CN115963062A - 半导体载板缺陷检测及标识系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体载板缺陷检测及标识系统，该系统包含整体机架，整体机架上从左至右依次安装的上料模块、输送模块、检测模块、打标模块、下料模块、整体机架的底部柜体内置有电气模块。本发明提出一种高度自动化、适应多种宽度载板、实现精确对焦成像和打标的半导体载板缺陷检测及标识系统；通过吸附机械手及夹取机械手组合实现自动化上下料，从而使设备全自动运行成为可能；采用轨道宽度调节旋钮，调节轨道宽度使之适应不同宽度的载板；采用十字压板机构，压平被测载板，实现精确对焦成像；在打标工位采用位置补偿相机，输出位置偏移量校准激光打标位置。

Description

半导体载板缺陷检测及标识系统

技术领域

本发明涉及半导体及光电半导体量检测技术领域，特别涉及半导体及光电半导体封装用的载板检测系统。

背景技术

载板作为半导体及光电半导体封装的重要部件，其良率对最终封装产品的良率有关键影响。利用自动光学检测，可以有效地检出载板上的不良单元，在后续的固晶环节跳过，避免芯片的浪费以及产品品质的波动。

自动光学检测设备一般包含上下料机构、成像机构、算法模块，打标机构。

为避免载板上下料叠放时上下载板的摩擦造成不良，其中一种方法为在载板之间放置无尘纸隔离保护上下载板，如何自动抓取载板和无尘纸，实现光学检测的全自动运转，这对光学检测设备的自动上下料提出挑战。半导体及光电半导体载板的型号繁多、尺寸各异，需要一种自动光学检测设备的机械、成像能兼容多种宽度，增加设备对不同尺寸型号载板的弹性。大部分载板由不同材料复合而成，难免会因膨胀系数的差异而造成翘曲，而载板翘曲可能造成自动光学检测对焦不准的问题。随着载板精度的提升以及单元尺寸的减小，需要对不良品单元进行精确的打标，如何在打标时进行精确定位，也是需要克服的问题。

由此本申请文件针对以上问题，提出一种高度自动化、适应多种宽度载板、实现精确对焦成像和打标的半导体载板缺陷检测及标识系统。通过吸附机械手及夹取机械手组合实现自动化上下料，从而使设备全自动运行成为可能。采用轨道宽度调节旋钮，调节轨道宽度使之适应不同宽度的载板。采用十字压板机构，压平被测载板，实现精确对焦成像。在打标工位采用位置补偿相机，输出位置偏移量校准激光打标位置。

实用新型内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供半导体载板缺陷检测及标识系统。

本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供一种半导体载板缺陷检测及标识系统，该系统包含整体机架，整体机架上从左至右依次安装的上料模块、输送模块、检测模块、打标模块、下料模块、所述整体机架的底部柜体内置有电气模块；

所述整体机架包含有底部的焊接框架、用于承托设备模块的金属底板和由喷漆钣金组成的外框架，其金属底板固定于焊接框架的顶部，外框架设置于金属底板的顶部；

所述上料模块由可移动上料仓、移料位移模组、吸附机械手、夹取机械手和间隔纸废料仓组成；

所述可移动上料仓通过滑轨滑动安装于移料位移模组的正下方，其滑轨上设置有丝杆，丝杆底部传动连接驱动电机，通过丝杆带动可移动上料仓在滑轨上运动，所述吸附机械手、夹取机械手均通过滑块和移料位移模组滑动连接，且吸附机械手、夹取机械手均通过气缸驱动，其中间隔纸废料仓位于吸附机械手的正下方，可移动上料仓位于夹取机械手的底部。

作为本发明的一种优选技术方案，所述吸附机械手由吸嘴、上下位移气缸a组成，吸嘴外接真空发生器，在吸取时通过负压吸取间隔纸，气缸用于带动吸嘴上下运动，完成吸附动作。

作为本发明的一种优选技术方案，所述夹取机械手由前端的夹具、上下位移气缸b组成，前方夹具通过如图所示结构进行加持动作，夹具前方为定制夹具，通过夹具气缸带动进行分合运动，在夹合时通过前端夹具完成物料夹取。

