远心透镜和应用

几十年来，开发计量仪器的工程师在他们的产品中一直都使川运心透镜。例如，轮廓投影仪和光学比较器由于用了这种独特透镜面拥有许多测量功能。在过去一、二十年中，由干新技术使产品重点转向电子特性和数字处理，光学系统设计往往降到不太重要的地位，而期望用软件来校正较差的图像。然而，最近对解决光学系统中成像问题和系统“前端照明”问题的兴趣有所复苏。远心透镜在许多机械图像系统上日益增多应用提供迷人的例子。设计工程师发现，通过使用远心透镜和合适照明，往往较易提供“光学处理”的图像，并最终变得较为廉价。由于远心透镜以…     

硅晶圆激光标识工艺的研究

聚焦开发清晰、无飞溅、无碎屑且深度满足半导体晶圆后道加工工序要求的激光标识工艺,实现清晰可辨、高洁净度的硅晶圆激光标识。采用波长532 nm的激光器研究平均功率、脉冲重复频率和扫描速度等激光工艺参数对晶圆标识质量的影响,借助目视、显微镜和白光干涉三维轮廓仪来评估标识码的清晰程度、标识点的深浅程度和隆起高度以及热影响区。研究表明,在低脉冲频率小于50 kHz时,随着平均功率的上升,标识码的清晰度逐渐增加,但是硅渣的数量及其分布区域增大;在高脉冲频率大于60 kHz时,平均功率增加对标识码清晰度的影响及硅渣数量和分布区域的变化没有低频段表现明显。在平均功率为20%,脉冲重复频率为60～80 kHz,扫描速度为2 500～3 500 mm·s^-1的工艺窗口内可以优化参数组合,在硅晶圆上实现清晰可辨、无飞溅和碎屑污染,字体深度为0.5～5μm并且隆起小于1μm的激光标识。     

1066 nm光纤激光对晶圆标识的工艺研究

利用1 066 nm光纤激光晶圆标识系统开展晶圆标识工艺的研究,通过控制变量法分别改变占空比、脉宽在晶圆表面标识SEMI T7码,利用数码显微系统进行Dot形貌评估,采用读码器进行读码测试。结果表明,1 066 nm波长激光标识晶圆时有较宽的工艺窗口,占空比10%～22%范围内Dot点形貌光滑、无飞溅;脉宽对Dot点的形貌影响较大,但是经读码器硬件和软件处理、优化后,对读取时间影响较小。在占空比10%～22%及脉宽100～300 ns范围内,均可以得到无飞溅、标识均匀、符合SEMI标识要求的标识。     

基于1066 nm光纤激光对裸硅晶圆与镀膜晶圆的标识工艺研究

针对SEMI标准对12寸(约300 mm)薄晶圆标识的要求,采用1 066 nm光纤激光晶圆标识系统对裸硅晶圆与镀膜晶圆进行激光标识工艺的研究。通过控制变量法改变激光器的功率百分比,分别在两种晶圆上标记Dot样式的SEMI字体,并对标识的质量和识读率进行评估。研究发现,裸硅晶圆标识从无到有,甚至到严重溅射对应的激光功率范围是11.77～19.25 W,镀膜后的硅晶圆对应的功率范围是4.40～11.77 W。在裸硅晶圆上标识的Dot形貌更符合SEMI标准要求。镀膜后的晶圆熔融阈值变小,但是工艺窗口变窄,标识字符和条码Dot圆度较差,飞溅不易控制。两种晶圆OCR的识读率差异不大。     

355 nm紫外激光在硅晶圆上标识二维码的工艺研究

利用紫外纳秒标识系统对硅晶圆表面进行二维码直接标识试验研究。采用控制变量法,分别研究不同的脉冲占空比、重复频率、光斑重叠率对标识材料的热损伤、表面形貌以及二维码识读效果的影响规律。研究结果表明,脉冲占空比和重复频率对标识区域的环宽和热损伤影响效果明显,二维码的读取率和识读时间同时受占空比、重复频率、光斑重叠率影响。单脉冲能量在10.7～20μJ范围内可以标识出符合SEMI标准的均匀、细腻、稳定、高识读率的无尘标识。     

宽光谱实入瞳远心中继光学系统设计

红外光谱成像系统、光场成像系统、光学显微系统、偏振干涉成像系统、复眼成像系统、环带式全景光学系统、多尺度成像系统及头戴式增强显示系统等光学系统中,通常需要中继光学系统来实现光路衔接、配曈、偏转等。研究了现有中继光学系统结构,介绍了光阑前置即具有实入曈的像方远心离轴三反光学系统的设计方法及自由曲面的描述方法,完成了满足设计参数的具有实入瞳的远心中继光学系统仿真设计,系统各镜采用XY多项式描述的自由曲面离轴三反光学系统结构。CODEV仿真设计结果表明,在工作谱段0.4~5.0 μm、焦距400 mm、F数3、视场角2ω=8°下,系统MTF(Modulation Transfer Function)接近于衍射极限,畸变小于1%,成像质量良好。     

