自动贴片装置及自动贴片方法与流程

本发明涉及一种自动贴片装置及自动贴片方法。

背景技术：

21世纪以来，中国电子信息产品制造行业快速发展，逐渐成为国民经济支柱产业之一。

芯片作为光模块等电子通讯产品的核心器件，它的贴装是电子通讯产品制造时一项重要的工艺内容。由于芯片体积小，贴装时位置精度要求高，纯手工难以完成，因此有关芯片贴装的自动化需求巨大。

自动或半自动贴片的制作精度和生产效率的高低，直接关系到产品的性能和制造成本。目前市场上大部分贴片装置的贴装工艺为先视觉获取位置，再一次性贴装到位，由于加工件的贴装操作是在视觉系统的监测下完成，制作精度和工作效率相对较高。然而这种工艺无法有效消除加工件和视觉系统间的累计误差，导致组装复杂化产品时位置精度低下，从而造成产品贴装不良甚至报废。

有鉴于此，目前亟需一种新的自动贴片装置及其使用方法以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新的自动贴片装置，旨在贴装过程中引入粗定位机构，粗调与精调、贴装协同工作，以提高贴装工艺的制作精度和生产效率。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种自动贴片装置，包括：

工作台；

粗定位机构，设于所述工作台上，包括料盘承载台、粗调运动系统和粗调视觉反馈系统；所述粗调运动系统根据粗调视觉反馈系统的反馈信息调整所述料盘承载台的位置，对所述料盘承载台上的待贴装物料进行初步定位；

贴装机构，设于所述工作台上，包括贴装载物台、取料系统、精调运动系统和精调视觉反馈系统；所述取料系统用于将所述料盘承载台上已初步定位的待贴装物料搬运至所述贴装载物台上或贴装载物台的上方；所述精调运动系统根据精调视觉反馈系统的反馈信息调整所述贴装载物台的位置，对所述待贴装物料进行精确对位。

作为本发明的其中一个技术方案，所述粗调运动系统包括线性滑动模组和旋转对位模组；所述料盘承载台、线性滑动模组和旋转对位模组由上至下依次叠置；所述线性滑动模组带动所述料盘承载台在与所述工作台台面平行的平面内移动，初步调整所述料盘承载台上的待贴装物料的位置；所述旋转对位模组设于所述工作台上，带动所述线性滑动模组和料盘承载台在与所述工作台台面平行的平面内旋转，初步调整所述料盘承载台上的待贴装物料的角度。

作为本发明的其中一个技术方案，所述旋转对位模组的旋转轴与所述粗调视觉反馈系统的视场中心在同一轴线上。

作为本发明的其中一个技术方案，所述线性滑动模组包括两个线性滑台结构，所述两个线性滑台结构的滑动方向在与所述旋转轴垂直的平面内相互垂直。

作为本发明的其中一个技术方案，所述取料系统包括取料臂组和取料滑动组；所述取料滑动组带动所述取料臂组在所述贴装载物台与所述料盘承载台之间滑动，将所述料盘承载台上已粗调对位的物料搬运至所述贴装载物台，或者贴装载物台上方、所述精调视觉反馈系统的下方。

作为本发明的其中一个技术方案，所述取料滑动组包括水平滑动组和竖直滑动组；所述取料臂组包括设于所述竖直滑动组上的滑块、安装于所述滑块上的应力传感器和安装于所述应力传感器下面的取料吸嘴。

作为本发明的其中一个技术方案，所述粗定位机构包括第一料盘承载台、第一粗调运动系统和第一粗调视觉反馈系统，以及第二料盘承载台、第二粗调运动系统和第二粗调视觉反馈系统；

所述第一料盘承载台用于盛放装有第一物料的料盘，所述第二料盘承载台用于盛放装有第二物料的料盘；

所述第一粗调运动系统与所述第一粗调视觉反馈系统相互配合，实现对所述第一料盘承载台上待贴装的第一物料进行初步定位；

所述第二粗调运动系统与所述第二粗调视觉反馈系统相互配合，实现对所述第二料盘承载台上待贴装的第二物料进行初步定位；

所述取料系统包括第一取料臂组和第一取料滑动组，以及第二取料臂组和第二取料滑动组；

所述第一取料滑动组带动所述第一取料臂组在所述贴装载物台与所述第一料盘承载台之间滑动，将所述第一料盘承载台上已粗调对位的第一物料搬运至所述贴装载物台；

所述第二取料滑动组带动所述第二取料臂组在所述贴装载物台与所述第二料盘承载台之间滑动，将所述第二料盘承载台上已粗调对位的第二物料搬运至所述贴装载物台上方、所述精调视觉反馈系统的下方。

