CN111863676A - 高精度智能共晶贴装设备及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高精度智能共晶贴装设备及其加工方法，包括基座，其上沿Y向设有物料区和共晶区，物料区的中部为基板上料区和成品下料区，左右两侧均为芯片上料区，每个芯片上料区内包括至少一芯片上料治具、沿XY向移动的芯片取放焊头机构和预置平台，基板上料和成品下料区内包括一沿XY向移动的基板上料治具、沿Y向移动的基板取放焊头机构；共晶区包括分别与两芯片取放焊头机构位置对应的两个共晶焊机构，每个共晶焊机构包括一组固定安装的顶部相机和一个沿XZ向运动的共晶焊头，还包括两个在芯片上料位和共晶位之间往复运动的共晶加热平台；本发明上料和共晶分离，双共晶台，双共晶焊头同时工作，提高了设备产能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片共晶加工技术领域，尤其是一种高精度智能共晶贴装设备及其加工方法。
背景技术
共晶焊接又称低熔点合金焊接，其基本特性是，两种不同的金属可以在远低于各自的熔点温度下按一定重量比例形成合金。共晶焊接技术在电子封装行业具有广泛的应用，与传统的环氧导电胶粘接相比，共晶焊接具有热导率高、热阻低、传热快、可靠性强、粘接后强度大的优点，适用于高频、大功率器件中晶片与基板、基板与管壳的互联。因发热，元器件尺寸较小以及逸出气体等方面的约束要求，光通信领域COS器件一般采用共晶焊接工艺。
在共晶焊接过程中，由于底部片材表层的镀焊层会随着温度的变化发生体积变化，由固态变成液融态，在此过程中，两个芯片之间务必会发生轻微的错位，若不在焊接过程中矫正这个错位或者避免这个错位发生，则会严重影响最终的焊接质量，产生不良。COS元件，如激光二极管(LD)、光电探测器(PD)、电容器或者热敏电阻等，通常小至200平方微米以内，且由易碎的III-V族化合物半导体材料制成，如GaAs和InP等材料。因此，这类小、薄且易碎芯片在共晶焊接过程中，必须要有实时的精密的微力控制，保障共晶焊接过程中芯片与基板之间的压力恒定，既要避免芯片损伤又要保证共晶精度。
目前国外高精度智能共晶贴装设备主流供应商有德国FINETECH、法国SET、美国MRSI、美国PALOMAR以及日本涩谷。德国Finetech和法国SET均采用双面对准方案。Finetech采用旋转式双面对准，用同一个固定焦距的摄像头同时观察芯片和基板图像，可实现最高0.5μm的高精度共晶。SET采用双面对准相机，在共晶前，将双面对准相机移动到焊头和共晶台之间，确保焊头芯片与共晶台基板同时处在上下视相机的焦面，共晶精度可达0.51μm。SET与Finetech高精度智能共晶贴装设备对位调整及补偿耗时，产率偏低，无法满足量产需求。美国MRSI和美国PALOMAR高精度智能共晶贴装设备类似，采用上料和共晶分离，双共晶台方案。左边独立的焊头上料，右边独立的焊头共晶，但均采用单共晶焊头配置，不能有效提升产率。日本涩谷，其采用的是传统的单共晶台，单共晶焊头的设计方案，产率较低。
国内高精度智能共晶贴装设备，如CN201922433688.3公开了一种高精度共晶键合设备，采用上料和共晶分离，双共晶台，双共晶焊头方案，通过并行双头方案实现设备产率提高。但此设备的芯片拾取头、基板拾取头和成品拾取头安装在同一个龙门X轴悬臂式滑台模组上，芯片上料、基板上料和成品下料不可同时进行。且其无法保障共晶焊接过程中芯片与基板之间的压力恒定。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种高精度智能共晶贴装设备及其加工方法，左右芯片上料分别由左右两侧的芯片取放焊头机构完成，基板上料和成品下料由基板取放焊头机构完成，左右芯片上料及基板上料互不干扰，同时进行。同时，芯片上料，先转移至预置平台上，预置平台移动至固定相机底部，节省设备循环时间。
本发明所采用的技术方案如下：
