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一种翻转塔机构及芯片拾取方法发明专利

更新时间:2024-10-28
一种翻转塔机构及芯片拾取方法发明专利 专利申请类型:发明专利;
地区:江苏-苏州;
源自:苏州高价值专利检索信息库;

专利名称:一种翻转塔机构及芯片拾取方法

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202311862450.7

专利申请(专利权)人:中科长光精拓智能装备(苏州)有限公司
权利人地址:江苏省苏州市昆山市玉山镇新城南路515号10号厂房

专利发明(设计)人:徐鹏辉,孙斌

专利摘要:本发明涉及芯片拾取技术领域,具体提供一种翻转塔机构及芯片拾取方法,包括:机械手、顶针机构、X向驱动、Y向驱动和视觉校正系统,机械手设于顶针机构的上方,机械手上设置有多个可转动切换的执行器吸嘴,用于拾取芯片并放置在顶针机构上;视觉校正系统包括X向光源、Y向光源、X向棱镜、Y向棱镜和视觉传感器。相比于传统机械手,本发明配备了X向驱动和Y向驱动以及视觉校正系统,通过视觉校正系统获取机械手上每个执行器吸嘴的X向偏移量和Y向偏移量,并通过X向驱动和Y向驱动对每个执行器吸嘴进行单独的位置校正,从而将低了因为零件的加工组装误差和执行器更换吸嘴后产生的误差,大大提高了芯片拾取的精度。