作为本发明的一种优选技术方案，所述可移动上料仓包含若干个仓位，每个仓位由多个支撑柱隔出的空间组成，在每个仓位底部设置有可浮动薄片，可移动上料仓的底部镂空处安装有顶升轴，每个仓位的顶部设置有对射传感器。

作为本发明的一种优选技术方案，所述输送模块由皮带输送轨道a、位移输送轨道、物料夹具工装a和轨道宽度调节旋钮组成；

所述皮带输送轨道由两侧对称的侧板、电机、滚轮与皮带组成，电机驱动滚轮带动皮带转动，物料通过两侧的侧板进行定位，置于皮带之上，在皮带摩擦力驱动下向前运动，在皮带输送轨道a的下方设置有通过气缸驱动的可升降挡块；可升降挡块升起时，物料被挡块阻挡，从而限制物料移动，以完成逻辑循序控制；皮带输送轨道与位移输送轨道交接位置设置有抬升平台、X方向整定机构，用于在两者交替时将物料抬升，便于物料夹具工装进行夹持；X方向整定机构为一金属块，在抬升平台底部的X气缸驱动下向X方向正方向推动，完成物料X方向定位；

所述位移输送轨道由电机、同步轮、同步带、机械导轨组成，通过电机带动同步轮，同步轮带动同步带完成位移动作，并带动同步带与同步带上的夹具模块进行移动；

所述物料夹具工装由Y方向整定机构、Z方向整定气缸、十字形压板等几部分组成；Y方向整定机构为两侧对称的若干L型零件，Y方向整定机构在Y方向整定气缸驱动下进行Y方向推动，完成物料Y方向定位；

Y方向整定机构安装于Z方向底板之上，Z方向底板由Z方向整定气缸驱动可进行Z向上下运动；物料夹具上方为镂空的十字形压板，十字形压板作用于物料横纵中线上。

作为本发明的一种优选技术方案，所述检测模块由上方拍摄模组a和下方拍摄模组b组成，上方拍摄模组a和下方拍摄模组b的数量均为两个，每个拍摄模组都包含了一个工业相机、一个镜头、一个环形光源，为避免机械干涉，上方拍摄模组a和下方拍摄模组b前后错落排布，所述上方拍摄模组a和下方拍摄模组b分别覆盖物料上、下方的各一半的物料区域；在移动过程中，每个检测模块进行多次拍摄，覆盖整个物料的上下表面，并将数据发送给服务器，由算法完整检测。

作为本发明的一种优选技术方案，所述打标模块由定位相机模块、激光打标机、物料夹具工装b、皮带输送轨道b组成；

所述定位相机模块由结构件、气缸、工业相机、镜头、光源组成，其工业相机、镜头通过结构件安装于物料上方处，工业相机和镜头通过气缸驱动，实现水平方向的伸缩作用；

所述物料夹具工装b、皮带输送轨道b和输送模块中的物料夹具工装a、皮带输送轨道a结构相一致。

作为本发明的一种优选技术方案，所述下料模块由物料存放仓、间隔纸存放仓、下料位移轴、物料下料机械手、间隔纸夹吸机械手组成；

所述物料存放仓为一大托盘，其上方安装标准料盒，托盘下方设置有Y方向移动轴；

所述间隔纸存放仓下方设置有Y方向切换气缸及顶升气缸、位于顶升气缸顶端部的顶块，上方两个工位设置两处间隔纸存放；

所述物料下料机械手由末端夹具、升降气缸、开合气缸部分组成；末端夹具为四个L型工件安装于开合气缸上，且中间设置有弹簧；在夹持时，首先升降气缸下降，然后开合气缸闭合，L型工件内缩夹住物料其夹持力于弹簧弹力相关；夹持完成后升降气缸上升；

