CN108253921A - 一种在线检测芯片与陶瓷基板焊接水平度的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在线检测芯片与陶瓷基板焊接水平度的系统和方法，系统包括控制系统和芯片倒装设备，控制系统包括数据收集模块、数据分析模块、设备控制模块、报警通信模块和数据生成模块，数据收集模块接收芯片倒装设备输送的检测高度，数据分析模块将检测高度与预设的合格数值进行对比，设备控制模块控制芯片倒装设备停机，报警通信模块向工作人员发送报警信息，数据生成模块将数据归纳统计生成可视化数据发送到监控室，采用本发明的系统和方法后，能够在焊接时检测芯片与陶瓷基板的焊接水平度，及时发现水平度异常现象，降低不良品的产生，消除隐患，自动化程度高，无需依靠人力检测，大大降低生产成本，满足生产需求。
Description
技术领域
本发明涉及摄像头模组生产领域，具体涉及一种在线检测芯片与陶瓷基板焊接水平度的系统和方法。
背景技术
倒装芯片，又叫Flip chip，被广泛地运用于电子封装行业中，其中在摄像头模组生产领域，倒装芯片引脚往往较多，可达上百个引脚，每一引脚凸点都要通过焊接同时焊接到陶瓷基板，这就要求芯片、陶瓷基板的水平度必需达到要求，才能使凸点水平并且良好的焊接在陶瓷基板上，但在实际生产过程中，由于陶瓷基板和芯片的易碎性，设备的焊接平台上经常残留基板碎屑，基板碎屑没有及时清除会使基板倾斜水平度得不到保证，若焊接时基板不水平，相对水平的芯片与基板焊接后，芯片就会相对基板倾斜，造成一边凸点过压，一边凸点没有压缩完全，甚至没有压缩，芯片无法与陶瓷基板良好连接，严重时若芯片与基板连接异常会导致整个摄像头模组就会出现电性不良的失效模式，使得产品无法实现应有的功能。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种在线检测芯片与陶瓷基板焊接水平度的系统和方法，能实现焊接时在线检测芯片与陶瓷基板焊接水平度，具体技术方案如下：
一种在线检测芯片与陶瓷基板焊接水平度的系统，包括控制系统和将芯片倒装焊接时的检测高度输送到控制系统的芯片倒装设备，控制系统包括数据收集模块、数据分析模块、设备控制模块、报警通信模块和数据生成模块，数据收集模块接收芯片倒装设备输送的检测高度，数据分析模块将检测高度与预设的合格数值进行对比，设备控制模块控制芯片倒装设备停机，报警通信模块向工作人员发送报警信息，数据生成模块将数据归纳统计生成可视化数据发送到监控室。
作为本发明的一种优选方案，所述芯片倒装设备包括伺服电机、滚珠丝杆、连接板、音圈马达、间隙传感器、数据传输线、弹簧安装块、弹簧、底板、感应片和焊接工具，伺服电机通过滚珠丝杆驱动连接板上下移动，连接板下方固定安装音圈马达，音圈马达边侧安装间隙传感器和弹簧安装块，弹簧安装块下方套装弹簧，音圈马达下方安装底板，底板表面与弹簧相接触，底板上方安装与间隙传感器位置相对应的感应片，底板底部安装焊接工具，焊接工具吸取芯片进行倒装焊接，间隙传感器感应到感应片的检测数值通过数据传输线输送到设备数据处理器，同时将对应的检测高度输送到数据收集模块。
作为本发明的一种优选方案，所述控制系统由eCIM工程计算机集成制造系统和EAP设备自动收集系统组成。
作为本发明的一种优选方案，音圈马达后方安装滑轨，滑轨滑动连接滑块，滑块安装于侧板，侧板固定连接底板且与底板相互垂直。
一种在线自动检测芯片和陶瓷基板焊接水平度的方法，包括以下步聚，
①伺服电机通过滚珠丝杆驱动连接板、音圈马达、焊接工具快速下移接近下方焊接平台上的陶瓷基板，音圈马达预设有定值的设定力；
②连接板、音圈马达、焊接工具快速下移到设定高度后，伺服电机通过滚珠丝杆驱动连接板、音圈马达、焊接工具慢速下移，芯片底部的凸点接触到基板，音圈马达继续下移使弹簧压缩，弹簧压缩到一定量使弹簧的回弹力与音圈马达的设定力相等时，间隙传感器感应到感应片的检测高度即为伺服电机的行程位置；
③检测高度通过数据传输线输送到数据收集模块，数据收集模块实现收集数据并保存；
④数据收集模块将数据输送到数据分析模块，数据分析模块将检测高度与预设的合格数值进行对比得出芯片和陶瓷基板焊接水平度是否符合要求；
⑤当数据分析模块得出水平度异常时，设备控制模块控制芯片倒装设备停机，报警通信模块向工作人员发送邮件或手机报警信息；
