一种晶元载体高精度微组装系统的制作方法

1.本发明属于光电耦合器、固体继电器类产品的装架工序技术领域，具体涉及一种晶元载体高精度微组装系统。


背景技术：

2.现有技术中上料过程中为人工上料，人工点胶，人工装配，从而导致效率低，晶元对准差，一致性差，成品率低。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为解决上述问题，提供一种晶元载体高精度微组装系统，主要是将贴片键合后的管壳使用视觉识别与高精度运动控制技术进行定位，并在规定区域内点胶，再将贴片键合后的晶元载体按实际要求进行反转180度后，再按要求精确对位并装配到管壳内对应的点胶区域，实现产品的装架操作。
4.为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种晶元载体高精度微组装系统，包括管壳贴装夹具传送单元、晶元载体自动上料单元、晶元载体180
°
翻转平台、管壳自动点胶单元、晶元载体自动贴装单元、系统控制单元、系统控制软件；
5.所述管壳贴装夹具传送单元上设有点胶工位和粘贴工位；
6.所述晶元载体自动上料单元包括晶元载体工装锁紧平台、高精度xy轴移动模块、顶部视觉定位测量模块，所述顶部视觉定位测量模块安装在晶元载体自动上料单元的顶部；
7.所述晶元载体180
°
翻转平台包括180
°
翻转机构，所述180
°
翻转机构的顶部设有吸嘴，所述晶元载体180
°
翻转平台上设有升降机构；
8.所述管壳自动点胶单元包括点胶位置视觉测量模块、点胶阀、x、y、z精密运动控制平台、精密测高模块；
9.所述晶元载体自动贴装单元包括底部视觉测量模块、晶元载体贴装头、高精度xyz轴移动模块，所述底部视觉测量模块的侧上方设有旋转贴片吸嘴。
10.进一步的：所述管壳自动点胶单元用于完成工装中管壳的点胶位置视觉测量、点胶阀精确点胶量控制、点胶头位置精确控制，完成管壳中指定区域、图形点胶；
11.进一步的：所述晶元载体自动上料单元用于晶元载体工装定位锁紧、晶元载体工装精确传送、晶元载体工装中晶元载体x、y位置与180
°
翻转拾取头中心的标校，完成工装中晶元载体位置视觉定位测量及晶元载体拾取xy位置精确控制；完成晶元载体的自动上料。
12.进一步的：所述晶元载体180
°
翻转平台用于将晶元载体从工装中拾取并进行180
°
的翻转；
13.进一步的：所述晶元载体自动贴装单元用于工装中管壳的贴片位置视觉位置测量、晶元载体贴装头从180
°
翻转头中拾取晶元载体、底部视觉平台测量贴片头吸嘴中晶元载体位置，晶元载体角度旋转校正、贴装头xyz轴位置精确控制，实现管壳中设定位置晶元
载体的贴片；
14.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
15.1)自动化微组装系统，除管壳工装、晶元载体工装上下料以外，其余过程均无需人员干预，同时，支持单独点胶和单独贴装的操作；
16.*生产效率高，产品生产效率≥900片/h，一次良品率≥99％；
17.*不同产品工艺转换时间≤10min；
18.2)(单路，多路)及相应的工装，对于产品的点胶和晶元倒装对中载体的相关工艺参数，能够通过用户操作界面进行设置；
19.用户能够通过简单操作扩展新的产品；
20.3)高精度视觉定位测量，晶元载体倒装对中精密移动控制技术，保证产品精密对准组装，使产品一致性和成品率的提高；
21.4)点胶单元点胶后质量均匀、一致性好，不会出现漏胶、溢胶情况；
22.5)管壳点胶、晶元载体倒装对中贴片时流畅、不卡件跳件；
23.6)本系统整体定位精度＜15um；
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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。
25.图1为本发明的整体框架图；
26.图2为本发明系统结构示意图；
27.图3为本发明管壳贴装夹具传送单元；
28.图4为本发明晶元载体自动上料单元结构示意图；
29.图5为本发明晶元载体180
°
翻转平台结构示意图；
30.图6为本发明管壳自动点胶单元结构示意图；
