CN103801823B - 晶片对准定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶片对准定位装置及方法，包括依次设置的摄像头、半反半透镜、聚焦物镜、晶片工装及工作台，晶片对准定位装置还包括激光输入装置及控制器；摄像头、半反半透镜与聚焦物镜的中心同轴，摄像头与聚焦物镜所在的第一轴线与半反半透镜呈45度，激光输入装置输出的激光束方向垂直于第一轴线，输入半反半透镜的中心，聚焦物镜用于摄像头的晶片图像识别调焦；晶片工装用于装载至少一片待加工晶片，工作台可沿直角坐标系X、Y轴移动并沿自身中心轴旋转；控制器与摄像头及工作台连接，用于读取摄像头拍摄的定位图像信息从而形成控制信息控制工作台的移动完成对待加工晶片的定位，实现对晶片进行双面激光划切前的图像识别对准定位。

Description

晶片对准定位装置及方法

技术领域

本发明属于晶片加工领域，特别涉及一种晶片双面激光划切图像识别对准定位装置及方法。

背景技术

现有设备中的晶片双面激光划切图像识别对准定位，其晶片预定位精度低，易造成晶片图像识别位置变化及图像识别对准效率下降，特别还会导致晶片双面划切位置精度下降。

随着激光划切设备在微电子、半导体制造产业的广泛应用，针对晶片双面激光划切中划切效率及划切精度下降的问题，需要新的定位装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种晶片对准定位装置及方法，可以对待加工晶片进行准确定位。

为解决上述发明目的，本发明提供了一种晶片对准定位装置，包括依次设置的摄像头、半反半透镜、聚焦物镜、晶片工装及工作台，所述晶片对准定位装置还包括激光输入装置；

所述摄像头、半反半透镜与聚焦物镜的中心同轴，所述摄像头与聚焦物镜所在的第一轴线与所述半反半透镜呈45度，所述激光输入装置输出的激光束方向垂直于所述第一轴线，输入所述半反半透镜的中心，所述聚焦物镜用于摄像头的晶片图像识别调焦；

所述晶片工装用于装载至少一片待加工晶片，所述晶片工装设置于所述工作台上，所述工作台可沿直角坐标系X、Y轴移动并沿自身中心轴旋转；

所述晶片对准定位装置还包括控制器，所述控制器与所述摄像头及所述工作台连接，用于读取所述摄像头拍摄的定位图像信息从而形成控制信息控制所述工作台的移动完成对待加工晶片的定位。

作为上述技术方案的优选，所述控制器还与所述激光输入装置连接，用于在待加工晶片定位完成后控制所述激光输入装置的开启。

作为上述技术方案的优选，所述晶片工装包括具有与待加工晶片相匹配的第一凹槽的上片盘，及用于压紧固定所述待加工晶片的压板、所述压板内还设置有用于吸附固定所述待加工晶片的边缘并露出所述待加工晶片的待加工区域的橡胶磁条、以及设置于所述上片盘的标记孔；

所述上片盘用于保证所述待加工晶片的X向、Y向预定位精度，所述橡胶磁条、压板用于保证所述待加工晶片的Z向预定位精度，所述标记孔用于摄像头定位识别。

作为上述技术方案的优选，所述待加工晶片与所述标记孔定位精度为0.05mm。

作为上述技术方案的优选，所述工作台包括与所述上片盘对应的基座，所述基座上设置有与所述上片盘相对应的真空吸盘，所述上片盘还具有与所述真空吸盘相匹配的第二凹槽；所述基座的底端还连接有可带动所述基座沿自身中心轴旋转的旋转电机，沿Y向导轨移动的Y向直线电机，沿X向导轨移动的X向直线电机，以及分别与X向导轨、Y向导轨对应的X向光栅尺及Y向光栅尺；

所述真空吸盘用于保证所述晶片工装的Z向预定位精度。

作为上述技术方案的优选，所述工作台上设置有与所述上片盘对应的销钉，用于与所述上片盘的固定。

作为上述技术方案的优选，所述晶片工装与所述工作台的定位精度为0.05mm

作为上述技术方案的优选，所述X向光栅尺及所述Y向光栅尺分别用于调整X向直线电机、Y向直线电机移动精度，保证标记孔的X、Y向定位精度。

作为上述技术方案的优选，所述标记孔相对于X向、Y向定位精度均为0.05mm。

本发明还提供了一种应用上述晶片对准定位装置的方法，包括：

将待加工晶片装载在晶片对准定位装置的晶片工装上，再将所述晶片工装装载在所述晶片对准定位装置的工作台上，对所述工作台上的标记孔进行定位。

作为上述技术方案的优选，所述对所述工作台上的标记孔进行定位包括：摄像头识别所述工作台上的标记孔，控制器控制所述工作台的移动，完成摄像头对标记孔的定位。

本发明的效果在于：

本发明提供的晶片对准定位装置及方法，通过设置激光输入装置以及依次设置摄像头、半反半透镜、聚焦物镜、晶片工装及工作台，该技术方案提供的晶片对准定位装置，经过对待加工晶片的预定位，及对晶片工装的预定位，通过图像识别对工作台的移动、旋转，实现对晶片进行双面激光划切前的图像识别对准定位，可提高晶片双面激光划切效率和精度，也适应于其它领域双面激光划切设备的图像识别对准定位。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明实施例提供的晶片对准定位装置的结构示意图；