所述下料位移轴用于带动物料下料机械手进行横向移动，完成物料输送及间隔纸输送；

所述间隔纸夹吸机械手包括夹取动作的上下伸缩气缸和气缸轴底端用于吸取物料的吸嘴，夹取动作配合间隔纸存放仓的顶升动作使间隔纸弯曲变形，从而使吸取动作更加容易实现。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提出一种高度自动化、适应多种宽度载板、实现精确对焦成像和打标的半导体载板缺陷检测及标识系统；通过吸附机械手及夹取机械手组合实现自动化上下料，从而使设备全自动运行成为可能；采用轨道宽度调节旋钮，调节轨道宽度使之适应不同宽度的载板；采用十字压板机构，压平被测载板，实现精确对焦成像；在打标工位采用位置补偿相机，输出位置偏移量校准激光打标位置。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构正视图；

图2是本发明的立体结构图；

图3是本发明的整体机架结构图；

图4是本发明的上料模块结构图；

图5是本发明的吸附机械手结构图；

图6是本发明的夹取机械手结构图；

图7是本发明的可移动上料仓结构图；

图8是图7的剖视图；

图9是本发明的输送模块结构图；

图10是本发明的物料夹具工装a结构图；

图11是图10的剖视图；

图12是本发明的抬升平台结构图；

图13是本发明的检测模块结构图；

图14是本发明的打标模块结构图；

图15是本发明的下料模块结构图；

图16是本发明的物料下料机械手结构图；

图17是本发明的间隔纸夹吸机械手结构图；

图18是本发明的设备系统架构图；

图19是本发明的工作流程图；

图中：1、上料模块；2、输送模块；3、检测模块；4、打标模块；5、下料模块；6、电气模块；7、整体机架；

11、可移动上料仓；12、移料位移模组；13、吸附机械手；14、夹取机械手；15、间隔纸废料仓；

111、可浮动薄片；112、顶升轴；

131、吸嘴；132、上下位移气缸a；

141、夹具；142、上下位移气缸b；

21、皮带输送轨道a；22、位移输送轨道；23、物料夹具工装a；24、轨道宽度调节旋钮；25、抬升平台；26、X方向整定机构；

231、Y方向整定气缸；232、Z方向整定气缸；233、L型零件；

31、上方拍摄模组a；32、下方拍摄模组b；

41、定位相机模块；42、激光打标机；43、物料夹具工装b；44、皮带输送轨道b；

51、物料存放仓；52、间隔纸存放仓；53、下料位移轴；54、物料下料机械手；55、间隔纸夹吸机械手；

521、Y方向切换气缸；522、顶升气缸；523、顶块；

541、末端夹具；542、升降气缸；543、开合气缸。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。

此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1

如图1-19，本发明提供一种半导体载板缺陷检测及标识系统，该系统包含整体机架7，整体机架7上从左至右依次安装的上料模块1、输送模块2、检测模块3、打标模块4、下料模块5、整体机架7的底部柜体内置有电气模块6；

整体机架7包含有底部的焊接框架71、用于承托设备模块的金属底板72和由喷漆钣金组成的外框架73，其金属底板72固定于焊接框架71的顶部，外框架73设置于金属底板72的顶部；

上料模块1由可移动上料仓11、移料位移模组12、吸附机械手13、夹取机械手14和间隔纸废料仓15组成；

可移动上料仓11通过滑轨滑动安装于移料位移模组12的正下方，其滑轨上设置有丝杆，丝杆底部传动连接驱动电机，通过丝杆带动可移动上料仓11在滑轨上运动，吸附机械手13、夹取机械手14均通过滑块和移料位移模组12滑动连接，且吸附机械手13、夹取机械手14均通过气缸驱动，其中间隔纸废料仓15位于吸附机械手13的正下方，可移动上料仓11位于夹取机械手14的底部。

吸附机械手13由吸嘴131、上下位移气缸a132组成，吸嘴外接真空发生器，在吸取时通过负压吸取间隔纸，气缸用于带动吸嘴上下运动，完成吸附动作。

夹取机械手14由前端的夹具141、上下位移气缸b142组成，前方夹具通过如图5所示结构进行加持动作，夹具前方为定制夹具，通过夹具气缸143带动进行分合运动，在夹合时通过前端夹具完成物料夹取。