31.图7为本发明晶元载体自动贴装单元结构示意图；
32.图8为本发明整体工作流程图；
33.图中：1-晶元载体自动上料单元，11-晶元载体工装锁紧平台，2-管壳自动点胶单元，21-点胶阀，22-点胶位置视觉测量模块，23-精密测高模块，24-x、y、z精密运动控制平台，3-晶元载体自动贴装单元，31-底部视觉测量模块，32-旋转贴片吸嘴，4-晶元载体180
°
翻转平台，41-吸嘴，42-180
°
翻转机构，43-升降机构，5-管壳贴装夹具传送单元。
具体实施方式
34.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例只作为对本发明的说明，不作为对本发明的限定。
35.系统功能
36.能够兼容用户使用的两种管壳工装和一种载体工装，支持料盒上下料；
37.系统采用料盒自动上下料，并各配置两个料盒的缓冲区域。除上下料动作以外，其余过程应无需人员干预；
38.支持单独点胶和单独贴装的操作，同时点胶功能和贴装功能能够平行使用；
39.点胶单元不出现漏胶、溢胶情况，点胶后胶量均匀，一致性好，不能溢出，尺寸与位置满足产品工艺需要；
40.能够通过用户操作界面进行产品的点胶和对位贴装的相关参数设置，用户能够通过图形界面自主操作扩展新的产品；
41.自动化生产过程中不会造成产品外观及芯片、键合丝的损伤，具有防静电功能；
42.管壳点胶、载体贴装时流畅、不卡件、跳件；
43.不同产品工艺转换时间≤30分钟；
44.人机界面友好，操作方便，具有实时数据显示；
45.预留数据上传借口，便于后续mes系统对生产数据的采集。具备单机和联线功能；
46.如图1～7所述的一种晶元载体高精度微组装系统，主要由管壳贴装夹具传送单元5、晶元载体自动上料单元1、晶元载体180
°
翻转平台4、管壳自动点胶单元2、晶元载体自动贴装单元3、系统控制单元、系统控制软件组成，实现多种管壳和晶元载体的精密贴片。
47.所述管壳贴装夹具传送单元5上设有点胶工位51和粘贴工位52。
48.晶元载体工装由晶元载体自动上料单元1送至晶元载体拾取位置，晶元载体自动上料单元1中顶部视觉定位测量模块测量晶元载体中心位置，并将晶元载体位置精确传送至晶元载体翻转拾取头拾取位置，晶元载体180
°
翻转平台4拾取并将晶元载体180
°
翻转。
49.晶元载体自动贴装单元3中贴装头从晶元载体翻转位置拾取晶元载体，并移动至由底部视觉测量模块31测量的贴片头中晶元载体的位置。精确控制旋转贴片吸嘴32将晶元载体贴至管壳中。
50.具体为：首先，对工装中晶元载体x、y位置与晶元载体180
°
翻转平台4中的吸嘴41中心进行标校，将晶元载体工装移动传送到顶部视觉测量模块进行晶元载体定位测量，将位置信息发送到x、y精密移动平台，控制x、y高精度移动平台将晶元载体传送至拾取位置。
51.晶元载体工装锁紧平台11锁紧晶元载体工装，晶元载体工装承载平台经接口安装板固定在精密x、y移动平台；
52.所述管壳自动点胶单元2由点胶位置视觉测量模块22、点胶阀21、高精度x、y、z精密运动控制平台24、精密测高模块23组成，主要完成工装中管壳的点胶位置视觉测量、点胶阀21精确点胶量控制、点胶头精确控制位置，实现管壳中指定区域、图形点胶。点胶时需满足：
53.a.管壳点胶位置、点胶量、胶水线宽、长度、胶点大小设置等工艺参数可配置；
54.b.具有点胶后图形检测功能，能够在贴装前检测管壳上胶水有无或者断胶、少胶情况；
55.c.点胶前能够自动测高，更换针头后能够自动进行高度校正；
56.d.点胶模组基础配置为螺杆阀，可扩展配置其它点胶阀21；
57.1.xyz移动平台点胶精度/重复定位精度优于士15um；
58.2.管壳点胶位置精确测量；
59.3.点胶量、胶点等工艺参数可根据产品设置；
60.4.点胶图形和点胶方式用户可设置；
61.管壳自动点胶单元2工作过程如下：
62.首先，将点胶位置视觉测量模块22移动到管壳位置，对管壳进行清晰成像，测量点胶位置，将点胶位置信息发送到x、y、z精密运动控制平台，x、y、z精密运动控制平台控制点胶头移动至管壳中点胶区域，开启点胶阀21，根据点胶工艺参数和x、y、z位置进行点胶。
