基于视觉技术实现可靠的晶圆探针台对准
在先进晶圆测试中，探针台对准是要求最严苛的视觉任务之一。随着焊盘间距小于25 µm且每片晶圆接触点超过15万个，对准操作依赖于检测晶圆和探针卡上的基准标记以维持统一坐标系。Basler凭借稳定的成像性能、光学精度及智能算法，助力系统制造商即使在形变或晶粒移位条件下也能实现快速、精准且可重复的对准。
为何对准至关重要？
随着半导体行业步入先进封装与多芯片架构，晶圆测试在确保已知良好芯片质量方面发挥着关键作用。每次接触都必须达到微米级精度，因为在2.5D和3D封装中，即便轻微偏移也可能导致接触不良或焊盘损伤，显著增加后续成本。
与可离线执行的探针尖端质量检测不同，对准发生在每次测试接触过程中。系统必须利用多个基准标记和坐标变换，在整个晶圆范围内执行微米级坐标校正，以补偿晶圆翘曲和热漂移。这使得对准成为晶圆测试中最具挑战性的视觉任务之一。
运用视觉技术应对对准挑战
有限光学条件下的亚微米精度
在间距低于25 µm时，光学物理原理本质上限制了对准精度。这包括像素采样率、光学像差、景深限制、反射、噪声和对比度。传统像素尺寸无法直接检测亚微米位移，而镜头像差和视场曲率会在大视场范围内放大误差。
Basler相机通过以下方式实现计量级精度：
高分辨率传感器
消除透视误差的远心光学系统
可插值至像素分率的亚像素算法
相机间的一致性至关重要。Basler确保：
严格的批次间质量控制
一致的色彩响应、灵敏度和噪声性能
多相机设置中极低的重新校准需求
反光表面下的照明方案
铜焊盘和镍/金凸块会产生镜面反射导致传感器饱和，而超薄晶圆会变得半透明并产生干涉条纹。在这些条件下，传统的明场照明常常失效。
同轴照明可穿透表面薄膜，同时最小化金属反光；暗场技术使平滑金属呈现暗色，同时保留基准标记可见性；偏振配置可消除镜面反射；HDR (High Dynamic Range)可同时捕捉明亮金属和暗色基板区域的细节；而抗光晕结构能防止强反射污染相邻像素。
噪声环境下的基准标记识别
生产晶圆上的基准标记常被CMP残留物、颗粒、划痕和复杂图形所干扰。这些伪影可能掩盖或模仿真实基准，导致模板匹配失败。
鲁棒的识别技术需要能保留锐利边缘的噪声过滤、适用于不同对比度的多尺度模板匹配，以及校正不均匀照明的自适应阈值处理。形状质心查找器等工具通过计算基准图案的几何中心以实现精确对准，进一步提升定位精度。
这些算法可使用pylon vTools在主机PC上高效运行，或通过VisualApplets及Basler图像采集卡在相机或采集卡内实时加速，提供灵活架构选择。
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双基准协调实现精确对准
在探针台中，视觉系统不仅识别全局晶圆基准，还识别探针卡上在光刻制造过程中形成的固定参考标记。
通过关联两组基准，系统建立统一坐标框架，补偿热漂移、装配公差和机械偏移，实现全自动高精度对准。这种双基准关联是实现稳定探针接触和可重复测试的基础。
视觉技术校正热漂移与晶粒移位
测试过程中，晶圆和探针卡暴露于-40°C至+150°C的温度环境中，产生热膨胀失配，导致凸块位置偏移数微米。在单颗分离后，贴装在薄膜框架上的晶粒也可能发生不可预测的移位，使其实际凸块位置与标称探针卡布局不再匹配。
从视觉工程师的视角看，这两个问题可通过同一套工具解决：通过模板匹配进行基准识别，随后进行仿射变换以计算平移、旋转和缩放校正。生成的仿射校正矩阵传递至平台控制器，确保尽管存在漂移或晶粒移动，探针仍能持续落在正确的焊盘上。
成像稳定性与处理效率
在先进探针台中，对准精度不仅取决于分辨率和照明，还依赖于整个成像链的几何稳定性和处理效率。即使轻微的畸变或延迟也可能转化为微米级误差。Basler通过将硬件级畸变校正和实时算法加速直接集成于相机或图像采集卡中，确保同步可靠的成像。这降低了主机负载，提高了系统吞吐量，使集成商能够在高通量测试中保持速度、精度和可重复性。
对准在理论上看似简单，但在实际生产中却是最难保持稳定的视觉任务之一。我们的相机被部署于从晶圆探针台到键合台的无数对准系统中，在这些场景中一致性和可靠性是关键。Basler的突出优势在于我们的相机能够在一批又一批产品中、在24/7连续运行下，持久保持精度。
通过视觉实现可重复的晶圆对准
其成果是一套专为先进探针台对准需求定制的视觉方案：不仅具备高分辨率，更拥有鲁棒的基准识别、实时仿射校正和稳定成像，确保在所有热学和机械条件下探针都能持续精准地对准目标焊盘。
晶圆探针对准遇到难题？请咨询我们的视觉专家。面向已知良好芯片保障的灵活视觉方案
通过结合优化照明、鲁棒基准识别、仿射校正和实时算法加速，Basler的视觉方案确保稳定且可重复的成像，为在先进多芯片封装中实现已知良好芯片所需的低缺陷水平奠定基础。
与Basler合作的主要优势：
在对准应用中经过验证： 在晶圆测试和键合应用中可靠的相机性能确保持久精度。
支持快速集成： 光学咨询、畸变校正和FPGA选项简化系统设计。
设计保障一致性： 卓越的批次间图像稳定性支持24/7运行，且需重新校准极少。
这种完整的成像链设计支持快速集成，并在各种生产环境中实现一致的性能。
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