可移动上料仓11包含若干个仓位，每个仓位由多个支撑柱隔出的空间组成，在每个仓位底部设置有可浮动薄片111，可移动上料仓11的底部镂空处安装有顶升轴112，每个仓位的顶部设置有对射传感器；

当对射传感器未被遮挡时，下方Z轴便会自动顶升，从而使物料始终处于相对固定的高度上，以方便夹具夹取。若Z轴移动至最高位置，对射传感器仍未被遮挡，此时认为本仓位空料，Z轴回到最下方，同时料仓进行横移切换。

输送模块2由皮带输送轨道a21、位移输送轨道22、物料夹具工装a23和轨道宽度调节旋钮24组成；

皮带输送轨道21由两侧对称的侧板、电机、滚轮与皮带组成，电机驱动滚轮带动皮带转动，物料通过两侧的侧板进行定位，置于皮带之上，在皮带摩擦力驱动下向前运动，在皮带输送轨道a21的下方设置有通过气缸驱动的可升降挡块；如图9所示，可升降挡块升起时，物料被挡块阻挡，从而限制物料移动，以完成逻辑循序控制。皮带输送轨道21与位移输送轨道22交接位置设置有抬升平台25、X方向整定机构26，用于在两者交替时将物料抬升，便于物料夹具工装进行夹持；X方向整定机构26为一金属块，在抬升平台25底部的X气缸驱动下向X方向正方向推动，完成物料X方向定位；

位移输送轨道22由电机、同步轮、同步带、机械导轨组成，通过电机带动同步轮，同步轮带动同步带完成位移动作，并带动同步带与同步带上的夹具模块进行移动；

物料夹具工装23由Y方向整定机构、Z方向整定气缸、十字形压板等几部分组成；Y方向整定机构为两侧对称的若干L型零件233，Y方向整定机构在Y方向整定气缸231驱动下进行Y方向推动，完成物料Y方向定位；

Y方向整定机构安装于Z方向底板之上，Z方向底板由Z方向整定气缸232驱动可进行Z向上下运动；物料夹具上方为镂空的十字形压板，十字形压板作用于物料横纵中线上；轨道两端设置有轨道宽度调节旋钮24，旋转轨道宽度调节旋钮24可以带动轨道侧板移动，适配不同宽度的载板；

整个输送模块2上设置有多个传感器，用于感知物料是否到位；

整个输送模块2动作流程如下：

(1)物料被夹取放置于传送带上，在皮带驱动下向X正向运动，到达夹具位时，被挡块阻挡，同时输送模块2上的到位传感器给出信号；

(2)抬升平台25升高，将物料顶起；

(3)工装Y方向整定机构进行作用；

(4)工装X方向整定机构进行作用；

(5)工装Z方向整定机构进行作用；

(6)物料在夹具工装作用下，随位移输送轨道22进行移动；

(7)移动完成后，夹具工装卸载夹持，物料随皮带输送到本站出料位。

检测模块3由上方拍摄模组a31和下方拍摄模组b32组成，上方拍摄模组a31和下方拍摄模组b32的数量均为两个，每个拍摄模组都包含了一个工业相机、一个镜头、一个环形光源，为避免机械干涉，上方拍摄模组a31和下方拍摄模组b32前后错落排布，上方拍摄模组a31和下方拍摄模组b32分别覆盖物料上、下方的各一半的物料区域；在移动过程中，每个检测模块进行多次拍摄，覆盖整个物料的上下表面，并将数据发送给服务器，由算法完整检测。

