一种面向柔性电子制备的高速转塔对称布置贴装系统的制作方法

本发明属于柔性电子制造相关设备领域，更具体地，涉及一种面向柔性电子制备的高速转塔对称布置贴装系统。

背景技术：

柔性电子具有大面积、可变形、轻质等特点，因而在航空航天、信息通信和健康医疗等领域已显示出巨大发展空间和应用前景。随着现代科技的发展，电子设备产品越来越复杂，所采用的电子元器件种类和数量都呈爆发性增长。目前市场中针对柔性电子的封装，如RFID芯片封装，主要采用的flip chip芯片倒装键合技术，但其操作效率已经遇到了瓶颈，效率的提升遇到了困难，贴装效率已经成为主要的矛盾。

针对该技术问题，现有技术中通常采用增加设备的数量来提高柔性电子的贴装效率。然而，由于这类贴装设备往往组成结构复杂、成本昂贵、并且所涉及的操作工艺繁多，此类解决方案在实际应用中对效率的提升有效，并可能造成工人工作劳动强度大等问题。相应地，本领域亟需对此提出更为妥善的解决方式，以满足目前日益提高的工艺要求。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种面向柔性电子制备的高速转塔对称布置贴装系统，其中通过开创性地提出将柔性电子芯片倒置式剥离、通过多吸嘴执行同步旋转转移，以及将两个独立的芯片供应模块实行对称式布置的解决方案，同时对其关键部件如顶针单元、大转盘单元、旋转贴装单元等的具体结构及其设置运行方式做出进一步的改进，相应与现有技术相比能够显著提高整体贴装效率，同时具备布局紧凑、高精度、便于操控、极大减少运动耗时等优点，因而尤其适用于柔性电子大批量规模化生产应用场合。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种面向柔性电子制备的高速转塔对称布置贴装系统，该系统包括支架、基板进给单元、芯片供应单元、贴装运动单元和旋转贴装单元，其特征在于：

所述基板进给单元设置位于所述支架的中部上方，并用于执行待贴装基板的进给操作；

所述芯片供应单元由两个彼此独立的芯片供应模块共同组成，这两个芯片供应模块的结构相同且呈对称式布置在所述基板进给单元的两侧；各个芯片供应模块均包括晶圆盘移动组件、顶针组件和大转盘组件，其中该晶圆盘移动组件用于将晶圆盘执行X轴和Y轴方向的移动，并实现晶圆盘的位置调整；该顶针组件设置位于所述晶圆盘移动组件的正上方，并用于将柔性电子芯片倒置剥离、也即将柔性电子芯片从到达预计位置的晶圆盘上向下戳离；该大转盘组件设置处于所述晶圆盘移动组件的下方，并用于将脱离晶圆盘的柔性电子芯片旋转转移至它自身沿着转盘周向方向设置的多个吸嘴上；

所述贴装运动单元横跨在整个所述支架上，并带动固定其上的所述贴装旋转单元执行X轴方向和Y轴方向的移动；

所述旋转贴装单元的数量为单个，并用于将所述大转盘组件上已转移的柔性电子芯片逐一拾取，并旋转运动至所述基板进给单元的基板贴装位置，由此实现柔性电子芯片的贴装。

作为进一步优选地，对于所述旋转贴装单元而言，其优选包括小转盘、多个吸嘴、高速旋转接头、驱动电机、高度传感器、旋转电机和气动控制阀，其中所述多个吸嘴沿着所述小转盘的周向方向而设置，并在所述旋转电机的驱动下随同此小转盘一同旋转；所述多个吸嘴的气路管道分别通过所述高速旋转接头与所述气动控制阀予以连接；此外，该高度传感器用于对柔性电子芯片的贴装高度位置进行检测，该驱动电机则基于所述检测数据，相应对所述多个吸嘴的高度进行调整。

