CN112928044B - 一种多芯片组合封装的自动化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多芯片组合封装的自动化系统及方法,系统包括多个传送单元、多个视觉检测单元、检拾热压超声焊头单元、承片加工台、XY轴移动装置、上位机以及系统支架;所述系统支架包括固定支架以及衔接支架;所述承片加工台固设于所述系统支架中间;所述传送单元设于承片加工台四周,用于传送物资至承片加工台;所述视觉检测单元设置于所述固定支架上,且位于传送单元上方,包括摄像机、显微镜以及配套光源;所述检拾热压超声焊头单元设置在所述XY轴移动装置上,包括检拾热压超声焊头、气吸单元以及可移动支架;所述上位机用于控制各组件工作。本发明的尺寸可根据不同场景进行改进,可适应各种尺寸以及不同型号的多芯片封装。
Description
技术领域
本发明属于芯片封装技术领域,具体涉及一种多芯片组合封装的自动化系统及方法。
背景技术
如今,电子、人工智能正处于疯狂崛起的时代,而其中的5G技术是面对2020年以后移动需求而发展的新一代移动通信系统。在这样的背景下,为了满足5G超高速的带宽需求,多芯片封装应运而生。多芯片封装是指将两块以上的芯片集成到一块封装内,以此提高电路密度,增加电路功能。由于材料和制作机械的限制,单芯片的使用已经到了瓶颈,此时多芯片的出现使得封装后功率更高,尺寸也相对较小。
目前常用的封装技术大部分都是人工操作把芯片放到基板指定位置后送去封装,这样不仅存在着容易出现失误,导致一个基板和多个芯片同时报销的高额损失,因此急需一种自动化装置对该过程进行人工替代。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足,提出一种多芯片组合封装的自动化系统及方法,该方法解决当前5G时代下,高带宽高传输速度对多芯片封装的需求,实现了多芯片封装的自动化。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种多芯片组合封装的自动化系统,包括多个传送单元、多个视觉检测单元、检拾热压超声焊头单元、承片加工台、XY轴移动装置、上位机以及系统支架;
所述系统支架包括固定支架以及衔接支架;
所述承片加工台固设于所述系统支架中间;
所述传送单元设于承片加工台四周,用于传送物资至承片加工台或从承片加工台向外传送物资;
所述视觉检测单元设置于所述固定支架上,且位于传送单元上方,包括摄像机、显微镜以及配套光源,用于拍摄传送单元上的芯片和基板,确定芯片和基板是否存在;
所述XY轴移动装置设置在固定支架上;
所述检拾热压超声焊头单元设置在所述XY轴移动装置上,包括检拾热压超声焊头、气吸单元以及可移动支架,用于芯片检拾、组合封装;
所述上位机通过导线连接所述传送单元、视觉检测单元、检拾热压超声焊头单元、承片加工台以及XY轴移动装置,设有模板导入和数据库功能,用于通过数据传输控制视觉检测单元进行拍摄、确定传送单元上的芯片是否满足数量需求以及基板上芯片放置位置、控制检拾热压超声焊头单元对传送单元上随机放置的芯片进行位置调整、按照芯片位置控制检拾热压超声焊头移动、升起下降、吸附芯片以及松开芯片。
进一步的,所述XY轴移动装置由两个垂直相接的气动装置组成,用于控制检拾热压超声焊头单元到达承片加工台以及传送单元的各个位置。
进一步的,所述检拾热压超声焊头设有压强检测仪,用于反馈压强信息给所述上位机;
所述检拾热压超声焊头还用于对芯片进行加热。
进一步的,所述承片加工台包括物夹和用于判断是否存在芯片基板的触发器;所述承片加工台还用于对芯片基板进行加热。
进一步的,所述传送单元具体包括基板传送单元、芯片传送单元以及出物料传送单元,基板传送单元、芯片传送单元以及出物料传送单元均包括传送带,用于实现物资传送;所述基板传送单元和芯片传送单元分别用于向承片加工台传送基板和芯片,分别设置在所述承片加工台的左右两侧;所述出物料传送单元用于向外传送完成封装的芯片,设置在承片加工台的前侧。
进一步的,所述视觉检测单元具体为两个,实际使用时根据封装芯片尺寸不同选择不同的检测单元;
所述视觉检测单元具体设置于基板传送单元和芯片传送单元的上方,传送单元上的信息通过视觉检测单元传送至上位机处理。
本发明还包括基于提供的自动化系统的方法,包括以下步骤:
S1、在上位机中导入对应格式的芯片模板以及基板模板或在数据库中选择过去导入过的数据;
S2、系统进行初始化,具体为:
检拾热压超声焊头移动到原点位置、传送单元与视觉检测单元的能动性测试、上位机对所导入的数据进行提取并获取芯片信息和基板信息,承片加工台的物夹根据输入数据进行调整;
S3、系统通过承片加工台上的触发器判断是否存在基板,若存在则跳转至步骤S5;
S4、上位机通过基板传送单元上视觉检测单元的摄像机判断当前基板传送单元传送带上是否存在基板,若存在则获取其基板信息,随后上位机控制检拾热压超声焊头根据基板信息到达基板中心上方,拾取基板,进行旋转将其旋转至正位置后,移动到承片加工台正中心上方,将其放置承片加工台;若不存在则控制基板传送单元传送带前进一定距离后重新执行本步骤;
S5、上位机通过芯片传送单元上视觉检测单元获得当前视野下芯片传送单元传送带上所有芯片的芯片信息进行储存,若视觉检测单元视野下无芯片,则控制芯片传送单元前进一定距离后重新执行本步骤;
S6、上位机通过S5所存的芯片信息控制检拾热压超声焊头下降拾取对应芯片,通过旋转对应角度使其达到正位,移动到基板上方对应位置,下降至指定高度,并加大芯片与基板压强,当上位机获取到压强达到预设值后,控制检拾热压超声焊头和承片加工台对芯片及基板进行加热,达到预设值后进行维持一段预设时间;
S7、时间达到预设值后,检拾热压超声焊头松开芯片,抬升,继续对基板下一个芯片进行步骤S6的同样处理,直到所需的芯片都封装在基板上;
S8、检拾热压超声焊头拾取基板送入出物料传送单元,并回到原点位置,进行下一轮封装,即重复步骤S1至S8。
进一步的,所述芯片信息包括芯片所在的中心坐标以及芯片的偏转角度;
所述基板信息包括基板上应放置芯片的各个位置的中心坐标以及基板的偏转角度。
进一步的,所述步骤S4和S5中,控制基板传送单元传送带和芯片传送单元传送带前进的距离为视觉检测单元所拍摄的视野长度。
进一步的,所述步骤S6中,检拾热压超声焊头吸起芯片后移动至基板上方对应位置时,其移动速度为指数增长至额定速度。
本发明与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
1、本发明针对5G时代对于细小芯片封装的高要求提供了便利,使得芯片封装脱离人工,不仅降低了错误率,同时还提高了芯片封装的准确度。
2、本发明采用检拾热压超声焊头单元对芯片进行操作,不论是尽可能贴近芯片,还是携带芯片进行指数增长的速度运行都可以对芯片做到很好的保护;本发明采用的视觉检测单元可以很好兼容各种镜头,只要保证传输功能可以很好的将完整图片上传,可以适应各种环境需求,并且上位机具有记忆功能,可导入之前所使用过的模板,无需重复导入。
3、本发明的尺寸可根据不同场景进行改进,同时由于上位机自带识别功能,可适应各种尺寸以及不同型号的多芯片封装,无需从新设计新的系统。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图;
附图标号说明:1-第一视觉检测单元;2-基板传送单元;3-上位机;4-承片加工台;5-出物料传送单元;6-芯片传送单元;7-检拾热压超声焊头;8-可移动支架;9-第二视觉检测单元。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示,本发明实施例,一种多芯片组合封装的自动化系统,包含基板传送单元2、出物料传送单元5、芯片传送单元6、第一视觉检测单元1、第二视觉检测单元9、可移动检拾热压超声焊头单元、承片加工台4、XY轴移动装置、上位机3、以及系统支架;所述系统支架包括固定支架以及衔接支架。
在本实施例中,所述承片加工台,固设于系统支架的中间,包括可通过上位机调整的物夹以及判断是否存在芯片基板的触发器;所述承片加工台可对其上的芯片基板进行加热。
在本实施例中,所述基板传送单元、芯片传送单元以及出物料传送单元均包括传送带,用于传送物资;所述基板传送单元和芯片传送单元用于向承片加工台传送基板和芯片,分别设置在所述承片加工台的左右两侧;所述出物料传送单元用于向外传送完成封装的芯片,设置在承片加工台的前侧。
在本实施例中,所述视觉检测单元设置于所述固定支架上,且位于基板传送单元和芯片传送单元的上方以保证两个传送单元上的信息都可以完整的通过视觉检测单元送至上位机处理,用于拍摄传送单元上的芯片和基板,确定芯片和基板是否存在。
