CN107305916B - 一种csp封装led的贴片机及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种CSP封装LED的贴片机及其加工工艺，可把阵列方式排列附设于蓝膜上的LED芯片直接焊接固定到基板上，贴片机包括机架、设于机架上并可安装有蓝膜的吸晶台、设于机架上的用于承放基板的可进行移动的固晶工作台、可在基板的对应的焊盘上进行点胶操作的点胶机构；贴片机还包括带有可把位于吸晶台上的蓝膜上的LED芯片真空吸附起来并把LED芯片直接焊接固定到已点胶的焊盘上的摆臂的吸晶固晶机构、可把LED芯片顶起以有利于吸晶固晶机构对LED芯片进行吸附操作的推顶器机构；贴片机还包括图像识别控制装置，图像识别控制装置由吸晶光学装置、固晶光学装置组成；贴片机还包括可控制贴片机每个部件工作的智能控制装置；贴片机还包括上料机构、下料机构。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED贴片设备，特别涉及一种CSP封装LED的贴片机及其加工工艺。
背景技术
CSP是直接将荧光粉覆盖在芯片上，简化了生产流程，降低了生产成本；而且无支架，热阻大幅降低，同样器件体积可以提供更大功率；而且，封装形式更小，更趋近于点光源，终端用户照明设计更加灵活，给应用厂商带来了更大的便捷性及扩大了设计广度。但是，由于无封装LED相对于传统芯片的体积更小，对贴片设备的精度要求更高等诸多技术壁垒，目前的CSP封装LED贴片设备难以满足上述要求，难以进行一体化加工生产，生产效率低，往往需要多个设备才能完成贴片工序，难以进行高效率的大批量生产，设备及运作成本高，加工时间长，准确度较低，稳定性能一般，成品良率不高。目前，CSP封装LED贴片机仍属于全新的课题，仍有许多问题尚待解决。
因此，如何实现一种可一体化操作，全自动化操作，加工工序简化快捷，生产效率高，生产成本低，准确度高，稳定性强，成品良率高的CSP封装LED的贴片机是业内亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种CSP封装LED的贴片机及其加工工艺，旨在实现一种可一体化操作，全自动化操作，加工工序简化快捷，生产效率高，生产成本低，准确度高，稳定性强，成品良率高的CSP封装LED的贴片机。
本发明提出一种CSP封装LED的贴片机，可把阵列方式排列附设于蓝膜上的LED芯片直接焊接固定到基板上，贴片机包括机架、设于机架上并可安装有蓝膜且使蓝膜紧绷的吸晶台、设于机架上的用于承放基板的可进行移动的固晶工作台、设于固晶工作台上方并可在基板的对应的焊盘上进行点胶操作的点胶机构；贴片机还包括带有可把位于吸晶台上的蓝膜上的LED芯片真空吸附起来并把LED芯片直接焊接固定到已点胶的焊盘上的摆臂的吸晶固晶机构、位于吸晶台下方并可把LED芯片顶起以有利于LED芯片与蓝膜的分离及有利于吸晶固晶机构对LED芯片进行吸附操作的推顶器机构；贴片机还包括图像识别控制装置，图像识别控制装置由可通过吸晶摄像头获得LED芯片图像并进行处理从而获得LED芯片的中心坐标的相关信息的吸晶光学装置、可通过固晶摄像头获取基板上的焊盘的相关信息并进行处理以便于精确固晶的固晶光学装置组成；贴片机还包括可控制贴片机每个部件工作的智能控制装置；贴片机还包括可把附设有LED芯片的蓝膜安装到吸晶台上并把基板固定到固晶工作台上的上料机构、可把已贴片固晶后的基板运送至收料料盒中的下料机构。
优选地，摆臂由真空吸嘴组件、焊臂组成。
优选地，点胶结构包括位于固晶工作台上方的锡膏盘、可从锡膏盘中带出锡膏并点到基板的焊盘上的点胶头，锡膏盘可进行自转以确保锡膏分布均匀。
优选地，推顶器机构上设有可把LED芯片顶出以有利于LED芯片与蓝膜的分离及有利于吸晶固晶机构对LED芯片进行吸附操作的推顶针。