主权利要求:
1.一种翻转塔机构,其特征在于,包括:机械手、顶针机构、X向驱动、Y向驱动和视觉校正系统;
其中,所述机械手设于所述顶针机构的上方,所述机械手上设置有多个可转动切换的执行器吸嘴,用于拾取芯片并放置在所述顶针机构上;所述X向驱动用于控制所述机械手在X方向上运动;所述Y向驱动用于控制所述机械手在Y方向上运动;
所述视觉校正系统包括X向光源、Y向光源、X向棱镜、Y向棱镜和视觉传感器;其中,所述X向光源设于所述顶针机构的X方向上,并通过所述X向棱镜将所述执行器吸嘴的X向投影反射至所述视觉传感器,所述视觉传感器计算所述执行器吸嘴的X向偏移量,并反馈至所述X向驱动,所述X向驱动控制所述机械手带动所述执行器吸嘴运动,补偿其X向偏移量;所述Y向光源设于所述顶针机构的Y方向上,并通过所述Y向棱镜将所述执行器吸嘴的Y向投影反射至所述视觉传感器,所述视觉传感器计算所述执行器吸嘴的Y向偏移量,并反馈至所述Y向驱动,所述Y向驱动控制所述机械手带动所述执行器吸嘴运动,补偿其Y向偏移量;
所述视觉校正系统还包括分光镜和下棱镜,所述执行器吸嘴的X向投影透射所述分光镜至所述下棱镜,所述执行器吸嘴的Y向投影被所述分光镜反射至所述下棱镜,所述下棱镜用于改变光路方向,将所述执行器吸嘴的X向投影和Y向投影均反射至所述视觉传感器;
X向光源、Y向光源、X向棱镜、Y向棱镜、分光镜和下棱镜均与顶针机构的中心点设置在同一平面上,并通过一个方形框架进行固定,X向光源、中心点和X向棱镜设置在X方向上的同一直线上;Y向光源、中心点和Y向棱镜设置在Y方向上的同一直线上;所述X向光源与所述顶针机构的中心点距离和所述Y向光源与所述顶针机构的中心点距离相等,所述X向棱镜与所述顶针机构的中心点距离和所述Y向棱镜与所述顶针机构的中心点距离相等。
2.如权利要求1所述的翻转塔机构,其特征在于,所述视觉传感器为相机,且焦距为
130mm。
3.如权利要求1所述的翻转塔机构,其特征在于,所述X向棱镜、所述Y向棱镜和所述分光镜的设置角度在0至90度范围内可调。
4.一种基于如权利要求1至3任意一项所述翻转塔机构的芯片拾取方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:启动机械手,并切换一个执行器吸嘴至芯片拾取工位;
S2:提供X向光源,通过X向棱镜将所述执行器吸嘴的X向投影反射至分光镜,所述执行器吸嘴的X向投影透射过所述分光镜投影至下棱镜,所述下棱镜将所述执行器吸嘴的X向投影反射至所述视觉传感器;
提供Y向光源,通过Y向棱镜将所述执行器吸嘴的Y向投影反射至所述分光镜,所述执行器吸嘴的Y向投影被所述分光镜反射至所述下棱镜,所述下棱镜将所述执行器吸嘴的Y向投影再次反射至所述视觉传感器;
S3:所述视觉传感器以所述顶针机构的中心点为基准,计算并记录所述执行器吸嘴的X向偏移量,并将X向偏移量反馈至X向驱动,所述X向驱动控制所述机械手带动所述执行器吸嘴运动,补偿其X向偏移量;
所述视觉传感器以所述顶针机构的中心点为基准,计算并记录所述执行器吸嘴的Y向偏移量,并将Y向偏移量反馈至Y向驱动,所述Y向驱动控制所述机械手带动所述执行器吸嘴运动,补偿其Y向偏移量;
S4:重复上述S1至S3,直至记录所述机械手上的所有执行器吸嘴的X向偏移量和Y向偏移量,所述X向驱动和所述Y向驱动根据已记录的执行器吸嘴的X向偏移量和Y向偏移量,针对不同的执行器吸嘴进行自动补偿,并在自动补偿后进行芯片拾取。 说明书 : 一种翻转塔机构及芯片拾取方法技术领域[0001] 本发明涉及芯片拾取技术领域,具体提供一种翻转塔机构及芯片拾取方法。背景技术[0002] 芯片的先进封装技术对比传统封装技术,提升了芯片产品的集成密度和互联速度,降低了设计门槛,优化了功能搭配的灵活性,逐渐取代了传统封装技术。先进封装技术在芯片的制造过程中会在晶圆的正面植入电气连接点,因此在后续封装测试的时候需要通过将芯片进行倒装(翻转)实现电气互联。[0003] 现有的芯片倒装技术是通过第一机械手,将芯片从晶圆上拣取之后,实现180度的翻转,再由第二机械手移动到交接位置,进行交接,完成最后芯片的转移。目前常见的第一机械手通常采用具有多个执行器的转塔结构设计,从而提高整体倒装效率。但随着芯片微小化的发展趋势(芯片小于200微米),同时又因倒装精度要求的不断提升(精度高于5微米),现有的倒装技术遇到了瓶颈。