在本实施例中,所述视觉检测单元包括工业摄像机、精密显微镜以及其配套光源,实际应用时可根据封装芯片尺寸不同自行选择合适的视觉检测单元,保证可以清晰拍摄出传送单元上的芯片和基板细节。
在本实施例中,所述可移动检拾热压超声焊头单元设置在XY轴移动装置上,且位于视觉检测单元与传送单元之间,由检拾热压超声焊头7、气吸单元以及可移动支架8组成,当处于运动状态时能抵达三个传送单元的任意位置,且可向下伸缩至芯片表面并且可通过上位机控制旋转任意角度。
在本实施例中,所述检拾热压超声焊头设有压强检测仪,用于反馈当前压强给上位机,同时,检拾热压超声焊头还用于对芯片进行加热;所述气吸单元吸力增加和减少过程是平滑的,保证不会对芯片产生损伤;所述XY轴移动装置由两个垂直相接的气动装置组成,用于控制检拾热压超声焊头单元到达承片加工台以及传送单元的各个位置。
在本实施例中,所述上位机通过导线连接所述传送单元、视觉检测单元、检拾热压超声焊头单元、承片加工台以及XY轴移动装置,,用于控制视觉检测单元进行拍摄、确定传送单元上的芯片是否满足数量需求以及基板上芯片放置位置、控制检拾热压超声焊头单元对传送单元上随机放置的芯片进行位置调整、按照芯片位置控制检拾热压超声焊头移动、升起下降、吸附芯片以及松开芯片;所述上位机具备模板导入功能和备数据库功能,能够导入模板和调用之前导入的模板。
本发明还提供了基于上述实施例的多芯片组合封装的自动化方法,包括以下步骤:
S1、在上位机中导入对应格式的芯片模板以及基板模板或在数据库中选择过去导入过的数据;
S2、系统进行初始化,具体为:
检拾热压超声焊头移动到原点位置、传送单元与视觉检测单元的能动性测试、上位机对所导入的数据进行提取、获取芯片信息和基板信息,承片加工台的物夹板根据输入数据进行调整等操作;
所述芯片信息包括芯片所在的中心坐标以及芯片的偏转角度;所述基板信息包括基板上应放置芯片的各个位置的中心坐标以及基板的偏转角度;
S3、系统通过承片加工台上的触发器判断是否存在基板,若存在则跳转至步骤S5;
S4、上位机通过基板传送单元上视觉检测单元的摄像机判断当前基板传送单元传送带上是否存在基板,若存在则获取其基板信息,随后上位机控制检拾热压超声焊头根据相关信息到达基板中心上方,拾取基板,进行旋转将其旋转至正位置后,移动到承片加工台正中心上方,将其放置承片加工台;若不存在基板,则控制基板传送单元传送带前进一定距离后重新执行本步骤;
S5、上位机通过芯片传送单元上视觉检测单元获得当前视野下芯片传送单元传送带上所有芯片的芯片信息进行储存,若视觉检测单元视野下无芯片,则控制芯片传送单元传送带前进一定距离后重新执行本步骤;
S6、上位机通过S5所存的芯片信息控制检拾热压超声焊头下降拾取对应芯片,通过旋转对应角度使其达到正位,移动到基板上方对应位置,下降至指定高度,并逐渐加大芯片与基板压强,当上位机获取到压强达到预设值后,控制检拾热压超声焊头和承片加工台对芯片及基板进行加热,达到预设值后进行维持一段预设时间;当检拾热压超声焊头吸起芯片后移动至基板上方对应位置时,其移动速度应该为指数增长至额定速度,避免过高的加速度对芯片的造成伤害;
S7、时间达到预设值后,检拾热压超声焊头松开芯片,抬升,继续对基板下一个芯片进行步骤S6的同样处理,直到基板上输入时所需的芯片都封装在基板上;
S8、检拾热压超声焊头拾取基板送入出物料传送单元,并回到原点位置,进行下一轮封装,即重复步骤S1至S8。
在本实施例中,在步骤S4和S5中,控制基板传送单元传送带和芯片传送单元传送带前进的距离为视觉检测单元所拍摄的视野长度。
还需要说明的是,在本说明书中,诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其他实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种多芯片组合封装的自动化系统,其特征在于,包括多个传送单元、多个视觉检测单元、检拾热压超声焊头单元、承片加工台、XY轴移动装置、上位机以及系统支架;
所述系统支架包括固定支架以及衔接支架;
所述承片加工台固设于所述系统支架中间;承片加工台包括物夹和用于判断是否存在芯片基板的触发器;所述承片加工台还用于对芯片基板进行加热;
