一种倒贴片生产设备及生产方法与流程

本发明涉及电气元件装配技术领域，特别是涉及一种倒贴片生产设备及生产方法。

背景技术：

目前，现有的表面倒贴装设备在生产时，首先要将管脚朝上的电子元件从其基材上取下，然后经过翻转及旋转180°，使其管脚朝下。再通过取放装置抓起后，放置到最终的电气连接基体上的特定位置。智能标签的生产就是其中一例，微小的芯片在晶圆wafer上生成时，是电气连接管脚朝上的，因此在最终邦定前，需要把器件翻转后，经过大距离的搬运，才能实现最终有效的位置连接。(参考专利cn200480031482.1及专利de19734317)

这种倒贴装工艺的明显缺点是：

1、交接电子元件的动作繁多。

2、电子元件需要大距离搬运(相对于芯片的尺寸而言)。

其反应在设备上的缺点就是：

1、实现动作的机构繁多，装配、控制和维护的难度很高，最终影响设备的稳定性和生产运行成本。

2、大距离搬运电子元器件，不仅会影响最终的速度和产能，而且在高速运动时，最终的邦定精度也受到影响。

3、相机在观测芯片时，容易受到顶针影响。

综合而言，基于传统方法的表面倒贴装设备不仅结构复杂、产能受限，而且设备生产和维护成本高昂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种倒贴片生产设备及生产方法。

一种倒贴片生产设备，包括将带有待视觉的电子元件p1的第一平面支撑件传送至特定位置的定位设备、与所述第一平面支撑件平行的第二平面支撑件、用于检测第二平面支撑件上的预定位置的位置数据的第一相机、通过顶出动作将电子元件p1从第一平面支撑件移出并邦定在预定位置上的顶出装置，所述待视觉的电子元件p1中心，与第一相机的中心线，均位于第一虚拟直线上，距离预定位置的长度为n个电子元件的宽度，n≥1；所述顶出装置的中心线与预定位置处于同一条垂直于第二平面支撑件的第二虚拟直线上。

本发明所述的一种倒贴片生产设备，其中，所述第二平面支撑件位于第一平面支撑件的上方；第二平面支撑件的上方设有工作平台；第一相机位于工作平台的上方，其中心线垂直于第二平面支撑件，第一相机的中心线与第一虚拟直线共线。

本发明所述的倒贴片生产设备，其中，第二平面支撑件可透光；工作平台为透明或在第一相机光路处开孔，使得第一相机光路不受阻；第一相机还可用于检测、计算第一平面支撑件上电子元件p1的位置数据。

本发明所述的倒贴片生产设备，其中，第一相机的透镜的一对共轭的齐明点分别位于电子元件p1和相机感光器件的中心。

本发明所述的倒贴片生产设备，其中，所述第一平面支撑件、第二平面支撑件、第一相机、顶出装置、工作平台的安装位置以第二平面支撑件的平面为对称面做镜像翻转。

本发明所述的倒贴片生产设备，其中，还包括用于检测、计算第一平面支撑件上电子元件p1的位置数据的第二相机；与顶出装置直接对应的电子元件p1，在第二相机视野范围内。

本发明所述的倒贴片生产设备，其中，第二相机的中心线与第一虚拟直线呈1-89°夹角β；并且，顶出装置在第二相机视野范围内部分为透明材料。

本发明所述的倒贴片生产设备，其中，所述第二相机通过反光镜来观测电子元件p1的位置；反光镜位于第一平面支撑件的下方，第二相机位于反光镜的一侧，反射后第二相机的光路中心与第一虚拟直线共线；反光镜与第一虚拟直线的夹角α呈1～89°。

本发明所述的倒贴片生产设备，其中，所述第一平面支撑件、第二平面支撑件、第一相机、顶出装置、工作平台、第二相机、反光镜的安装位置以第二平面支撑件的平面为对称面做镜像翻转。

本发明所述的倒贴片生产设备，其中，第一平面支撑件的两端设有固定件。

本发明任一所述的倒贴片生产设备，其中，所述顶出装置设有力量控制装置，可通过电流、弹簧、电磁力、液压或者气缸控制顶出装置的力量，从而控制电子元件p1到第二平面支撑件的压力。

本发明任一所述的倒贴片生产设备，其中，所述顶出装置设有速度控制装置，可通过电流、弹簧、电磁力、液压或者气缸控制顶出装置的速度，从而控制电子元件p1到第二平面支撑件的速度。

