一种芯片贴装识别系统及方法与流程

本发明涉及光通信技术领域，提供了一种芯片贴装识别系统及方法。

背景技术：

光模块是一类能够完成光电信号相互转换功能的通讯模块，随着大数据时代的到来，用于数据通讯的光模块需求越来越旺盛。光模块主要由电路部分和光路部分两大部分组成，电路部分主要用于电信号的处理传输，光路部分主要负责光信号传输，在光模块的生产过程中，与光路相关的光组件位置对准过程是比较重要的，称之为光路耦合或者光组件耦合。伴随着集成密度的提高，光模块已经越来越多的向收发一体发展，越来越多的光模块方案开始采用阵列光芯片方案提高带宽速率。而为了降低成本，与阵列光芯片对应的多个透镜通道一般集成在一体透镜中，通过一体透镜上固定间距的透镜阵列与光芯片进行光路匹配，则光芯片之间的相对位置精度决定着一体透镜耦合后，阵列光纤各通道输出是否能够同时满足光路要求。因此，随着光模块带宽速率越来越高，其中光器件透镜的耦合容差越来越小，对光芯片的贴装精度要求也越来越高。

在芯片贴装时，需将芯片贴装至基板上的目标区域，因此通常需要先识别芯片的位置以及基板目标区域的位置，进而通过位置调整后将芯片准确地贴装在基板上。目前常见的芯片贴装中，通常是设置两个相机分别识别芯片和基板的位置，确定芯片和基板的相对位置后，再吸取芯片移动相应的距离并贴装至基板上的目标区域。但是，通过设置两个相机分别进行位置识别，系统比较复杂，而且两个相机间的相对位置也会造成一定的识别误差，当两个相机的相对位置有波动时，贴装精度将受到影响；另一方面，对芯片位置的识别在吸取芯片之前，芯片被吸头吸取之后，芯片的位置可能发生一定的变化，即芯片被吸取前后可能存在一定的位置偏差，而在芯片随吸头运动的过程中，芯片相对吸头的位置偏差是无法消除的，同样也会影响贴装精度，而且，由于从芯片位置识别到芯片转移至基板上进行贴片的行程比较长，为了减小空气阻力对芯片吸取稳定性的影响，整个行程焊头运动速度不能太快，影响贴片效率。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是：

目前的芯片贴装中，通常需要两个相机分别识别芯片和基板的位置，系统复杂且两个相机存在识别偏差，影响贴装精度；而且，芯片位置识别在吸取芯片之前，芯片吸取前后可能存在位置偏差无法消除，影响贴装精度和贴装效率。

本发明通过如下技术方案达到上述目的：

第一方面，本发明提供了一种芯片贴装识别系统，包括拍摄装置1、基板2和吸附装置3，所述拍摄装置1位于所述基板2上方，所述基板2用于贴装芯片，所述吸附装置3用于吸附芯片并移动至所述拍摄装置1下方，所述拍摄装置1用于通过拍摄识别所述基板2的位置与所述芯片的位置；

其中，所述芯片表面设有识别区域，所述吸附装置3吸附芯片时使所述识别区域露出，以便所述芯片被移动至所述拍摄装置1下方时，所述拍摄装置1通过拍摄识别区域对芯片位置识别。

优选的，所述吸附装置3包括真空通道31和第一吸盘32，所述真空通道31穿透所述第一吸盘32的盘底而与所述第一吸盘32内相通，所述第一吸盘32的盘底尺寸小于所述芯片的尺寸；

当吸附芯片时，所述第一吸盘32的盘底与芯片表面的非识别区域接触以吸附芯片，使芯片表面的识别区域露出。

优选的，所述吸附装置3包括真空通道31和第二吸盘33，所述真空通道31穿透所述第二吸盘33的盘底而与所述第二吸盘33内相通，所述第二吸盘33的盘底尺寸大于所述芯片的尺寸；所述第二吸盘33的盘底形成用于容纳芯片的吸附腔34，且所述第二吸盘32的指定区域设有透明窗35；

