CN113488406B - 一种规则封装片的自动识别方法、切割方法及划片机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种规则封装片的自动识别方法、切割方法及划片机，包括放置工序、自动识别的教学工序、芯片的自动识别工序和芯片的切割加工工序；本发明为特殊封装工艺得到的封装片提供了一种适合的自动识别与切割方法；解决了因芯片贴膜工序中的位置差异给封装片自动识别带来的阻碍，本发明适用于表面具有可识别图形、图形与划道之间存在固定的位置关系的所有规则图形封装片。
Description
技术领域
本发明属于封装切割技术领域，具体涉及一种规则封装片的自动识别方法、切割方法及划片机。
背景技术
近年来，芯片的封装工艺在不断优化发展，芯片颗粒的外形也不仅限于方形，晶片制作生产工艺流程也是越来越多元化，对精密切割机的加工方法要求越来越高。其中，特殊封装工艺生产的六边形芯片不同于一般的方形片，其切割的角度虽然只增加了一个，但传统的自动图形识别与已不再适用该芯片，因此需要增加手动识别的工艺，即人工手动给六边形芯片的每一个角度进行定位，辅助设备切割，但该切割工艺的切割效率大大降低。
在工业自动化甚至于智能化的现在，针对这种特殊封装芯片急需一个准确高效的自动识别方法和切割方法。
发明内容
发明目的：为解决现有芯片识别方法及切割方法不适用于六边形芯片的识别和切割，本发明提出了一种规则封装片的自动识别方法、切割方法，以及应用该方法的切片机。
技术方案：一种规则封装片的自动识别方法，在所述规则封装片的表面排列组合有规则芯片颗粒和划道，芯片颗粒与其距离最近的划道之间存在固定的位置关系；包括以下步骤：
步骤1：建立划片机设备三维坐标系；
步骤2：建立识别基准模板，该识别基准模板内记录的信息包括多个旋转角度下对应的芯片颗粒特征点、芯片颗粒特征点在划片机设备三维坐标系下的坐标以及芯片颗粒特征点和其距离最近的划道之间的相对距离；将多个旋转角度下的芯片颗粒特征点的坐标记为a(x1，y1)、b(x2，y2)、...、i(xi，yi)、...、n(xn，yn)，其中，a(x1，y1)表示旋转角度为0°时芯片颗粒特征点坐标，b(x2，y2)表示第2个旋转角度时的芯片颗粒特征点坐标，i(xi，yi)表示第i个旋转角度时的芯片颗粒特征点坐标，n(xn，yn)第n个旋转角度时的芯片颗粒特征点坐标；
所述芯片颗粒特征点位于芯片颗粒表面，每个芯片颗粒表面均具有一芯片颗粒特征点；所有芯片颗粒点在其对应的芯片颗粒表面的位置均相同；
步骤3：将待识别的规则封装片固定在划片机设备的工作台上；
步骤4：根据识别基准模板内记录的信息，将划片机设备上的相机移动至旋转角度为0°时对应的芯片颗粒特征点坐标a(x1，y1)处，寻找芯片颗粒特征点，记录该角度下实际的芯片颗粒特征点坐标a′(x1′，y1′)；根据a′(x1′，y1′)、识别基准模板内记录的芯片颗粒特征点和其距离最近的划道之间的相对距离，得到当前旋转角度下的划道位置；
步骤5：根据a′(x1′，y1′)以及a′(x1i，y1i)与i(xi，yi)的关系，计算得到第i旋转角度下实际的芯片颗粒特征点坐标i′(xi′，yi′)；其中，a′(x1i，y1i)表示a(x1，y1)绕选定的图像中心点旋转第i旋转角度后的坐标；所述a′(x1i，y1i)与i(xi，yi)的关系表示为Δx＝x1i-xi，Δy＝y1i-yi；其中，xi′＝x′1-Δx，yi′＝y′1-Δy；
步骤6：划片机设备的工作台带着待识别的规则封装片进行第i旋转角度旋转，划片机设备上的相机移动至i′(xi′，yi′)处，寻找得到对应的芯片颗粒特征点；根据i′(xi′，yi′)、识别基准模板内记录的芯片颗粒特征点和其距离最近的划道之间的相对距离，得到当前旋转角度下的划道位置；