本发明任一所述的倒贴片生产设备，其中，第二平面支撑件的运动通过旋转拉料装置和/或直线拉料装置控制。

本发明任一所述的倒贴片生产设备，其中，所述电子元件p1包括芯片；所述第一平面支撑件包括晶圆；所述第二平面支撑件包括天线或者基底；所述顶出装置包括顶针；第二平面支撑件作为最终邦定的基准面，透光，用于基材定位装置对基材特征进行定位。

本发明任一所述的倒贴片生产设备，其中，所述电子元件p1包括芯片；所述第一平面支撑件包括晶圆；所述第二平面支撑件包括天线或者基底；所述顶出装置包括顶针；第二平面支撑件作为最终邦定的基准面，不透光，用于基材定位装置对基材特征进行定位。

本发明所述的倒贴片生产设备，其中，所述第一相机和第二相机均替换为摄像机。

本发明所述的倒贴片生产设备，其中，所述第一相机和第二相机带有照明装置，并可控制发光强度和时间。

本发明所述的倒贴片生产设备，其中，所述第一相机和第二相机的景深为0.1～30.0毫米。

一种倒贴片生产方法，包括以下步骤：

所述电子元件p1距离预定位置的长度为n个电子元件的宽度，n≥1；n个电子元件编号分别为p1,p2,....pn；

a)移动第二平面支撑件到位；第一相机识别预定位置特征，计算得到第二虚拟直线位置；

b)沿水平x、y方向调整顶出装置的位置，使得顶出装置在第二虚拟直线上。

本发明所述的倒贴片生产方法，还包括以下步骤：

c)第一相机识别电子元件p1的中心，

d)移动第一平面支撑件，移动距离为1个电子元件的宽度；

e)重新步骤c)和步骤d)直到电子元件p1的中心和第一相机的中心线处于同一条虚拟直线上；此时pn处于第一相机视野内。

f)顶出装置顶出电子元件p1，使得电子元件p1，邦定到第二平面支撑件上的预定位置上。

本发明所述的倒贴片生产方法，还包括以下步骤：所述第一相机观察电子元件p1的位置。

本发明所述的倒贴片生产方法，其中，所述第二平面支撑件位于第一平面支撑件的上方或下方；第二平面支撑件的上方或下方设有工作平台；所述第一相机位于工作平台的上方或下方，观察方向垂直于第二平面支撑件，其中工作平台为透明或者开孔使得第一相机光路不受阻。

本发明所述的倒贴片生产方法，还包括以下步骤：

1)移动第二平面支撑件到位；第一相机识别预定位置特征，计算得到第二虚拟直线位置；

2)沿水平x、y方向调整顶出装置的位置，使得顶出装置在第二虚拟直线上；

3)第二相机直接或通过反光镜观测移动前的电子元件p1的位置；

4)移动第一平面支撑件，让移动后的电子元件p1位于第二虚拟直线上；

5)顶出装置顶出电子元件p1，使得电子元件p1邦定到第二平面支撑件上的预定位置上。

本发明所述的倒贴片生产方法，所述第二平面支撑件位于第一平面支撑件的上方或下方；第二平面支撑件的上方或下方设有工作平台；第一相机位于工作平台的上方或下方，观察方向垂直于第二平面支撑件，其中工作平台为透明或者开孔使得第一相机光路不受阻；反光镜位于第一平面支撑件的上方或下方，第二相机位于反光镜的一侧。

本发明同现有技术相比，其突出效果在于：

(1)通过一种全新的直装动作规划，简化了现有表面倒贴装的动作环节，进而简化了设备机构，降低了成本。最终还可以减少表面倒贴装的往复运动，提高设备的整机产能，最终降低单品成本。

(2)具体到智能标签生产，就可以降低设备的生产和运维成本，最终降低单个智能标签的成本；可以从根本上推动智能标签的应用范围，提高物联网应用在各个行业的普及。

(3)该方式晶圆盘芯片向上放置，结构稳定，可以保证取片效果。芯片由顶针机构从下面顶出，可以避免晶圆因长期保存导致的芯片在晶圆的牢固度不够，在被顶针顶出时容易脱落的问题。

(4)当第一相机单独工作时，可以使得第一相机光路的中心线通过电子元件，从而大幅度降低相机及镜头的畸变和像差，实现对电子元件更高精细化的机器视觉成像效果和更高的测量精度；甚至可以更进一步，让第一相机透镜的一对共轭的齐明点分别位于电子元件和相机感光器件的中心，这样可以在本条上述基础上，进一步不产生球差、彗差、像散，从而实现最清晰的成像，并进而实现最精确的机器视觉测量效果。