一种高精度智能共晶贴装设备，包括基座，所述基座上沿Y向设有物料区和共晶区，物料区位于共晶区的前侧；物料区的中部为基板上料区和成品下料区，左右两侧均为芯片上料区，每个芯片上料区内包括至少一芯片上料治具、与芯片上料治具配合、沿XY向移动的芯片取放焊头机构，芯片取放焊头机构的吸嘴机构还具有Z向移动、旋转自由度；基板上料和成品下料区内包括一沿XY向移动的基板上料治具、与基板上料治具配合、沿Y向移动的基板取放焊头机构，基板取放焊头机构的吸嘴机构还具有Z向移动、旋转自由度；共晶区包括分别与两芯片取放焊头机构位置对应的左右两个共晶焊机构，每个共晶焊机构包括两台固定安装的顶部相机和一个沿XZ向运动的共晶焊头，每侧芯片取放焊头机构的后侧设有带底部相机的预置平台，预置平台具有XYZ直线移动、旋转四自由度；共晶区内还设有两个沿X向移动的共晶加热平台，两个所述共晶加热平台均在基板上料位和共晶位之间往复运动，配合共晶焊机构完成芯片和基板的共晶过程。
其进一步技术方案为：
基座的上表面后侧安装X向机架，X向机架中部通过顶部Y向移动模组安装所述基板取放焊头机构；X向机架两侧各安装一沿XZ向移动的气浮平台，每个气浮平台底部安装一个所述共晶焊头；X向机架的顶部两侧分别通过固定安装件，连接两台所述顶部相机。
所述基板取放焊头机构的结构为：包括支架板一，所述支架板一前表面上固定连接电机一、丝杆组件和Z向导轨一，所述电机一的输出轴通过第一带传动机构与所述丝杆组件连接，丝杆组件的丝杆轴沿Z向设置，且丝杆轴上传动连接一滑动连接座，其上安装有吸嘴机构，其结构包括通过旋转驱动件驱动的取料焊头，所述取料焊头上还连接有力控组件；所述力控组件包括音圈电机，所述音圈电机安装在与所述滑动连接座固连的调整连接板的内侧，调整连接板外侧连接有焊头固定座，所述取料焊头穿设于焊头固定座内并通过轴承装置与其转动连接，音圈电机顶部通过一音圈连接板与所述焊头固定座连接，音圈连接板顶部通过弹簧件与弹簧上板连接，弹簧上板两端分别固连于调整连接板的顶部；调整连接板的外侧壁面上设有Z向导轨二，Z向导轨二上设有沿其滑动、与焊头固定座固连的上触点安装块，其端部底面设有向下延伸的上触点，调整连接板的外端壁面上设有下触点安装块，所述下触点安装块的端部上表面设有向上延伸、与所述上触点配合的下触点；所述取料焊头一侧还设有取料相机，取料相机通过取料相机固定座与一取料相机连接板固连，所述取料相机连接板与所述支架板一固定连接。
所述旋转驱动件的结构包括电机二，其输出轴通过第二带传动机构与取料焊头传动连接，电机二也固定安装在调整连接板内侧；取料焊头的结构包括吸嘴管，其通过转动轴承安装于所述焊头固定座中，顶部与所述第二带传动机构连接，底部设有吸嘴；所述吸嘴管顶部伸出焊头固定座外，通过气管与负压装置连接。
基座上表面安装有XY向移动模组一，其上安装所述芯片取放焊头机构，芯片取放焊头机构的安装结构与所述基板取放焊头机构的安装结构相同。
X向机架的结构包括横梁，其底部两端支撑有立柱结构，所述气浮平台位于所述横梁的前表面，所述共晶焊头的安装结构为：包括与气浮平台固连的长臂连板，其底部连接有压力传感器，压力传感器底部连接有L形连接块，L形连接块底面设有钨钢吸嘴；长臂连板一侧通过滑组安装板安装有Z向导轨三，Z向导轨三上安装有沿其滑动的L形连接板，L形连接板一端背面与Z向导轨三滑动连接，另一端底部与所述L形连接块的上表面连接；所述固定安装件采用纵梁结构，其前端伸出X向机架前表面，并跨于气浮平台上方，纵梁结构的前端面上固定有安装支架，安装支架的位于气浮平台前表面，所述顶部相机沿Z向固连于所述安装支架上。
所述预置平台连接在底部Y向移动模组上，预置平台的结构包括与底部Y向移动模组连接的平台底板一，其上沿高度方向由下至上依次安装有X向滑台一、Y向滑台一、Z向滑台一和旋转平台一，所述旋转平台一上通过垫块组件一安装有芯片放置台，芯片放置台顶面中部开有中心气孔，上述各滑台内开有气腔，并与所述中心气孔连通，气腔通过管路与负压装置连接；还包括安装斜板，其底部与平台底板一连接，顶部通过锁紧块安装所述底部相机；所述底部相机水平设置，其一侧设有点光源，底部相机镜头位置处，通过设置斜边直角反射棱镜形成向上识别的光路。
两组共晶加热平台的结构相同，每个共晶加热平台的安装结构为：包括X向移动模组，其上安装有平台底板二，其上沿高度方向由下至上依次安装有X向滑台二、Y向滑台二、Z向滑台二和旋转平台二，所述旋转平台二上通过垫块组件二安装加热台，所述加热台表面安装罩板。
芯片上料治具的结构包括多个芯片上料载具盒；基板上料治具连接在XY向移动模组二上，所述XY向移动模组二安装在基座上表面，基板上料治具的结构包括抽拉式的载料板一和载料板二，载料板一上设有多个基板上料盒，载料板二上设有多个成品下料盒。
一种高精度智能共晶贴装设备的共晶加工方法，加工流程包括：