步骤7：i＝i+1，重复执行步骤5和步骤6，直至完成所有旋转角度的划道位置识别。
进一步的，假设规则封装片为k边形结构，旋转角度识别次数为k/2，旋转角度为：0°、360°/k、2×(360°/k)、...、(k/2-1)×(360°/k)。
进一步的，所述步骤2具体包括以下子步骤：
当旋转角度为0°时，通过图形识别算法在待识别的规则封装片表面上的芯片颗粒上识别得到对应的芯片颗粒特征点及芯片颗粒特征点坐标；通过图形识别算法在待识别的规则封装片表面获取距离芯片颗粒特征点最近的划道及其坐标；根据芯片颗粒特征点坐标和距离该芯片颗粒特征点最近的划道坐标，得到两者的相对距离；
更换旋转角度，重复上述步骤，直至得到每个旋转角度下的芯片颗粒特征点坐标和其距离最近的划道之间的相对距离。
进一步的，所述步骤3包括以下子步骤：
待识别的规则封装片通过一薄膜粘在框架上，构成一整体结构；
划片机设备的工作台通过负压产生吸力将薄膜吸住，完成将待识别的规则封装片固定在划片机设备的工作台上；
其中，所述框架尺寸大于待识别的规则封装片的尺寸。
进一步的，所述步骤4包括以下子步骤：
根据识别基准模板内记录的信息，将划片机设备上的相机移动至旋转角度为0°时对应的芯片颗粒特征点坐标a(x1，y1)处后，寻找芯片颗粒特征点，记录该角度下实际的芯片颗粒特征点坐标a′(x1′，y1′)；
相机向右移动到右边寻找另一个芯片颗粒特征点，确定其坐标b(x2，y2)，根据a(x1，y1)和b(x2，y2)确定一直线，获取该直线与水平方向的夹角0；
工作台根据夹角0进行旋转实现位置摆正，并根据识别基准模板内记录的芯片颗粒特征点和其距离最近的划道之间的相对距离，得到当前旋转角度下的划道位置。
进一步的，步骤5中所述的图像中心点为划片机设备的相机安装点。
本发明的一种规则封装片的切割方法，包括以下步骤：
S100：采用上述公开的一种规则封装片的自动识别方法对当前旋转角度下的规则封装片进行识别，得到当前旋转角度下的划道位置；
S200：根据识别得到的划道位置进行切割；
S300：以相邻两个划道的距离作为切割步进，完成当前旋转角度下的所有划道切割。
进一步的，S200具体包括以下步骤：
根据工作台中心坐标、待识别规则封装片的外接圆的半径以及任意一个划道的Y坐标，计算得到该划道的长度L；
根据划道的长度L，得到切割初始位置坐标(X0-L-D，Y1)和切割结束位置坐标(X0+L+D，Y1)；其中，X0为工作台中心的X轴坐标，D为预先设定的安全距离，Y1为划道的Y轴坐标；
调整刀片至当前旋转角度下的划道位置，工作台从切割初始位置坐标(X0-L-D，Y1)移动至切割结束位置坐标(X0+L+D，Y1)结束，完成划道切割。
本发明公开了一种划片机，包括控制单元、用于固定规则封装片的工作台、用于获取规则封装片表面的芯片颗粒特征点的相机组件、用于驱动工作台旋转和平移的第一驱动机构、刀片组件和用于驱动刀片组件移动的第二驱动机构；所述刀片组件设置在工作台的上方，所述相机组件设置在工作台上方；
所述控制单元，用于基于上述公开的一种规则封装片的切割方法，控制相机组件和第一驱动机构对当前旋转角度下的规则封装片进行识别、以及根据识别结果，控制刀片组件和第二驱动机构对规则封装片进行切割。
进一步的，所述工作台的台面为微孔的陶瓷台面，该台面与真空负压源连接，用于实现固定规则封装片。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明为特殊封装工艺得到的封装片提供了一种适合的自动识别与切割方法；
(2)本发明解决了因芯片贴膜工序中的位置差异给封装片自动识别带来的阻碍，通过本发明方法，能够实现精准识别及定位，减少人工辅助处理，大大提高工艺工序的效率；
