CN114441555A - 自动化焊球阵列封装植球检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了自动化焊球阵列封装植球检测系统，包括Z轴可动自对焦视觉单元、机械臂及其TCP单元、XY‑W运动平台单元、机架和外罩，机架的中间安装有XY‑W运动平台单元，XY‑W运动平台单元两侧安装有Z轴可动自对焦视觉单元和机械臂及其TCP单元，机架上套有外罩。本发明可以兼容各种规格芯片产品，可以通过平台带动产品在相机下多次成像，实现拼接。识别速度快，准确度高。无人工操作，搬运平稳，效率高。不会引入新的干扰物。设备产品入口及出口开放，方便连接上下游设备。整机结构紧凑，占地空间小，方便布置。

Description

自动化焊球阵列封装植球检测系统
技术领域
本发明涉及一种植球检测系统，具体涉及一种自动化焊球阵列封装植球检测系统。
背景技术
BGA封装技术常用于芯片的封装，是连接芯片与外部电路的可靠方式。在芯片自动化生产线上对BGA芯片植球质量是一项重要技术，为芯片质量检测提供了基础，是厂商保证产品良率的重要步骤。
现有技术方案：人工视觉检测是使用最多的方法，投影设备和放大装置作为辅助工具然后通过肉眼观察完成的，同时也是非接触性的手段，其检测时间及准确率根据工人的经验和熟练程度而定。人工视觉检査耗时耗力，检测结果随着检测人员的技能可能发生变化。人工视觉检测方法易受主观判断的影响，要求检测人员要有很高的技术。
现有技术中，通过人工检测的方式对芯片的植球质量，人工视觉检査耗时耗力，检测结果随着检测人员的技能可能发生变化。人工视觉检测方法易受主观判断的影响，要求检测人员要有很高的技术，而且检测人员要一直注视监视器或待测物体表面，眼睛很容易产生疲劳，如果长期从事该项工作就会造成眼部损伤，视力下降，给检测人员的身体和心理造成很大伤害，而且因为不能保持长时间集中注意力，很容易出现分心的情况，这大大提高了检测的不准确性，导致质量不过关的电子产品流入市面，造成企业信誉和利益的损失。
其次人工视觉检测规模有限，检查结果很容易受工人的主观意志的影响。当BGA元件数量很多或集成度很高时，人工视觉检查几乎束手无策。
发明内容
为解决现有技术中识别速度慢，效率低，只能识别小规模芯片，无法兼容不同规格芯片的技术问题，本发明提供一种识别精度高的自动化焊球阵列封装植球检测系统。
本发明提供如下技术方案：
自动化焊球阵列封装植球检测系统，包括Z轴可动自对焦视觉单元、机械臂及其TCP单元、XY-W运动平台单元、机架和外罩，所述机架的中间安装有XY-W运动平台单元，所述XY-W运动平台单元两侧安装有Z轴可动自对焦视觉单元和机械臂及其TCP单元，所述机架上套有外罩；所述机械臂及其TCP单元中的机械手抓取待检测的芯片，将芯片移动到XY-W运动平台单元上方的载荷平台上，将芯片移动到Z轴可动自对焦视觉单元的下方，进行分区拍摄，拍摄完成后，XY-W运动平台单元将芯片移动到机械手可抓取的位置后，送至下游工艺设备。
进一步的，所述Z轴可动自对焦视觉单元包括手动调节光源和自动对焦相机，手动调节光源用于给被检查产品补光，固联在支架上，支架固联在机架上，所述自动对焦相机用于拍摄被检查产品表面。
进一步的，所述机械臂及其TCP单元包括末端TCP单元和四轴机械臂单元，所述末端TCP单元固联在四轴机械臂单元的第三旋转轴上。
进一步的，所述末端TCP单元包括缓冲弹簧、真空吸盘、真空发生器，所述真空发生器上安装多个缓冲弹簧和真空吸盘，在真空发生器驱动下依靠真空负压真空吸盘抓取负载。
进一步的，所述四轴机械臂单元包括四个轴，其第一轴为Z方向直线运动；二轴、三轴、四轴均为旋转轴，第二旋转轴活动固定在一轴上，上下移动，第三旋转轴与第二旋转轴活动连接，第四旋转轴与第三旋转轴活动连接。
进一步的，所述XY-W运动平台单元包括直线运动Y轴、旋转W轴和直线运动X轴，直线运动Y轴实现Y轴直线运动，旋转W轴由载荷平台带动上方真空吸盘，实现W方向旋转运动，直线运动X轴实现X轴直线运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可以兼容各种规格芯片产品，可以通过平台带动产品在相机下多次成像，实现拼接。识别速度快，准确度高。无人工操作，搬运平稳，效率高。不会引入新的干扰物。设备产品入口及出口开放，方便连接上下游设备。整机结构紧凑，占地空间小，方便布置。