打标模块4由定位相机模块41、激光打标机42、物料夹具工装b43、皮带输送轨道b44组成；

定位相机模块41由结构件、气缸、工业相机、镜头、光源组成，其工业相机、镜头通过结构件安装于物料上方处，工业相机和镜头通过气缸驱动，实现水平方向的伸缩作用；

物料夹具工装b43、皮带输送轨道b44和输送模块2中的物料夹具工装a23、皮带输送轨道a21结构相一致；

打标模块4工作流程如下：

(1)物料到位后，物料夹具工装对产品进行位置整定、固定；

(2)定位相机模块进行拍摄定位，用于后续引导打标；

(3)根据定位相机拍摄的图片算法进行位置分析，并引导激光打标机进行打标。

(4)打标完成后，物料夹具工装卸载夹持，物料随皮带输送到本站出料位。

所述下料模块5由物料存放仓51、间隔纸存放仓52、下料位移轴53、物料下料机械手54、间隔纸夹吸机械手55组成；

所述物料存放仓51为一大托盘，其上方安装标准料盒，托盘下方设置有Y方向移动轴；

所述间隔纸存放仓52下方设置有Y方向切换气缸521及顶升气缸522、位于顶升气缸522顶端部的顶块523，上方两个工位设置两处间隔纸存放；

所述物料下料机械手54由末端夹具541、升降气缸542、开合气缸543部分组成；末端夹具541为四个L型工件安装于开合气缸543上，且中间设置有弹簧；在夹持时，首先升降气缸542下降，然后开合气缸543闭合，L型工件内缩夹住物料其夹持力于弹簧弹力相关；夹持完成后升降气缸542上升；

所述下料位移轴53用于带动物料下料机械手54进行横向移动，完成物料输送及间隔纸输送；

所述间隔纸夹吸机械手55包括夹取动作的上下伸缩气缸和气缸轴底端用于吸取物料的吸嘴，夹取动作配合间隔纸存放仓的顶升动作使间隔纸弯曲变形，从而使吸取动作更加容易实现。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.半导体载板缺陷检测及标识系统，其特征在于，该系统包含整体机架(7)，整体机架(7)上从左至右依次安装的上料模块(1)、输送模块(2)、检测模块(3)、打标模块(4)、下料模块(5)、所述整体机架(7)的底部柜体内置有电气模块(6)；

所述整体机架(7)包含有底部的焊接框架(71)、用于承托设备模块的金属底板(72)和由喷漆钣金组成的外框架(73)，其金属底板(72)固定于焊接框架(71)的顶部，外框架(73)设置于金属底板(72)的顶部；

所述上料模块(1)由可移动上料仓(11)、移料位移模组(12)、吸附机械手(13)、夹取机械手(14)和间隔纸废料仓(15)组成；

所述可移动上料仓(11)通过滑轨滑动安装于移料位移模组(12)的正下方，其滑轨上设置有丝杆，丝杆底部传动连接驱动电机，通过丝杆带动可移动上料仓(11)在滑轨上运动，所述吸附机械手(13)、夹取机械手(14)均通过滑块和移料位移模组(12)滑动连接，且吸附机械手(13)、夹取机械手(14)均通过气缸驱动，其中间隔纸废料仓(15)位于吸附机械手(13)的正下方，可移动上料仓(11)位于夹取机械手(14)的底部。

2.根据权利要求1所述的半导体载板缺陷检测及标识系统，其特征在于，所述吸附机械手(13)由吸嘴(131)、上下位移气缸a(132)组成，吸嘴外接真空发生器，在吸取时通过负压吸取间隔纸，气缸用于带动吸嘴上下运动，完成吸附动作。

3.根据权利要求1所述的半导体载板缺陷检测及标识系统，其特征在于，所述夹取机械手(14)由前端的夹具(141)、上下位移气缸b(142)组成，夹具前方为定制夹具，通过夹具气缸(143)带动进行分合运动，在夹合时通过前端夹具完成物料夹取。

4.根据权利要求1所述的半导体载板缺陷检测及标识系统，其特征在于，所述可移动上料仓(11)包含若干个仓位，每个仓位由多个支撑柱隔出的空间组成，在每个仓位底部设置有可浮动薄片(111)，可移动上料仓(11)的底部镂空处安装有顶升轴(112)，每个仓位的顶部设置有对射传感器。