远远优于其他工作方式，特别是：如将第二平面支撑件上的预定位置，检测该位置数据的第一相机、顶出装置，均共线放置，由于支撑件的预定位置要占用一定面积，第一相机光路的中心线通过支撑件的预定位置中心；电子元件的中心反而在第一相机偏离中心的位置。从而在第一相机对最需要精度的电子元件定位时，总是存在相当的畸变和像差等导致的误差。反而是精度相对较低的支撑件因为处在第一相机中心线，具有更高的机器视觉测量精度，造成精度的浪费。

(5)当第一相机观察预定位置，和第二相机同时工作时，两相机可以并行工作，与其他工作方式相比具有更高的效率。下面结合附图说明和具体实施例对本发明的倒贴片生产设备及生产方法作进一步说明。

附图说明

图1为倒贴片生产设备的工作示意图(电子元件p1移动前)；

图2为图1中“i”处的局部放大图；

图3为倒贴片生产设备的工作示意图(电子元件p1移动后)；

图4为图3中“ii”处的局部放大图。

图5为另一种生产方法的工作示意图；

图6为顶出装置示意图；

图7为相机采用另一种安装方式的工作示意图。

1-第一平面支撑件(特别是晶圆)；

2-第二平面支撑件(特别是电子标签天线)；

a-待邦定电子元件在第二平面支撑件上的预定位置；

3-反光镜；

4-顶出装置；

5-第一相机；

6-第二平面支撑件的工作平台；

7-辊筒；

8-第一平面支撑件的固定件；

9-第二相机；

10-由顶针中心线和预定位置a点确定的第二虚拟直线；

11-第三虚拟直线，即光线沿经反光镜3反射后进入相机9所经过的直线；

12-第一虚拟直线，即经过第一电子元件的中心垂直于第一平面支撑件1的直线；

13-第二电子元件，位于第一电子元件旁边；

p1-待邦定的第一电子元件；

15-定位设备；

16-透镜；

17-共轭齐明点；

41-顶针；

51-相机感光器件。

具体实施方式

实施例1

根据图1-4及图6所示，一种倒贴片生产设备，包括将带有待视觉的电子元件p1的第一平面支撑件1传送至特定位置的定位设备15、与所述第一平面支撑件1平行的第二平面支撑件2、用于检测第二平面支撑件2上的预定位置a的位置数据的第一相机5、通过顶出动作将第一电子元件p1从第一平面支撑件1移出并邦定在预定位置a上的顶出装置4，其用于把已经定位好的电子元器件顶起，实现电子元器件与其支撑面的分离。

待视觉的第一电子元件p1中心，与第一相机5的中心线均位于第一虚拟直线12上，距离预定位置a的长度为n个电子元件的宽度，n≥1；如图1-4，以n＝1为例。顶出装置4的中心线与预定位置a处于同一条垂直于第二平面支撑件2的第二虚拟直线10上。

第二平面支撑件2位于第一平面支撑件1的上方；第二平面支撑件2的上方设有工作平台6；第一相机5位于工作平台6的上方，其中心线垂直于第二平面支撑件2，第一相机5的中心线与第一虚拟直线12共线。

第二平面支撑件2可透光；工作平台6为透明或在第一相机5光路处开孔，使得第一相机5光路不受阻；用于基材定位装置对基材特征进行定位。

第一相机5的透镜16的一对共轭的齐明点17分别位于电子元件p1和相机感光器件51的中心。

在其他有益的变形实施例中，第一平面支撑件1、第二平面支撑件2、第一相机5、顶出装置4、工作平台6的安装位置以第二平面支撑件2的平面为对称面做镜像翻转。

其他变形实施例中(如图7)，还包括用于检测、计算第一平面支撑件1上第一电子元件p1的位置数据的第二相机9；与顶出装置4直接对应的电子元件p1，在第二相机9视野范围内。第二相机9的中心线与第一虚拟直线12的夹角β呈1-89°；并且，顶出装置4在第二相机视野范围内部分为透明材料。

或者，其他变形实施例中，第二相机9通过反光镜3来观测第一电子元件p1的位置；反光镜3位于第一平面支撑件1的下方，第二相机9位于反光镜3的一侧，从而避免了第二相机9与顶出装置4相互影响。反射后第二相机9的光路中心与第一虚拟直线12共线；反光镜3与第一虚拟直线12的夹角α呈1～89°。

在其他有益的变形实施例中，第一平面支撑件1、第二平面支撑件2、第一相机5、顶出装置4、工作平台6、第二相机9、反光镜3的安装位置以第二平面支撑件2的平面为对称面做镜像翻转。

第一平面支撑件1的两端设有固定件8。

顶出装置4设有力量控制装置，可通过电流、弹簧、电磁力、液压或者气缸控制顶出装置4的力量，从而控制第一电子元件p1到第二平面支撑件2的压力。这样可以让电子元件如芯片的凸点扎到第二平面支撑件里，又不会引发电子元件损坏；电子元件可以在倒扣第二平面支撑件在上，电子元件在下，凸点向上情况下，再从第二平面支撑件天线或者leadframe上反过来。