本发明提出CSP封装LED的贴片机的加工工艺，贴片机的加工工作过程如下：A、上料机构上料：上料机构把附设有LED芯片的蓝膜紧绷地安固到吸晶台上并把基板固定到固晶工作台的指定位置上；B、制定操作程序：通过智能控制装置来控制吸晶光学装置、固晶光学装置的工作从而获取并处理LED芯片的相关信息同时获取并处理基板上焊盘的相关信息进而对点胶操作、吸晶操作及固晶操作进行编程而最终制定出操作程序，固晶工作台可进行移动以满足操作程序的需求；C、点胶操作：点胶机构根据操作程序在基板的对应的焊盘上进行点胶操作；D、吸晶操作：吸晶固晶机构的摆臂把位于吸晶台上的蓝膜上的LED芯片真空吸附起来并把LED芯片运送到待固晶位置处，吸附起LED芯片的同时推顶器机构把LED芯片顶起以有利于LED芯片与蓝膜的分离及有利于吸晶固晶机构对LED芯片进行吸附操作；E、固晶操作：吸晶固晶机构的摆臂把LED芯片直接焊接固定到已点胶的焊盘上；F、收料机构收料：基板上的焊盘全部固晶完成后通过下料机构把已贴片固晶后的基板运送至收料料盒中，依此循环直至完成所有贴片工作。
本发明CSP封装LED贴片机的生产加工效率高，自动化程度高。其贴片周期达到180毫秒，即每秒能达到5次以上的贴片动作；而且运动频率高，每秒可完成几十个机械动作。另外，本贴片机的整机动作复杂，在一个周期内有多达十几个电机在同时运动，所有电机都是高速大力矩伺服和步进电机，保证高效率的生产和机台稳定性。另外，本贴片机的运动精度高，整机中多个关键电机的分辨率达到微米级，用以控制极小的贴片间距的定位，大大提高了生产产品的质量。另外，本贴片机的运动可靠性高，智能控制装置和各元器件的可靠性保证了本全自动的CSP封装LED贴片机可以24小时不间断开机运作。本发明实现了一种可一体化操作，全自动化操作，加工工序简化快捷，生产效率高，生产成本低，准确度高，稳定性强，成品良率高的CSP封装LED的贴片机。
附图说明
图1为本发明一种CSP封装LED的贴片机及其加工工艺的一实施例中贴片机的立体结构示意图；
图2为图1中A部分的放大图；
图3为本发明一种CSP封装LED的贴片机及其加工工艺的一实施例的加工流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1至图3，提出本发明的一种CSP封装LED的贴片机及其加工工艺的一实施例，可把阵列方式排列附设于蓝膜100上的LED芯片101直接焊接固定到基板200上，贴片机包括机架300、设于机架300上并可安装有蓝膜100且使蓝膜100紧绷的吸晶台400、设于机架300上的用于承放基板200的可进行移动的固晶工作台500、设于固晶工作台500上方并可在基板200的对应的焊盘上进行点胶操作的点胶机构。
贴片机还包括带有可把位于吸晶台400上的蓝膜100上的LED芯片101真空吸附起来并把LED芯片101直接焊接固定到已点胶的焊盘上的摆臂701的吸晶固晶机构700、位于吸晶台400下方并可把LED芯片101顶起以有利于LED芯片101与蓝膜100的分离及有利于吸晶固晶机构700对LED芯片101进行吸附操作的推顶器机构800。
贴片机还包括图像识别控制装置，图像识别控制装置由可通过吸晶摄像头获得LED芯片101图像并进行处理从而获得LED芯片101的中心坐标的相关信息的吸晶光学装置901、可通过固晶摄像头获取基板200上的焊盘的相关信息并进行处理以便于精确固晶的固晶光学装置902组成。
贴片机还包括可控制贴片机每个部件工作的智能控制装置903。
贴片机还包括可把附设有LED芯片101的蓝膜100安装到吸晶台400上并把基板200固定到固晶工作台500上的上料机构、可把已贴片固晶后的基板200运送至收料料盒中的下料机构。
本贴片机的加工工作过程如下：A、上料机构上料：上料机构把附设有LED芯片101的蓝膜100紧绷地安固到吸晶台400上并把基板200固定到固晶工作台500的指定位置上；B、制定操作程序：通过智能控制装置903来控制吸晶光学装置901、固晶光学装置902的工作从而获取并处理LED芯片101的相关信息同时获取并处理基板200上焊盘的相关信息进而对点胶操作、吸晶操作及固晶操作进行编程而最终制定出操作程序，固晶工作台500可进行移动以满足操作程序的需求；C、点胶操作：点胶机构根据操作程序在基板200的对应的焊盘上进行点胶操作；D、吸晶操作：吸晶固晶机构700的摆臂701把位于吸晶台400上的蓝膜100上的LED芯片101真空吸附起来并把LED芯片101运送到待固晶位置处，吸附起LED芯片101的同时推顶器机构800把LED芯片101顶起以有利于LED芯片101与蓝膜100的分离及有利于吸晶固晶机构700对LED芯片101进行吸附操作；E、固晶操作：吸晶固晶机构700的摆臂701把LED芯片101直接焊接固定到已点胶的焊盘上；F、收料机构收料：基板200上的焊盘全部固晶完成后通过下料机构把已贴片固晶后的基板200运送至收料料盒中，依此循环直至完成所有贴片工作。
