CN218496026U - 倒装芯片焊接精度在线检测装置及其焊接生产线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种倒装芯片焊接精度在线检测装置及其焊接生产线，其中倒装芯片焊接精度在线检测装置包括：工作台、摄像头模组和控制系统，当倒装芯片与基板在焊接生产设备上完成焊接工序后，焊接生产线的导轨继续运动将所述基板输送到在线检测装置的工作台上。通过设置于工作台上方的摄像头模组拍摄基板及其上所焊接倒装芯片的图像、控制系统识别图像并计算倒装芯片焊接位置的偏移量，在焊接生产线上直接进行焊接精度检测，无需停机抽取样品，提高了生产效率。当所述偏移量大于预设值时，控制系统控制焊接生产设备停止工作并报警，实现了倒装芯片焊接精度的实时监控，避免批量不良品的生产，降低生产成本。

Description

倒装芯片焊接精度在线检测装置及其焊接生产线

技术领域

本实用新型涉及焊接精度检测领域，尤其涉及一种倒装芯片焊接精度在线检测装置及其焊接生产线。

背景技术

倒装芯片焊接技术具有焊接后体积小、尺寸薄、可靠性高等优点，已被广泛应用于摄像头封装、LED封装、BGA封装等领域中。焊接过程中，倒装芯片上的金属球需与基板上的金手指按设计一一对应才能使芯片上的所有功能导通，因此倒装芯片在基板上的焊接精度直接决定着产品的品质。目前缺少对生产过程中芯片焊接精度的管控，需要停机抽取样品才能进行精度检测，此种方法耗时长且测试样品数目较少，易导致批量不良品的产生，影响生产效率。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种倒装芯片焊接精度在线检测装置及其焊接生产线，能够实时监控生产中倒装芯片的焊接精度。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种倒装芯片焊接精度在线检测装置，包括：

工作台，用于放置倒装芯片焊接完成后的基板，所述基板通过导轨输送到所述工作台；

摄像头模组，包括摄像头，设置于所述工作台上方，用于拍摄所述基板及其上所焊接倒装芯片的图像；

控制系统，与所述摄像头模组和倒装芯片焊接生产设备电性连接，所述控制系统用于识别所述摄像头模组拍摄的图像，计算得到所述倒装芯片焊接位置的偏移量，当所述偏移量大于预设值时，所述控制系统控制所述倒装芯片焊接生产设备停止工作并报警。

本实用新型实施例的倒装芯片焊接精度在线检测装置，至少具有以下有益效果：当倒装芯片与基板在焊接生产设备上完成焊接工序后，焊接生产线的导轨继续运动将所述基板输送到倒装芯片焊接精度在线检测装置的工作台上。通过设置于工作台上方的摄像头模组拍摄基板及其上所焊接倒装芯片的图像、控制系统识别图像并计算倒装芯片焊接位置的偏移量，实现在焊接生产线上直接进行焊接精度检测，无需停机抽取样品，提高了生产效率。当所述偏移量大于预设值时，控制系统控制焊接生产设备停止工作并报警，实现了倒装芯片焊接精度的实时监控，避免批量不良品的生产，降低了生产成本。

根据本实用新型的一些实施例，所述摄像头模组还包括：

机架，用于固定所述摄像头模组；

驱动装置；

移动轴，与所述摄像头连接，在所述驱动装置的驱动下带动所述摄像头相对于所述机架实现X、Y、Z三轴方向上的移动。

根据本实用新型的一些实施例，所述摄像头模组还包括光源。

根据本实用新型的一些实施例，所述控制系统还包括显示界面，用于显示所述摄像头模组拍摄的图像以及所述偏移量。

根据本实用新型的一些实施例，所述控制系统识别所述图像的过程包括识别所述图像中所述基板的位置坐标和所述倒装芯片的位置坐标，其中，

所述基板在所述倒装芯片的设计焊接位置对角线两端标记有标志点；

所述基板的位置坐标为所述标志点外框线在所述对角线方向最外端的交点坐标；

所述倒装芯片的位置坐标为所述倒装芯片外框线在所述对角线方向上的交点坐标。

根据本实用新型的一些实施例，所述控制系统计算得到所述倒装芯片焊接位置的偏移量包括计算得到所述倒装芯片焊接位置的X轴偏移值、Y轴偏移值以及所述倒装芯片的旋转角度，其中，