图2为图1中晶片工装的结构示意图；

图3为图1中工作台的结构示意图；

其中：1-摄像头；2-半反半透镜；3-聚焦物镜；4-晶片工装；41-上片盘；42-标记孔；

43-压板；44-橡胶磁条；5-工作台；51-基座；52-真空吸盘；53-旋转电机；541-Y向导轨；

542-Y向直线电机；543-Y向光栅尺；551-X向导轨；552-X向直线电机；553-X向光栅；56-销钉；6-激光输入装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例提供的晶片对准定位装置的结构示意图，如图1所示，该晶片对准定位装置，包括依次设置的摄像头1、半反半透镜2、聚焦物镜3、晶片工装4及工作台5，晶片对准定位装置还包括激光输入装置6。摄像头1用于透过半反半透镜2及聚焦物镜3拍摄晶片工装4的图像，从而采用图像识别技术判断晶片工装的位置精度，摄像头1可以选用工业用的CCD摄像头。

摄像头1、半反半透镜2与聚焦物镜3的中心同轴，摄像头1与聚焦物镜3所在的第一轴线与半反半透镜2呈45度，激光输入装置6输出的激光束方向垂直于第一轴线，输入半反半透镜2的中心，聚焦物镜3用于摄像头的晶片图像识别调焦，摄像头1的焦距调整，是通过聚焦物镜3的Z向移动实现的。；激光输入装置6用于对待加工的晶片进行划切加工。

晶片工装4用于装载至少一片待加工晶片，晶片工装4设置于工作台5上，工作台5可沿直角坐标系X、Y轴移动并沿自身中心轴旋转；晶片工装4用于对待加工晶片进行固定，实现对待加工晶片的粗定位。工作台5的可移动方向参照图1中的箭头方向，晶片工装4置于工作台5上，工作台5的多方位移动可以实现对晶片工装4方位的调整，从而实现对待加工晶片方位的调整。

晶片对准定位装置还包括控制器，控制器在附图1中未示出，控制器与摄像头1及工作台5连接，用于读取摄像头1拍摄的定位图像信息从而形成控制信息控制工作台5的移动完成对待加工晶片的定位。从而实现对待加工晶片的定位自动完成，提高了加工的效率。

作为上述技术方案的优选，控制器还与激光输入装置连接，用于在待加工晶片定位完成后控制激光输入装置的开启。当控制器判断定位完成后，自动控制激光输入装置的开启，对待加工晶片进行划切操作，进一步提高加工效率。

控制器可以为单片机、可编程控制器。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。单片机或可编程控制器价格低，稳定性好，通用性强。

对采集到的图像可以报考图像预处理，具体的图像预处理包括例如将图像数据信号进行自动曝光、自动白平衡、自动增益、自动坏像素检测及删除、降噪、锐度、GAMMA及色彩矫正等图像预处理，从而提高所采集图像的质量。对经过预处理后的图像在提取相关信息，例如标记点的位置从而确定待加工晶片的位置，具体的图像处理方法可以包括二值化等常规的图像处理方法，此处不过多赘述。

本实施例提供的晶片对准定位装置，经过对待加工晶片的预定位，及对晶片工装4的预定位，通过图像识别对工作台5的移动、旋转，实现对晶片进行双面激光划切前的图像识别对准定位，可提高晶片双面激光划切效率和精度，也适应于其它领域双面激光划切设备的图像识别对准定位。

图2为图1中晶片工装的结构示意图，如图2所示，作为上述技术方案的优选，晶片工装4包括具有与待加工晶片相匹配的第一凹槽的上片盘41，及用于压紧固定待加工晶片的压板43、压板43内还设置有用于吸附固定待加工晶片的边缘并露出待加工晶片的待加工区域的橡胶磁条44、以及设置于上片盘的标记孔42。第一凹槽的形状与待加工晶片的外轮廓相匹配，而第一凹槽的个数可以为一个或者多个，同时设置多个第一凹槽，可以一次实现对多个待加工晶片的固定。

