CN113035719B - 一种芯片贴装方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种芯片贴装方法，以及一种芯片贴装装置，通过在芯片焊接之前对芯片进行角度定位，减少了芯片与基板的角度偏移；通过使用直线电动机进行芯片与基板的位置调整，配合使用光栅编码器进行直线电动机的移动控制，减少了机械传动带来的误差；将定位位置与焊接位置设置于相机定位装置的视觉中心，从而进一步减少芯片贴装过程中机械震动及设备长时间运行产生的热量对设备运动精度的影响而产生的运动误差对芯片贴装精度的影响。本发明能够有效提高芯片贴装精度。

Description

一种芯片贴装方法及装置
技术领域
本发明涉及半导体器件的制造技术领域，涉及半导体芯片的安装，具体涉及一种芯片贴装方法及装置。
背景技术
现有的半导体芯片贴装焊接技术，一般是通过丝杆、导轨与伺服电机、相机等元器件构建开环或闭环运动控制系统，拾取芯片并搬运到贴装焊接位置，把芯片焊接在基板上。其中，芯片与基板的定位是保证芯片贴装精度的重要环节。
文献CN109616430B公开了一种芯片贴装识别系统及方法，其中所述系统包括拍摄装置、基板和吸附装置，拍摄装置位于基板上方，基板用于贴装芯片，吸附装置用于吸附芯片并移动至拍摄装置下方，拍摄装置用于通过拍摄识别基板的位置与芯片的位置；其中，芯片表面设有识别区域，吸附装置吸附芯片时使所述识别区域露出，以便芯片被移动至拍摄装置下方时，所述拍摄装置通过拍摄识别区域对芯片位置识别。通过使用特殊的吸附装置，使芯片被吸附时可露出表面识别区域，通过一个相机对芯片和基板完成识别定位，系统成本低，消除了因不同相机的安装误差对贴片精度的影响，且芯片位置识别在芯片被吸取之后，提高贴片精度与贴片效率。
文献CN204088285U公开了一种新型芯片自动焊接装置，旨在提供一种既能准确定位限位芯片与基板的相对位置，保证精确焊接；又能提高焊接效率、实现流水线作业的新型芯片自动焊接装置，其技术方案要点是一种新型芯片自动焊接装置，包括焊接工作台和液压焊接机构，焊接工作台上设置有带滚动体的水平滑道载台，水平滑道载台上放置有基板，基板上均匀分布有芯片，基板上还设置有牵引孔，在焊接工作台上设置有与基板的牵引孔连接的液压牵引机构，基板的上方设置有液压定位限位机构，液压定位限位机构上设置有定位芯片的定位夹头和定位基板的定位块，液压焊接机构的工作头对应设置在芯片的正上方，通过以上结构改进，能实现芯片焊接的高效率流水线作业。
但是上述技术方案未考虑芯片的角度偏移的影响，容易因芯片与基板的角度上的偏差影响贴装精度。
发明内容
针对现有技术存在的芯片贴装精度易受到芯片角度偏移的影响的问题，本发明提供了一种芯片贴装方法及装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种芯片贴装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将基板送入对位焊接装置；
S2：将芯片放置于芯片定位装置；
S3：相机定位装置识别定位坐标，所述芯片定位装置调整芯片的位置和角度至定位坐标；
S4：芯片送料装置拾取所述芯片定位装置上的芯片，放置于所述对位焊接装置中的对位台；
S5：所述相机定位装置识别芯片与基板的角度信息，所述对位台根据所述角度信息校正其承载的芯片的角度；
S6：所述芯片送料装置拾取所述对位台上承载的芯片；
S7：所述相机定位装置获取所述对位焊接装置上的基板的定位特征坐标，所述对位焊接装置基于所述定位特征坐标，调整其承载的基板的定位特征位置直至与焊接位置相匹配；
S8：将芯片送料装置拾取的芯片与所述对位焊接装置上承载的基板进行焊接；
S9：将焊接完成的基板送入下料装置中。
优选地，所述S3中，所述芯片定位装置将芯片调整至所述相机定位装置的视觉中心。
优选地，所述S5中，所述对位台根据所述相机定位装置识别的角度信息进行旋转，校正芯片角度。
优选地，所述S7中，所述对位焊接装置将基板的焊接位置调整至所述相机定位装置的视觉中心。
优选地，所述S7中，所述相机定位装置还获取了所述芯片送料装置所拾取的芯片的位置坐标，所述芯片送料装置将芯片的位置调整至所述相机定位装置的视觉中心。