当吸附芯片时，所述第二吸盘33的盘底与芯片表面的边缘区域接触，将芯片吸附于所述吸附腔34内，此时芯片表面的识别区域位于所述透明窗35下方，进而通过所述透明窗35可见。

优选的，所述吸附腔34包括上下连通的上腔和下腔，所述上腔的尺寸小于所述芯片的尺寸，所述下腔的尺寸大于所述芯片的尺寸；其中，所述上腔与所述下腔之间的连接面形成接触部36，当吸附芯片时，所述接触部36用于与芯片表面的边缘区域接触，所述下腔用于容纳芯片。

优选的，所述透明窗35采用透明的玻璃、塑料或树脂材料制成。

优选的，所述吸附装置3的尺寸与形状满足以下条件：当所述吸附装置3吸附芯片并移动至所述拍摄装置1下方时，所述芯片表面的识别区域与所述拍摄装置1之间的光路不被所述吸附装置3遮挡。

优选的，所述芯片表面的识别区域通过设置一个或多个识别点来进行标识，所述拍摄装置1通过拍摄识别点确定所述芯片的位置。

优选的，所述基板2表面设有用于贴装芯片的目标区域，所述目标区域通过设置一个或多个识别点来进行标识，所述拍摄装置1通过拍摄识别点确定所述基板2的位置。

第二方面，本发明还提供了一种芯片贴装识别方法，通过上述第一方面所述的芯片贴装识别系统完成，所述方法包括：

通过基板上方的拍摄装置对所述基板进行位置识别；

吸取芯片并移动至所述拍摄装置与所述基板之间，通过所述拍摄装置对芯片进行位置识别；

根据基板和芯片的位置识别结果，确定基板与芯片的相对位置；

根据所述相对位置，继续吸取芯片移动相应的距离后放下，进而将芯片贴装在基板表面。

优选的，通过所述拍摄装置进行位置识别的方法具体为：

所述拍摄装置通过拍摄识别所述基板表面的识别点，获取所述基板的绝对坐标；所述拍摄装置通过拍摄识别所述芯片表面的识别点，获取所述芯片的绝对坐标；

则所述确定基板与芯片的相对位置具体为：根据所述基板的绝对坐标与所述芯片的绝对坐标，计算得到所述基板与所述芯片的相对坐标。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的芯片贴装识别系统及方法中，通过使用特殊的吸附装置，使芯片被吸附时可露出表面的识别区域，因此可通过一个相机对芯片和基板进行识别定位，系统成本低且消除了因不同相机的安装误差对贴片精度的影响；而且，芯片位置识别在芯片被吸取之后，消除了芯片吸取前后可能存在的位置偏差对贴片精度的影响，同时由于从芯片位置识别到芯片转移至基板上进行贴片的慢速行程变短，提高了贴片效率。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的一种芯片贴装识别系统的工作原理示意图；

图2为本发明实施例提供的一种芯片贴装识别系统的工作原理示意图；

图3为本发明实施例提供的一种芯片贴装识别系统的工作原理示意图；

图4为本发明实施例提供的一种吸附装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种吸附装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种芯片贴装识别系统的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种芯片贴装识别方法的流程图。

【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。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“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发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