所述倒装芯片的旋转角度根据所述基板的位置坐标和所述倒装芯片的位置坐标计算得到；

所述X轴偏移值和Y轴偏移值根据所述基板的中心坐标和所述倒装芯片的中心坐标计算得到，所述基板的中心坐标和所述倒装芯片的中心坐标根据所述基板的位置坐标和所述倒装芯片的位置坐标计算得到。

根据本实用新型的一些实施例，所述偏移量大于预设值至少为以下情况之一：

所述X轴偏移值大于预设X轴偏移值或者，

所述Y轴偏移值大于预设Y轴偏移值或者，

所述对角线夹角大于预设夹角值。

根据本实用新型的一些实施例，所述控制系统还用于存储所述摄像头模组拍摄的图像作为参考图像，再次拍摄时，所述控制系统将所述图像与所述参考图像进行匹配，快速识别出所述基板及其上所焊接倒装芯片的位置坐标。

第二方面，本申请实施例还提供了一种倒装芯片焊接生产线，所述倒装芯片焊接生产线包括如上第一方面所述的倒装芯片焊接精度在线检测装置以及倒装芯片焊接生产设备，所述倒装芯片焊接生产线还包括导轨，用于输送基板到所述倒装芯片焊接生产设备和所述倒装芯片焊接精度在线检测装置。

本实用新型实施例的倒装芯片焊接生产线，至少具有以下有益效果：倒装芯片焊接生产线包括导轨、倒装芯片焊接生产设备以及倒装芯片焊接精度在线检测装置，导轨用于基板在各个工位之间的输送，当倒装芯片与基板在焊接生产设备上完成焊接工序后，导轨继续运动将所述基板输送到倒装芯片焊接精度在线检测装置的工作台上。通过设置于工作台上方的摄像头模组拍摄基板及其上所焊接倒装芯片的图像、控制系统识别图像并计算倒装芯片焊接位置的偏移量，实现在焊接生产线上直接进行焊接精度检测，无需停机抽取样品，提高了生产效率。当所述偏移量大于预设值时，控制系统控制焊接生产设备以及焊接生产线停止工作并报警，实现了倒装芯片焊接精度的实时监控，避免批量不良品的生产，降低了生产成本。

根据本实用新型的一些实施例，所述倒装芯片焊接生产线还包括托盘，放置于所述导轨上，用于放置所述基板。

附图说明

附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。

图1是本实用新型一个实施例提供的倒装芯片焊接精度在线检测装置正视图；

图2是本实用新型另一个实施例提供的倒装芯片焊接精度在线检测装置侧视图；

图3是本实用新型另一个实施例提供的倒装芯片焊接精度在线检测装置俯视图；

图4是摄像头所拍摄的图3中A处图像的放大图；

图5是图4中B处的放大图。

附图标记：

倒装芯片焊接精度在线检测装置100、工作台110、摄像头模组120、摄像头121、机架122、移动轴123、光源124、控制系统130、显示界面131、导轨210、基板220、基板标志点221、倒装芯片230、托盘240。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

在实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，例如可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，或两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

倒装芯片焊接过程中，为了保证倒装芯片所有功能的导通，要求芯片被精准的焊接在基板的设计位置上。实际生产中，一般在生产开始前对焊接精度进行调整测量，确认所抽取的样品在位置精度范围内时开始生产，缺少在生产过程中的焊接精度管控，因此容易产生批量精度异常的不良品。除此之外，在生产过程中抽取样品进行测试时，需要将焊接生产线停机，将产品抽取出来送到检测室进行精度检测，此种方法耗时长且无法对批量产品进行实时的精度监控。