其中，摆臂701由真空吸嘴组件、焊臂组成。摆臂701由焊臂直控式电机来控制旋转，由音圈电机来控制上下运动。在点锡膏之后，焊臂带动真空吸嘴组件移动到LED芯片101处并进行真空吸取LED芯片101的操作，随后焊臂移动至基板200的焊盘位上并进行固晶操作从而把LED芯片101直接焊接固定到焊盘的锡膏上。
其中，点胶结构包括位于固晶工作台500上方的锡膏盘601、可从锡膏盘601中带出锡膏并点到基板200的焊盘上的点胶头602，锡膏盘601可进行自转以确保锡膏分布均匀。点胶机构中，由两个交流伺服马达分别驱动点胶头602进行旋转运动及上下运动，由一个步进马达来驱动锡膏盘601作旋转运动。
其中，推顶器机构800上设有可把LED芯片101顶出以有利于LED芯片101与蓝膜100的分离及有利于吸晶固晶机构700对LED芯片101进行吸附操作的推顶针。
吸晶固晶机构700结构推顶器机构800的具体的吸晶过程如下：推顶针位于蓝膜100的下方并与带吸起的LED芯片101对应，焊臂带动真空吸嘴组件移动到LED芯片101处并吸附起LED芯片101的过程中，LED芯片101与蓝膜100之间的分离必须依靠推顶针的配合，真空吸嘴组件吸取LED芯片101时，推顶针就会从中间一个直径极小的小孔中伸出比LED芯片101更小的针头，针头的作用就是把要取出的LED芯片101向上顶起，以迫使LED芯片101与蓝膜100处于半脱离状态，这样真空吸嘴组件吸取LED芯片101的成功率就可以大大提升。而上述吸晶过程具体分为两个阶段：第一阶段，真空吸嘴组件向下移动，当恰好碰撞到LED芯片101时被确认为第一个临界阶段，在第一个临界过程中，推顶针在上升过程中也碰撞了LED芯片101；第二阶段，推顶针的针头继续推动LED芯片101和蓝膜100向上运动，确定蓝膜100与LED芯片101剥离的瞬间为第二个临界时刻，当LED芯片101与蓝膜100达到80％的面积脱离时，真空吸嘴组件通过真空吸力将LED芯片101吸取起来。
吸晶固晶机构700的具体工作原理如下：吸晶固晶机构700的主要功能是要实现吸取LED芯片101并把LED芯片101运送到基板200的指定坐标位置上，然后放置LED芯片101到基板200的指定坐标位置上使LED芯片101直接焊接固定到基板200的指定坐标位置上。吸晶固晶机构700的摆臂701完成一个LED芯片101的吸晶固晶动作，需要精确、快速、平稳地往返于吸取LED芯片101和焊接LED芯片101的两个位置之间，其主要动作有：摆臂701通过步进电机和音圈电机将真空吸嘴组件移动到待吸晶位置处，并在推顶针顶出LED芯片101的同时吸附起LED芯片101以完成吸晶操作，随后把LED芯片101运送至待固晶位置处并把LED芯片101直接放置到已点胶的焊盘上完成固晶操作。
贴片机包括图像识别控制装置，图像识别控制装置由可通过吸晶摄像头获得LED芯片101图像并进行处理从而获得LED芯片101的中心坐标的相关信息的吸晶光学装置901、可通过固晶摄像头获取基板200上的焊盘的相关信息并进行处理以便于精确固晶的固晶光学装置902组成。图像识别控制装置主要包括以下四个方面，光源：合适的方式下将光源的光线投射到被识别的LED芯片101上，突出对应该LED芯片101的特征对比度；光学镜头：主要用于光学成像；CCD相机：将光信号转换为电信号；图像采集卡：进行图像预处理并与CCD相机相匹配。图像识别控制装置的工作原理如下：当上料机构把附设有LED芯片101的蓝膜100紧绷地安固到吸晶台400上并把基板200固定到固晶工作台500的指定位置上，吸晶光学装置901首先寻找LED芯片101并定位好LED芯片101的位置，然后对LED芯片101进行拍照并对拍照的图片通过图像采集卡进行图片处理，把不规则的有缺陷的LED芯片101做跳过处理，把合格的LED芯片101定为吸取选项等一系列操作。另外，固晶光学装置902对固晶工作台500上的基板200的焊盘按照设定的程序参数进行搜索，并通过固晶工作台500的移动把基板200移动到指定坐标点上，然后进行拍照，然后通过图像采集卡对拍照图像进行图像处理，然后对焊盘进行判断是否符合固晶要求等一系列操作。