[0004] 现有的第一机械手由多个执行器的转塔机构组成,每个执行器需要从顶针拣取芯片,但是由于机械结构和组装的工差,每个执行器旋转到芯片拣取位置时,和顶针之间会存在一些偏差,此外,在后续使用过程中更换执行器吸嘴也会产生偏差。目前,为了解决这个问题,通常会先测量出每个执行器的偏差,再通过分析和计算寻找一个中间值,尽量将偏差的影响降到最低。这种方法对于比较大的芯片或者对倒装精度要求较低的芯片影响不大,但是对于微小的芯片则效果不佳。发明内容[0005] 本发明为解决上述问题,提供了一种翻转塔机构及芯片拾取方法,不仅设置了可以用于调节机械手的X向驱动和Y向驱动,还设计了视觉校正系统对机械手上的每个执行器吸嘴进行光学检测,能够针对不同执行器吸嘴进行单独调整,极大程度地避免了误差影响。[0006] 本发明提供的一种翻转塔机构,包括:机械手、顶针机构、X向驱动、Y向驱动和视觉校正系统;[0007] 其中,机械手设于顶针机构的上方,机械手上设置有多个可转动切换的执行器吸嘴,用于拾取芯片并放置在顶针机构上;X向驱动用于控制机械手在X方向上运动;Y向驱动用于控制机械手在Y方向上运动;[0008] 视觉校正系统包括X向光源、Y向光源、X向棱镜、Y向棱镜和视觉传感器;其中,X向光源设于顶针机构的X方向上,并通过X向棱镜将执行器吸嘴的X向投影反射至视觉传感器,视觉传感器计算执行器吸嘴的X向偏移量,并反馈至X向驱动,X向驱动控制机械手带动执行器吸嘴运动,补偿其X向偏移量;Y向光源设于顶针机构的Y方向上,并通过Y向棱镜将执行器吸嘴的Y向投影反射至视觉传感器,视觉传感器计算执行器吸嘴的Y向偏移量,并反馈至Y向驱动,Y向驱动控制机械手带动执行器吸嘴运动,补偿其Y向偏移量。[0009] 优选的,视觉传感器为相机,且焦距为130mm。[0010] 优选的,视觉校正系统还包括分光镜和下棱镜,执行器吸嘴的X向投影透射分光镜至下棱镜,执行器吸嘴的Y向投影被分光镜反射至下棱镜,下棱镜用于改变光路方向,将执行器吸嘴的X向投影和Y向投影均反射至视觉传感器。[0011] 优选的,X向棱镜、Y向棱镜和分光镜的设置角度在0至90度范围内可调。[0012] 优选的,X向光源与顶针机构的中心点距离和Y向光源与顶针机构的中心点距离相等,X向棱镜与顶针机构的中心点距离和Y向棱镜与顶针机构的中心点距离相等。[0013] 一种芯片拾取方法,包括以下步骤:[0014] S1:启动机械手,并切换一个执行器吸嘴至芯片拾取工位;[0015] S2:提供X向光源,通过X向棱镜将执行器吸嘴的X向投影反射至分光镜,执行器吸嘴的X向投影透射过分光镜投影至下棱镜,下棱镜将执行器吸嘴的X向投影反射至视觉传感器;[0016] 提供Y向光源,通过Y向棱镜将执行器吸嘴的Y向投影反射至分光镜,执行器吸嘴的Y向投影被分光镜反射至下棱镜,下棱镜将执行器吸嘴的Y向投影再次反射至视觉传感器;[0017] S3:视觉传感器以顶针机构的中心点为基准,计算并记录执行器吸嘴的X向偏移量,并将X向偏移量反馈至X向驱动,X向驱动控制机械手带动执行器吸嘴运动,补偿其X向偏移量;[0018] 视觉传感器以顶针机构的中心点为基准,计算并记录执行器吸嘴的Y向偏移量,并将Y向偏移量反馈至Y向驱动,Y向驱动控制机械手带动执行器吸嘴运动,补偿其Y向偏移量;[0019] S4:重复上述S1至S3,直至记录机械手上的所有执行器吸嘴的X向偏移量和Y向偏移量,X向驱动和Y向驱动根据已记录的执行器吸嘴的X向偏移量和Y向偏移量,针对不同的执行器吸嘴进行自动补偿,并在自动补偿后进行芯片拾取。[0020] 与现有技术相比,本发明能够取得如下有益效果:[0021] 本发明相比于传统机械手,配备了X向驱动和Y向驱动以及视觉校正系统,通过视觉校正系统获取机械手上每个执行器吸嘴的X向偏移量和Y向偏移量,并通过X向驱动和Y向驱动对每个执行器吸嘴进行单独的位置校正,从而将低了因为零件的加工组装误差和执行器更换吸嘴后产生的误差,大大提高了芯片拾取的精度;此外,还可以记录每个执行器吸嘴的X向偏移量和Y向偏移量数据,翻转塔机构在工作时,针对每次旋转到拾取位置的执行器吸嘴,系统都会自动调出相关数据,自动驱动X向驱动和Y向驱动来调整单个执行器吸嘴的偏差,相比于现有的方法,本发明效率更高、误差更小,且可以通过视觉校正系统进行实时监测和调整。