間差分的基本原理為通過比較目標幀與背景幀中相同位置上對應像素點的灰度值，確定該像素點是否為目標的一部分。即：如果差異較大（大于閾值T），則認為該像素點是目標的一部分。

由原理可知，幀間差分即對目標幀，背景幀作“減”運算，可由公式（1）計算兩幀圖像的差，得到差分圖像，

（1）

由于也可能是由于噪聲或者光照變化所引起的，為此，需要設置一個合理的閾值T，對比較區域做二值化的分割處理，如式（2）所示。

（2）

取1時表示該像素點灰度變化較大，可能有鍵合絲出現，取0時表示該像素點灰度變化微小，肯定無鍵合絲出現。

在差分圖像中，并非所有差分結果為非零值像素都表示目標出現，仍可為隨機噪聲。為此，本設計針對性的設計了二次閾值判斷算法。具體操作為：統計比較區域幀間差分中所有二值化為1的像素數，即比較區域中灰度變化大于閾值T的像素數，并計算其在比較區域所占的比值K1，根據產品對精度的要求設定相應的比例值K2（二次閾值），若K1≥K2，表示已經出現鍵合絲，K1

本算法中兩閾值應根據不同的光照場景、鍵合絲特點等進行設置，經過對產品大量的測試統計，本芯片開封處理中，T=20，K2=0.00125時可達到較佳的判斷效果。

3 算法流程及結果分析

根據上述分析，設計的算法流程如圖1。

4 結論

實踐效果證明，本算法可有效實現開封區域內鍵合絲的識別，算法效率高且穩定性好。本算法目前已運用于實際產品中，實現了芯片開封過程自動化，有效避免了人為判斷不準而損傷內部鍵合絲及針對較厚芯片手動開封效率低下等問題，大幅提升了產品智能化水平，帶來了較好的經濟效益。

參考文獻

[1]張素娟，李海岸.新型塑封器件開封方法以及封裝缺陷[J].封裝測試技術，2006（07）.

[2]張旭明，徐濱士，董世運.用于圖像處理的自適應中值濾波[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2005（02）.

作者單位

湖北三江航天紅峰控制有限公司 湖北省孝感市 432000