(3)本发明适用于所有规则图形，只要封装片的表面具有可识别图形，图形与划道之间存在固定的位置关系，那么本发明的识别方法皆适用。
附图说明
图1为晶片贴膜示意图；
图2为划切设备的坐标系示意图；
图3为芯片的外形示意图；
图4为教学过程示意图；
图5为自动识别示意图；
图6为切割示意图；
图7为切割示意图
图8为识别算法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步阐述本发明。
参见图5，本发明的一种规则封装片的识别方法，包括以下步骤：
步骤1：建立图2所示的划片机设备三维坐标系，以水平方向为X轴并规定向右为正方向，划片机的工作台P2-1通过X轴运动模块可以沿X方向移动，也可以以工作台台面中心旋转360°，刀片P2-2通过Y轴运动模块进行前后移动，以此建立Y坐标系并规定向前为正方向，Y轴运动模块安装在Z轴运动模块上，可跟随Z轴运动模块上下运动，并以Z轴运动模块建立Z坐标系并规定向上为正方向，本设备三维坐标系没有物理意义上的原点，各轴通过向正向回零，划片机设备上各方向均设有限位，各轴到限位后确定正极限坐标。
步骤2：将待识别封装片P1-1放置在框架P1-2上，具体可参见图1；框架P1-2一面被具有一定粘性的薄膜P1-3覆盖，待识别封装片P1-1的背面粘在薄膜P1-3上，实现待识别封装片P1-1放置在框架P1-2上，本步骤的框架P1-2尺寸略大于待识别封装片P1-1的尺寸；将放置有待识别封装片P1-1的框架P1-2放置在切割机的工作台上，工作台通过负压产生吸力将薄膜P1-3吸住，变相实现将待识别封装片P1-1固定在切割机的工作台上，工作台的主要部分为微孔的陶瓷台面。
待识别封装片P1-1贴膜时期中心位置与框架P1-2的中心不一定重合，将其放置在切割机台面上时，会产生封装片中心与台面中心不重合的现象，这会对整个识别工序会造成一定影响，而本发明可以一定程度的忽略该误差。
步骤3：根据芯片的封装工艺，即芯片颗粒P3-1按一定的检测排列组合在封装片面上，通过工业相机能清楚的观察到这些芯片颗粒图形P3-1，由这些芯片颗粒图形P3-1可知，在每个芯片颗粒图形上均具有一个特征点(图4)，且每个特征点在对应的芯片颗粒图像上的位置均相同。芯片颗粒特征点P3-11P3-11与芯片颗粒特征点P3-11之间、芯片颗粒特征点P3-11与封装片表面的划道P3-2之间均存在一定的位置关系，这些位置关系由芯片的封装工艺和芯片颗粒尺寸决定。
利用这些芯片颗粒图形与位置关系，建立一个模板给识别动作一个基准，即定义一个角度为一个通道CH，通过记录每一个通道下的芯片颗粒特征点P3-11、芯片颗粒特征点P3-11在切割设备坐标系内的坐标T，以及芯片颗粒特征点P3-11和划道之间的相对距离Δ即可。
参见图3，以一个六边形封装片为例，将一个六边形封装片放置在工作台台面上，这时假设角度为0°，那么整个六边形封装片的加工分三个角度0°、60°、120°。此时再旋转只是重复而已所以只有三个角度。
通过以下步骤获取上述信息：
在当前角度下，在封装片表面寻找芯片颗粒特征点P3-11，通过识别算法对寻找到的芯片颗粒特征点P3-11进行识别，得到此芯片颗粒特征点P3-11坐标，并将该芯片颗粒特征点P3-11坐标反馈给划片机；以及寻找封装片表面的划道位置，通过识别算法对寻找到的划道进行识别，得到此划道的坐标；根据芯片颗粒特征点P3-11坐标和划道坐标，即可知晓芯片颗粒特征点P3-11与划道间的位置差；这个位置差对于其他相同或相似的图像来说是普遍满足的。
更换角度，重复上述步骤，直至获取到每个角度下的芯片颗粒特征点P3-11在切割设备坐标系内的坐标T，以及芯片颗粒特征点P3-11和划道之间的相对距离Δ。