将基板上料至共晶加热平台、将芯片上料至预置平台、再由预置平台上料至基板、将芯片和基板共晶加热焊接、成品下料，基板上料和成品下料处于同一工作区，连续运行；两侧芯片、中间的基板同时上料，芯片上料到预置平台和芯片移载至基板同时进行；具体过程如下：
基板上料：
基板取放焊头机构沿Y向往复移动，对基板上料治具上的基板进行识别，并拾取基板至处于上料位的共晶加热平台上，然后该共晶加热平台沿X向移至共晶位；
芯片上料：
与基板上料同时进行的是：两组芯片取放焊头机构同时工作，分别对各自下方对接的芯片上料治具上载的芯片进行识别，然后拾取到相应的预置平台上，再重复上述动作，实现芯片从芯片上料治具至预置平台的连续上料；
芯片移载至基板上：
每个预置平台沿Y向往复移动，往复将芯片从芯片上料治具移载至对应侧的顶部相机及共晶焊头的下方；顶部相机及共晶焊头分别对预置平台上的芯片进行识别和拾取；每侧的顶部相机的工作过程：其中一台顶部相机识别预置平台上的芯片位置后，共晶焊头拾取芯片，与此同时，预置平台退回原位进行下一次芯片上料，另一台顶部相机识别共晶加热平台上基板上的焊接位置，共晶焊头并随气浮平台沿X向移动，将芯片移至处于共晶位的共晶加热平台的基板上，并将芯片压按在基板的预定位置；
共晶焊接：
共晶加热平台加热，共晶焊头将芯片压在基板上，共晶焊头实时检测并通过反馈，保持对芯片的恒定压力输出，反应完成后共晶焊头抬起，返回至原始位置，继续对预置平台上的下一个芯片进行拾取；成品下料：共晶后的成品，由共晶加热平台移动至下料位，由基板取放焊头机构拾取后放到基板上料治具上，完成下料；
重复上述过程，实现连续加工过程。
本发明的有益效果如下：
本发明高精度智能共晶贴装设备结构设计合理，自动化程度高，采用上料和共晶分离，双共晶台，双共晶焊头的设计方案，极大提高设备产能。
本发明物料区左右两侧为芯片上料区，中间为共用同一取料焊头的基板上料区和成品下料区。左右芯片上料分别由左右两侧的芯片取放焊头机构完成，基板上料和成品下料由基板取放焊头机构完成；左右芯片上料及基板上料互不干扰，同时进行。芯片上料，先转移至预置平台上，预置平台移动至固定相机底部，节省设备循环时间。此外，预置平台带底部相机，与顶部相机配合完成校准工作，提高校准精度。
本发明的共晶焊头能够确保实时力控，通过压力传感器组件实时监控焊头对芯片的压力，并配合与压力传感器组件闭合控制的气浮平台Z轴向下运动实现压力补偿，保障共晶过程中芯片与基板的压力恒定，大大提高了共晶焊接精度与焊接质量。
本发明位于共晶加热平台上方两侧的两组顶部相机固定安装，识别对位精度高、实时对位，实现高精度共晶。每组顶部相机的一个用于预置平台上芯片位置调整以及共晶焊头拾取芯片实时对位，另一个用于保障共晶焊接时芯片与基板的对位精度。
本发明的芯片取放焊头机构、基板取放焊头机构采用相同的安装结构，均采用音圈电机通过电流产生反作用力，确保吸嘴在取放过程中施力稳定，力控精度高，防止破坏芯片基板或成品；基板取放焊头机构为基板上料和成品下料共用，优化了结构设计，节约空间；
本发明取料焊头可沿直线移动模组运动，还可沿Z向(竖直方向)运动、旋转，具有多自由度，满足基板、芯片及成品的位置调整，自动化程度高。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明基板取放焊头机构的结构示意图。
图3为本发明基板取放焊头机构的另一状态结构示意图。
图4为图2中A部放大图。
图5为本发明预置平台的结构示意图。
图6为本发明顶部相机和共晶焊头的安装结构示意图。
图7为本发明共晶焊头的结构示意图。
图8为本发明共晶加热平台和共晶焊头的安装结构示意图。
图9为本发明共晶加热平台的结构示意图。
图10为本发明基板上料治具的安装结构示意图。
其中：1、预置平台；2、共晶焊头；3、X向机架；4、芯片取放焊头机构；5、基板取放焊头机构；6、共晶加热平台；7、芯片上料治具；8、基板上料治具；9、气浮平台；10、顶部Y向移动模组；11、基座；12、顶部相机；13、XY向移动模组一；14、底部Y向移动模组；15、X向移动模组；16、XY向移动模组二；17、纵梁结构；
101、X向滑台一；102、Y向滑台一；103、Z向滑台一；104、旋转平台一；105、垫块组件一；106、芯片放置台；107、斜边直角反射棱镜；108、底部相机；109、点光源；110、平台底板一；111、安装斜板；1061、中心气孔；
