專利名稱：柔性激光植球機(jī)的焊盤(pán)視覺(jué)識(shí)別與定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔性激光植球機(jī)的焊盤(pán)視覺(jué)識(shí)別與定位系統(tǒng)，可用于半導(dǎo)體封裝裝備中的精密定位，屬于視覺(jué)識(shí)別與定位、先進(jìn)電子制造和機(jī)電一體化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
球柵陣列(BGA)封裝技術(shù)是近兩年才在電子封裝工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用的一種最新的尖端電子封裝技術(shù)。采用BGA封裝形式，植球技術(shù)就成為國(guó)產(chǎn)BGA封裝IC的主要瓶頸。隨著B(niǎo)GA封裝的大發(fā)展，預(yù)計(jì)在最近幾年內(nèi)采用BGA封裝的IC將成為我國(guó)集成電路的主流。植球技術(shù)的關(guān)鍵操作是對(duì)BGA芯片上的焊盤(pán)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。植球過(guò)程中運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度也直接關(guān)系到植球的完成質(zhì)量。柔性激光植球技術(shù)屬全新概念的植球技術(shù)，目前還未見(jiàn)有相同的具有實(shí)用化與商品化水平的設(shè)備。實(shí)驗(yàn)室中已有完成此功能的手動(dòng)植球裝備，但該類裝備只能提供一定程度上的精度保證，人為因素很大，是主要的誤差來(lái)源。如國(guó)家發(fā)明專利《焊球植入裝置》(申請(qǐng)?zhí)?3241231)借助顯微鏡，人工識(shí)別將要返修的焊盤(pán)，并定位焊盤(pán)位置后植入焊球。雖然該類植球裝備可以完成返修時(shí)焊球植入功能，但是由于完全依靠人工識(shí)別與定位焊盤(pán)，因此植球工作勞動(dòng)強(qiáng)度大，焊盤(pán)定位精度和重復(fù)定位精度以及植球效率低，生產(chǎn)效率極其低下，系統(tǒng)可靠性大大下降。因此該類裝備不便于普及、推廣和商用化，更不能滿足BGA芯片小型化、高密度I/O數(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種柔性激光植球機(jī)的焊盤(pán)視覺(jué)識(shí)別與定位系統(tǒng)，性能穩(wěn)定，成本低廉，能準(zhǔn)確識(shí)別和定位芯片上焊盤(pán)的位置信息，保證激光植球機(jī)能準(zhǔn)確地完成焊球植入動(dòng)作，可應(yīng)用于多類型、不同尺寸的BGA芯片的焊球植入工作。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的柔性激光植球機(jī)的焊盤(pán)視覺(jué)識(shí)別和定位系統(tǒng)主要部件有X-Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，BGA芯片，環(huán)形LED光源，鏡頭，CCD攝像機(jī)，圖像采集卡，個(gè)人電腦(PC)，圖像處理軟件，運(yùn)動(dòng)控制器，固定支架，植球頭。在已安裝好植球頭的固定支架上，安裝一個(gè)CCD攝像機(jī)，鏡頭通過(guò)C接口與CCD攝像機(jī)相連，同時(shí)緊固在支架上，防止松動(dòng)。在CCD攝像機(jī)和鏡頭與支架固聯(lián)時(shí)，應(yīng)使其中軸線與植球頭中軸線相互平行，并在不互相干涉的條件下盡可能互相靠近。然后在攝像機(jī)正下方安裝一個(gè)環(huán)形LED光源，目的是避免周圍光線變化對(duì)后期圖像處理和系統(tǒng)定位精度的影響。環(huán)形LED光源的類型與尺寸可根據(jù)植球裝備的實(shí)際外部環(huán)境、視野大小、芯片物體的外形與顏色以及預(yù)留的空間尺寸等因素進(jìn)行選擇。CCD攝像機(jī)通過(guò)視頻線與安裝于PC機(jī)內(nèi)的圖像采集卡相連，植球頭下方的X-Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上放置BGA芯片，X-Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器與PC機(jī)相連。工作時(shí)，CCD攝像機(jī)拍攝下的圖像信號(hào)經(jīng)由圖像采集卡數(shù)字化后送入PC機(jī)內(nèi)存，然后由PC機(jī)運(yùn)行圖像處理軟件做進(jìn)一步處理與分析，找到焊盤(pán)的中心位置，然后通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器控制X-Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，使芯片上焊盤(pán)移動(dòng)到植球頭正下方，完成植球動(dòng)作。