附图说明
图1为本发明主视图。
图2为本发明的立体图。
图3为本发明Z轴可动自对焦视觉单元的结构示意图。
图4为本发明机械臂及其TCP单元的结构示意图。
图5为本发明末端TCP单元的结构示意图。
图6为本发明末端TCP单元的立体图。
图7为本发明XY-W运动平台单元的结构示意图。
图中：
100、Z轴可动自对焦视觉单元，200、机械臂及其TCP单元，300、XY-W运动平台单元，400、机架，500、外罩；
101、手动调节光源，102、自动对焦相机，103、支架；
201、末端TCP单元，202、四轴机械臂单元；
2021、第一轴，2022、第二旋转轴，2023、第三旋转轴，2024、第四旋转轴；
20101、缓冲弹簧，20102、真空吸盘，20103、真空发生器；
301、直线运动Y轴，302、旋转W轴，303、直线运动X轴，304、载荷平台；
3011、Y轴滑块，3031、X轴滑块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的自动化焊球阵列封装植球检测系统，整个系统主要包括以下部分：
图1和图2所示，Z轴可动自对焦视觉单元100、机械臂及其TCP单元200、XY-W运动平台单元300、机架400和外罩500，机架400的中间安装有XY-W运动平台单元300，XY-W运动平台单元300两侧安装有Z轴可动自对焦视觉单元100和机械臂及其TCP单元200，机架400上套有外罩500。
整体的运行流程为：
1、机械臂及其TCP单元200中的机械手从前道工艺设备抓取待检测的芯片，将芯片移动到XY-W运动平台单元300上方的载荷平台上。
2、XY-W运动平台单元300，可以实现XY方向的移动以及绕Z轴的W向旋转。将芯片移动到Z轴可动自对焦视觉单元100的手动调节光源101下方，XY-W运动平台单元配合相机移动芯片，进行分区拍摄。
3、相机拍摄完成后，XY-W运动平台单元300将芯片移动到机械手可抓取的位置后，机械手抓取芯片送至下游工艺设备。
4、设备重复1-3步动作，可以实现对芯片植球质量的检查工作。
图3所示，Z轴可动自对焦视觉单元100，
本单元主要由手动调节光源101、自动对焦相机102两部分构成。
手动调节光源101用于给被检查产品补光，提高识别效率及精度，固联在支架103上，支架103固联在机架400上。
自动对焦相机102用于拍摄被检查产品表面，进而判断植球质量。Z轴由电机驱动丝杠，带动相机在垂直方向移动。根据产品高度不同自动适应。
图4所示，机械臂及其TCP单元200，
本单元由末端TCP单元201和四轴机械臂单元202构成。
末端TCP单元201固联在四轴机械臂单元202的第三旋转轴上。可以在机械臂的驱动下实现在X-Y平面内的平动及Z方向运动。
图5和图6所示，末端TCP单元201包括缓冲弹簧20101、真空吸盘20102、真空发生器20103，真空发生器20103上安装多个缓冲弹簧20101和真空吸盘20102。
末端TCP单元201在Z方向安装有缓冲弹簧20101，可以在抓取负载时自适应微调。末端TCP单元201下部安装若干真空吸盘20102，在真空发生器20103驱动下可以依靠真空负压抓取负载，破真空条件下可以平稳释放负载。
四轴机械臂单元202固联在机架400上。四轴机械臂单元202包括四个轴，第一轴2021为Z方向直线运动；二轴、三轴、四轴均为旋转轴。第二旋转轴2022活动固定在一轴上，可以上下移动，第三旋转轴2023与第二旋转轴2022活动连接，第四旋转轴2024与第三旋转轴2023活动连接。可以实现末端TCP单元201在X-Y平面内的平动及Z方向运动。
图7所示，XY-W运动平台单元300，
本单元由直线运动Y轴301、旋转W轴302、直线运动X轴303构成，