201、长臂连板；204、滑组安装板；205、Z向导轨三；206、L形连接板；207、钨钢吸嘴；208、L形连接块；209、压力传感器；
501、取料相机；502、取料焊头；503、焊头固定座；504、Z向导轨一；505、滑动连接座；506、电机一；507、电机二；508、丝杆轴；509、音圈电机；510、支架板一；511、调整连接板；512、音圈连接板；513、弹簧件；514、弹簧上板；515、Z向导轨二；516、上触点安装块；517、上触点；518、下触点安装块；519、下触点；520、气管；521、第一带传动机构；522、第二带传动机构；523、取料相机连接板；524、取料相机固定座；
601、X向滑台二；602、Y向滑台二；603、Z向滑台二；604、旋转平台二；605、垫块组件二；606、罩板；607、加热台；608、平台底板二；
701、上料载具盒；801、载料板一；802、载料板二。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的一种高精度智能共晶贴装设备，包括基座11，基座11上沿Y向设有物料区和共晶区，物料区位于共晶区的前侧；物料区的中部为基板上料区和成品下料区，左右两侧均为芯片上料区，每个芯片上料区内包括至少一芯片上料治具7、与芯片上料治具7配合、沿XY向移动的芯片取放焊头机构4，芯片取放焊头机构4的吸嘴机构还具有Z向移动、旋转自由度；基板上料和成品下料区内包括一沿XY向移动的基板上料治具8、与基板上料治具8配合、沿Y向移动的基板取放焊头机构5，基板取放焊头机构5的吸嘴机构还具有Z向移动、旋转自由度；共晶区包括分别与两芯片取放焊头机构4位置对应的左右两个共晶焊机构，每个共晶焊机构包括两台固定安装的顶部相机12和一个沿XZ向运动的共晶焊头2，每侧芯片取放焊头机构4的后侧设有带底部相机108的预置平台1，预置平台1具有XYZ直线移动、旋转四自由度；共晶区内还设有两个沿X向移动的共晶加热平台6，两个共晶加热平台6均在基板上料位和共晶位之间往复运动，配合共晶焊机构完成芯片和基板的共晶过程。
基座11的上表面后侧安装X向机架3，X向机架3中部通过顶部Y向移动模组10安装基板取放焊头机构5；X向机架3两侧各安装一沿XZ向移动的气浮平台9，每个气浮平台9底部安装一个共晶焊头2；X向机架3的顶部两侧分别通过固定安装件，连接两台顶部相机12。
两组共四只顶部相机12位于共晶加热平台6上方的两侧，顶部相机12为高分辨率视觉检测相机，识别对位精度高、实时对位，提高了共晶精度，其工作原理为：
每组的两个顶部相机12的其中一个，识别预置平台1上芯片的位置为预置平台1上芯片位置调整提供信息，以及确保共晶焊头2从预置平台1上拾取芯片时进行实时准确对位，另一个用于识别基板上的焊接位置，确保在共晶焊时芯片与基板的实时对位精度，实现高精度共晶。
顶部相机12将光源、镜头与相机三者相集成起来，并在外壳内使用气流传导热量，实现加速散热的功能。从而避免由于离共晶加热平台6过近而对镜头、相机系统产生的负面影响。
如图2-图4所示，基板取放焊头机构5的结构为：包括支架板一510，支架板一510前表面上固定连接电机一506、丝杆组件和Z向导轨一504，电机一506的输出轴通过第一带传动机构521与丝杆组件连接，丝杆组件的丝杆轴508沿Z向设置，且丝杆轴508上传动连接一滑动连接座505，其上安装有吸嘴机构，其结构包括通过旋转驱动件驱动的取料焊头502，取料焊头502上还连接有力控组件；力控组件包括音圈电机509，音圈电机509安装在与滑动连接座505固连的调整连接板511的内侧，调整连接板511外侧连接有焊头固定座503，取料焊头502穿设于焊头固定座503内并通过轴承装置与其转动连接，音圈电机509顶部通过一音圈连接板512与焊头固定座503连接，音圈连接板512顶部通过弹簧件513与弹簧上板514连接，弹簧上板514两端分别固连于调整连接板511的顶部；调整连接板511的外侧壁面上设有Z向导轨二515，Z向导轨二515上设有沿其滑动、与焊头固定座503固连的上触点安装块516，其端部底面设有向下延伸的上触点517，调整连接板511的外端壁面上设有下触点安装块518，下触点安装块518的端部上表面设有向上延伸、与上触点517配合的下触点519；取料焊头502一侧还设有取料相机501，取料相机501通过取料相机固定座524与一取料相机连接板523固连，取料相机连接板523与支架板一510固定连接。