基于机器视觉的双视野双远心光学系统设计

提供了一种基于机器视觉的双视野双光路远心系统设计方案,以折射棱镜为分界,将远心系统分为物镜部分与目镜部分,通过增加或更换目镜,即可在原有系统中同时实现不同的光学放大率,提高了远心系统在不同场合的适用性。设计了一款具有双视野的双远心系统。该系统工作距离为130mm,物方视场分别为40mm与80mm,搭配ON Semiconductor公司生产的型号为SN5000A的成像芯片,光学放大倍率分别为-0.275与-0.1375,并且满足低畸变(各视场畸变均小于0.1%)、高分辨(105lp/mm处大于0.3)、高远心度(小于0.1°)等设计要求。     

基于机器视觉的小景深高分辨率双远心光学系统的设计

针对机器视觉检测Pin针位置度的应用需求,确定光学系统技术指标,选择合适的初始结构和玻璃组合,通过像差优化设计一款小景深、高分辨率、低远心度的双远心光学系统。系统包括8片球面透镜,物方线视场2y=32 mm,工作距离120 mm,景深0. 5 mm,像面CCD尺寸1英寸,最大畸变小于0. 1%,远心度最大值控制在0. 007°以内,在空间频率208 lp/mm处调制传递函数(MTF)值大于0. 3,各种像差均得到很好的矫正,像质优良,并对光学系统进行公差分析。该结构在连接器Pin针位置度检测领域内具有广泛的通用性,在一定程度上提高检测效率、降低劳动成本,有很好的市场前景。     

基于远心镜头与曲面屏的镜面三维测量方法

提出了一种基于远心镜头与曲面屏的非连续镜面三维形貌测量新方法,在增加大曲率镜面成像范围的同时,提高了三维数据的测量精度。首先,在显示屏上显示标准正弦条纹图,相机分别记录经由平面参考镜和被测镜面反射的正弦条纹图像。然后,利用四步相移法和最佳三条纹选择法得到对应的相位分布值。接着,与平面参考镜比较,得到经由被测镜面物体表面调制后的相位变化。根据所建立的数学模型,推导相位与深度间对应关系,并对其系统参数进行标定。最后,对大曲率镜面和非连续镜面标准台阶进行了测量,验证了该方法的精度和有效性。     

紫外激光切割晶圆的工艺研究

通过实验研究了紫外激光切割晶圆的工艺,测得不同激光功率和切割速度下的切割深度和切缝宽度,分析了各参数对切割深度及切割质量的影响,对存在的问题提出了改进的意见及方法,为实际应用中参数的选择和工艺的改进提供了参考.并依用户要求对晶圆样品进行实际切割,经用户鉴定达到了使用要求.     

大视场宽景深双远心系统的设计

为了满足基于机器视觉的复杂零件表面质量在线实时检测的需求,根据双远心成像原理和像差理论基础,采用ZEMAX光学设计软件,设计了一款大视场宽景深的双远心光学系统。所设计的系统仅由6块透镜组成,工作波长在可见光范围内,系统放大率为-0.061,工作距离大于390mm,最大视场达到180mm。结果表明,光学系统的最大畸变小于0.1%,景深范围达到80mm,调制传递函数在全视场100lp/mm处大于0.4,远心度最大值控制在0.012°内;各种像差均得到很好的矫正,像质优良。该设计结构符合双远心系统的总体设计要求。     

基于远心成像的高精度线激光三维测量方法

精密零部件的高精度三维成像是工业制造和检测的关键任务。针对现有的线激光测量系统效率慢、精度低等问题,提出了利用远心成像的线激光三维测量系统,研究了该系统的标定方法。首先,分别采集不同位置的靶标图像和激光线照射下相同位置的靶标图像,通过远心正交成像标定相机内参矩阵系数和外参位姿关系;然后,建立线激光投影平面与标定目标平面之间的几何关系,求解不同目标平面下的激光线方向矢量,进而通过最小二乘法获得光平面方程;最后,在极大似然准则下,利用Levenberg-Marquard非线性优化算法精确地计算标定参数最优解,搭建了测试系统,开发了专用标定程序。实验结果表明：在60 mm×48 mm的视场下,所设计的系统和方法可以实现优于18μm的测量误差,能够快速准确地重建出三维形貌。     

基于TSV技术的CIS芯片晶圆级封装工艺研究

基于TSV技术的封装技术是目前MEMS产品、存储器、3D IC封装中的高端和热点技术.本文论述了在国内处于领先并正在量产化研究阶段的基于TSV技术的CIS芯片晶圆级封装工艺流程.通过理论分析和实验,重点研究了在封装流程中将铝刻蚀、去胶提前到金属镀覆之前的意义和所出现的镍滋生问题.研究表明,将铝刻蚀、去胶提前到金属镀覆之前可以缩短去胶时间,减少光刻胶的残留和金属镀覆层数;通过延长金属镀覆过程中每次UPW冲洗时间,在EN Ni中防止镀液结镍,并在镀锌时降低锌液的粘附性和镀锌后增加硝酸清洗步骤,即可消除镍滋生.以上研究对于提高封装效率和合格芯片率,降低成本是很有意义的.     