因此，识别过程就是在指定通道下，到记录的芯片颗粒特征点P3-11的坐标位置处找到实际芯片颗粒特征点P3-11所在位置，再根据芯片颗粒特征点P3-11和划道之间的相对距离Δ就可计算出划道的位置Y。具体可参见图5。
步骤4：基于建立的模板，切割机上的相机移动至模板内记录的芯片颗粒特征点P3-11坐标位置处，但在封装片的贴膜工序以及放置在工作台的工序中并不能保证封装片是水平的，即封装片的中心和工作台中心可能不完全重合，因此相机在达到目标位置后，可能不会立马找到匹配的芯片颗粒特征点P3-11，因此相机会以终点绕圈寻找图形，记录该角度下实际的芯片颗粒特征点坐标。
相机向右移动到右边寻找另一个芯片颗粒特征点，确定其坐标，根据两个芯片颗粒特征点的坐标即可确定一直线，该直线与划道平行，直线与与水平方向的夹角就是划道与水平方向的夹角θ，这个夹角也可通过反三角函数求得。知道夹角后，即可知晓当前待识别封装片的放置位置与水平的偏差，工作台会根据求得的角度值旋转来摆正芯片保证切割时划道是水平的。具体可参见图6和图7。
待识别的规则封装片的位置摆正后，寻找得到的两个芯片颗粒特征点的Y轴坐标一致，根据该Y轴坐标和识别基准模板内记录的芯片颗粒特征点和其距离最近的划道之间的相对距离，得到当前旋转角度下的划道位置。
假定封装片的中心和工作台中心是完全重合的，那么封装片的位置摆正后旋转至下一角度也是水平的，但第一个角度完成识别后去下一个角度进行识别图形就不在模板记录的位置了，虽然相机会在周围寻找但这样大大增加了识别的时间，效率就会变低，那么如何消除这种差异，快速定位剩余通道芯片颗粒特征点位置是本发明的重点。
在坐标系中，任意点(a，b)绕原点逆时针旋转一定角度θ后的坐标分别为：
X＝a×Cos(θ)-b×Sin(θ)；
Y＝a×Sin(θ)+b×Cos(θ)；
由图2可知，设备坐标系的原点并不在工作台中心，因此任意点(a，b)绕任意点(X’，Y’)逆时针旋转一定角度θ后的坐标分别为：
X＝(a-X′)×Cos(θ)-(b-Y′)×Sin(θ)；
Y＝(a-X′)×Sin(θ)+(b-Y′)×Cos(θ)；
相机安装在设备上也有一个中心点，本发明将该中心点作为图像中心点，计算坐标时，利用图像中心点而不是工作台中心点，因此上述公式中的任意点即可图像中心点。
如图8所示，在模板内保存了三个角度下芯片颗粒特征点(左边图形)的点坐标，分别记为点a(x1，y1)、点b(x2，y2)、点c(x3，y3)，根据旋转角度，可得到点a分别旋转60°和120°后得到点a′(x12，y12)和点a″(x13，y13)；根据点b(x2，y2)和点a′(x12，y12)，得到Δ1：Δx1＝x12-x2，Δy1＝y12-y2；根据点c(x3，y3)和点a″(x13，y13)，得到Δ2：Δx2＝x13-x3，Δy2＝y13-y3，以上关系是不受其他因素干扰的。
工作台旋转后整个设备的坐标系也会跟随旋转，计算两个点之间的差值需要在同一坐标系下进行所以需要转换。
自动识别过程中，在校正初始角度后，相机识别到左特征点后会计算出它的中心坐标，根据Δ1和Δ2，即可计算得到下一角度的左特征点的中心坐标，旋转角度后，根据计算得到的下一角度的左特征点的中心坐标，就能精准识别到图形，大大缩小自动识别时间。
假设针对六边形封装片的自动识别，因此需要从三个角度进行识别，当一个角度识别完成后，切割机工作台旋转60°后，重复步骤4，直至完成三个角度的识别。
