一种基于感存算一体的芯片缺陷检测与筛查系统的制作方法

本发明涉及芯片缺陷检测与筛查领域，具体为一种基于感存算一体的芯片缺陷检测与筛查系统。

背景技术：

1、在芯片生产制造过程中，各工艺流程环环相扣，技术复杂，材料、环境、工艺参数等因素的微变常导致芯片产生缺陷，影响产品良率。例如在粘片工序中，可能存在空d ie、芯片污染、芯片表面附有异物等问题；而在焊线工序中，则可能出现焊点偏离、虚焊、焊点面积不足、银浆超高等多种缺陷。这些不同类型的缺陷问题会直接影响芯片成品质量、芯片本身的使用寿命，以及最终影响芯片所应用的设备正常运行的可靠性，芯片质量检测作为芯片生产线中的关键环节，可以积极地反馈产品质量信息，以便人们及时掌控各生产环节的健康状况，促使质量检测技术在生产线中的作用越来越凸显。

2、如今，人工目视检测方法因其存在效率低、精度低、成本高、劳动强度大和标准不统一等缺点，正逐步被自动检测技术所取代。早期的自动检测技术主要围绕机器视觉技术展开。机器视觉技术以其高效率、高精度、高可靠性、非接触性和客观性强等优点，得到了广泛研究和应用，经典方法为基于人工设计特征的特征选择算法与模式识别分类算法的结合。近年来，感存算一体芯片在计算机视觉领域的成功应用，给缺陷检测提供了新的发展方向。

3、现有技术中，传统基于机器视觉技术的芯片缺陷检测方法大多在纯软件端完成。首先需要图像传感器拍摄芯片图像，通过数据总线传输至存储器，然后处理器通过数据总线从存储器中读取数据和指令，进行运算，最终得出芯片是否存在缺陷的检测结果，在该方法中，由于数据需要在传感器、存储器和处理器之间进行搬运，导致该方法的处理实时性较差，在芯片生产过程中，芯片在流水线上运动的速度较快，因此需要高实时性的数据处理，而传统的这种实现方法难以满足高实时性数据处理的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于感存算一体的芯片缺陷检测与筛查系统，解决了传统基于机器视觉技术的芯片缺陷检测方法大多在纯软件端完成。首先需要图像传感器拍摄芯片图像，通过数据总线传输至存储器，然后处理器通过数据总线从存储器中读取数据和指令，进行运算，最终得出芯片是否存在缺陷的检测结果，在该方法中，由于数据需要在传感器、存储器和处理器之间进行搬运，导致该方法的处理实时性较差，在芯片生产过程中，芯片在流水线上运动的速度较快，因此需要高实时性的数据处理，而传统的这种实现方法难以满足高实时性数据处理的需求的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于感存算一体的芯片缺陷检测与筛查系统，包括：感光与图像获取子系统、感存算一体芯片子系统、低功耗微处理子系统、输出子系统；所述感光与图像获取子系统，用于获取待检测芯片图像光信号数据，并进行像素阵列，得到待检测芯片图像像素值数据，对于待检测芯片图像像素值数据进行预处理；所述感存算一体芯片子系统，用于接收预处理之后的待检测芯片图像像素值数据并进行区域划分，基于缺陷检测算法对区域划分后的待检测芯片图像像素值数据进行筛查分析，得到待检测芯片图像的每个区域的相似度指标，判断是否存在高于设定的相似度阈值的相似度指标，若是，则将相似度指标高于设定的相似度阈值的所对应的区域以布尔值形式标记为缺陷区域，若否，则将待检测芯片图像的每个区域均以布尔值形式标记为正常区域；所述输出子系统，用于将标记的待检测芯片图像的每个区域的布尔值转化为数字信号值，并进行输出；所述低功耗微处理子系统，用于控制整个系统中的数据流的流向，并协调感光与图像获取子系统、感存算一体芯片子系统、输出子系统之间的运行。

3、进一步地，所述待检测芯片图像光信号数据具体为待检测芯片图像中每个像素点的光信号值，所述待检测芯片图像像素值数据具体为待检测芯片图像中每个像素点的像素值，所述缺陷检测算法具体为模板匹配算法。

4、进一步地，所述感光与图像采集子系统包括图像获取模块、像素阵列模块、预处理模块；所述图像获取模块，用于获取待检测芯片图像中每个像素点的光信号值；所述像素阵列模块，用于对获取的待检测芯片图像中每个像素点的光信号值进行像素阵列，得到待检测芯片图像中每个像素点的电信号值，并将电信号值视为像素点的像素值；所述预处理模块，用于基于预处理电路对待检测芯片图像中每个像素点的像素值进行降噪处理，其具体过程为：对于待检测芯片图像中每个像素点读取该像素点设定的周围区域内的所有像素点的像素值并进行均值分析，并将均值结果视为该像素点的像素预处理值。