作为本发明的其中一个技术方案，所述精调运动系统包括精调滑台和精调旋转台；所述精调滑台安装于所述工作台上，所述精调旋转台设于所述精调滑台上；所述精调滑台带动所述精调旋转台及贴装载物台移动，所述精调旋转台带动所述贴装载物台转动，对置于所述贴装载物台上的物料与贴装载物台上方所述取料模组上的物料进行精确对位。

作为本发明的其中一个技术方案，所述精调滑台包括两个滑动方向相互垂直的线性精调滑台结构。

本发明还提供一种自动贴片方法，包括：

提供如上所述的自动贴片装置；

初步定位：粗定位机构分别对待贴装的芯片基板和硅基板进行初步定位；

取料：取料系统分别将已粗调对位的硅基板搬运至贴装载物台上，将芯片基板吸取至已放置在贴装载物台的硅基板的上方、精调视觉反馈系统的下方；

精调：保持芯片基板位置和方向不动，精调视觉反馈系统提供硅基板的位置以及硅基板与芯片基板间的相对位置反馈，控制精调运动系统对硅基板的位置和角度进行微调，使硅基板与芯片基板精确对位；

贴装：取料系统下压芯片基板，将芯片基板贴装到硅基板上，完成贴装。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明所提供的自动贴片装置增设了粗定位机构，一方面，对待贴装物料提前进行初步定位，提高了贴装机构对贴装物料进行精调对位的效率；另一方面，在贴装机构进行物料精调和贴装工作的同时，粗定位机构可对下一待贴装物料进行粗调定位，二者协同工作，大大提高了生产效率；配合视觉反馈系统对物料进行粗调和精调对位，有效提高了贴装精度。

附图说明

图1是本发明优选的实施方式中自动贴片装置的装配结构示意图；

图2是图1所示的自动贴片装置的第一粗定位机构及取料系统的分解示意图；

图3是图1所示的自动贴片装置的第二粗定位机构及取料系统的分解示意图；

图4所示是图1所示的自动贴片装置的贴装机构的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向（旋转90度或其他朝向），并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。并且，应当理解的是尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或结构，但是这些被描述对象不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将这些描述对象彼此区分开。

参见图1-图4所示，本发明的最佳实施方式提供了一种自动贴片装置，包括：工作台3；设于工作台3上的粗定位机构1，粗定位机构1包括料盘承载台11、粗调运动系统12和粗调视觉反馈系统13；粗调运动系统12根据粗调视觉反馈系统13的反馈信息调整料盘承载台11的位置，对料盘承载台11上的待贴装物料进行初步定位；以及设于工作台3上的贴装机构，贴装机构包括贴装载物台5、取料系统4、精调运动系统6和精调视觉反馈系统7；取料系统4用于将料盘承载台11上已初步定位的待贴装物料搬运至贴装载物台5上或贴装载物台5的上方；精调运动系统6根据精调视觉反馈系统7的反馈信息调整贴装载物台5的位置，对待贴装物料进行精确对位。

本发明公开的自动贴片装置设置有粗定位机构1，粗定位机构1能对待贴装物料进行初步定位，提前将待贴装物料调整到预定的位置和角度，使得取料系统4只需在贴装载物台5与料盘承载台11之间按预定的固定行程移动，即可从料盘承载台11上获取到待贴装物料，而无需根据待贴装物料的位置或角度再调整取料系统4的行程，从而大大简化了取料系统4的工作模式，减少了取料时间，提高了贴装效率。而且，取料系统4将已初步定位的待贴装物料搬运到贴装载物台5上或贴装载物台5的上方之后，由于待贴装物料已经过粗定位机构1的初步定位，只需再通过精调运动系统6的微调便可完成待贴装物料的精确对位，大大节省了贴装机构上对待贴装物料进行精确对位的时间，有效提高了贴装效率。另一方面，再配合视觉反馈系统对物料进行粗调和精调对位，有效提高了贴装精度。可实现单个物料贴装过程用时≤45秒，贴装精度≤±3μm。

具体的，继续参见图1所示，工作台3包括沿水平方向设置的台面，台面优选采用大理石制成，其上固定有安装部，安装部包括沿竖直方向延伸的立板31和设于立板31端部并沿水平方向延伸的横梁32。工作台3的底部还设有减震柱8，减震柱8为四点支撑型气浮减震柱8，用于减震和缓震。