附图说明[0022] 图1是根据本发明实施例提供的翻转塔机构的空间位置结构图;[0023] 图2是根据本发明实施例提供的视觉校正系统的结构图;[0024] 图3是根据本发明实施例提供的视觉校正系统的俯视投影传输路径图;[0025] 图4是根据本发明实施例提供的视觉校正系统的侧视投影传输路径图。[0026] 其中的附图标记包括:[0027] 机械手1、执行器吸嘴101、顶针机构2、中心点201、X向驱动3、Y向驱动4、视觉校正系统5、X向光源501、Y向光源502、X向棱镜503、Y向棱镜504、分光镜505、下棱镜506、视觉传感器507、芯片6。具体实施方式[0028] 在下文中,将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中,相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下,它们的名称和功能也相同。因此,将不重复其详细描述。[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例,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用以解释本发明,而不构成对本发明的限制。[0030] 结合图1和图2所示,本发明实施例提供了一种翻转塔机构,主要包括机械手1、顶针机构2、X向驱动3、Y向驱动4和视觉校正系统5,其中,机械手1即现有的多工位转塔机构,其上设置有多个执行器吸嘴101,多个执行器吸嘴101可绕轴转动进行切换,执行器吸嘴101在进行芯片6的安放时,均应该位于顶针机构2的正上方,并将芯片安装在顶针机构2的中心点201处。在本实施例中,机械手1具有四个可转动切换的执行器吸嘴101,每次切换时,机械手1绕轴旋转90度。[0031] 其中,X向驱动3和Y向驱动4均设置在机械手1的上方,并与机械手1的顶端活动连接。X向驱动3用于控制机械手1在X方向上进行直线运动;Y向驱动4用于控制机械手1在Y方向上进行直线运动。X向驱动3和Y向驱动4的控制信号主要来源于人工输入的被动调控和视觉校正系统5反馈的主动调控。其中,X方向和Y方向以图中参考为准,属于认为规定内容,可依据需求进行修改,并不影响机械运动。[0032] 视觉校正系统5包括X向光源501、Y向光源502、X向棱镜503、Y向棱镜504、分光镜505、下棱镜506和视觉传感器507,其中,X向棱镜503、Y向棱镜504和分光镜505的设置角度在0至90度范围内可调,视觉传感器507采用焦距为130mm的相机。[0033] 结合图3和图4所示,X向光源501、执行器吸嘴101、X向棱镜503、分光镜505、下棱镜506和视觉传感器507构成执行器吸嘴101的X向投影光路;Y向光源502、执行器吸嘴101、Y向棱镜504、分光镜505、下棱镜506和视觉传感器507构成执行器吸嘴101的Y向投影光路。X向投影光路用于将处于拾取工位的执行器吸嘴101的X向投影传输至视觉传感器507中,视觉传感器507以顶针机构2的中心点201为基准,计算执行器吸嘴101的X向投影的X向偏移量,并将X向偏移量反馈至X向驱动3,X向驱动3根据反馈信号控制机械手1进行定量运动,同时也带动了处于拾取工位的执行器吸嘴101运动,可以有效补偿其X向偏移量,使其尽可能与中心点201重合。同理,Y向投影光路用于将处于拾取工位的执行器吸嘴101的Y向投影传输至视觉传感器507中,视觉传感器507以顶针机构2的中心点201为基准,计算执行器吸嘴101的Y向投影的Y向偏移量,并将Y向偏移量反馈至Y向驱动4,Y向驱动4根据反馈信号控制机械手1进行定量运动,同时也带动了处于拾取工位的执行器吸嘴101运动,可以有效补偿其Y向偏移量,使其尽可能与中心点201重合。[0034] 作为一种优选的实施例,X向光源501、Y向光源502、X向棱镜503、Y向棱镜504、分光镜505和下棱镜506均与顶针机构2的中心点201设置在同一平面上,并通过一个方形框架进行固定,X向光源501、中心点201和X向棱镜503设置在X方向上的同一直线上;Y向光源502、中心点201和Y向棱镜504设置在Y方向上的同一直线上;且X向光源501与中心点201的距离和Y向光源502与中心点201的距离相等,距离约为10±5mm;X向棱镜503与中心点201的距离和Y向棱镜504与中心点201的距离相等,距离约为25±10mm;分光镜505和下棱镜506之间的距离约为25±10mm;下棱镜506与视觉传感器507之间的距离约为50±10mm。