5、进一步地，对于待检测芯片图像中每个像素点读取该像素点设定的周围区域内的所有像素点的像素值并进行均值分析的公式如下：其中，yp为待检测芯片图像中第p个像素点的像素预处理值，dyp为待检测芯片图像中第p个像素点的由该像素点设定的周围区域内的所有像素点的进行均值分析得到的第一像素均值，dep为待检测芯片图像中第p个像素点的由该像素点设定的周围区域内的所有像素点的进行均值分析得到的第二像素均值，为待检测芯片图像中第p个像素点的设定的周围区域内的第r个像素点的像素值，为待检测芯片图像中第p个像素点的设定的周围区域内的第r个像素点的像素值的比例系数，p＝1,2,3,…,q，q为待检测芯片图像中像素点的数量，r＝1,2,3,…,u，u为像素点设定的周围区域内的像素点的数量，并且u<q。

6、进一步地，所述感存算一体芯片子系统包括区域划分模块、感算一体模块、存算一体模块、芯片存储模块、判断模块；所述区域划分模块，用于接收预处理之后的待检测芯片图像像素值数据并进行区域划分；所述感算一体模块，用于向预模板匹配算法发送执行运算指令；所述存算一体模块，用于对待检测芯片图像像素值数据中的每个区域分别进行预计算处理，并通过模板匹配算法对待检测芯片图像像素值数据中的每个区域的预计算处理结果进行卷积筛查分析，得到待检测芯片图像的每个区域的相似度指标；所述芯片存储模块，用于存储模板匹配算法以及待检测芯片图像像素值数据中的每个区域的预计算处理结果；所述判断模块，用于判断是否存在高于设定的相似度阈值的相似度指标，若是，则将相似度指标高于设定的相似度阈值的所对应的区域以布尔值形式标记为缺陷区域，若否，则将待检测芯片图像的每个区域均以布尔值形式标记为正常区域。

7、进一步地，接收预处理之后的待检测芯片图像像素值数据并进行区域划分具体为：选取预处理之后的待检测芯片图像的左上角作为起点；从起始位置开始，以设定的固定大小的矩形区域沿着预处理之后的待检测芯片图像的水平和垂直方向移动，每次移动一个矩形区域的大小，并将预处理之后的待检测芯片图像像素值数据中位于矩形区域边界上的像素点视为矩形区域内的像素点。

8、进一步地，用于通过模板匹配算法对划分后的待检测芯片图像像素值数据进行卷积筛查分析，得到待检测芯片图像的每个区域的相似度指标的具体过程如下：读取待检测芯片图像电信号数据中的每个区域的每个像素点的像素值，并分别与设定的正常芯片图像像素值数据中的对应区域的对应像素点的正常像素值进行卷积分析，得到待检测芯片图像像素值数据中每个区域的每个像素点的像素相似值；对于待检测芯片图像像素值数据中每个区域的每个像素点的像素相似值并分别进行均值分析，得到待检测芯片图像的每个区域的相似度指标。

9、进一步地，计算待检测芯片图像像素值数据中每个区域的每个像素点的电信号相似值的公式如下：其中，xij为待检测芯片图像像素值数据中的第i个区域的第j个像素点的像素相似值，dij为待检测芯片图像像素值数据中的第i个区域的第j个像素点的像素值，zij为设定的正常芯片图像像素值数据中的第i个区域的第j个像素点的正常像素值，d'i为待检测芯片图像像素值数据中的第i个区域的像素均值，db'i为待检测芯片图像像素值数据中的第i个区域的像素标准差，zb'i为设定的正常芯片图像像素值数据中的第i个区域的正常像素标准差，i＝1,2,3,…,n，n为待检测芯片图像像素值数据划分的区域数量，j＝1,2,3,…,m，m为划分的区域中的像素点的数量。

10、进一步地，所述输出子系统包括模数转换模块、存储阵列模块、通信模块；所述模数转换模块，用于基于模数转换器将待检测芯片图像的每个区域的以布尔值形标记为的区域转换为区域数字码值；所述存储阵列模块，用于存储转换后的区域数字码值；所述通信模块，用于通过spi协议与外部低功耗输出设备通信，并输出待检测芯片图像的每个区域的区域数字码值。

11、进一步地，控制整个系统中的数据流的流向，并协调感光与图像获取子系统、感存算一体芯片子系统、输出子系统之间的运行具体为：在待检测芯片图像像素值数据进行预处理完成后，使用qspi协议与感存算一体芯片子系统连接，并将预处理之后的待检测芯片图像像素值数据输入至感算一体模块中，在感存算一体芯片子系统中的存算一体模块中先对待检测芯片图像像素值数据中的每个区域分别进行预计算处理，然后基于预计算处理结果结合模板匹配算法进行卷积分析，并将卷积分析结果输送至输出子系统进行转化，将转化结果输出至外部低功耗输出设备内。

12、本发明具有以下有益效果：

13、(1)、该基于感存算一体的芯片缺陷检测与筛查系统，通过将模板匹配算法映射到了感存算电路上，将传感、存储、计算融合一体化，同时通过模拟电路快速并行完成该算法的计算，实现了芯片缺陷高速、高实时性的检测。

14、(2)、该基于感存算一体的芯片缺陷检测与筛查系统，通过利用感存算一体的芯片子系统进行区域划分和缺陷检测，实现了对待检测芯片图像的高效检测与筛查，大大提高了检测的速度和准确性。

15、(3)、该基于感存算一体的芯片缺陷检测与筛查系统，通过低功耗微处理子系统的协调，系统实现了对整个流程的控制和数据流的流向调度，使得输出子系统能够以低功耗的方式将结果输出至外部设备，节省能源并降低成本。

16、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。