⑥数据生成模块将数据归纳统计生成可视化数据发送到监控室，监控室实时监控焊接现场数据。
作为本发明方法的一种优选方式，步聚④中一个载板里有20个基板，检测高度就会有20个，20个检测高度中的最大值-最小值>35um则为异常现象, 同时如果20个检测高度平均值和下一工序产品差值>20um, 则也为异常现象,此时的 35um、20um为合格数值数值。
有益效果：采用本发明的系统和方法后，能够在焊接时检测芯片与陶瓷基板的焊接水平度，及时发现水平度异常现象，降低不良品的产生，消除隐患，自动化程度高，无需依靠人力检测，大大降低生产成本，满足生产需求。
附图说明
图1是本发明的方框图；
图2是本发明的工作原理图；
图3是本发明的控制系统的构成图；
图4是现有技术与使用本发明系统之后的数据对比图；
图5是本发明的芯片倒装设备的结构简图；
图6是本发明的芯片倒装设备另一方向的结构简图；
图7是芯片倒装焊接时的示意图；
图8是本发明系统的检测高度生成过程中的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步说明：
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1～3所示，一种在线检测芯片与陶瓷基板焊接水平度的系统，包括控制系统和将芯片倒装焊接时的检测高度输送到控制系统的芯片倒装设备，控制系统包括数据收集模块、数据分析模块、设备控制模块、报警通信模块和数据生成模块，数据收集模块接收芯片倒装设备输送的检测高度，数据分析模块将检测高度与预设的合格数值进行对比，设备控制模块控制芯片倒装设备停机，报警通信模块向工作人员发送报警信息，数据生成模块将数据归纳统计生成可视化数据发送到监控室。
具体的，如图3所示，控制系统由eCIM工程计算机集成制造系统和EAP设备自动收集系统组成，eCIM系统：Engineering Computer Integrated Manufacturing系统，是指工程计算机集成制造系统，常用于半导体行业中对生产设备的管理，EAP 系统：EquipmentAuto-Collection Program设备自动收集系统，指由Flip chip设备，以及各种通信协议组成的自动控制系统，这些通信协议包括TCP/IP(传输控制协议/网间协议)以及SECS/GEM（半导体设备通讯标准/通用设备模型），如图3所示，在运用此系统之前，相关的不良至少要48小时后才能在后续测试端发现，这就极容易发生批量性不良；而运用此系统之后，可在30分钟以内发现并改善问题点，从而减少不良，从报废数量、总投入数量、报废率、报废金额等数值可看出，明显降低的成本。
如图5～7所示，芯片倒装设备包括伺服电机1、滚珠丝杆2、连接板3、音圈马达4、间隙传感器5、数据传输线6、弹簧安装块7、弹簧8、底板9、感应片10和焊接工具11，伺服电机1通过滚珠丝杆2驱动连接板上下移动，连接板下方固定安装音圈马达4，音圈马达4边侧安装间隙传感器5和弹簧安装块7，弹簧安装块7下方套装弹簧8，音圈马达4下方安装底板9，底板9表面与弹簧8相接触，底板9上方安装与间隙传感器5位置相对应的感应片10，底板9底部安装焊接工具11，焊接工具11吸取芯片进行倒装焊接，间隙传感器感应到感应片的检测数值通过数据传输线输送到设备数据处理器，同时伺服电机1通过过数据传输线6将此时电机行程位置即的检测高度输送到数据收集模块，音圈马达4后方安装滑轨13，滑轨13滑动连接滑块14，滑块14安装于侧板15，侧板15固定连接底板9且与底板9相互垂直，伺服电机1通过滚珠丝杆2控制整个芯片倒装设备的升降，连接板3用于传动滚珠丝杆2的运动，音圈马达4为圆柱型音圈电机，能提供大推力使焊接工具11压合基板，焊接工具11为市面上常见的焊接结构，在此不在累述。
一种在线自动检测芯片和陶瓷基板焊接水平度的方法，包括以下步聚，
①伺服电机1通过滚珠丝杆3驱动连接板3、音圈马达4、焊接工具11快速下移接近下方焊接平台12上的陶瓷基板，音圈马达4预设有定值的设定力，设定力为音圈马达4工作推力，例如设定力为25N；