优选地，所述S7中，基板的所述定位特征为基板的芯片焊接位置。
所述芯片送料装置、芯片定位装置、对位焊接装置中芯片与基板的移动由直线电动机驱动。
优选地，所述直线电动机通过光栅编码器监测电机行程。
优选地，所述直线电动机通过所述相机定位装置与所述光栅编码器获得的信息来控制行程。
本发明还提供了一种芯片贴装装置，包括基板上料装置、基板送料装置、芯片送料装置、芯片定位装置、对位焊接装置、定位装置、下料装置，基板上料装置的输出端与对位焊接装置的基板输入端通过基板送料装置连接，芯片定位装置的输出端与对位焊接装置的芯片输入端通过芯片送料装置连接，对位焊接装置的输出端与下料装置的输入端通过基板送料装置连接，所述芯片送料装置、芯片定位装置、对位焊接装置上分别设置有直线电动机，所述直线电动机上固定有光栅传感器，相机定位装置分别与芯片送料装置、芯片定位装置、对位焊接装置电连接；还包括机架，所述机架中设置有电气系统，所述电气系统与基板上料装置、基板送料装置、芯片送料装置、芯片定位装置、对位焊接装置、相机定位装置、下料装置电连接。
本发明具有以下有益效果：通过在芯片焊接之前对芯片进行角度定位，减少了芯片与基板的角度偏移，提高了贴装精度；通过使用直线电动机进行芯片与基板的位置调整，配合使用光栅编码器进行直线电动机的移动控制，减少了机械传动带来的误差，提高了芯片与基板的对位精度，从而提高了贴装精度；将定位位置与焊接位置设置于相机定位装置的视觉中心，从而减少芯片贴装过程中机械震动及设备长时间运行产生的热量对设备运动精度的影响而产生的运动误差对芯片贴装精度的影响，从而提高贴装精度。
附图说明
图1为一种芯片贴装装置的整体结构示意图。
图2为一种芯片贴装装置的对位焊接装置结构示意图。
图3为一种芯片贴装装置的芯片送料装置结构示意图。
图4为一种芯片贴装装置的相机定位装置结构示意图。
图5为一种芯片贴装装置的芯片定位装置结构示意图。
图中：1为机架，2为基板上料装置，3为基板送料装置，4为对位焊接装置，4-1为对位焊接Y轴运动平台，4-2为对位焊接Y轴光栅编码器，4-3为对位焊接X轴运动平台，4-4为对位焊接X轴光栅编码器，4-5为对位台，4-6为芯片焊接平台，5为芯片送料装置，5-1为芯片送料X轴搬运装置，5-2为Z轴拾取焊接装置，5-3为拾取焊接邦头，5-4为芯片送料X轴光栅编码器，6为相机定位装置，6-1为安装机架，6-2为芯片定位视觉系统，6-3为上视视觉系统，6-4为芯片焊接视觉系统，7为芯片定位装置，7-1为芯片放置固晶环，7-2为固晶环旋转轴，7-3为芯片定位Y轴运动平台，7-4为芯片定位Y轴光栅编码器，7-5为芯片定位X轴运动平台，7-6为芯片定位X轴光栅编码器，8为下料装置。
具体实施方式
下面，结合附图具体实施方式，对本发明作进一步描述。
需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下所描述的各个实施例之间或各个技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一：
以图1至图5所示的一种芯片贴装装置为例，对一种芯片贴装方法进行说明。
一种芯片贴装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将基板送入对位焊接装置4。在本实施例当中，通过基板送料装置3从基板上料装置2中拾取基板，并将基板送入对位焊接装置4，将基板放入芯片焊接平台4-6。
S2：将芯片放置于芯片定位装置7。
S3：相机定位装置6识别定位坐标，所述芯片定位装置7调整芯片的位置和角度至定位坐标。在本实施例中，相机定位装置6中的芯片定位视觉系统6-2通过安装机架6-1设置于芯片定位装置7的上侧，芯片定位视觉系统6-2通过实时采集的芯片定位装置7的图像，识别出设定的定位坐标的位置即芯片放置固晶环7-1上的芯片定位坐标，并识别出芯片位置，随后通过电气系统分析定位坐标位置与芯片位置信息，驱动芯片定位装置7调整其上的芯片的位置和角度。