作为进一步优选地，所述旋转贴装单元还包括显示器和支撑板，其中该支撑板用于将其他部件固定安装其上，该显示器用于对所述旋转贴装单元的运行工况予以实时显示。

作为进一步优选地，上述系统优选还包括视觉单元，该视觉单元包括用于观测柔性电子芯片倒置剥离过程的第一视觉模块、以及用于观测柔性电子芯片旋转转移过程的第二视觉模块，并且这两套视觉模块彼此独立；其中所述第一视觉模块由侧视视觉相机和上视相机共同组成，该侧视视觉相机用于对已剥离柔性电子芯片的位置偏差进行观测，并计算位置偏差值；该上视相机用于观测下一个待剥离柔性电子芯片的位置，并为其定位提供位置信息；所述第二视觉模块由俯视视觉相机和上视相机共同组成，该俯视视觉相机用于观测所述大转盘组件的吸嘴与所述小转盘的吸嘴之间的对中状态，该上视相机则用于观测所述小转盘吸嘴上的柔性电子芯片的位置偏差，并未下一步纠姿提供参考值。

作为进一步优选地，所述视觉单元优选还包括下视视觉相机，该下视视觉相机固定在所述基板进给单元的上方，并用于对未贴片的天线执行定位检测，同时对贴片后的天线执行成品质量检测。

作为进一步优选地，所述晶圆盘移动单元中的晶圆盘、所述大转盘组件中的大转盘以及所述旋转贴装单元中的小转盘三者保持于水平面上相互平行；并且所述大转盘与所述小转盘的旋转速度在柔性电子芯片转移的时刻保持同步。

作为进一步优选地，所述大转盘组件中的吸嘴数量优选被设定为大于所述旋转贴装单元中的吸嘴数量；此外，当旋转贴装单元所拾取的芯片数量等于所述基板进给单元上的芯片列数时，设定不发生基板进给动作。

作为进一步优选地，上述系统优选采用以下流程执行柔性电子芯片的贴装流程：

(a)对于柔性电子芯片倒置剥离过程而言，首先采用XY方向模组先对柔性电子芯片进行粗定位，然后利用所述侧视视觉相机纠偏，对柔性电子芯片位置进行精确定位，同时所述顶针组件真空开启并伴随着顶针向下顶起运动戳离柔性电子芯片；接着，所述大转盘组件的吸嘴真空开启并将剥离后的柔性电子芯片吸附拾取，同时所述顶针组件真空释放以缩回顶针，然后所述大转盘旋转一个工位；然后，所述顶针组件与所述大转盘继续第二个柔性电子芯片的剥离与拾取循环动作；最后，在完成一系列循环动作后，柔性电子芯片就被剥离并转移至所述大转盘组件的吸嘴上；

(b)对于在柔性电子芯片旋转转移过程而言，当柔性电子芯片的剥离并转移至所述大转盘组件的吸嘴后，旋转贴装单元运动至所述大转盘组件的吸嘴上方，此时大转盘组件的吸嘴真空快排，而所述小转盘的吸嘴真空开启，柔性电子芯片被所述小转盘的吸嘴所吸附拾取，从而实现柔性电子芯片转移至所述小转盘的吸嘴上；然后，所述大转盘组件和小转盘同时旋转继续第二个柔性电子芯片的释放和拾取动作；最后，在完成一系列循环动作后，柔性电子芯片从所述大转盘组件的吸嘴转移至所述小转盘的吸嘴上；

(c)对于柔性电子芯片贴装过程而言，首先，经过所述下视视觉相机(803)的观测定位，贴装头运动至基板上需要贴装的天线位置上，柔性电子芯片进行纠姿然后被贴装在天线上；接着，通过所述下视视觉相机对贴装完成的情况进行观测，然后对所述基板进给单元的运动做判断，对齐是否发生进给运动做出指令；最后，在柔性电子芯片完成贴装后，需再次经过所述下视视觉相机进行最后的检测确认才结束。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、本发明中对柔性电子贴装系统的整体构造布局重新进行了设计，相应可充分利用芯片倒置式剥离、多吸嘴同步旋转转移，以及对称式芯片供给等解决手段来显著提高生产效率，相应不仅打破了传统设计的思路，实现高精度多吸嘴贴装，而且整体设备紧凑便于操控，在用于大规模生产时具备更多的适应性和自由调节能力等；