步骤5：识别完成后可得到需要切割的划道的Y坐标，那么如何实现切割见图6，图7。切割的实际动作就是让刀片对准划道，沿着划道慢慢推进用切削的方式将芯片分割。根据识别得到的所有的划道的Y坐标，那么切割时刀片从何处开始运行到何处结束还需要计算，计算示意见图7。芯片虽然是一个六边形，但可以将其视作一个圆(即取六边形的外接圆)，那么任意一个划道的Y坐标和工作台中心的坐标(X0，Y0)以及该圆的半径(芯片尺寸)可以根据勾股定理算出划道的长度2L(求出来的只有一半L)，那么也就知道了划道左端的X坐标即X0-L。然而刀片也是一个圆从俯视角上看刀片也是有一定长度的，从切割工艺上说是不会让刀片从这个位置开始的，因此需要再往左一点即需要一个安全距离D，这个D是根据实际的工艺设置的它是一个变量，那么能得到实际切割时刀片的起始坐标(X0-L-D，Y1)和结束坐标(X0+L+D，Y1)。
整个切割的流程需要对芯片从三个角度切割(0°，60°，120°)，每一角度切割时工作台会移动到切割的起始坐标，将刀片移动到Y坐标最小划道处，通过Z轴运动模块将刀片移动到合适的高度，最后工作台移动到结束位置，完成该划道切割。
重复进行上述动作，直到该角度下的所有划道都切割完毕，而后工作台会旋转60°，进行下一角度的切割。
准确的进给位置不仅可以确保操作人员的安全，也可以延长刀片的使用寿命，保证切割效果的同时去除多余的动作，提高切割效率。
Claims (10)
1.一种规则封装片的自动识别方法，在所述规则封装片的表面排列组合有规则芯片颗粒和划道，芯片颗粒与其距离最近的划道之间存在固定的位置关系；其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：建立划片机设备三维坐标系；
步骤2：建立识别基准模板，该识别基准模板内记录的信息包括多个旋转角度下对应的芯片颗粒特征点、芯片颗粒特征点在划片机设备三维坐标系下的坐标以及芯片颗粒特征点和其距离最近的划道之间的相对距离；将多个旋转角度下的芯片颗粒特征点的坐标记为a(x1，y1)、b(x2，y2)、…、i(xi，yi)、…、n(xn，yn)，其中，a(x1，y1)表示旋转角度为0°时芯片颗粒特征点坐标，b(x2，y2)表示第2个旋转角度时的芯片颗粒特征点坐标，i(xi，yi)表示第i个旋转角度时的芯片颗粒特征点坐标，n(xn，yn)第n个旋转角度时的芯片颗粒特征点坐标；
所述芯片颗粒特征点位于芯片颗粒表面，每个芯片颗粒表面均具有一芯片颗粒特征点；所有芯片颗粒点在其对应的芯片颗粒表面的位置均相同；
步骤3：将待识别的规则封装片固定在划片机设备的工作台上；
步骤4：根据识别基准模板内记录的信息，将划片机设备上的相机移动至旋转角度为0°时对应的芯片颗粒特征点坐标a(x1，y1)处，寻找芯片颗粒特征点，记录该角度下实际的芯片颗粒特征点坐标a'(x1'，y1')；根据a'(x1'，y1')、识别基准模板内记录的芯片颗粒特征点和其距离最近的划道之间的相对距离，得到当前旋转角度下的划道位置；
步骤5：根据a'(x1'，y1')以及a'(x1i,y1i)与i(xi,yi)的关系，计算得到第i旋转角度下实际的芯片颗粒特征点坐标i'(xi',yi')；其中，a'(x1i,y1i)表示a(x1,y1)绕选定的图像中心点旋转第i旋转角度后的坐标；所述a'(x1i,y1i)与i(xi,yi)的关系表示为Δx＝x1i-xi,Δy＝y1i-yi；其中，xi'＝x'1-Δx,yi'＝y'1-Δy；
步骤6：划片机设备的工作台带着待识别的规则封装片进行第i旋转角度旋转，划片机设备上的相机移动至i'(xi',yi')处，寻找得到对应的芯片颗粒特征点；根据i'(xi',yi')、识别基准模板内记录的芯片颗粒特征点和其距离最近的划道之间的相对距离，得到当前旋转角度下的划道位置；
步骤7：i＝i+1，重复执行步骤5和步骤6，直至完成所有旋转角度的划道位置识别。
2.根据权利要求1所述的一种规则封装片的自动识别方法，其特征在于：假设规则封装片为k边形结构，旋转角度识别次数为k/2，旋转角度为：0°、360°/k、2×(360°/k)、…、(k/2-1)×(360°/k)。