粗定位机构1设于工作台3上，其中，粗调运动系统12设于台面上，料盘承载台11设于粗调运动系统12上，粗调视觉反馈系统13设于横梁32上并位于料盘承载台11的上方。另外，贴装机构也设于工作台3上，具体地，取料系统4和精调运动系统6设于台面上，贴装载物台5设于精调运动系统6上，精调视觉反馈系统7设置于横梁32上并位于贴装载物台5的上方。

取料系统4在料盘承载台11和贴装载物台5之间运动。在本实施例中，自动贴片装置包括两套粗定位机构1、1’，其中一套粗定位机构1用于硅基板14的初步定位，另一套粗定位机构1’用于芯片基板14’的初步定位。换言之，自动贴片装置包括硅基板14的料盘承载台11和芯片基板14’的料盘承载台11’，与之对应地，贴片装置也包括硅基板14的取料系统4和芯片基板14’的取料系统4。为便于区别，将硅基板14的粗定位机构1定义为第一粗定位机构1，将芯片基板14’的粗定位机构1定义为第二粗定位机构1’。与之对应地，相应的取料系统4分别为第一取料系统4和第二取料系统4’，料盘承载台11分别为第一料盘承载台11和第二料盘承载台11’，以此类推。当然，“第一”“第二”的限定仅用于区别两套类似的机构，并不构成其他限制。

两套粗定位机构1、1’的设置，使得贴装前硅基板14和芯片基板14’均通过初步定位调整了位置和角度，有利于两者在贴装时直接通过精确对位完成贴装，避免两者在贴装时由于位置偏离较多而需经过反复多次的粗调和精调。当然，在其他的实施方式中，也可以仅设置一套粗定位机构1，比如芯片基板14’的粗定位机构1，而硅基板14设于贴装载物台5上，反之亦然。

无论是粗调运动系统12还是精调运动系统6，均需要根据视觉反馈系统的反馈信息调整其上料盘承载台11或贴装载物台5的位置。具体地，视觉反馈系统包括相机、镜头和相机固定座，镜头设于相机内，相机安装于相机固定座上，相机固定座固定于横梁32上。

在本实施方式中，横梁32端部连接有支架320，该支架320呈直角三角形设置，包括两个直角边。第一粗调视觉反馈系统13和第二粗调视觉反馈系统13’的相机固定座分别设于支架320的两个直角边上，精调视觉反馈系统7的相机固定座设于横梁32的端部，换言之，精调视觉反馈系统7设于两个直角边的交点处。因此，精调视觉反馈系统7和第二粗调视觉反馈系统13’的连线与精调视觉反馈系统7和第一粗调视觉反馈系统13的连线相垂直。

参见图2、图3，其中图2所示为第一粗定位机构1及其取料系统4，图3所示为第二粗定位机构1’及其取料系统4’，由于第二粗定位机构1’和第一粗定位机构1的构造基本相同，因此以其中第一粗定位机构1为例对粗调运动系统12加以说明。

如图2所示，粗调运动系统12包括线性滑动模组120和旋转对位模组122；料盘承载台11、线性滑动模组120和旋转对位模组122由上至下依次叠置；线性滑动模组120带动料盘承载台11在与工作台3台面平行的平面内移动，初步调整料盘承载台11上的待贴装物料的位置；旋转对位模组122设于工作台3上，带动线性滑动模组120和料盘承载台11在与工作台3台面平行的平面内旋转，初步调整料盘承载台11上的待贴装物料的角度。线性滑动模组120和旋转对位模组122的设置便于料盘承载台11的平移和旋转，以使得料盘承载台11上的待贴装物料初步调整至粗调视觉反馈系统13的视场中心，方便取料系统4的取料操作。其中，粗调视觉反馈系统13的视场中心即为粗调相机镜头的视场中心。

优选地，旋转对位模组122的旋转轴与粗调视觉反馈系统13的视场中心在同一轴线上。换言之，旋转对位模组122的旋转轴与粗调相机镜头的视场中心处于同一轴线上，如此，便于调整料盘承载台11上的待贴装物料的角度，提高初定位的效率。

具体地，旋转对位模组122包括电机（未标示）和旋转对位结构（未标示），电机根据粗调视觉反馈系统13的反馈信息驱动旋转对位结构，从而带动线性滑动模组120和料盘承载台11在与工作台3台面平行的平面内旋转。