本CSP封装LED贴片机的生产加工效率高，自动化程度高。其贴片周期达到180毫秒，即每秒能达到5次以上的贴片动作；而且运动频率高，每秒可完成几十个机械动作。另外，本贴片机的整机动作复杂，在一个周期内有多达十几个电机在同时运动，所有电机都是高速大力矩伺服和步进电机，保证高效率的生产和机台稳定性。另外，本贴片机的运动精度高，整机中多个关键电机的分辨率达到微米级，用以控制极小的贴片间距的定位，大大提高了生产产品的质量。另外，本贴片机的运动可靠性高，智能控制装置903和各元器件的可靠性保证了本全自动的CSP封装LED贴片机可以24小时不间断开机运作。本发明实现了一种可一体化操作，全自动化操作，加工工序简化快捷，生产效率高，生产成本低，准确度高，稳定性强，成品良率高的CSP封装LED的贴片机。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种CSP封装LED的贴片机，其特征在于，可把阵列方式排列附设于蓝膜上的LED芯片直接焊接固定到基板上，贴片机包括机架、设于机架上并可安装有蓝膜且使蓝膜紧绷的吸晶台、设于机架上的用于承放基板的可进行移动的固晶工作台、设于固晶工作台上方并可在基板的对应的焊盘上进行点胶操作的点胶机构；
贴片机还包括带有可把位于吸晶台上的蓝膜上的LED芯片真空吸附起来并把LED芯片直接焊接固定到已点胶的焊盘上的摆臂的吸晶固晶机构、位于吸晶台下方并可把LED芯片顶起以有利于LED芯片与蓝膜的分离及有利于吸晶固晶机构对LED芯片进行吸附操作的推顶器机构；
贴片机还包括图像识别控制装置，图像识别控制装置由可通过吸晶摄像头获得LED芯片图像并进行处理从而获得LED芯片的中心坐标的相关信息的吸晶光学装置、可通过固晶摄像头获取基板上的焊盘的相关信息并进行处理以便于精确固晶的固晶光学装置组成；
贴片机还包括可控制贴片机每个部件工作的智能控制装置；
贴片机还包括可把附设有LED芯片的蓝膜安装到吸晶台上并把基板固定到固晶工作台上的上料机构、可把已贴片固晶后的基板运送至收料料盒中的下料机构。
2.根据权利要求1的一种CSP封装LED的贴片机，其特征在于，摆臂由真空吸嘴组件、焊臂组成。
3.根据权利要求1或2的一种CSP封装LED的贴片机，其特征在于，点胶结构包括位于固晶工作台上方的锡膏盘、可从锡膏盘中带出锡膏并点到基板的焊盘上的点胶头，锡膏盘可进行自转以确保锡膏分布均匀。
4.根据权利要求3的一种CSP封装LED的贴片机，其特征在于，推顶器机构上设有可把LED芯片顶出以有利于LED芯片与蓝膜的分离及有利于吸晶固晶机构对LED芯片进行吸附操作的推顶针。
5.CSP封装LED的贴片机的加工工艺，其特征在于，贴片机的加工工作过程如下：A、上料机构上料：上料机构把附设有LED芯片的蓝膜紧绷地安固到吸晶台上并把基板固定到固晶工作台的指定位置上；B、制定操作程序：通过智能控制装置来控制吸晶光学装置、固晶光学装置的工作从而获取并处理LED芯片的相关信息同时获取并处理基板上焊盘的相关信息进而对点胶操作、吸晶操作及固晶操作进行编程而最终制定出操作程序，固晶工作台可进行移动以满足操作程序的需求；C、点胶操作：点胶机构根据操作程序在基板的对应的焊盘上进行点胶操作；D、吸晶操作：吸晶固晶机构的摆臂把位于吸晶台上的蓝膜上的LED芯片真空吸附起来并把LED芯片运送到待固晶位置处，吸附起LED芯片的同时推顶器机构把LED芯片顶起以有利于LED芯片与蓝膜的分离及有利于吸晶固晶机构对LED芯片进行吸附操作；E、固晶操作：吸晶固晶机构的摆臂把LED芯片直接焊接固定到已点胶的焊盘上；F、收料机构收料：基板上的焊盘全部固晶完成后通过下料机构把已贴片固晶后的基板运送至收料料盒中，依此循环直至完成所有贴片工作。
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