基于此，本实用新型提供了一种倒装芯片焊接精度在线检测装置100及其焊接生产线。其中，倒装芯片焊接生产线包括导轨210、倒装芯片焊接生产设备和倒装芯片焊接精度在线检测装置100。倒装芯片焊接精度在线检测装置100(下文简称为在线检测装置)位于焊接生产线中芯片焊接的下一个工位，利用焊接生产线的导轨210将焊接完成的基板220输送到在线检测装置100的工作台110上，通过摄像头模组120拍摄基板220及其上所焊接倒装芯片230的图像，并通过控制系统130进行图像识别以及芯片焊接位置偏移量的计算从而进行芯片焊接精度的在线检测，实时监控不良品，有效提高自动化生产效率和产品质量。

下面结合附图，对本实用新型实施例作进一步阐述。

图1至图3示出了本实用新型实施例提供的一种应用于倒装芯片焊接生产线的在线检测装置100。如图1至图3所示，该在线检测装置100包括工作台110、摄像头模组120、控制系统130。其中，摄像头模组120包括摄像头121。工作台110与焊接生产线配合设置，当焊接工序完成后，焊接生产线的导轨210继续运动，输送基板220及其上所焊接的倒装芯片230向在线检测装置100的工作台110移动，进入焊接精度在线检测工序。当导轨210输送着基板220到达工作台110后，设置于工作台110上方的摄像头模组120开始工作，摄像头121拍摄基板220及其上所焊接的倒装芯片230的图像并将所述图像传输到控制系统130。控制系统130识别出所接受到的图像中基板220和倒装芯片230的位置坐标，并计算出倒装芯片焊接位置的偏移量。控制系统130与倒装芯片焊接生产设备电性连接，当所述偏移量大于预设值时，控制系统130控制焊接生产设备停止工作并向工作人员报警。

其中，倒装芯片焊接位置的偏移量包括芯片在X轴的偏移值、Y轴的偏移值以及芯片相对于基板220的旋转角度。预设值是根据产品需要，预先存储在控制系统130中的数值，对应于控制系统130计算出的芯片焊接位置偏移量，预设值包括X轴偏移预设值、Y轴偏移预设值和旋转角度预设值。当任一偏移量超出预设值时，倒装芯片230上的金球都将无法按照设计中的对应关系连接到基板220的金手指上，导致芯片出现开路、短路或者部分功能无法实现的缺陷。

需要注意的是，在焊接生产线上，基板220可以直接放置在导轨210上，随着导轨210的移动由一个工位到达下一个工位。除此之外，基板220还可以放置在托盘240上通过导轨210输送，其中托盘240可以由金属、塑料或者其他材质制成。托盘240上可放置一块基板220，也可以规律的摆放多块基板220。参照图4，当导轨210通过托盘240输送多块基板220到达工作台110上时，需要摄像头121清晰的拍摄每一个基板220及其上所焊接倒装芯片230的图像。

为了使摄像头模组120能拍摄到每块基板220的清晰图像，在一些实施例中，摄像头模组120还包括机架122、摄像头驱动装置(图中未示出)和移动轴123。摄像头模组120通过机架122固定在天花板、墙体或其他固定物体上，摄像头121通过移动轴123与机架122相连接，移动轴123可带动摄像头121相对机架122和工作台110实现X、Y、Z三轴方向上的移动，摄像头驱动装置用于为移动轴123的移动提供动力。当工作台110上承载多个基板220时，控制系统130控制摄像头驱动装置工作，驱动移动轴123按照预设路径在X、Y、Z三个方向上移动，带动摄像头121移动到第一块基板220的正上方拍摄图像。当完成工作台110上第一块基板220的拍摄以及焊接精度检测后，控制系统130控制摄像头驱动装置再次工作，驱动移动轴123带动摄像头121沿着预设路径移动到第二块基板220正上方，进行第二块基板220图像的拍摄及焊接精度检测，以此类推，直至完成工作台110上所有基板220焊接精度的检测。

需要说明的是，摄像头121可以选用电荷耦合器件(CCD)摄像机、互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像机或者其他种类的摄像机，本实用新型在此不做进一步的限定。

在一些实施例中，摄像头模组120还可以包括光源124，光源124可以设置在摄像头121的周边、移动轴123周边或者其他位置，当环境亮度较低时可通过控制系统130控制光源124发光，为基板220提供照明，使摄像头121拍摄更加清晰的基板图像，提高控制系统130的识别速度。