[0035] 基于上述结构,本发明实施例还提出了一种基于上述翻转塔机构的芯片拾取方法,具体步骤如下:[0036] S1:启动机械手1,将机械手1上的任意一个执行器吸嘴101切换至芯片拾取工位,此时,执行器吸嘴101应当对准顶针机构2的中心点201。[0037] S2:X向投影的获取:启动X向光源501,X向光源501可以在S1执行完毕启动,也可以在启动机械手1时,同步启动X向光源501。X向光源501发出的准直光会照射在执行器吸嘴101上,被执行器吸嘴101遮挡部分光线,即获得了执行器吸嘴101的X向投影,并通过X向棱镜503将执行器吸嘴101的X向投影反射至分光镜505。由于分光镜505的特性,X向投影光线能够透过分光镜505并被透射到下棱镜506上,下棱镜506为向下倾斜45度设计,可以将照射在下棱镜506上的光线向下反射。下棱镜506将执行器吸嘴101的X向投影反射至视觉传感器507。[0038] Y向投影的获取:启动Y向光源502,Y向光源502也可以在S1执行完毕启动,也可以在启动机械手1时,同步启动Y向光源502。Y向光源502发出的准直光会照射在执行器吸嘴101上,被执行器吸嘴101遮挡部分光线,即获得了执行器吸嘴101的Y向投影,并通过Y向棱镜504将执行器吸嘴101的X向投影反射至分光镜505。由于分光镜505的特性,Y向投影光线会被分光镜505反射到下棱镜506上。下棱镜506同样将执行器吸嘴101的Y向投影反射至视觉传感器507。[0039] S3:X向补偿:视觉传感器507获取执行器吸嘴101的X向投影后,以顶针机构2的中心点201为基准,计算并记录执行器吸嘴101的X向偏移量,再将X向偏移量反馈至X向驱动3,X向驱动3控制机械手1并带动执行器吸嘴101沿X方向直线运动,补偿其X向偏移量,使执行器吸嘴101的投影中心点尽可能与中心点201重合。[0040] Y向补偿:视觉传感器507获取执行器吸嘴101的Y向投影后,以顶针机构2的中心点201为基准,计算并记录执行器吸嘴101的Y向偏移量,再将Y向偏移量反馈至Y向驱动4,Y向驱动4控制机械手1并带动执行器吸嘴101沿Y方向直线运动,补偿其Y向偏移量,使执行器吸嘴101的投影中心点尽可能与中心点201重合。[0041] S4:控制机械手1切换处于芯片拾取工位上的执行器吸嘴101,重复上述S1至S3;重复这个过程,直至机械手1上的所有执行器吸嘴101均经过了X、Y向投影的获取和X、Y向补偿;并将所有执行器吸嘴101因为零件加工组装而累计到执行器吸嘴101上的综合偏差都检测出来并记录在系统中,即获得了机械手1上的所有执行器吸嘴101的X向偏差量和Y向偏差量数据。[0042] 此后,该翻转塔机构在工作时,针对每次旋转到拾取工位的执行器吸嘴101,系统都会自动调出该执行器吸嘴101的X向偏差量和Y向偏差量数据,然后驱动X向驱动3和Y向驱动4来调整单个执行器吸嘴101的偏差。通过不断调整执行器吸嘴101的位置,系统可以确保每个执行器吸嘴101在拾取芯片6时都能够准确地对准目标位置,这样可以避免因执行器吸嘴101位置偏差而导致的芯片6拾取错误或失败。同时,翻转塔机构在工作时,视觉校正系统5仍然起到实时监测的作用,保证执行器吸嘴101每次都正确并精准地拾取芯片6。[0043] 作为一种优选的实施例,系统还可以根据实际需求对执行器吸嘴101的偏差进行调整策略。例如,可以根据不同的芯片6尺寸设置不同的偏差调整参数,以提高拾取的稳定性和效率。[0044] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。[0045] 以上本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

专利地区:江苏

专利申请日期:2023-12-29

专利公开日期:2024-09-03

专利公告号:CN117810154B


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