63.其中，x、y、z运动控制平台24采用直线平板电机和光栅尺，实现精确位置控制，y轴采用接驳传送方式，减轻了y轴重量，延长了y向传送长度。
64.z轴经接口安装板固定在y轴移动平台，视觉定位测量模块和点胶阀21经接口板安装在z轴移动平台上，y、z轴移动平台经安装板安装在x轴龙门传送平台上。
65.所述晶元载体自动上料单元1主要由晶元载体工装锁紧平台11、高精度xy轴移动模块、顶部视觉定位测量模块组成，主要实现晶元载体工装精确传送、晶元载体工装xy平台与翻转拾取头中心的标校。实现晶元载体工装的自动上料，晶元载体工装定位锁紧，工装中晶元载体位置视觉在线定位测量，以及晶元载体拾取xy位置精确控制等功能。
66.所述晶元载体拾取180
°
翻转4单元主要由包括180
°
翻转升降平台44、180
°
翻转机构42，所述180
°
翻转机构42的顶部设有吸嘴41，所述180
°
翻转升降平台44上设有升降机构43，实现晶元载体从工装中拾取并180
°
翻转功能，所述吸嘴41具有柔性缓冲拾取功能，在晶元载体的拾取过程中不得接触芯片及键合丝的任何位置，不得损伤芯片、键合丝及晶元载体上的金属镀层。
67.1.能够实现180
°
翻转；
68.2.根据晶元载体尺寸范围选择合适的吸嘴；
69.3.晶元载体吸嘴具有柔性缓冲拾取功能；
70.4.吸嘴位置标定和校准；
71.5.采用弓形吸嘴和高精度定位技术，晶元载体在拾取过程中不接触晶元及键合线的任何位置，不损伤晶元、键合丝及晶元载体上金属镀层。
72.晶元载体自动贴装单元3由底部视觉测量模块、晶元载体贴装头、高精度xyz轴移动模块组成。
73.主要完成工装中管壳的贴片位置视觉位置测量、从180
°
晶元载体翻转头中晶元载体拾取、底部视觉测量贴装头吸嘴中晶元载体位置，对晶元载体角度旋转校正、贴装头xyz轴位置精确控制，实现管壳中设定位置晶元载体的贴片功能。具体功能如下：
74.a.顶部、底部视觉定位测量；
75.a)顶部视觉定位测量完成工装中管壳的贴片位置视觉精密测量；
76.b)底部视觉对吸嘴中载体位置、角度的精密测量；
77.c)能够对管壳和载体上的定位信息进行设置，以管壳内指定芯片的几何中心与载体上指定芯片的几何中心对准，并在此标准上进行x，y轴的偏移量控制，精度为
±
15μm；
78.d)贴片前能够进行预判：在芯片对位时应先判断载体是否能够全部贴进管壳的组装区域，如果不能，应优先按照管壳内框对准进行贴装。
79.b.载体贴装头
80.a)根据载体尺寸范围更换合适的吸嘴，支持多种型号载体、管壳的贴装；
81.b)载体拾取头具备缓冲及旋转调节载体方向功能；
82.c)载体拾取头具有柔性缓冲拾取功能；
83.d)载体能够自动拾取和贴装，载体拾取掉落检测和告警提升；
84.e)运行过程中能够检测载体掉落并告警。
85.f)吸嘴位置标定校准。
86.晶元载体自动贴装工作过程：
87.管壳贴片工装由轨道自动送入点胶工位后定位锁紧，管壳自动点胶单元2的点胶位置视觉测量模块22对工装中的管壳点胶位置精确测量和点胶，完成点胶的管壳贴片工装由轨道自动送入贴装工位后定位锁紧，晶元载体自动贴装单元3视觉测量模块对工装中管壳贴装位置精确测量。
88.首先，视觉定位测量模块移动到管壳贴片位置，对管壳进行清晰成像，测量管壳贴片位置，将管壳贴片位置信息发送到x、y、z精密运动控制平台，x、y、z精密运动控制平台控制贴片头移动至180
°
翻转头中拾取晶元载体，贴片头x、y、z、θ精密移动平台，对晶元载体角度旋转校正、贴装头xyz轴位置精确控制，实现管壳中设定位置晶元载体的贴片。
89.其中，x、y、z运动控制平台采用直线平板电机和光栅尺，实现精确位置控制，y轴采用接驳传送方式，减轻了y轴重量，延长了y向传送长度。
90.z轴经接口安装板固定在y轴移动平台，视觉定位测量模块和贴片头经接口板安装在z轴移动平台上，y、z轴移动平台经安装板安装在x轴龙门传送平台上。
91.本发明中未做详细描述的内容均为现有技术。
92.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，凡在本发明所描述的构造、原理和原则之内，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。