②如图8所示，连接板3、音圈马达4、焊接工具11快速下移到设定高度后，伺服电机1通过滚珠丝杆3驱动连接板3、音圈马达4、焊接工具11慢速下移，焊接工具11吸取芯片底部的凸点接触到基板，此时音圈马达4受到伺服电机1压力和基板的反作用力，音圈马达4继续下移底板9不动而使弹簧8压缩，感应片10逐步靠近间隙传感器5，弹簧8压缩到一定量使弹簧8的回弹力与音圈马达4的设定力相等时，音圈马达4停止下移，此时取伺服电机1的行程位置为检测高度（即焊接工具11实际下降的高度）；
③检测高度通过数据传输线输送到数据收集模块，数据收集模块实现收集数据并保存；
④数据收集模块将数据输送到数据分析模块，数据分析模块将检测高度与预设的合格数值进行对比得出芯片和陶瓷基板焊接水平度是否符合要求，此处的检测高度为多个数值,比如一个载板里有20个基板，检测高度就会有20个，20个检测高度的最大值-最小值>35um则为异常现象, 同时如果20个检测高度平均值和下一工序产品差值>20um, 则也为异常现象,此时的 35um、20um为合格数值；
⑤当数据分析模块得出水平度异常时，设备控制模块控制芯片倒装设备停机，报警通信模块向工作人员发送邮件或手机报警信息；
⑥数据生成模块将数据归纳统计生成可视化数据发送到监控室，监控室实时监控焊接现场数据。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种在线检测芯片与陶瓷基板焊接水平度的系统，其特征在于：包括控制系统和将芯片倒装焊接时的检测高度输送到控制系统的芯片倒装设备，控制系统包括数据收集模块、数据分析模块、设备控制模块、报警通信模块和数据生成模块，数据收集模块接收芯片倒装设备输送的检测高度，数据分析模块将检测高度与预设的合格数值进行对比，设备控制模块控制芯片倒装设备停机，报警通信模块向工作人员发送报警信息，数据生成模块将数据归纳统计生成可视化数据发送到监控室。
2.根据权利要求1所述的一种在线检测芯片与陶瓷基板焊接水平度的系统，其特征在于：所述芯片倒装设备包括伺服电机、滚珠丝杆、连接板、音圈马达、间隙传感器、数据传输线、弹簧安装块、弹簧、底板、感应片和焊接工具，伺服电机通过滚珠丝杆驱动连接板上下移动，连接板下方固定安装音圈马达，音圈马达边侧安装间隙传感器和弹簧安装块，弹簧安装块下方套装弹簧，音圈马达下方安装底板，底板表面与弹簧相接触，底板上方安装与间隙传感器位置相对应的感应片，底板底部安装焊接工具，焊接工具吸取芯片进行倒装焊接，间隙传感器感应到感应片的检测数值通过数据传输线输送到设备数据处理器，同时将对应的检测高度输送到数据收集模块。
3.根据权利要求1所述的一种在线检测芯片与陶瓷基板焊接水平度的系统，其特征在于：所述控制系统由eCIM工程计算机集成制造系统和EAP设备自动收集系统组成。
4.根据权利要求2所述的一种在线检测芯片与陶瓷基板焊接水平度的系统，其特征在于：音圈马达后方安装滑轨，滑轨滑动连接滑块，滑块安装于侧板，侧板固定连接底板且与底板相互垂直。
5.一种在线自动检测芯片和陶瓷基板焊接水平度的方法，其特征在于：包括以下步聚，
①伺服电机通过滚珠丝杆驱动连接板、音圈马达、焊接工具快速下移接近下方焊接平台上的陶瓷基板，音圈马达预设有定值的设定力；
②连接板、音圈马达、焊接工具快速下移到设定高度后，伺服电机通过滚珠丝杆驱动连接板、音圈马达、焊接工具慢速下移，芯片底部的凸点接触到基板，音圈马达继续下移使弹簧压缩，弹簧压缩到一定量使弹簧的回弹力与音圈马达的设定力相等时，间隙传感器感应到感应片的检测高度即为伺服电机的行程位置；
③检测高度通过数据传输线输送到数据收集模块，数据收集模块实现收集数据并保存；
④数据收集模块将数据输送到数据分析模块，数据分析模块将检测高度与预设的合格数值进行对比得出芯片和陶瓷基板焊接水平度是否符合要求；
⑤当数据分析模块得出水平度异常时，设备控制模块控制芯片倒装设备停机，报警通信模块向工作人员发送邮件或手机报警信息；
⑥数据生成模块将数据归纳统计生成可视化数据发送到监控室，监控室实时监控焊接现场数据。
6.根据权利要求5所述的一种在线检测芯片与陶瓷基板焊接水平度的方法，其特征在于：步聚④中一个载板里有20个基板，检测高度就会有20个，20个检测高度中的最大值-最小值>35um则为异常现象, 同时如果20个检测高度平均值和下一工序产品差值>20um, 则也为异常现象,此时的 35um、20um为合格数值数值。
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