旋转驱动件的结构包括电机二507，其输出轴通过第二带传动机构522与取料焊头502传动连接，电机二507也固定安装在调整连接板511内侧；取料焊头502的结构包括吸嘴管，其通过转动轴承安装于焊头固定座503中，顶部与第二带传动机构522连接，底部设有吸嘴；吸嘴管顶部伸出焊头固定座503外，通过气管520与负压装置连接。
基板取放焊头机构5的工作原理：
初始状态下，上触点517和下触点519相互接触。取料时，电机一506通过第一带传动机构521带动丝杆组件运动，使滑动连接座505沿Z向导轨一504向下移动，当焊头碰到基板或成品时，取料焊头502连同焊头固定座503受力向上，上触点安装块516带动上触点571向上移动，上触点517和下触点519分开，此时音圈电机509开始工作，通电线圈与永磁体作用，产生反作用力，并通过音圈连接板512带动焊头固定座503及取料焊头502向下运动，从而给基板或成品施加作用力。取料时，取料焊头502由电机二507通过第二带传动机构522驱动旋转。
如图1和图6所示，基座11上表面安装有XY向移动模组一13，其上安装芯片取放焊头机构4，芯片取放焊头机构4的安装结构与基板取放焊头机构5的安装结构相同。
X向机架3的结构包括横梁，其底部两端支撑有立柱结构，气浮平台9位于横梁的前表面；
如图7所示，共晶焊头2的安装结构为：包括与气浮平台9固连的长臂连板201，其底部连接有压力传感器209，压力传感器209底部连接有L形连接块208，L形连接块208底面设有钨钢吸嘴207；长臂连板201一侧通过滑组安装板204安装有Z向导轨三205，Z向导轨三205上安装有沿其滑动的L形连接板206，L形连接板206一端背面与Z向导轨三205滑动连接，另一端底部与L形连接块208的上表面连接；固定安装件采用纵梁结构17，其前端伸出X向机架3前表面，并跨于气浮平台9上方，纵梁结构17的前端面上固定有安装支架，安装支架的位于气浮平台9前表面，顶部相机12沿Z向固连于安装支架上。
共晶焊头2的工作原理：
共晶焊头2安装在气浮平台9(采用市售的气浮运动模组)上，具体实施时，可采用电桥式压力传感器(LSB200)，输出形式为电压，具有反馈功能。由于芯片属于极易碎品，共晶焊头2的实时力控功能，既确保了焊接的精度又保护小芯片，其工作原理如下：
压力传感器209(具体实施时可采用标准件型号为LSB200)预设一个标准值，共晶过程中，压力传感器209实时检测钨钢吸嘴207的受力值，该力值在共晶反应过程中发生变化，使L形连接块208、L形连接板206沿Z向导轨三205微微浮动，压力传感器209顶部与长臂连板201底部之间产生形变，压力传感器209受感应，其感应到的力值与预设值之间存在误差时会提供一个补偿力，当误差值为正(检测值大于预设值)，即需要调整使钨钢吸嘴207抬起，通过压力传感器209闭合控制气浮平台沿Z轴向上运动实现压力补偿，当误差值为负(检测值小于预设值)，即需要调整使钨钢吸嘴207下压，通过压力传感器209闭合控制气浮平台沿Z轴向下运动实现压力补偿，从而使钨钢吸嘴207对芯片进行实时力控，确保芯片与基板受力恒定，从而大大提高了共晶焊接精度与焊接质量。
如图5所示，预置平台1连接在底部Y向移动模组14上，预置平台1的结构包括与底部Y向移动模组14连接的平台底板一110，其上沿高度方向由下至上依次安装有X向滑台一101、Y向滑台一102、Z向滑台一103和旋转平台一104，旋转平台一104上通过垫块组件一105安装有芯片放置台106，芯片放置台106顶面中部开有中心气孔1061，上述各滑台内开有气腔，并与中心气孔1061连通，气腔通过管路与负压装置连接；还包括安装斜板111，其底部与平台底板一110连接，顶部通过锁紧块安装底部相机108；底部相机108水平设置，其一侧设有点光源109，底部相机108镜头位置处，通过设置斜边直角反射棱镜107形成向上识别的光路。
如图8、图9所示，两组共晶加热平台6的结构相同，每个共晶加热平台6的安装结构为：包括X向移动模组15，其上安装有平台底板二608，其上沿高度方向由下至上依次安装有X向滑台二601、Y向滑台二602、Z向滑台二603和旋转平台二604，旋转平台二604上通过垫块组件二605安装加热台607，加热台607表面安装罩板606。
共晶加热平台6的工作原理：