2、本发明中还对一些关键部件尤其如顶针单元、大转盘单元、旋转贴装单元等的具体结构及其设置运行方式做出进一步的改进，相应可带来布局紧凑、高精度、便于操控、极大减少运动耗时等优点；

3、本发明中还通过对工艺的动作流程进行了优化和设计，采取将视觉处理时间并行至动作过程中，且以将柔性电子芯片剥离和柔性电子芯片贴装运动并联化的设计思想，对系统动作流程进行了深度优化，以提高贴装效率；

4、按照本发明的贴装系统采用对称布局的设计，适应性强且精度高，并具备信号采集准确、便于操控和可靠性强等特点，因而尤其适用于各类柔性电子芯片大批量规模化生产的应用场合。

附图说明

图1是按照本发明所构建的面向柔性电子制备的高速转塔对称布置贴装系统的整体构造示意图；

图2更为具体地显示了对称式布置的芯片供给模块的结构及布局示意图；

图3是按照本发明一个优选实施例所设计的视觉单元的布局及结构示意图；

图4是按照本发明另一优选实施例所设计的旋转贴装单元的结构示意图；

图5是按照本发明的高速转塔对称布置贴装系统的工作原理示意图；

图6是用于示范性说明柔性电子芯片旋转过程的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明所构建的面向柔性电子制备的高速转塔对称布置贴装系统的整体构造示意图，图2更为具体地显示了对称式布置的芯片供给模块的结构及布局示意图。如图1和图2所示，该主要包括支架、基板进给单元、芯片供应单元、贴装运动单元和旋转贴装单元等功能组件，下面将对其逐一进行具体说明。

支架700作为整个系统的安装基础，譬如呈平板框架结构，并处于系统的最底部。基板进给单元600设置位于支架700的中部上方，并用于执行待贴装基板的进给操作。

作为本发明的关键改进之一，所述芯片供应单元由两个彼此独立的芯片供应模块共同组成，这两个芯片供应模块的结构相同且呈对称式布置在所述基板进给单元600的两侧；各个芯片供应模块均包括晶圆盘移动组件100、顶针组件200和大转盘组件300，其中该晶圆盘移动组件100用于将晶圆盘执行X轴和Y轴方向的移动，并实现晶圆盘的位置调整；该顶针组件200设置位于所述晶圆盘移动组件的正上方，并用于将柔性电子芯片倒置剥离、也即将柔性电子芯片从到达预计位置的晶圆盘上向下戳离；该大转盘组件300设置处于所述晶圆盘移动组件的下方，并用于将脱离晶圆盘的柔性电子芯片旋转转移至它自身沿着转盘周向方向设置的多个吸嘴上.

贴装运动单元500横跨在整个所述支架700上，并带动固定其上的所述贴装旋转单元400执行X轴方向和Y轴方向的移动，

此外，所述旋转贴装单元400的数量为单个，它被布置处于两个芯片供应模块之间，并用于将所述大转盘组件300上已转移的柔性电子芯片逐一拾取，并旋转运动至所述基板进给单元600的基板贴装位置，由此实现柔性电子芯片的贴装。

按照本发明的一个优选实施例，如图4具体所示，对于所述旋转贴装单元而言，其优选包括小转盘402、多个吸嘴401、高速旋转接头403、驱动电机404、高度传感器405、旋转电机406和气动控制阀407，并可配备有显示器408。更具体地，高度传感器405被用于观测柔性电子芯片贴装的高度位置，旋转电机406带动小转盘402高速旋转，吸嘴401在旋转过程中，可通过电机404调整竖直方向也即Z轴方向的高度，吸嘴401的气路管道通过高速旋转接头403与气动控制阀407分别连接控制，显示器408可用来显示贴装模块的运行工况，整个零部件都可固定在支撑板409上，由此实现柔性电子芯片的高速旋转贴装的功能。