在一些实施例中，控制系统130还包括显示界面131。显示界面131用于显示摄像头模组120拍摄的图像或者经过控制系统130处理后的基板图像。除此之外，显示界面131还用于显示计算出的芯片偏移量。当偏移量超出预设值时，控制系统130控制焊接生产设备停止工作并向工作人员报警，工作人员可根据显示界面131上的数值直观了解芯片焊接的偏移程度，并依据偏移量对焊接生产设备作出调整。

基于上述的在线检测装置100，控制系统130识别出基板220和倒装芯片230的位置坐标的过程包括：

参考图4，为摄像头121所拍摄的A处基板及其上所焊接倒装芯片230的放大图，其中，基板220在倒装芯片230设计焊接位置的对角线两端标记有两个基板标志点221，需要说明的是，两个基板标志点221可以标记在倒装芯片230设计焊接位置的任一条对角线两端。

控制系统130接收到摄像头模组120拍摄的图像对图像进行二值化处理，将基板220上两个基板标志点221部分处理为白色，倒装芯片230部分处理为黑色，处理后的图像呈现明显的黑白效果从而将基板220与倒装芯片230区分开来。接着，控制系统130识别出基板220上两个基板标志点221外框线在所述对角线方向上最外端的两个交点，如图4中左上角外侧和右下角外侧的两个十字光标标记出的两点，读出两点的坐标作为基板220的两个位置坐标，记为：(x₁,y₁)、(x₁′,y₁′)。接着识别出倒装芯片230外框线在所述对角线方向上的两个交点，如图4中左上角内侧和右下角内侧的两个十字光标标记出的两点，读出两点的坐标作为倒装芯片230的两个位置坐标，记为：(x₂,y₂)、(x₂′,y₂′)。

基于上述的倒装芯片焊接精度在线检测装置100，控制系统130依据识别出的位置坐标进行计算，计算得出倒装芯片焊接位置的偏移量，此过程包括：

参考图4和图5，连接基板220的两个位置坐标可构造出基板对角线，连接倒装芯片230的两个位置坐标可构造出倒装芯片230实际焊接位置对角线。通过基板220的两个位置坐标和倒装芯片230的两个位置坐标可以计算出基板对角线与倒装芯片实际焊接位置对角线之间的夹角，此对角线夹角即为倒装芯片230的旋转角度记为：θ。

参考图5，选取基板对角线的中点C1作为基板220的中心坐标，选取芯片实际焊接位置对角线的中点C2作为芯片的中线坐标。控制系统130根据基板220的两个位置坐标(x₁,y₁)、(x₁′,y₁′)以及倒装芯片230的两个位置坐标(x₂,y₂)、(x₂′,y₂′)可分别计算出基板220的中心坐标为(X₁,Y₁)、倒装芯片230的中心坐标为(X₂,Y₂)。示例性的，计算过程可以通过如下公式实现：

X₁＝(x₁+x₁′)/2、Y₁＝(y₁+y₁′)/2

X₂＝(x₂+x₂′)/2、Y₂＝(y₂+y₂′)/2

控制系统130根据基板中心坐标(X₁,Y₁)和倒装芯片中心坐标(X₂,Y₂)计算出倒装芯片230的X轴偏移值和Y轴偏移值，具体的计算过程为：

X轴偏移值＝X₁-X₂，

Y轴偏移值＝Y₁-Y₂。

其中，以下三种情况：X轴偏移值大于X轴偏移预设值、Y轴偏移值大于Y轴偏移预设值、旋转角度大于预设角度预设值中任一种情况出现时均为偏移量大于预设值的情况，此时，控制系统130控制焊接生产设备停止工作并向工作人员发出警报，工作人员对焊接生产设备进行调整后再进行焊接生产。通过实时监控倒装芯片230在基板220上的焊接精度可以有效防止批量不良品的产生，降低生产成本，提高产品质量。