在非共晶阶段保持一个低温状态，等到芯片接触到基板后，开始升温并实现共晶操作。共晶加热平台6的顶部由陶瓷制作，提高了导热性能。
如图1所示，芯片上料治具7的结构包括多个芯片上料载具盒701；
如图10所示，基板上料治具8连接在XY向移动模组二16上，XY向移动模组二16安装在基座11上表面，基板上料治具8的结构包括抽拉式的载料板一801和载料板二802，载料板一801上设有多个基板上料盒，载料板二802上设有多个成品下料盒。
基板上料治具8的工作原理：
基板上料治具8的载料治具包括两部分，载料板一801上设有多个基板上料盒，用来装载待共晶的未完成品；载料板二802上设有多个成品下料盒，用来装载已共晶的成品。
本实施例一种高精度智能共晶贴装设备的共晶加工方法，加工流程包括：
将基板上料至共晶加热平台6、将芯片上料至预置平台1、再由预置平台1上料至基板、将芯片和基板共晶加热焊接、成品下料，基板上料和成品下料处于同一工作区，连续运行；两侧芯片、中间的基板同时上料，芯片上料到预置平台1和芯片移载至基板同时进行；
具体过程如下：
初始化操作：
首先进行设备初始化操作，每侧的两个顶部相机12与对应侧的预置平台1上连接的一个底部相机108，确定预置平台1中心、共晶加热平台6与共晶焊头2中心的具体位置从而完成校准工作；
基板上料：
基板上料治具8沿XY向移动模组二16移动到上料位，基板取放焊头机构5沿Y移动至基板上料治具8上方，取料相机501识别基板位置后利用取料焊头502拾取基板，将其拾取到共晶加热平台6上，然后该共晶加热平台6沿X向移动至共晶位；
芯片上料：
与基板上料同时进行的是：两组芯片取放焊头机构4同时工作，分别对各自下方对接的芯片上料治具7上载的芯片进行识别，然后拾取到相应的预置平台1上，再重复上述动作，实现芯片从芯片上料治具7至预置平台1的连续上料，具体地：芯片取放焊头机构中的相机(对应于取料相机501)识别芯片后，利用焊头(对应于取料焊头502)拾取芯片，识别预置平台1芯片的放置位置后，将芯片放置到预置平台1顶部的芯片放置台106上表面的中心气孔1061，通过负压将芯片吸附在芯片放置台106上，芯片再由预置平台1移动到顶部相机12下方；
芯片移载至基板上：
每个预置平台1沿Y向往复移动，往复将芯片从芯片上料治具7移载至对应侧的顶部相机12及共晶焊头2的下方；顶部相机12及共晶焊头2分别对预置平台1上的芯片进行识别和拾取；每侧的顶部相机12的工作过程：其中一台顶部相机12识别预置平台1上的芯片位置后，共晶焊头2拾取芯片，与此同时，预置平台1退回原位进行下一次芯片上料，另一台顶部相机12识别共晶加热平台6上基板上的焊接位置，共晶焊头2并随气浮平台9沿X向移动，将芯片移至处于共晶位的共晶加热平台6的基板上，并将芯片压按在基板的预定位置；
共晶焊接：
共晶加热平台6加热，共晶焊头2将芯片压在基板上，共晶焊头2实时检测并通过反馈，保持对芯片的恒定压力输出，反应完成后共晶焊头2抬起，返回至原始位置，继续对预置平台1上的下一个芯片进行拾取；具体地：其中一部顶部相机12识别芯片位置后，共晶焊头2拾取芯片，与此同时，预置平台1退回原位置(进行下一次芯片上料)，另一部顶部相机12识别基板上的焊接位置，共晶焊头2(随气浮平台9沿Z向X向移动)将芯片按压在基板的预定位置，芯片底部附有锡片，温度升高后，锡会融化，融化过程当中，共晶焊头2所受到的反作用力会产生变化，此时共晶焊头2的反馈功能可以确保实时力与预设力保持一致，共晶加热平台6完成焊接过程，焊接完成后共晶焊头2的钨钢吸嘴207抬起，返回至原位置进行下一次芯片拾取；
成品下料：
共晶后的成品，由共晶加热平台6移动至下料位，基板取放焊头机构5的取料相机501识别成品位置后，取料焊头502拾取成品，放至基板上料治具8，完成下料；
重复上述过程，实现连续加工过程。
基板上料与芯片上料是同时进行的，且两台芯片取放焊头机构4同时工作，极大地提高了效率。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种高精度智能共晶贴装设备，其特征在于：包括基座(11)，所述基座(11)上沿Y向设有物料区和共晶区，物料区位于共晶区的前侧；