本發(fā)明中的CCD攝像機(jī)可以自動(dòng)獲取焊盤(pán)的中心位置信息，大大增加激光植球機(jī)的柔性，降低了植球裝備對(duì)機(jī)械部分的精度要求和傳感器數(shù)量，大大降低了成本；系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)原理簡(jiǎn)單、可靠，抗外界干擾強(qiáng)、靈敏度和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，能適應(yīng)多類型、不同尺寸的BGA芯片的焊球植入與返修工作；具有焊盤(pán)視覺(jué)識(shí)別與定位系統(tǒng)的柔性激光植球裝備能自動(dòng)、半自動(dòng)的準(zhǔn)確定位焊盤(pán)，并植入焊球，生產(chǎn)效率高，可在國(guó)內(nèi)外推廣應(yīng)用，具有很大的商用價(jià)值。若針對(duì)已有激光植球裝備改造，本發(fā)明系統(tǒng)不需要對(duì)原有裝備做任何特殊的硬件改造，便能應(yīng)用于多類型、不同尺寸的BGA芯片的焊球植入工作。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，X-Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1，BGA芯片2，環(huán)形LED光源3，鏡頭4，CCD攝像機(jī)5，圖像采集卡6，個(gè)人電腦(PC)7，圖像處理軟件8，運(yùn)動(dòng)控制器9，固定支架10，植球頭11。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，在已安裝好植球頭11的固定支架10上，安裝一個(gè)CCD攝像機(jī)5，鏡頭4通過(guò)C接口與CCD攝像機(jī)5相連，鏡頭4同時(shí)緊固在固定支架10上，防止松動(dòng)。在CCD攝像機(jī)5和鏡頭4與固定支架10固聯(lián)時(shí)，應(yīng)使其中軸線與植球頭11的中軸線相互平行，并在不互相干涉的條件下盡可能互相靠近。然后在鏡頭4正下方安裝一個(gè)環(huán)形LED光源3，目的是避免周圍光線變化對(duì)后期圖像處理和系統(tǒng)定位精度的影響。環(huán)形LED光源3的類型與尺寸可根據(jù)植球裝備的實(shí)際外部環(huán)境、視野大小、BGA芯片2的外形與顏色以及預(yù)留空間尺寸等因素進(jìn)行選擇。CCD攝像機(jī)5通過(guò)視頻線與安裝于PC機(jī)7內(nèi)的圖像采集卡6相連，植球頭11下方的X-Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1上放置BGA芯片2，X-Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器9與PC機(jī)7相連。
工作時(shí)，CCD攝像機(jī)5拍攝下的圖像信號(hào)經(jīng)由圖像采集卡6數(shù)字化后送入PC機(jī)7內(nèi)存，然后由PC機(jī)7運(yùn)行圖像處理軟件8做進(jìn)一步處理與分析，找到焊盤(pán)的中心位置，然后通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器9控制X-Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1，使BGA芯片2上的焊盤(pán)移動(dòng)到植球頭11正下方，完成植球動(dòng)作。
具有焊盤(pán)視覺(jué)識(shí)別與定位系統(tǒng)的柔性激光植球機(jī)能分別工作于半自動(dòng)、全自動(dòng)植入焊球兩種工作模式，其工作過(guò)程分別描述如下。
1.返修時(shí)的半自動(dòng)焊球植入模式首先將要返修的BGA芯片2放在X-Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1上，啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器9，使BGA芯片2上要返修的焊盤(pán)位于CCD攝像機(jī)5視野內(nèi)。由CCD攝像機(jī)5抓取圖像并顯示在PC機(jī)7屏幕上。接著在屏幕上選取包含需返修焊盤(pán)的一小塊區(qū)域，圖像處理軟件8就自動(dòng)對(duì)該區(qū)域圖像進(jìn)行處理，提取出焊盤(pán)的中心位置。然后通過(guò)預(yù)先標(biāo)定好的CCD攝像機(jī)5與植球頭11間的空間位姿變換關(guān)系，把焊盤(pán)相對(duì)于圖像坐標(biāo)系的位置信息變換到運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)坐標(biāo)系中，并把變換后的位置信息傳給運(yùn)動(dòng)控制器9來(lái)控制X-Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1，使需植球的焊盤(pán)移動(dòng)到植球頭正下方，然后植入焊球。