另外，线性滑动模组120包括两个线性滑台结构121，两个线性滑台结构121的滑动方向在与旋转轴垂直的平面内相互垂直，还包括分别驱动两个线性滑台结构121的电机（未标示）。根据粗调视觉反馈系统13的反馈信息，其中一个电机驱动线性滑台结构121，以使料盘承载台11沿该线性滑台结构121的延伸方向平移；或者，在其中一个线性滑台结构121带动料盘承载台11平移后，另一个线性滑台结构121根据需要使料盘承载台11沿与之前的平移方向垂直的方向进一步平移。

继续参见图2，具体地，第一料盘承载台11上的第一料盘15内放置有一个或多个硅基板14，当第一取料系统4将其中已初步定位的待贴装硅基板14取走之后，第一粗调运动系统12马上根据第一粗调视觉反馈系统13的反馈信息调整第一料盘承载台11的位置，将下一个待贴装的硅基板14进行初步定位，调整至预定的位置和角度，比如，最终使此硅基板14处于第一粗调视觉反馈系统13的视场中心，从而方便第一取料系统4的进一步操作，简化了第一取料系统4的工作模式，减少了取料时间，有效提高了取料效率。

再参见图3，第二料盘承载台11’上放置有第二料盘15’，第二料盘15’内排列有多个芯片基板14’，与第一粗调运动系统相似，第二粗调运动系统12’的设置使得第二料盘15’上的每一个芯片基板14’作为待贴装物料时，都能提前从初始位置移动到第二粗调视觉反馈系统的视场中心，即第二视觉反馈系统的相机镜头的视场中心，从而方便第二取料系统4’的进一步操作。

继续参见图2、图3，与第二粗定位机构1’和第一粗定位机构1相对应地，自动贴片装置还包括第一取料系统4和第二取料系统4’，其中，第一取料系统4用于将已初步定位的硅基板14由第一料盘承载台11搬运至贴装载物台5，而第二取料系统4’则用于将已初步定位的芯片基板14’由第二料盘承载台11’搬运至贴装载物台5上方、精调视觉反馈系统7的下方。

继续以图2的第一取料系统4为例，取料系统4包括取料臂组41和取料滑动组42；取料滑动组42带动取料臂组41在贴装载物台5与料盘承载台11之间滑动，将料盘承载台11上已粗调对位的物料搬运至贴装载物台5，或者贴装载物台5上方、精调视觉反馈系统7的下方。

进一步地，取料滑动组42包括水平滑动组和竖直滑动组；取料臂组41包括设于竖直滑动组上的滑块410、安装于滑块410上的应力传感器412’（见图3）和安装于应力传感器412’下面的取料吸嘴411。取料臂组41在取料滑动组42的竖直滑动组的带动下沿竖直方向运动，在取料滑动组42的水平滑动组的带动下沿水平方向运动，以通过取料吸嘴411吸取料盘承载台11上的待贴装物料，并将待贴装物料搬运至贴装载物台5上或贴装载物台5的上方。取料臂组41上设置的应力传感器412’’能够实时检测并反馈压力，当检测到取料吸嘴411压到物料后，通知装置启动真空负压将物料吸紧，克服因无法感知压力而导致压力过大时引起待贴装物料损坏，或压力过小而导致取料吸嘴411漏吸的缺陷。

参见图3，视觉反馈系统还设有光源(未图示)，第二取料吸嘴411’设有透光孔(未标示)，通过第二粗调视觉反馈系统13’透过透光孔，打开光源有利于摄像成像，便于通过第二取料吸嘴411’更精确地吸取芯片基板14’上的芯片。在本实施例中，第一取料吸嘴411未设置透光孔，但在变化的实施方式中，第一取料吸嘴411也可设置透光孔。

综上所述，第一粗定位机构1包括第一料盘承载台11、第一粗调运动系统12和第一粗调视觉反馈系统13，第二粗定位机构1’包括第二料盘承载台11’、第二粗调运动系统12’和第二粗调视觉反馈系统13’；第一料盘承载台11用于盛放装有第一物料的料盘15，第二料盘承载台11’用于盛放装有第二物料的料盘15’；第一粗调运动系统12与第一粗调视觉反馈系统13相互配合，实现对第一料盘承载台11上待贴装的第一物料进行初步定位；第二粗调运动系统12’与第二粗调视觉反馈系统13’相互配合，实现对第二料盘承载台11’上待贴装的第二物料进行初步定位。