所述传送单元设于承片加工台四周,用于传送物资至承片加工台或从承片加工台向外传送物资;传送单元具体包括基板传送单元、芯片传送单元以及出物料传送单元,基板传送单元、芯片传送单元以及出物料传送单元均包括传送带,用于实现物资传送;所述基板传送单元和芯片传送单元分别用于向承片加工台传送基板和芯片,分别设置在所述承片加工台的左右两侧;所述出物料传送单元用于向外传送完成封装的芯片,设置在承片加工台的前侧;
所述视觉检测单元设置于所述固定支架上,且位于传送单元上方,包括摄像机、显微镜以及配套光源,用于拍摄传送单元上的芯片和基板,确定芯片和基板是否存在;
所述XY轴移动装置设置在固定支架上;
所述检拾热压超声焊头单元设置在所述XY轴移动装置上,包括检拾热压超声焊头、气吸单元以及可移动支架,用于芯片检拾、组合封装;检拾热压超声焊头设有压强检测仪,用于反馈压强信息给所述上位机;
所述检拾热压超声焊头还用于对芯片进行加热;
所述上位机通过导线连接所述传送单元、视觉检测单元、检拾热压超声焊头单元、承片加工台以及XY轴移动装置,设有模板导入和数据库功能,用于通过数据传输控制视觉检测单元进行拍摄、确定传送单元上的芯片是否满足数量需求以及基板上芯片放置位置、控制检拾热压超声焊头单元对传送单元上随机放置的芯片进行位置调整、按照芯片位置控制检拾热压超声焊头移动、升起下降、吸附芯片以及松开芯片;
多芯片组合封装的自动化系统包括以下步骤:
S1、在上位机中导入对应格式的芯片模板以及基板模板或在数据库中选择过去导入过的数据;
S2、系统进行初始化,具体为:
检拾热压超声焊头移动到原点位置、传送单元与视觉检测单元的能动性测试、上位机对所导入的数据进行提取并获取芯片信息和基板信息,承片加工台的物夹根据输入数据进行调整;
S3、系统通过承片加工台上的触发器判断是否存在基板,若存在则跳转至步骤S5;
S4、上位机通过基板传送单元上视觉检测单元的摄像机判断当前基板传送单元传送带上是否存在基板,若存在则获取其基板信息,随后上位机控制检拾热压超声焊头根据基板信息到达基板中心上方,拾取基板,进行旋转将其旋转至正位置后,移动到承片加工台正中心上方,将其放置承片加工台;若不存在则控制基板传送单元传送带前进一定距离后重新执行本步骤;
S5、上位机通过芯片传送单元上视觉检测单元获得当前视野下芯片传送单元传送带上所有芯片的芯片信息进行储存,若视觉检测单元视野下无芯片,则控制芯片传送单元前进一定距离后重新执行本步骤;
S6、上位机通过S5所存的芯片信息控制检拾热压超声焊头下降拾取对应芯片,通过旋转对应角度使其达到正位,移动到基板上方对应位置,下降至指定高度,并加大芯片与基板压强,当上位机获取到压强达到预设值后,控制检拾热压超声焊头和承片加工台对芯片及基板进行加热,达到预设值后进行维持一段预设时间;
S7、时间达到预设值后,检拾热压超声焊头松开芯片,抬升,继续对基板下一个芯片进行步骤S6的同样处理,直到所需的芯片都封装在基板上;
S8、检拾热压超声焊头拾取基板送入出物料传送单元,并回到原点位置,进行下一轮封装,即重复步骤S1至S8。
2.根据权利要求1所述的一种多芯片组合封装的自动化系统,其特征在于,所述XY轴移动装置由两个垂直相接的气动装置组成,用于控制检拾热压超声焊头单元到达承片加工台以及传送单元的各个位置。
3.根据权利要求1所述的一种多芯片组合封装的自动化系统,其特征在于,所述视觉检测单元具体为两个,实际使用时根据封装芯片尺寸不同选择不同的检测单元;
所述视觉检测单元具体设置于基板传送单元和芯片传送单元的上方,传送单元上的信息通过视觉检测单元传送至上位机处理。
4.根据权利要求1所述的一种多芯片组合封装的自动化系统,其特征在于,所述芯片信息包括芯片所在的中心坐标以及芯片的偏转角度;
所述基板信息包括基板上应放置芯片的各个位置的中心坐标以及基板的偏转角度。
5.根据权利要求1所述的一种多芯片组合封装的自动化系统,其特征在于,所述步骤S4和S5中,控制基板传送单元传送带和芯片传送单元传送带前进的距离为视觉检测单元所拍摄的视野长度。
6.根据权利要求1所述的一种多芯片组合封装的自动化系统,其特征在于,所述步骤S6中,检拾热压超声焊头吸起芯片后移动至基板上方对应位置时,其移动速度为指数增长至额定速度。
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