在本发明各实施例中，符号“/”表示同时具有两种功能的含义，而对于符号“a和/或b”则表明由该符号连接的前后对象之间的组合包括“a”、“b”、“a和b”三种情况。

目前，在芯片的自动贴装系统中，贴装精度主要受到电机精度以及图像识别精度的影响，其中，电机分辨率已可达0.1um，而图像识别的误差大多在1um以上，远高于电机误差。因此，提高贴装过程中图像识别精度能够使芯片最终的贴装精度明显提高。常见的芯片贴装识别系统中，通常是通过两个相机来分别对芯片和基板的位置进行识别，具体可参考图1，两个相机分别记为第一相机5和第二相机6，其中，第一相机5的绝对坐标为(x1，y1)，第二相机6的绝对坐标为(x2，y2)，则芯片的贴装过程大致如下：首先，将芯片4置于一个中转平台上，利用所述中转平台上方的第一相机5，对所述芯片4的位置进行识别，得到所述芯片4在所述第一相机5视场中的绝对坐标(x1+△x1，y1+△y1)；接着将所述基板2转移至贴片平台上，利用所述贴片平台上方的第二相机6，对所述基板2的位置进行识别，得到所述芯片4在所述第二相机6视场中的绝对坐标(x2+△x2，y2+△y2)；然后利用计算机计算所述芯片4与所述基板2的相对坐标(x2-x1+△x2-△x1，y2-y1+△y2-△y1)，利用吸头吸取所述芯片4，并通过电机控制所述吸头移动相应的距离后放下所述芯片4，将所述芯片4贴装到所述基板2的表面，完成芯片贴装。

但是，在上述系统及方法中，芯片上方以及基板上方需要使用两个相机进行识别，识别系统比较复杂；最终计算得到的芯片相对于基板的坐标位置为(x2-x1+△x2-△x1，y2-y1+△y2-△y1)，则贴装误差不仅与识别的偏差(△x2-△x1，△y2-△y1)有关，同时还受到第一相机5和第二相机6的相对坐标位置(x2-x1，y2-y1)的影响，当第一相机5和第二相机6的相对位置发生波动时，贴装精度将会受到影响。而且，对芯片4位置的识别在吸头吸取芯片4之前，芯片4被吸头吸取之后可能会发生一定的位置偏差，在随吸头运动的过程中芯片4相对吸头的位置偏差无法消除；同时，从所述芯片4位置识别到转移至所述基板2上进行贴片的行程比较长，芯片吸取后发生松动的风险比较大，为了减小空气阻力对芯片吸取稳定性的影响，整个行程中吸头运动速度不能太快，这就直接影响了贴装效率。

下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明，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。

实施例1：

本发明实施例提供了一种芯片贴装识别系统，如图2和图3所示，包括拍摄装置1、基板2和吸附装置3，所述拍摄装置1位于所述基板2上方，所述基板2用于贴装芯片4，所述吸附装置3用于吸附芯片4并将芯片4移动至所述拍摄装置1下方，具体为所述拍摄装置1与所述基板2之间，所述拍摄装置1用于对所述基板2以及所述芯片4拍摄，进而通过拍摄来识别所述基板2的位置与所述芯片4的位置；

其中，所述芯片4表面设有识别区域，所述吸附装置3吸附芯片4时可使所述识别区域露出，以便所述芯片4被移动至所述拍摄装置1下方时，所述拍摄装置1的视场中可拍摄到芯片4表面的识别区域，进而对芯片4的位置进行识别。

本发明实施例提供的芯片贴装识别系统中，通过使用特殊的吸附装置，使芯片被吸附时可露出表面的识别区域，因此可通过一个相机对芯片和基板进行识别定位，系统成本低且消除了因不同相机的安装误差对贴片精度的影响；而且，芯片位置识别在芯片被吸取之后，消除了芯片吸取前后可能存在的位置偏差对贴片精度的影响。

其中，在本实施例中，具体可采用一个下视相机作为拍摄装置，采用真空吸嘴作为吸附装置。在图1、图2、图3以及图6中，实线箭头表示芯片4的移动路线，虚线箭头表示光路。所述芯片4表面的识别区域可通过设置一个或多个识别点来进行标识，本实施例附图中以设置两个识别点为例，参考图4和图5，两个识别点分别记为mark1和mark2，两个mark点所在的右边区域即为所述芯片4表面的识别区域，无mark点的左边区域即为所述芯片4表面的非识别区域，所述拍摄装置1通过拍摄识别点mark1和/或mark2来确定所述芯片4的位置。在进行芯片贴装时，所述基板2表面设有对应用于贴装所述芯片4的目标区域，所述目标区域也可通过设置一个或多个识别点来进行标识，与芯片表面识别点的设置意图相同，所述拍摄装置1通过拍摄基板表面的识别点，确定所述基板2的位置。