物料区的中部为基板上料区和成品下料区，左右两侧均为芯片上料区，每个芯片上料区内包括至少一芯片上料治具(7)、与芯片上料治具(7)配合、沿XY向移动的芯片取放焊头机构(4)，芯片取放焊头机构(4)的吸嘴机构还具有Z向移动、旋转自由度；基板上料和成品下料区内包括一沿XY向移动的基板上料治具(8)、与基板上料治具(8)配合、沿Y向移动的基板取放焊头机构(5)，基板取放焊头机构(5)的吸嘴机构还具有Z向移动、旋转自由度；
共晶区包括分别与两芯片取放焊头机构(4)位置对应的左右两个共晶焊机构，每个共晶焊机构包括两台固定安装的顶部相机(12)和一个沿XZ向运动、对共晶过程中芯片与基板的压力进行实时力控的共晶焊头(2)，每侧芯片取放焊头机构(4)的后侧设有带底部相机(108)的预置平台(1)，预置平台(1)具有XYZ直线移动、旋转四自由度；
共晶区内还设有两个沿X向移动的共晶加热平台(6)，两个所述共晶加热平台(6)均在基板上料位和共晶位之间往复运动，配合共晶焊机构完成芯片和基板的共晶过程。
2.如权利要求1所述的高精度智能共晶贴装设备，其特征在于：基座(11)的上表面后侧安装X向机架(3)，X向机架(3)中部通过顶部Y向移动模组(10)安装所述基板取放焊头机构(5)；X向机架(3)两侧各安装一沿XZ向移动的气浮平台(9)，每个气浮平台(9)底部安装一个所述共晶焊头(2)；X向机架(3)的顶部两侧分别通过固定安装件，连接两台所述顶部相机(12)。
3.如权利要求2所述的高精度智能共晶贴装设备，其特征在于：所述基板取放焊头机构(5)的结构为：包括支架板一(510)，所述支架板一(510)前表面上固定连接电机一(506)、丝杆组件和Z向导轨一(504)，所述电机一(506)的输出轴通过第一带传动机构(521)与所述丝杆组件连接，丝杆组件的丝杆轴(508)沿Z向设置，且丝杆轴(508)上传动连接一滑动连接座(505)，其上安装有吸嘴机构，其结构包括通过旋转驱动件驱动的取料焊头(502)，所述取料焊头(502)上还连接有力控组件；
所述力控组件包括音圈电机(509)，所述音圈电机(509)安装在与所述滑动连接座(505)固连的调整连接板(511)的内侧，调整连接板(511)外侧连接有焊头固定座(503)，所述取料焊头(502)穿设于焊头固定座(503)内并通过轴承装置与其转动连接，音圈电机(509)顶部通过一音圈连接板(512)与所述焊头固定座(503)连接，音圈连接板(512)顶部通过弹簧件(513)与弹簧上板(514)连接，弹簧上板(514)两端分别固连于调整连接板(511)的顶部；
调整连接板(511)的外侧壁面上设有Z向导轨二(515)，Z向导轨二(515)上设有沿其滑动、与焊头固定座(503)固连的上触点安装块(516)，其端部底面设有向下延伸的上触点(517)，调整连接板(511)的外端壁面上设有下触点安装块(518)，所述下触点安装块(518)的端部上表面设有向上延伸、与所述上触点(517)配合的下触点(519)；
所述取料焊头(502)一侧还设有取料相机(501)，取料相机(501)通过取料相机固定座(524)与一取料相机连接板(523)固连，所述取料相机连接板(523)与所述支架板一(510)固定连接。
4.如权利要求3所述的高精度智能共晶贴装设备，其特征在于：所述旋转驱动件的结构包括电机二(507)，其输出轴通过第二带传动机构(522)与取料焊头(502)传动连接，电机二(507)也固定安装在调整连接板(511)内侧；取料焊头(502)的结构包括吸嘴管，其通过转动轴承安装于所述焊头固定座(503)中，顶部与所述第二带传动机构(522)连接，底部设有吸嘴；所述吸嘴管顶部伸出焊头固定座(503)外，通过气管(520)与负压装置连接。
5.如权利要求1-4之一所述的高精度智能共晶贴装设备，其特征在于：基座(11)上表面安装有XY向移动模组一(13)，其上安装所述芯片取放焊头机构(4)，芯片取放焊头机构(4)的安装结构与所述基板取放焊头机构(5)的安装结构相同。
6.如权利要求2所述的高精度智能共晶贴装设备，其特征在于：X向机架(3)的结构包括横梁，其底部两端支撑有立柱结构，所述气浮平台(9)位于所述横梁的前表面，所述共晶焊头(2)的安装结构为：包括与气浮平台(9)固连的长臂连板(201)，其底部连接有压力传感器(209)，压力传感器(209)底部连接有L形连接块(208)，L形连接块(208)底面设有钨钢吸嘴(207)；长臂连板(201)一侧通过滑组安装板(204)安装有Z向导轨三(205)，Z向导轨三(205)上安装有沿其滑动的L形连接板(206)，L形连接板(206)一端背面与Z向导轨三(205)滑动连接，另一端底部与所述L形连接块(208)的上表面连接；
