[發明專利]一種基于超聲光柵的共面度測量系統

有效

• 申請號: 201610103818.5
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105716546B
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 朱福龍;潘永軍;陶加全;藺欣欣;何黎平;段科
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 李佑宏

本發明公開了一種基于超聲光柵的共面度測量系統，包括激光光源、信號發生器、激光擴束系統、聲光介質容納器、超聲換能器、計算機、移動平臺、光學平臺和CCD攝像機，所述激光光源、信號發生器、激光擴束系統、聲光介質容納器以及移動平臺均安裝在所述光學平臺上；激光光源、激光擴束系統和聲光介質容納器按照從前到后的順序依次設置在所述光學平臺上；聲光介質容納器的左側設置所述超聲換能器，所述聲光介質容納器的右側設置有反射面，以用于反射超聲波；所述移動平臺用于放置待測物體，并且其與待測物體接觸的平面作為參考平面。本發明采用超聲光柵的技術，使得測量面積、精度和速度都有提高，能滿足高精度快速測量要求。

技術領域

本發明屬于測量系統領域，更具體地，涉及一種共面度測量系統。

背景技術

隨著微電子封裝器件朝著更輕、更小、更高集成度的方向發展，微電子器件在制造和使用過程中，微電子器件中各種封裝材料的熱膨脹系數失配會導致很多可靠性問題例如基板的翹曲變形。在封裝過程中，印刷電路板(PCB基板)、陶瓷基板、硅基板、金屬基板的變形翹曲是影響微電子器件的質量、性能和可靠性的重要因素之一。因此，為了提高微電子器件的可靠性和成品率，在封裝制造過程中對器件的基板進行翹曲測量是至關重要的，甚至決定了產品的總體熱-機械性能。同時，三維(3D)封裝是當今電子封裝發展的一大趨勢，盡管3D封裝可有效地縮小封裝面積，進行系統的初步整合，但由于其結構復雜，與單芯封裝相比，其翹曲度、可靠性與組裝合格率控制更有挑戰性，高密度及多種封裝的介入，使器件的翹曲問題更為突出。

目前監測基板翹曲度測量的技術主要基于激光掃描技術或者是結構光投影方法。激光束的物理掃描過程會導致很低的測量速度。而且傳統的檢測方式需要通過機械運動來實現參考柵的相移，移動速度慢，對參考柵的精度也有一定要求，而且運動帶來震動、噪聲和重復相移精度不好，無法滿足高精度快速測量要求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于超聲光柵的共面度測量系統，其將超聲光柵應用于共面度測量系統中，并采用激光擴束后通過聲光介質在待測物體表面或基準面上形成明暗條紋，超聲光柵的引入使光柵的穩定性與可調節性得到了很大的提升，所形成的條紋更加清晰，從而使得整個系統的可靠性有很大的保證。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種基于超聲光柵的共面度測量系統，其特征在于：包括激光光源、信號發生器、激光擴束系統、聲光介質容納器、超聲換能器、計算機、移動平臺、光學平臺和CCD攝像機，其中，

所述激光光源、信號發生器、激光擴束系統、聲光介質容納器以及移動平臺均安裝在所述光學平臺上；

所述激光光源、激光擴束系統和聲光介質容納器按照從前到后的順序依次設置在所述光學平臺上，以使所述激光光源發射的激光經過所述激光擴束系統擴束后穿過所述聲光介質容納器內的聲光介質；

所述聲光介質容納器的左側設置所述超聲換能器，所述聲光介質容納器的右側設置有反射面，以用于反射超聲波；

所述移動平臺用于放置待測物體，并且其與待測物體接觸的平面作為參考平面；

所述計算機處理捕獲的待測物體表面條紋圖案強度和參考平面的條紋圖案強度后，分別獲得參考平面上的相位值φ(x,y)和待測物體表面上的相位值φ'(x,y)，從而得到參考平面與待測物體表面上對應點的相位差Δφ(x,y)，經過計算后求得待測物體表面的高度值h(x,y)；

所述計算機處理捕獲的待測物體表面條紋圖案強度和參考平面的條紋圖案強度后，分別獲得參考平面和待測物體表面上的相位值φ(x,y)和φ'(x,y)，從而得到參考平面與待測物體表面上對應點的相位差Δφ(x,y)，經過計算后求得待測物體表面的高度值h(x,y)；

其中，所述參考平面上的相位值φ(x,y)的獲取過程如下：