需要说明的是，X轴偏移预设值、Y轴偏移预设值、旋转角度预设值是设计阶段根据产品需求给出的预设值，需要在芯片焊接生产前输入控制系统130中。

在不同的生产批次中，倒装芯片230、基板220及倒装芯片230在基板220上的焊接位置均有所不同。为了提高控制系统130对图像中基板220及倒装芯片230的识别速度，控制系统130还用于将摄像头模组120拍摄的图像存储为参考图像，当再次拍摄图像时，控制系统130将图像与参考图像进行对比，快速的识别出最匹配的图像，加快对基板220和倒装芯片230的识别速度。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种倒装芯片焊接精度在线检测装置，其特征在于，包括：

工作台，用于放置倒装芯片焊接完成后的基板，所述基板通过导轨输送到所述工作台；

摄像头模组，包括摄像头，设置于所述工作台上方，用于拍摄所述基板及其上所焊接倒装芯片的图像；

控制系统，与所述摄像头模组和倒装芯片焊接生产设备电性连接，所述控制系统用于识别所述摄像头模组拍摄的图像，计算得到所述倒装芯片焊接位置的偏移量，当所述偏移量大于预设值时，所述控制系统控制所述倒装芯片焊接生产设备停止工作并报警。

2.根据权利要求1所述的倒装芯片焊接精度在线检测装置，其特征在于，所述摄像头模组还包括：

机架，用于固定所述摄像头模组；

驱动装置；

移动轴，与所述摄像头连接，在所述驱动装置的驱动下带动所述摄像头相对于所述机架实现X、Y、Z三轴方向上的移动。

3.根据权利要求1所述的倒装芯片焊接精度在线检测装置，其特征在于，所述摄像头模组还包括光源。

4.根据权利要求1所述的倒装芯片焊接精度在线检测装置，其特征在于，所述控制系统还包括显示界面，用于显示所述摄像头模组拍摄的图像以及所述偏移量。

5.根据权利要求1所述的倒装芯片焊接精度在线检测装置，其特征在于，所述控制系统识别所述图像的过程包括识别所述图像中所述基板的位置坐标和所述倒装芯片的位置坐标，其中，

所述基板在所述倒装芯片的设计焊接位置对角线两端标记有标志点；

所述基板的位置坐标为所述标志点外框线在所述对角线方向最外端的交点坐标；

所述倒装芯片的位置坐标为所述倒装芯片外框线在所述对角线方向上的交点坐标。

6.根据权利要求5所述的倒装芯片焊接精度在线检测装置，其特征在于，所述控制系统计算得到所述倒装芯片焊接位置的偏移量包括计算得到所述倒装芯片焊接位置的X轴偏移值、Y轴偏移值以及所述倒装芯片的旋转角度，其中，

所述倒装芯片的旋转角度根据所述基板的位置坐标和所述倒装芯片的位置坐标计算得到；

所述X轴偏移值和Y轴偏移值根据所述基板的中心坐标和所述倒装芯片的中心坐标计算得到，所述基板的中心坐标和所述倒装芯片的中心坐标根据所述基板的位置坐标和所述倒装芯片的位置坐标计算得到。

7.根据权利要求6所述的倒装芯片焊接精度在线检测装置，其特征在于，所述偏移量大于预设值，至少为以下情况之一：

所述X轴偏移值大于预设X轴偏移值或者，

所述Y轴偏移值大于预设Y轴偏移值或者，

所述对角线夹角大于预设夹角值。

8.根据权利要求1所述的倒装芯片焊接精度在线检测装置，其特征在于，所述控制系统还用于存储所述摄像头模组拍摄的图像作为参考图像，再次拍摄时，所述控制系统将所述图像与所述参考图像进行匹配，快速识别出所述基板及其上所焊接倒装芯片的位置坐标。

9.一种倒装芯片焊接生产线，其特征在于，包括根据权利要求1至8任一项所述的倒装芯片焊接精度在线检测装置以及倒装芯片焊接生产设备，所述倒装芯片焊接生产线还包括导轨，用于输送基板到所述倒装芯片焊接生产设备和所述倒装芯片焊接精度在线检测装置。

10.根据权利要求9所述的倒装芯片焊接生产线，其特征在于，还包括托盘，放置于所述导轨上，用于放置所述基板。

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