顶出装置4设有速度控制装置，可通过电流、弹簧、电磁力、液压或者气缸控制顶出装置4的速度，从而控制第一电子元件p1到第二平面支撑件2的速度。

第二平面支撑件2的运动通过旋转拉料装置和/或直线拉料装置控制。第一相机5和第二相机9还带有照明装置，并可控制发光强度和时间。

第二平面支撑件2的运动通过旋转拉料或者直线拉料装置控制；可以适用于柔性卷材或者硬性的电路板牵引运输。图中以辊筒7控制为例；第一平面支撑件1的两端设有固定件8，还包括电子元器件运动装置，主要用于第一平面支撑件1整体实现xy向和旋转运动。典型的就是携带晶圆进行水平直线运动和旋转运动的线性和旋转机构，通过定位装置反馈的数据，对电子元件在水平面内进行定位调整，以便于取出机构取下电子元件。第一平面支撑件1的两端设有固定件8。

电子元件特别是指芯片；第一平面支撑件1特别是指晶圆；由于微电子行业中的电子元器件很小，因此经常将大量的器件阵列在载体上，最典型的就是芯片和它的载体晶圆wafer，芯片被粘接在晶圆的蓝膜上。第二平面支撑件2特别是指天线或者基底；顶出装置4特别是指顶针41。第二平面支撑件2包括各种电路，例如电子行业的硬性电路，和各种柔性电路。典型的就是生产智能标签时所用的各种天线，其通过蚀刻或者印制，在pe、pet、pv或聚酰亚胺基材上生成各种形状的天线。天线与芯片邦定并实现电气导通后，就成为了智能标签的功能层。第二平面支撑件2作为最终邦定的基准面，可透光或者不透光，用于基材定位装置对基材特征进行定位。

第一相机5通过光学影像分析，对电子元件进行识别定位，以保证在后续的动作中可以用其邦定点作为工作中心线，将电子元器件和取出装置汇聚共线，进而保证最终的邦定精度。

第二相机9通过光学影像分析，对电子元件进行辅助识别定位，以保证在后续的动作中可以对其精确调整，最终实现精确的取出和邦定。第一相机5和第二相机9的景深在0.1～30.0毫米范围内。

第一相机5和第二相机9均可替换为摄像机。

实施例2

根据实施例1进行倒贴片生产的方法，包括以下步骤：

如图5，第一电子元件p1距离预定位置a的长度为n个电子元件的宽度，n≥1；n个电子元件编号分别为p1,p2,....pn；

a)移动第二平面支撑件2到位；第一相机5识别预定位置a特征，计算得到第二虚拟直线10位置；

b)沿水平x、y方向调整顶出装置4的位置，使得顶出装置4在第二虚拟直线10上。

当采用单相机识别多个芯片时，还包括以下步骤：

c)第一相机5识别电子元件p1的中心，

d)移动第一平面支撑件1，移动距离为1个电子元件的宽度；

e)重新步骤c)和步骤d)直到第一电子元件p1的中心和第一相机5的中心线处于同一条虚拟直线12上；此时pn处于第一相机5视野内。

f)顶出装置4顶出电子元件p1，使得电子元件p1，邦定到第二平面支撑件2上的预定位置a上。

其中，第二平面支撑件2位于第一平面支撑件1的上方；第二平面支撑件2的上方设有工作平台6；第一相机5位于工作平台6的上方，观察方向垂直于第二平面支撑件2，其中工作平台6为透明或者开孔使得第一相机5光路不受阻。

当采用双相机识别多个芯片时，还包括以下步骤：

1)移动第二平面支撑件2到位；第一相机5识别预定位置a特征，计算得到第二虚拟直线10位置；

2)沿水平x、y方向调整顶出装置4的位置，使得顶出装置4在第二虚拟直线10上；

3)第二相机9直接或通过反光镜3观测移动前的第一电子元件p1的位置；

4)移动第一平面支撑件1，让移动后的电子元件p1位于第二虚拟直线10上；

5)顶出装置4顶出第一电子元件p1，使得第一电子元件p1邦定到第二平面支撑件2上的预定位置a上。

其中，第二平面支撑件2位于第一平面支撑件1的上方；第二平面支撑件2的上方设有工作平台6；第一相机5位于工作平台6的上方，观察方向垂直于第二平面支撑件2，其中工作平台6为透明或者开孔使得第一相机5光路不受阻；反光镜3位于第一平面支撑件1的上方或下方，第二相机9位于反光镜3的一侧。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。