通过本发明实施例提供的芯片贴装识别系统进行芯片贴装时，对于所述芯片4位置的识别是在所述芯片4被吸取移动至所述拍摄装置1下方时进行，如图3所示位置。因此，对所述吸附装置3的要求是：所述芯片4被吸取后，需使所述芯片4表面的mark点露出，从而使得所述拍摄装置1可以在上方对mark点进行拍摄，进而识别芯片位置。考虑到上述需求，本发明实施例提供了所述吸附装置3的两种可行结构，具体如下：

第一种，当需要进行贴装的芯片尺寸比较大时，可直接通过普通的真空吸嘴作为吸附装置，吸取芯片表面的非识别区域。参考图4，所述吸附装置3包括真空通道31和第一吸盘32，所述真空通道31穿透所述第一吸盘32的盘底而与所述第一吸盘32内相通，所述第一吸盘32的盘底尺寸小于所述芯片4的尺寸。当打开真空吸附芯片时，所述第一吸盘32的盘底与所述芯片4表面的左侧非识别区域接触以吸附芯片，使所述芯片4表面识别区域的mark点露出，从而便于上方的所述拍摄装置1对mark点进行拍摄识别，以确认所述芯片4的位置。

第二种，当需要进行贴装的芯片尺寸比较小时，如果使用如图4所示的第一种真空吸嘴，吸盘的盘底尺寸需要做到小于芯片尺寸，对于尺寸很小的吸盘加工难度较大，很难使芯片表面的mark点露出。针对这种小芯片，如果要做到吸取稳定且能够露出mark点，可使用如图5所示的卡边真空吸嘴。参考图5，所述吸附装置3包括真空通道31和第二吸盘33，所述真空通道31穿透所述第二吸盘33的盘底而与所述第二吸盘33内相通，所述第二吸盘33的盘底向四周和下方延伸，进而在盘底下方形成用于容纳所述芯片4的吸附腔34，所述第二吸盘33的盘底尺寸大于所述芯片4的尺寸，在所述第二吸盘32的指定区域还设有透明窗35。所述指定区域的选择满足以下条件：当打开真空吸附芯片时，所述第二吸盘33的盘底与所述芯片4上表面的边缘区域接触，从而将所述芯片4吸附于所述吸附腔34内，此时所述芯片4表面识别区域的mark点可恰好位于所述透明窗35的下方，进而通过所述透明窗35可见，从而便于上方的所述拍摄装置1透过所述透明窗35，对mark点进行拍摄识别，以确认所述芯片4的位置。通过形成吸附腔34，无需使吸盘盘底完全接触芯片的上表面，只需接触芯片表面的边缘区域即可完成吸附，大大降低了对芯片的损伤。其中，所述透明窗35需采用透明材料制成，比如玻璃、塑料或树脂等。

在上述第二种吸附装置中，继续参考图5，所述吸附腔34还可包括上下连通的上腔和下腔，所述上腔的尺寸小于所述芯片4的尺寸，所述下腔的尺寸大于所述芯片4的尺寸；其中，所述上腔与所述下腔之间的连接面形成接触部36，当吸附芯片时，所述接触部36用于与所述芯片4表面的边缘区域接触，所述下腔用于容纳芯片，所述下腔外围的吸盘盘底部分可对所述芯片4有一定的限位作用，使芯片在被吸取并移动的过程中，更具有稳定性。