S4：芯片送料装置5拾取所述芯片定位装置7上的芯片，放置于所述对位焊接装置4中的对位台4-5。在本实施例中，当芯片定位装置7对其上的芯片完成位置和角度调整后，芯片送料装置5的拾取焊接邦头5-3将芯片定位装置7上的芯片拾取，随后拾取焊接邦头5-3通过芯片送料X轴搬运装置5-1和Z轴拾取焊接装置5-2将其拾取的芯片送至对位焊接装置4中的对位台4-5上放置。
S5：所述相机定位装置6识别芯片与基板的角度信息，所述对位台根据所述角度信息校正其承载的芯片的角度。在本实施例中，芯片焊接视觉系统6-4通过安装机架6-1设置于对位焊接装置4上侧，芯片焊接视觉系统6-4同时获取对位台4-5上的芯片与芯片焊接平台4-6的角度信息，通过获取到的角度信息，电气系统驱动对位台4-5旋转，从而降低芯片与基板的待焊接位置的角度偏差。
S6：所述芯片送料装置5拾取所述对位台上4-5承载的芯片。在本实施例中，拾取焊接邦头5-3拾取位台上4-5的芯片。
S7：所述相机定位装置6获取所述对位焊接装置4上的基板的定位特征坐标，所述对位焊接装置4基于所述定位特征坐标，调整其承载的基板的定位特征位置直至与焊接位置相匹配。在本实施例中，芯片焊接视觉系统6-4通过实时获取的图像信息分析得到基板上的定位特征坐标，通过电气系统驱动对位焊接Y轴运动平台4-1、对位焊接X轴运动平台4-3从而使得芯片焊接平台4-6移动，进而调整其上的基板的位置。通过芯片焊接视觉系统6-4获取到的图像信息，电气系统逐步驱动芯片焊接平台4-6移动并使得基板的定位特征处于满足焊接要求的设定位置。
S8：将芯片送料装置5拾取的芯片与所述对位焊接装置4上承载的基板进行焊接。在本实施例中，拾取焊接邦头5-3将其所拾取的芯片放置于基板上的待焊接位置经进行芯片与基板的焊接。
S9：将焊接完成的基板送入下料装置8中。在本实施例中，焊接完成后，基板送料装置3将芯片焊接平台4-6上的基板拾取并送入下料装置8中，完成基板与芯片的焊接。
通过芯片定位装置7和对位台4-5对芯片的角度进行调整，来减少芯片的角度偏移，从而提高焊接精度。
优选地，所述S3中，所述芯片定位装置7将芯片调整至所述相机定位装置6的视觉中心。通过将芯片调整至相机定位装置6的视觉中心，从而精确对准芯片的吸取位置，保证吸取芯片的成功率。
优选地，所述S4中，所述相机定位装置6识别芯片的角度信息，所述对位台4-5根据角度信息校正芯片角度。通过对位台4-5旋转，校正芯片的角度，使芯片角度偏差范围符合软件系统中所设定的角度标准。
优选地，所述S7中，所述对位焊接装置4将基板的焊接位置调整至所述相机定位装置6的视觉中心。通过将焊接位置调整至所述相机定位装置6的视觉中心，从而减少芯片贴装过程中机械震动及设备长时间运行产生的热量对设备运动精度的影响而产生的运动误差对芯片贴装精度的影响，提高焊接定位精度。
优选地，所述S7中，所述相机定位装置6还获取了所述芯片送料装置5所拾取的芯片的位置坐标，所述芯片送料装置将芯片的位置调整至所述相机定位装置的视觉中心。通过综合芯片的位置坐标和基板的定位特征的坐标，使两个座标重合再进行焊接，从而进一步提高焊接精度。
优选地，所述S7中，基板的所述定位特征为基板的芯片焊接位置。将基板上的芯片焊接位置作为定位特征，来减少基板的加工误差对定位焊接位置的影响，提高焊接精度。
优选地，所述芯片送料装置5、芯片定位装置7、对位焊接装置4中芯片与基板的移动由直线电动机驱动。通过直线电动机带动芯片送料装置5、芯片定位装置7、对位焊接装置4中中芯片与基板的移动，减少传动机构所产生的传动误差。在本实施例中，芯片送料装置5中的X轴搬运装置5-1和Z轴拾取焊接装置5-2、芯片定位装置7中的芯片定位Y轴运动平台7-3和芯片定位X轴运动平台7-5、对位焊接装置4中的对位焊接Y轴运动平台4-1和对位焊接X轴运动平台4-3的移动均为直线电动机驱动。
优选地，所述直线电动机通过光栅编码器监测电机行程。通过光栅编码器监测直线电动机的位移与位置，从而精确控制芯片与基板的移动，减少移动造成的偏移，进一步提升贴装精度。在本实施例中，X轴搬运装置5-1上设置有芯片送料X轴光栅编码器5-4，芯片定位Y轴运动平台7-3上设置有芯片定位Y轴光栅编码器7-4，芯片定位X轴运动平台7-5上设置有芯片定位X轴光栅编码器7-6，对位焊接Y轴运动平台4-1上设置有对位焊接Y轴光栅编码器4-2，对位焊接X轴运动平台4-3上设置有对位焊接X轴光栅编码器4-4，通过光栅编码器精确监测相应的直线电动机的位移情况。