上片盘41用于保证待加工晶片的X向、Y向预定位精度，橡胶磁条44、压板43用于保证待加工晶片的Z向预定位精度，标记孔42用于摄像头1定位识别。其结构具有独特的晶片装取功能，可保证聚焦物镜3与正反面放置的待加工晶片及标记孔42同时聚焦定位。晶片的装取过程是晶片工装的整体装入、取出和翻转。晶片装入时，晶片固定于晶片工装的上片盘凹槽内，橡胶磁条44、压板43柔性地压紧晶片。晶片取出时，卸去橡胶磁条44及压板43，依次取出晶片即可。晶片翻转时，晶片工装整体翻转，晶片位置相对固定，摄像头的标记孔识别位置保持不变。

作为上述技术方案的优选，待加工晶片与标记孔42定位精度为0.05mm。

本实施例提供的晶片工装4结构精巧，具有多片装取，多片定位，操作简便，定位可靠等特点，可实现“一键操作”完成晶片双面激光划切的自动化控制与操作。

图3为图1中工作台的结构示意图，如图3所示，作为上述技术方案的优选，工作台5包括与上片盘41对应的基座51，基座51上设置有与上片盘41相对应的真空吸盘52，上片盘41还具有与真空吸盘52相匹配的第二凹槽，第二凹槽的设置用于增加使得真空吸盘52对上片盘41的吸力；基座51的底端还连接有可带动基座51沿自身中心轴旋转的旋转电机53，沿Y向导轨541移动的Y向直线电机542，沿X向导轨551移动的X向直线电机552，以及分别与X向导轨551、Y向导轨541对应的X向光栅尺553及Y向光栅尺543。旋转电机53用于调整工作台相对于中心轴的角度，X向直线电机及Y向直线电机分别用于调节工作台的X向Y向的位置。工作台5在调整X向Y向位置时沿着X向导轨551，Y向导轨541移动，X向光栅尺553及Y向光栅尺543分别用于确定移动的距离。

真空吸盘52用于保证晶片工装4的Z向预定位精度，真空吸盘52可以沿着工作台5的中心轴Z轴方向移动。

作为上述技术方案的优选，工作台5上设置有与上片盘41对应的销钉56，用于与上片盘41的固定。

作为上述技术方案的优选，晶片工装4与工作台5的定位精度为0.05mm

作为上述技术方案的优选，X向光栅尺及Y向光栅尺分别用于调整X向直线电机、Y向直线电机移动精度，保证标记孔的X、Y向定位精度。 保证工作台移动距离的准确度。光栅尺，也称为光栅尺位移传感器（光栅尺传感器），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。

作为上述技术方案的优选，标记孔42相对于X向、Y向定位精度均为0.05mm。

本实施例提供的图像识别对准定位装置，通过晶片工装，实现晶片多片装取，多片预定位；通过工作台实现晶片工装快速装取，精确预定位，同时实现标记孔位置的精确定位；通过摄像头、半反半透镜、聚焦物镜，实现标记孔轮廓识别；通过晶片预定位、工装预定位、标记孔轮廓识别及标记孔对准定位，完成晶片双面激光划切图像识别的对准定位。

本发明属于一种创新设计，可广泛使用于不同形状、不同材质的晶片双面激光划切，也可推广到其它领域相适应的划切设备和检测设备，对于提高激光划切设备的划切效率和划切精度方面具有明显优势。

本发明实施例还提供了一种应用上述晶片对准定位装置的方法，包括：

将待加工晶片装载在晶片对准定位装置的晶片工装上，再将晶片工装装载在晶片对准定位装置的工作台上，对工作台上的标记孔进行定位。

双面激光划切是人工对晶片装入晶片工装后，将晶片工装载入进行工作台，开启真空， CCD摄像头识别晶片及标记孔位置，控制器调整工作台沿X、Y及θ向运动，对晶片正面的划切位置精确定位后，激光开启，对晶片正面进行激光划切，待晶片正面划切完成后，人工对晶片工装再进行翻转，开启真空， CCD摄像头识别晶片及标记孔轮廓，控制器调整工作台沿X、Y及θ向运动，对晶片反面的划切位置精确定位后，激光开启，对晶片反面进行激光划切。

作为上述技术方案的优选，对工作台上的标记孔进行定位包括：摄像头识别工作台上的标记孔，控制器控制工作台的移动，完成摄像头对标记孔的定位。

现有技术中对于晶片的加工，对于要求正、反面切割通槽和盲孔的晶片，无论采用传统的砂轮划切设备加工，还是采用先进的激光划切设备加工，晶片图像识别对准定位精度对晶片双面划切精度及划切效率产生重要影响。新定位方法要求晶片在图像识别对准过程中，晶片装取具有晶片预定位和晶片工装预定位技术，实现晶片的多片装取，多片定位功能。晶片图像识别对准具有以工装标记孔为准的自动识别对准技术，实现晶片快捷的，高定位精度的正、反面图像识别对准功能，最终实现“一键操作”完成晶片双面激光划切图像识别对准定位。