其中，对于上述介绍的两种吸附装置，所述吸附装置3的尺寸与形状均需要满足以下条件：当所述吸附装置3吸附芯片并移动至所述拍摄装置1下方时，所述芯片4表面识别区域的mark点与所述拍摄装置1之间的光路不被所述吸附装置3遮挡。以本实施例中的附图方位为例，所述吸附装置3的上端部分可向左、向前或向后实现延伸，如图6中的向左延伸，但不能向右延伸，否则将会遮挡所述芯片4表面的mark点与所述拍摄装置1之间的光路，无法拍摄识别。

与常用的芯片贴装识别系统相似，在本发明实施例中，一个完整的芯片贴装识别系统还包括主控装置和电机，所述主控装置可用于计算所述基板2与所述芯片4的相对位置，进而确定所述芯片4需要移动的距离和轨迹。所述电机分别与所述主控装置和所述吸附装置3连接，根据所述主控装置的指令，所述电机可控制所述吸附装置3按照相应的距离和轨迹移动，进而带动所述芯片4至所述基板2上的目标区域，完成芯片贴装。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，本发明实施例还提供了一种芯片贴装识别方法，可采用实施例1所述的芯片贴装识别系统来完成，如图7所示，所述方法具体包括以下步骤：

步骤201，通过基板上方的拍摄装置对所述基板进行位置识别。其中，所述拍摄装置1通过拍摄识别所述基板2表面的识别点，获取所述基板2的绝对坐标；参考图2，所述拍摄装置1的绝对坐标记为(x，y)，则获取到的所述基板2的绝对坐标为(x+△x2，y+△y2)。

步骤202，吸取芯片并移动至所述拍摄装置与所述基板之间，通过所述拍摄装置对芯片进行位置识别。如图2，通过所述吸附装置3吸取所述芯片4，由所述电机控制所述吸附装置3将所述芯片4移动至所述拍摄装置1下方，如图3所示；然后由所述拍摄装置1通过拍摄识别所述芯片4表面的识别点，获取所述芯片4的绝对坐标，记为(x+△x1，y+△y1)。

步骤203，根据基板和芯片的位置识别结果，确定基板与芯片的相对位置。参考图3，根据所述基板2的绝对坐标(x+△x2，y+△y2)与所述芯片4的绝对坐标(x+△x1，y+△y1)，所述主控装置计算得到所述基板2与所述芯片4的相对坐标(△x2-△x1，△y2-△y1)。由于只使用一个相机，在计算相对坐标位置时避免了不同相机安装位置带来的误差，可有效提高贴装精度。

步骤204，根据所述相对位置，继续吸取芯片移动相应的距离后放下，进而将芯片贴装在基板表面。具体为，所述主控装置计算得到所述相对坐标(△x2-△x1，△y2-△y1)后，所述电机继续控制所述吸附装置3，使所述吸附装置3继续吸取所述芯片4在x方向移动(△x2-△x1)的距离，在y方向移动(△y2-△y1)的距离，然后将所述芯片4放下并贴装在所述基板2上相应的目标区域，从而完成芯片贴装。其中，由于在进行贴装前，对所述芯片4的位置识别在所述基板2与所述拍摄装置1之间进行，则贴装运动的整个过程中，所述拍摄装置1都可监控所述芯片4表面的mark点位置，使得所述芯片4可以边运动边进行位置调整，通过多次识别调整，可大大提高贴片精度。

综上所述，本发明实施例提供的上述芯片贴装识别方法，具体有以下优势：使用一个相机对芯片和基板进行识别定位，消除了因不同相机的安装误差对贴片精度的影响，位置识别更精确；对芯片位置的识别在芯片被吸取之后，消除了芯片吸取前后可能存在的位置偏差对贴片精度的影响；芯片移动至相机下方时才进行位置识别，此时芯片距基板已经较近，芯片从位置识别到转移至基板上进行贴片的慢速行程变短，提高了贴片效率；贴装前芯片贴装运动的过程中，相机可实时监控芯片位置，使芯片可以边运动边进行位置调整，通过多次识别调整可大大提高贴片精度。

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。