基于剥离工艺的晶圆材料表面形貌表征

压电晶圆表面形貌特征参数是影响光刻剥离工艺及器件批生产成品的关键技术基础。基于声表面波(SAW)器件剥离工艺,该文提出并量化了晶圆材料表面形貌表征参数体系:翘曲度(BOW)、平坦度(GBIR)、小区平坦度(SBIR)、小区平坦度合格率(PLTV)等,并给出了晶圆材料表面形貌表征参数的测试方法及对光刻工艺参数的影响。     

紫外激光切割磷化铟晶圆的工艺研究

为提高晶圆的集成度,提升晶粒分离的质量和效率,采用以二极管泵浦的纳秒级调Q紫外激光切割磷化铟晶圆,利用劈裂机进行裂片,使用金相显微镜检测磷化铟晶圆的切割深度与切口宽度。运用单参数变化法分析重复频率、占空比、切割速度和辅助气体压力对切割深度影响,结果表明,切割深度与重复频率、切割速度近似呈反比关系,与占空比近似呈正比关系,而辅助气体压力对切割深度的影响不大。通过正交实验设计得到切口宽度的最优参数,当重复频率为200 kHz,占空比为10%,切割速度为300 mm/s,气压为0.2 MPa时,最小切口宽度达到6.2μm。综合分析了激光工艺参数和辅助工艺与裂片合格率的关系,最终使磷化铟晶圆裂片合格率达到98%。     

自聚焦透镜的离子交换工艺的进一步研究

本文分折了扩散系数D不为常数时自聚焦透镜的离子浓度和折射率分布在离子交换过程中的变化规律。引入新的参数T~*,计算了分阶段离子交换法所能获得的最佳分布。最后提出了在离子交换中对T~*控制的新方法,以保证制作自聚焦透镜最佳工艺条件的实现。     

晶圆减薄机弹性铰链的加工工艺研究

介绍了一种减薄机关键零件弹性铰链的零件性能及材料选择,分析了零件的加工工艺流程、工艺难点,制定了相应的工艺路线。最后对加工后的零件安装在设备上进行了工艺验证。该零件的成功应用为其他类似弹性铰链的设计加工可提供一定的借鉴作用。     

一种基准关联的空间尺寸远心视觉测量方法

针对具有横截面外伸尖端特征的长轴工件,本文研究了一种基准关联的空间尺寸远心视觉测量方法。该方法首先利用远心成像实现较长尺度工件的局部待测要素的图像特征提取和位置测量,而后建立局部待测要素与相机成像视场以外的轴线基准要素的测量传递链,将局部要素经计算转化成全局径向尺寸,从而实现超过成像视场尺度的快速精密测量。构建了测量实验环境,对方法的有效性进行了验证,对误差进行了溯源和分析并给出了进一步提升精度的建议。本方法能够在远心平行投影条件下实现对立体工件的空间几何量测量,特别适用于对速度和精度均要求较高的在位测量应用场合。     

基于GRU神经网络的晶圆测试工艺控制方法

压电驱动器位移输出的非线性特性,如迟滞的记忆特性及速率相关性,使压电驱动器的建模与控制较难。该文提出了一种基于门控循环单元(GRU)的新型位移输出控制方法。建立相应的位移输出实验平台来验证和分析压电驱动器的滞后现象。使用GRU模拟滞后的内存特性及采用两个全连接层来模拟速率依赖性。该模型是一个端到端系统,其中压电陶瓷和位移放大机构被视为一个整体。针对不同电压输入预测的输出位移量表明,该模型对速率相关的滞后具有很强的泛化能力。使用相同的循环神经网络结构构建逆模型,并进行实验测试。实验结果表明,所提出的位移输出控制法有效地削弱了压电驱动器的非线性特性,有利于将线性系统控制法与前馈补偿法相结合。     

基于空间调制器的透镜设计与成像研究

为了研究利用空间光调制器制作的菲涅尔透镜的特性,基于标量衍射理论推导了透镜的相位分布函数,建立了菲涅尔透镜的模型;并通过实验测量了空间光调制器的相位—灰度特性曲线,得到了相位与灰度的函数关系.制作了焦距为100 mm和150 mm的菲涅尔透镜相位灰度图.通过实验研究了该菲涅尔透镜成放大实像和缩小实像的成像规律;结果表明...