上述過(guò)程循環(huán)進(jìn)行，直到BGA芯片2上所有需返修的焊盤(pán)都植入焊球?yàn)橹埂?br> 2.全自動(dòng)焊球植入模式首先將需要全部植球的BGA芯片2放在X-Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)1上，啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器9，使BGA芯片2上包含的預(yù)定義特征(如十字標(biāo)架，特殊的焊盤(pán))位于CCD攝像機(jī)5視野內(nèi)，由CCD攝像機(jī)5抓取圖像并顯示在PC機(jī)7屏幕上。接著導(dǎo)入該BGA芯片2的描述文件(設(shè)計(jì)時(shí)生成的各焊盤(pán)在基板上的坐標(biāo)及預(yù)定義特征信息)和相對(duì)應(yīng)的特征模板文件。圖像處理軟件8就自動(dòng)在實(shí)時(shí)抓取的圖像中查找特征模板，找到后返回特征模板在圖像中的坐標(biāo)信息。然后通過(guò)預(yù)先標(biāo)定的CCD攝像機(jī)5與植球頭11間的空間位姿變換關(guān)系，把特征相對(duì)于圖像坐標(biāo)系的位置信息變換到運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)坐標(biāo)系中。結(jié)合已知的BGA芯片2的描述文件計(jì)算出各焊盤(pán)相對(duì)于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)坐標(biāo)系的位置信息，并把變換后的位置信息傳給運(yùn)動(dòng)控制器9，使每個(gè)需植球的焊盤(pán)依次移動(dòng)到植球頭11正下方，由植球頭11植入焊球。上述過(guò)程循環(huán)進(jìn)行，直到所有需植球的BGA芯片2上的焊盤(pán)都植入焊球?yàn)橹埂?br> 權(quán)利要求
1.一種柔性激光植球機(jī)的焊盤(pán)視覺(jué)識(shí)別與定位系統(tǒng)，其特征在于在已安裝好植球頭(11)的固定支架(10)上安裝一個(gè)CCD攝像機(jī)(5)，同樣緊固在固定支架(10)上的鏡頭(4)通過(guò)C接口與CCD攝像機(jī)(5)相連，CCD攝像機(jī)(5)和鏡頭(4)的中軸線與植球頭(11)的中軸線相互平行，并在不互相干涉的條件下互相靠近，鏡頭(4)正下方安裝一個(gè)環(huán)形LED光源(3)，CCD攝像機(jī)(5)通過(guò)視頻線與安裝于PC機(jī)(7)內(nèi)的圖像采集卡(6)相連，植球頭(11)下方的X-Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(1)上放置球柵陣列芯片(2)，X-Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(1)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器(9)與PC機(jī)(7)相連。
全文摘要
一種柔性激光植球機(jī)的焊盤(pán)視覺(jué)識(shí)別與定位系統(tǒng)，在裝好植球頭的固定支架上安裝CCD攝像機(jī)，攝像機(jī)和鏡頭的中軸線與植球頭的中軸線相互平行，并在不互相干涉的條件下盡可能互相靠近，鏡頭正下方安裝環(huán)形LED光源，避免周圍光線變化對(duì)后期圖像處理和系統(tǒng)定位精度的影響，攝像機(jī)與安裝于PC機(jī)內(nèi)的圖像采集卡相連，植球頭下方的X－Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器與PC機(jī)相連。本發(fā)明能自動(dòng)、半自動(dòng)的準(zhǔn)確定位焊盤(pán)并植入焊球，將攝像機(jī)攝下的圖像信號(hào)經(jīng)由圖像采集卡數(shù)字化后送入PC機(jī)內(nèi)存，由圖像處理軟件做進(jìn)一步處理與分析，找到焊盤(pán)的中心位置，再通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器控制X－Y軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，使芯片上焊盤(pán)移動(dòng)到植球頭正下方，完成植球動(dòng)作。
文檔編號(hào)B23K26/00GK1719591SQ200510025779
公開(kāi)日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2005年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月12日
發(fā)明者丁漢, 朱利民, 熊振華, 羅紅根 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)