直线运动Y轴301由伺服电机驱动丝杠带动Y轴滑块3011沿着Y轴直线运动；
旋转W轴302由伺服电机驱动载荷平台304带动上方真空吸盘，实现W方向旋转运动。真空吸盘是根据负载定制的吸附孔位，可以实现对负载产品的吸附固定。保证产品在运动过程中不会发生移动。
直线运动X轴303由伺服电机驱动丝杠带动X轴滑块3031沿着X轴直线运动。
保护垫倒置悬挂机械臂配合XY-W旋转平台，实现对于平板型物料的从上游到下游的搬运过程。
本发明关键点在于通过AOI视觉技术替代人工视觉，通过机械臂配合移动平台实现对于芯片的搬运移动。
通过机器臂(四轴机械臂单元)抓取芯片，降低人工劳动强度；通过三轴移动平台，实现对于大尺寸芯片的整体拍摄；通过机器视觉技术代替人工视觉，提高识别精度，可以实现长期，高速，稳定的检测。提高检测的效率和准确度；检测完成后，机械臂自动搬运物料到下游工艺设备。解决了在半导体后段封装工艺中，芯片在植球完成后的质量检验问题。
本发明可以兼容各种规格芯片产品，可以通过平台带动产品在相机下多次成像，实现拼接。识别速度快，准确度高。无人工操作，搬运平稳，效率高。不会引入新的干扰物。设备产品入口及出口开放，方便连接上下游设备。
整机结构紧凑，占地空间小，方便布置。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.自动化焊球阵列封装植球检测系统，其特征在于：包括Z轴可动自对焦视觉单元（100）、机械臂及其TCP单元（200）、XY-W运动平台单元（300）、机架（400）和外罩（500），所述机架（400）的中间安装有XY-W运动平台单元（300），所述XY-W运动平台单元（300）两侧安装有Z轴可动自对焦视觉单元（100）和机械臂及其TCP单元（200），所述机架（400）上套有外罩（500）；所述机械臂及其TCP单元（200）中的机械手抓取待检测的芯片，将芯片移动到XY-W运动平台单元（300）上方的载荷平台上，将芯片移动到Z轴可动自对焦视觉单元（100）的下方，进行分区拍摄，拍摄完成后，XY-W运动平台单元（300）将芯片移动到机械手可抓取的位置后，送至下游工艺设备。
2.根据权利要求1所述的自动化焊球阵列封装植球检测系统，其特征在于：所述Z轴可动自对焦视觉单元（100）包括手动调节光源（101）和自动对焦相机（102），手动调节光源（101）用于给被检查产品补光，固联在支架（103）上，支架（103）固联在机架（400）上，所述自动对焦相机（102）用于拍摄被检查产品表面。
3.根据权利要求1所述的自动化焊球阵列封装植球检测系统，其特征在于：所述机械臂及其TCP单元（200）包括末端TCP单元（201）和四轴机械臂单元（202），所述末端TCP单元（201）固联在四轴机械臂单元（202）的第三旋转轴上。
4.根据权利要求3所述的自动化焊球阵列封装植球检测系统，其特征在于：所述末端TCP单元（201）包括缓冲弹簧（20101）、真空吸盘（20102）、真空发生器（20103），所述真空发生器（20103）上安装多个缓冲弹簧（20101）和真空吸盘（20102），在真空发生器（20103）驱动下依靠真空负压真空吸盘（20102）抓取负载。
5.根据权利要求1所述的自动化焊球阵列封装植球检测系统，其特征在于：所述四轴机械臂单元（202）包括四个轴，其第一轴（2021）为Z方向直线运动；二轴、三轴、四轴均为旋转轴，第二旋转轴（2022）活动固定在一轴上，上下移动，第三旋转轴（2023）与第二旋转轴（2022）活动连接，第四旋转轴（2024）与第三旋转轴（2023）活动连接。
6.根据权利要求1所述的自动化焊球阵列封装植球检测系统，其特征在于：所述XY-W运动平台单元（300）包括直线运动Y轴（301）、旋转W轴（302）和直线运动X轴（303），直线运动Y轴（301）实现Y轴直线运动，旋转W轴（302）由载荷平台（304）带动上方真空吸盘，实现W方向旋转运动，直线运动X轴（303）实现X轴直线运动。
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