与第一粗定位机构1和第二粗定位机构1’对应地，取料系统4包括第一取料系统4和第二取料系统4’，其中，第一取料系统4包括第一取料臂组41和第一取料滑动组42，第二取料系统4’包括第二取料臂组41’和第二取料滑动组42’；第一取料滑动组42带动第一取料臂组41在贴装载物台5与第一料盘承载台11之间滑动，将第一料盘承载台11上已粗调对位的第一物料搬运至贴装载物台5；第二取料滑动组42’带动第二取料臂组41’在贴装载物台5与第二料盘承载台11’之间滑动，将第二料盘承载台11’上已粗调对位的第二物料搬运至贴装载物台5上方、精调视觉反馈系统7的下方。

参考图1和图4所示，初步定位后，第一取料臂组41在第一取料滑动组42的带动下沿第一水平方向和竖直方向移动，以通过第一取料吸嘴411吸取料盘承载台11上的硅基板14，并将硅基板14搬运至贴装载物台5上。另外，第二取料臂组41’在第二取料滑动组42’的带动下沿第二水平方向和竖直方向移动，以通过第二取料吸嘴411’吸取料盘承载台11上的芯片基板14’，并将芯片基板14’搬运至贴装载物台5上方、精调视觉反馈系统7的下方。由于精调视觉反馈系统7和第二粗调视觉反馈系统13’的连线与精调视觉反馈系统7和第一粗调视觉反馈系统13的连线相垂直，且粗定位后芯片基板14’和硅基板14各自位于对应的粗调视觉反馈系统13的视场中心，因此，第一水平滑动组和第二水平滑动组相互垂直地设置。当然，考虑到工作台3的平衡性，第一取料系统4和第二取料系统4’的布置也可以是其他形式，在此不再列举。

本发明还提供一种自动贴片方法，其应用于自动贴片装置，包括：初步定位：粗定位机构1分别对待贴装的芯片基板14’和硅基板14进行初步定位；取料：取料系统4分别将已粗调对位的硅基板14搬运至贴装载物台5上，将芯片基板14’吸取至已放置在贴装载物台5的硅基板14的上方、精调视觉反馈系统7的下方；精调：保持芯片基板14’位置和方向不动，精调视觉反馈系统7提供硅基板14的位置以及硅基板14与芯片基板14’间的相对位置反馈，控制精调运动系统6对硅基板14的位置和角度进行微调，使硅基板14与芯片基板14’精确对位；贴装：取料系统4下压芯片基板14’，将芯片基板14’贴装到硅基板14上，完成贴装。

继续参见图4所示，所述精调运动系统6包括精调滑台61和精调旋转台62；所述精调滑台61安装于所述工作台3上，所述精调旋转台62设于所述精调滑台61上；所述精调滑台61带动所述精调旋转台62及贴装载物台5移动，所述精调旋转台62带动所述贴装载物台5转动，对置于所述贴装载物台5上的物料与贴装载物台5上方所述取料模组上的物料进行精确对位。由于取料吸嘴411的特殊结构，精调视觉反馈系统7在贴装过程中可以实时获取不同高度上的位置，由后台计算出偏移量。通过精调滑台61矫正硅基板14在水平面内的位置，精调旋转台62调节硅基板14与芯片基板14’间的角度，精调滑台61和精调旋转台62配合运动，将硅基板14对齐芯片上的基准位置。优选地，所述精调滑台61包括两个滑动方向相互垂直的线性精调滑台结构。

综上所述，本发明提供的自动贴片装置由于设置了粗定位机构1，一方面，对待贴装物料提前进行初步定位，提高了贴装机构对贴装物料进行精调对位的效率；另一方面，在贴装机构进行物料精调和贴装工作的同时，粗定位机构可对下一待贴装物料进行粗调对位，二者协同工作，大大提高了生产效率和贴装精度；配合视觉反馈系统对物料进行粗调和精调对位，有效提高了贴装精度。

具体的，比如通过粗定位机构、精调运动系统6和各视觉反馈系统（13、13’、7）之间的相互配合，在贴装过程中组成一个可自行调节位置的闭环系统，有效提高了贴装精度。而且，在取料前先分别粗定位芯片基板14’和硅基板14，再取料进行贴装，以此提高效率，减少贴装时的调整时间；调整位置过程，保持贴装产品（如芯片基板14’）只在垂直方向上移动，水平位置不变，保持硅基板14垂直方向固定，只调整硅基板14的位置和角度以趋近最终位置的贴装方法，可减少大量的反复调整对位的时间，有效提高了贴装效率。经测试，可达到每完成一次贴装总用时≤45秒，贴装精度≤±3μm，相比现有技术取得了明显的进步。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。