优选地，所述直线电动机通过所述相机定位装置6与所述光栅编码器获得的信息来控制行程。通过相机定位装置6与光栅编码器对直线电动机进行闭环控制，减少直线电动机的位置偏移，提高贴装精度。
作为本实施例的一种替代方案，在步骤S4的基础上，进一步通过相机定位装置6识别芯片送料装置5的位置和角度，并通过芯片送料装置5对其所输送的芯片的位置和角度进行调整，以实现步骤S5的同等效果。例如，通过上视视觉系统6-3在拾取焊接邦头5-3的移动过程中，通过实时采集的图像信息分析确认拾取焊接邦头5-3的移动距离和位置、所输送的芯片的角度等信息，电气系统结合上视视觉系统6-3所得到的信息，对拾取焊接邦头5-3的移动进行控制，并通过拾取焊接邦头5-3调整芯片角度。
实施例二：
如图1所示，本发明还提供了一种芯片贴装装置，包括基板上料装置2、基板送料装置3、对位焊接装置4、芯片送料装置5、芯片定位装置7、相机定位装置6、下料装置8，基板上料装置2的输出端与对位焊接装置4的基板输入端通过基板送料装置3连接，芯片定位装置7的输出端与对位焊接装置4的芯片输入端通过芯片送料装置5连接，对位焊接装置4的输出端与下料装置8的输入端通过基板送料装置3连接，所述芯片送料装置5、芯片定位装置7、对位焊接装置4上分别设置有直线电动机，所述直线电动机上固定有光栅传感器，相机定位装置6分别与芯片送料装置5、芯片定位装置7、对位焊接装置4电连接；还包括机架1，所述机架中设置有电气系统，所述电气系统与基板上料装置2、基板送料装置3、芯片送料装置5、芯片定位装置7、对位焊接装置4、相机定位装置6、下料装置8电连接。
其中，相机定位装置6主要通过CCD相机获取视觉图像信息从而进行定位。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种芯片贴装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将基板送入对位焊接装置；
S2：将芯片放置于芯片定位装置；
S3：相机定位装置识别定位坐标，所述芯片定位装置调整芯片的位置和角度至定位坐标；
S4：芯片送料装置拾取所述芯片定位装置上的芯片，放置于所述对位焊接装置中的对位台；
S5：所述相机定位装置识别芯片与基板的角度信息，所述对位台根据所述角度信息校正其承载的芯片的角度；
S6：所述芯片送料装置拾取所述对位台上承载的芯片；
S7：所述相机定位装置获取所述对位焊接装置上的基板的定位特征坐标，所述相机定位装置获取所述芯片送料装置所拾取的芯片的位置坐标，所述对位焊接装置基于所述定位特征坐标，调整其承载的基板的定位特征位置直至与焊接位置相匹配；所述对位焊接装置将基板的焊接位置调整至所述相机定位装置的视觉中心；所述相机定位装置还获取了所述芯片送料装置所拾取的芯片的位置坐标，所述芯片送料装置将芯片的位置调整至所述相机定位装置的视觉中心；基板的所述定位特征为基板的芯片焊接位置；
S8：将芯片送料装置拾取的芯片与所述对位焊接装置上承载的基板进行焊接；
S9：将焊接完成的基板送入下料装置中；
步骤S3中通过芯片定位视觉系统识别芯片的定位坐标；
在步骤S4的基础上，通过上视视觉系统在拾取焊接邦头的移动过程中，采集芯片的位置和角度，通过拾取焊接邦头调整芯片角度；
步骤S5中通过芯片焊接视觉系统识别芯片与基板的角度信息；
所述芯片送料装置、芯片定位装置、对位焊接装置中芯片与基板的移动由直线电动机驱动；
所述直线电动机通过光栅编码器监测电机行程；
所述直线电动机通过所述相机定位装置与所述光栅编码器获得的信息来控制行程。
2.如权利要求1所述的一种芯片贴装方法，其特征在于：所述S3中，所述芯片定位装置将芯片调整至所述相机定位装置的视觉中心。
3.如权利要求1所述的一种芯片贴装方法，其特征在于：所述S5中，所述对位台根据所述相机定位装置识别的角度信息进行旋转，校正芯片角度。
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