5.根据权利要求1所述的半导体载板缺陷检测及标识系统，其特征在于，所述输送模块(2)由皮带输送轨道a(21)、位移输送轨道(22)、物料夹具工装a(23)和轨道宽度调节旋钮(24)组成；

所述皮带输送轨道(21)由两侧对称的侧板、电机、滚轮与皮带组成，电机驱动滚轮带动皮带转动，物料通过两侧的侧板进行定位，置于皮带之上，在皮带摩擦力驱动下向前运动，在皮带输送轨道a(21)的下方设置有通过气缸驱动的可升降挡块；皮带输送轨道与位移输送轨道交接位置设置有抬升平台(25)、X方向整定机构(26)，用于在两者交替时将物料抬升，便于物料夹具工装进行夹持；X方向整定机构为一金属块，在抬升平台(25)底部的X气缸驱动下向X方向正方向推动，完成物料X方向定位；

所述位移输送轨道(22)由电机、同步轮、同步带、机械导轨组成，通过电机带动同步轮，同步轮带动同步带完成位移动作，并带动同步带与同步带上的夹具模块进行移动；

所述物料夹具工装(23)由Y方向整定机构、Z方向整定气缸、十字形压板等几部分组成；Y方向整定机构为两侧对称的若干L型零件(233)，Y方向整定机构在Y方向整定气缸(231)驱动下进行Y方向推动，完成物料Y方向定位；

Y方向整定机构安装于Z方向底板之上，Z方向底板由Z方向整定气缸(232)驱动可进行Z向上下运动；物料夹具上方为镂空的十字形压板，十字形压板作用于物料横纵中线上。

6.根据权利要求1所述的半导体载板缺陷检测及标识系统，其特征在于，所述检测模块(3)由上方拍摄模组a(31)和下方拍摄模组b(32)组成，上方拍摄模组a(31)和下方拍摄模组b(32)的数量均为两个，每个拍摄模组都包含了一个工业相机、一个镜头、一个环形光源，为避免机械干涉，上方拍摄模组a(31)和下方拍摄模组b(32)前后错落排布，所述上方拍摄模组a(31)和下方拍摄模组b(32)分别覆盖物料上、下方的各一半的物料区域。

7.根据权利要求1所述的半导体载板缺陷检测及标识系统，其特征在于，所述打标模块(4)由定位相机模块(41)、激光打标机(42)、物料夹具工装b(43)、皮带输送轨道b(44)组成；

所述定位相机模块(41)由结构件、气缸、工业相机、镜头、光源组成，其工业相机、镜头通过结构件安装于物料上方处，工业相机和镜头通过气缸驱动，实现水平方向的伸缩作用；

所述物料夹具工装b(43)、皮带输送轨道b(44)和输送模块(2)中的物料夹具工装a(23)、皮带输送轨道a(21)结构相一致。

8.根据权利要求1所述的半导体载板缺陷检测及标识系统，其特征在于，所述下料模块(5)由物料存放仓(51)、间隔纸存放仓(52)、下料位移轴(53)、物料下料机械手(54)、间隔纸夹吸机械手(55)组成；

所述物料存放仓(51)为一大托盘，其上方安装标准料盒，托盘下方设置有Y方向移动轴；

所述间隔纸存放仓(52)下方设置有Y方向切换气缸(521)及顶升气缸(522)、位于顶升气缸(522)顶端部的顶块(523)，上方两个工位设置两处间隔纸存放；

所述物料下料机械手(54)由末端夹具(541)、升降气缸(542)、开合气缸(543)部分组成；末端夹具(541)为四个L型工件安装于开合气缸(543)上，且中间设置有弹簧；

所述下料位移轴(53)用于带动物料下料机械手(54)进行横向移动，完成物料输送及间隔纸输送；

所述间隔纸夹吸机械手(55)包括夹取动作的上下伸缩气缸和气缸轴底端用于吸取物料的吸嘴。

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