作为本发明的另一关键改进，上述系统优选还包括视觉单元800，该视觉单元包括用于观测柔性电子芯片倒置剥离过程的第一视觉模块、以及用于观测柔性电子芯片旋转转移过程的第二视觉模块，并且这两套视觉模块彼此独立。更具体地，晶圆盘移动单元100、顶针组件200和大转盘单元300设置了用于观测柔性电子芯片剥离过程的侧视视觉相机801和上视相机802，用于观测柔性电子芯片转移过程的俯视视觉相机803和上视视觉相机804。其中，侧视视觉相机801是用来观测柔性电子芯片位置偏差，并计算位置偏差量。上视相机802被用来观测下一个待剥离柔性电子芯片的位置，为下一步粗定位提供位置信息。俯视视觉相机803是用来观测大转盘吸嘴与小转盘吸嘴的对中情况。上视视觉相机804是用来观测贴装头小转盘吸嘴上柔性电子芯片的位置偏差，为后期柔性电子芯片纠姿提供基础。最后还可以在基板进给单元600上方固定一下视视觉相机，主要用来对未贴片的天线进行定位以及对贴片后的天线进行成品检测。

按照本发明的另一优选实施例，所述大转盘组件(300)中的吸嘴数量优选被设定为大于所述旋转贴装单元中的吸嘴数量；此外，当旋转贴装单元所拾取的芯片数量等于所述基板进给单元上的芯片列数时，设定不发生基板进给动作。

作为本发明的又一关键改进，还对整体柔性电子芯片贴装流程作出了进一步的优化设计。更具体地，上述系统优选采用以下流程执行柔性电子芯片的贴装流程：

(a)对于柔性电子芯片倒置剥离过程而言，首先采用XY方向模组103先对柔性电子芯片进行粗定位，然后利用所述侧视视觉相机801纠偏，对柔性电子芯片位置进行精确定位，同时所述顶针组件真空开启并伴随着顶针向下顶起运动戳离柔性电子芯片；接着，所述大转盘组件的吸嘴(301真空开启并将剥离后的柔性电子芯片吸附拾取，同时所述顶针组件真空释放以缩回顶针，然后所述大转盘302旋转一个工位；然后，所述顶针组件与所述大转盘302继续第二个柔性电子芯片的剥离与拾取循环动作；最后，在完成一系列循环动作后，柔性电子芯片就被剥离并转移至所述大转盘组件的吸嘴301上；

(b)对于在柔性电子芯片旋转转移过程而言，当柔性电子芯片的剥离并转移至所述大转盘组件的吸嘴301后，旋转贴装单元400运动至所述大转盘组件的吸嘴上方，此时大转盘组件的吸嘴真空快排，而所述小转盘的吸嘴真空开启，柔性电子芯片被所述小转盘的吸嘴所吸附拾取，从而实现柔性电子芯片转移至所述小转盘的吸嘴上；然后，所述大转盘组件和小转盘同时旋转继续第二个柔性电子芯片的释放和拾取动作；最后，在完成一系列循环动作后，柔性电子芯片从所述大转盘组件的吸嘴转移至所述小转盘的吸嘴上；

(c)对于柔性电子芯片贴装过程而言，首先，经过所述下视视觉相机803的观测定位，贴装头运动至基板上需要贴装的天线位置上，柔性电子芯片进行纠姿然后被贴装在天线上；接着，通过所述下视视觉相机803对贴装完成的情况进行观测，然后对所述基板进给单元600的运动做判断，对齐是否发生进给运动做出指令；最后，在柔性电子芯片完成贴装后，需再次经过所述下视视觉相机803进行最后的检测确认才结束。

综上，按照本发明的曲面变形机械手无论从整体构造设计、还是关键组件的结构组成及设置方式均面向曲面转移的特定应用场合进行了针对性设计。其中采取将视觉处理时间并行至动作过程中，且以将柔性电子芯片剥离和柔性电子芯片贴装运动并联化的设计思想，对系统动作流程进行了深度优化，以提高贴装效率。此外，该贴装系统，通过对其功能和设备组成、采用了对称布局的设计，实现了柔性电子的高效率贴装。整体系统设备布局紧凑、极大的减少运动耗时，因而非常适用于高效率的柔性电子制备的大批量规模化生产场合。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。