上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。

此专利说明书使用实例去展示本发明，其中包括最佳模式，并且使熟悉本领域的技术人员制造和使用此项发明。此发明可授权的范围包括权利要求书的内容和说明书内的具体实施方式和其它实施例的内容。这些其它实例也应该属于本发明专利权要求的范围，只要它们含有权利要求相同书面语言所描述的技术特征，或者它们包含有与权利要求无实质差异的类似字面语言所描述的技术特征。

所有专利，专利申请和其它参考文献的全部内容应通过引用并入本申请文件。但是如果本申请中的一个术语和已纳入参考文献的术语相冲突，以本申请的术语优先。

本文中公开的所有范围都包括端点，并且端点之间是彼此独立地组合。

需要注意的是，“第一 ”，“第二”或者类似词汇并不表示任何顺序，质量或重要性，只是用来区分不同的技术特征。结合数量使用的修饰词“大约”包含所述值和内容上下文指定的含义。（例如：它包含有测量特定数量时的误差）

Claims (8)

1.一种晶片对准定位装置，其特征在于，包括依次设置的摄像头、半反半透镜、聚焦物镜、晶片工装及工作台，所述晶片对准定位装置还包括激光输入装置；

所述摄像头、半反半透镜与聚焦物镜的中心同轴，所述摄像头与聚焦物镜所在的第一轴线与所述半反半透镜呈45度，所述激光输入装置输出的激光束方向垂直于所述第一轴线，输入所述半反半透镜的中心，所述聚焦物镜用于摄像头的晶片图像识别调焦；

所述晶片工装用于装载至少一片待加工晶片，所述晶片工装设置于所述工作台上，所述工作台可沿直角坐标系X、Y轴移动并沿自身中心轴旋转；

所述晶片对准定位装置还包括控制器，所述控制器与所述摄像头及所述工作台连接，用于读取所述摄像头拍摄的定位图像信息从而形成控制信息控制所述工作台的移动完成对待加工晶片的定位；所述晶片工装包括具有与待加工晶片相匹配的第一凹槽的上片盘，及用于压紧固定所述待加工晶片的压板、所述压板内还设置有用于吸附固定所述待加工晶片的边缘并露出所述待加工晶片的待加工区域的橡胶磁条、以及设置于所述上片盘的标记孔；

所述上片盘用于保证所述待加工晶片的X向、Y向预定位精度，所述橡胶磁条、压板用于保证所述待加工晶片的Z向预定位精度，所述标记孔用于摄像头定位识别。

2.根据权利要求1所述的晶片对准定位装置，其特征在于，所述控制器还与所述激光输入装置连接，用于在待加工晶片定位完成后控制所述激光输入装置的开启。

3.根据权利要求1所述的晶片对准定位装置，其特征在于，所述待加工晶片与所述标记孔定位精度为0.05mm。

4.根据权利要求1所述的晶片对准定位装置，其特征在于，所述工作台包括与所述上片盘对应的基座，所述基座上设置有与所述上片盘相对应的真空吸盘，所述上片盘还具有与所述真空吸盘相匹配的第二凹槽；所述基座的底端还连接有可带动所述基座沿自身中心轴旋转的旋转电机，沿Y向导轨移动的Y向直线电机，沿X向导轨移动的X向直线电机，以及分别与X向导轨、Y向导轨对应的X向光栅尺及Y向光栅尺；

所述真空吸盘用于保证所述晶片工装的Z向预定位精度；

所述工作台上设置有与所述上片盘对应的销钉，用于与所述上片盘的固定。

5.根据权利要求4所述的晶片对准定位装置，其特征在于，所述晶片工装与所述工作台的定位精度为0.05mm。

6.根据权利要求4所述的晶片对准定位装置，其特征在于，所述X向光栅尺及所述Y向光栅尺分别用于调整X向直线电机、Y向直线电机移动精度，保证标记孔的X、Y向定位精度。

7.根据权利要求6所述的晶片对准定位装置，其特征在于，所述标记孔相对于X向、Y向定位精度均为0.05mm。

8.应用权利要求1所述的晶片对准定位装置的方法，其特征在于，包括：

将待加工晶片装载在晶片对准定位装置的晶片工装上，再将所述晶片工装装载在所述晶片对准定位装置的工作台上，对所述工作台上的标记孔进行定位；

所述对所述工作台上的标记孔进行定位包括：摄像头识别所述工作台上的标记孔，控制器控制所述工作台的移动，完成摄像头对标记孔的定位。