3.根据权利要求1所述的一种规则封装片的自动识别方法，其特征在于：所述步骤2具体包括以下子步骤：
当旋转角度为0°时，通过图形识别算法在待识别的规则封装片表面上的芯片颗粒上识别得到对应的芯片颗粒特征点及芯片颗粒特征点坐标；通过图形识别算法在待识别的规则封装片表面获取距离芯片颗粒特征点最近的划道及其坐标；根据芯片颗粒特征点坐标和距离该芯片颗粒特征点最近的划道坐标，得到两者的相对距离；
更换旋转角度，重复上述步骤，直至得到每个旋转角度下的芯片颗粒特征点坐标和其距离最近的划道之间的相对距离。
4.根据权利要求1所述的一种规则封装片的自动识别方法，其特征在于：所述步骤3包括以下子步骤：
待识别的规则封装片通过一薄膜粘在框架上，构成一整体结构；
划片机设备的工作台通过负压产生吸力将薄膜吸住，完成将待识别的规则封装片固定在划片机设备的工作台上；
其中，所述框架尺寸大于待识别的规则封装片的尺寸。
5.根据权利要求1所述的一种规则封装片的自动识别方法，其特征在于：所述步骤4包括以下子步骤：
根据识别基准模板内记录的信息，将划片机设备上的相机移动至旋转角度为0°时对应的芯片颗粒特征点坐标a(x1,y1)处后，寻找芯片颗粒特征点，记录该角度下实际的芯片颗粒特征点坐标a'(x1',y1')；
相机向右移动到右边寻找另一个芯片颗粒特征点，确定其坐标b(x2，y2)，根据a(x1,y1)和b(x2，y2)确定一直线，获取该直线与水平方向的夹角θ；
工作台根据夹角θ进行旋转实现位置摆正，并根据识别基准模板内记录的芯片颗粒特征点和其距离最近的划道之间的相对距离，得到当前旋转角度下的划道位置。
6.根据权利要求1所述的一种规则封装片的自动识别方法，其特征在于：步骤5中所述的图像中心点为划片机设备的相机安装点。
7.一种规则封装片的切割方法，其特征在于：包括以下步骤：
S100：采用如权利要求1至6任意一项所述的一种规则封装片的自动识别方法对当前旋转角度下的规则封装片进行识别，得到当前旋转角度下的划道位置；
S200：根据识别得到的划道位置进行切割；
S300：以相邻两个划道的距离作为切割步进，完成当前旋转角度下的所有划道切割。
8.根据权利要求7所述的一种规则封装片的切割方法，其特征在于：S200具体包括以下步骤：
根据工作台中心坐标、待识别规则封装片的外接圆的半径以及任意一个划道的Y坐标，计算得到该划道的长度L；
根据划道的长度L，得到切割初始位置坐标(X0-L-D，Y1)和切割结束位置坐标(X0+L+D，Y1)；其中，X0为工作台中心的X轴坐标，D为预先设定的安全距离，Y1为划道的Y轴坐标；
调整刀片至当前旋转角度下的划道位置，工作台从切割初始位置坐标(X0-L-D，Y1)移动至切割结束位置坐标(X0+L+D，Y1)结束，完成划道切割。
9.一种划片机，其特征在于：包括控制单元、用于固定规则封装片的工作台、用于获取规则封装片表面的芯片颗粒特征点的相机组件、用于驱动工作台旋转和平移的第一驱动机构、刀片组件和用于驱动刀片组件移动的第二驱动机构；所述刀片组件设置在工作台的上方，所述相机组件设置在工作台上方；
所述控制单元，用于基于权利要求1至6任意一项所述的一种规则封装片的自动识别方法，控制相机组件和第一驱动机构对当前旋转角度下的规则封装片进行识别、以及根据识别结果，控制刀片组件和第二驱动机构对规则封装片进行切割。
10.根据权利要求9所述的一种划片机，其特征在于：所述工作台的台面为微孔的陶瓷台面，该台面与真空负压源连接，用于实现固定规则封装片。
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