所述固定安装件采用纵梁结构(17)，其前端伸出X向机架(3)前表面，并跨于气浮平台(9)上方，纵梁结构(17)的前端面上固定有安装支架，安装支架的位于气浮平台(9)前表面，所述顶部相机(12)沿Z向固连于所述安装支架上。
7.如权利要求1所述的高精度智能共晶贴装设备，其特征在于：所述预置平台(1)连接在底部Y向移动模组(14)上，预置平台(1)的结构包括与底部Y向移动模组(14)连接的平台底板一(110)，其上沿高度方向由下至上依次安装有X向滑台一(101)、Y向滑台一(102)、Z向滑台一(103)和旋转平台一(104)，所述旋转平台一(104)上通过垫块组件一(105)安装有芯片放置台(106)，芯片放置台(106)顶面中部开有中心气孔(1061)，上述各滑台内开有气腔，并与所述中心气孔(1061)连通，气腔通过管路与负压装置连接；还包括安装斜板(111)，其底部与平台底板一(110)连接，顶部通过锁紧块安装所述底部相机(108)；所述底部相机(108)水平设置，其一侧设有点光源(109)，底部相机(108)镜头位置处，通过设置斜边直角反射棱镜(107)形成向上识别的光路。
8.如权利要求1所述的高精度智能共晶贴装设备，其特征在于：两组共晶加热平台(6)的结构相同，每个共晶加热平台(6)的安装结构为：包括X向移动模组(15)，其上安装有平台底板二(608)，其上沿高度方向由下至上依次安装有X向滑台二(601)、Y向滑台二(602)、Z向滑台二(603)和旋转平台二(604)，所述旋转平台二(604)上通过垫块组件二(605)安装加热台(607)，所述加热台(607)表面安装罩板(606)。
9.如权利要求1所述的高精度智能共晶贴装设备，其特征在于：芯片上料治具(7)的结构包括多个芯片上料载具盒(701)；基板上料治具(8)连接在XY向移动模组二(16)上，所述XY向移动模组二(16)安装在基座(11)上表面，基板上料治具(8)的结构包括抽拉式的载料板一(801)和载料板二(802)，载料板一(801)上设有多个基板上料盒，载料板二(802)上设有多个成品下料盒。
10.一种利用如权利要求1所述的高精度智能共晶贴装设备的加工方法，加工流程包括：将基板上料至共晶加热平台(6)、将芯片上料至预置平台(1)、再由预置平台(1)上料至基板、将芯片和基板共晶加热焊接、成品下料，其特征在于：
基板上料和成品下料处于同一工作区，连续运行；两侧芯片、中间的基板同时上料，芯片上料到预置平台(1)和芯片移载至基板同时进行；
具体过程如下：
基板上料：
基板取放焊头机构(5)沿Y向往复移动，对基板上料治具(8)上的基板进行识别，并拾取基板至处于上料位的共晶加热平台(6)上，然后该共晶加热平台(6)沿X向移至共晶位；
芯片上料：
与基板上料同时进行的是：两组芯片取放焊头机构(4)同时工作，分别对各自下方对接的芯片上料治具(7)上载的芯片进行识别，然后拾取到相应的预置平台(1)上，再重复上述动作，实现芯片从芯片上料治具(7)至预置平台(1)的连续上料；
芯片移载至基板上：
每个预置平台(1)沿Y向往复移动，往复将芯片从芯片上料治具(7)移载至对应侧的顶部相机(12)及共晶焊头(2)的下方；顶部相机(12)及共晶焊头(2)分别对预置平台(1)上的芯片进行识别和拾取；每侧的顶部相机(12)的工作过程：其中一台顶部相机(12)识别预置平台(1)上的芯片位置后，共晶焊头(2)拾取芯片，与此同时，预置平台(1)退回原位进行下一次芯片上料，另一台顶部相机(12)识别共晶加热平台(6)上基板上的焊接位置，共晶焊头(2)并随气浮平台(9)沿X向移动，将芯片移至处于共晶位的共晶加热平台(6)的基板上，并将芯片压按在基板的预定位置；
共晶焊接：
共晶加热平台(6)加热，共晶焊头(2)将芯片压在基板上，共晶焊头(2)实时检测并通过反馈，保持对芯片的恒定压力输出，反应完成后共晶焊头(2)抬起，返回至原始位置，继续对预置平台(1)上的下一个芯片进行拾取；
成品下料：
共晶后的成品，由共晶加热平台(6)移动至下料位，由基板取放焊头机构(5)拾取后放到基板上料治具(8)上，完成下料；
重复上述过程，实现连续加工。
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