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高精度倒装焊机光学对位系统研制及算法研究

韩冰 马洪涛 许洪刚 闫瑛 鞠德晗 赵纯玉

韩冰, 马洪涛, 许洪刚, 闫瑛, 鞠德晗, 赵纯玉. 高精度倒装焊机光学对位系统研制及算法研究[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(3): 587-595. doi: 10.37188/CO.2022-0101
引用本文: 韩冰, 马洪涛, 许洪刚, 闫瑛, 鞠德晗, 赵纯玉. 高精度倒装焊机光学对位系统研制及算法研究[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(3): 587-595. doi: 10.37188/CO.2022-0101
HAN Bing, MA Hong-tao, XU Hong-gang, YAN Ying, JU De-han, ZHAO Chun-yu. Development and algorithm research of optical alignment system for a high precision flip chip bonder[J]. Chinese Optics, 2023, 16(3): 587-595. doi: 10.37188/CO.2022-0101
Citation: HAN Bing, MA Hong-tao, XU Hong-gang, YAN Ying, JU De-han, ZHAO Chun-yu. Development and algorithm research of optical alignment system for a high precision flip chip bonder[J]. Chinese Optics, 2023, 16(3): 587-595. doi: 10.37188/CO.2022-0101

高精度倒装焊机光学对位系统研制及算法研究

doi: 10.37188/CO.2022-0101
基金项目: 吉林省重点科技研发项目(No. 20200401047GX)
详细信息
    作者简介:

    韩 冰(1981—),男,吉林长春人,现任中国科学院长春光学精密机械与物理研究所质检中心副主任,副研究员,主要从事光学测试技术研究和检测仪器的开发工作。E-mail:hanbing@ciomp.ac.cn

    许洪刚(1991—),男,山东临沂人,硕士,助理研究员,2014年、2018年于东北林业大学分别获得学士、硕士学位,主要从事光电测量技术方面的研究。E-mail:nefuxhg@163.com

  • 中图分类号: TN605

Development and algorithm research of optical alignment system for a high precision flip chip bonder

Funds: Supported by Science and Technology R&D Project of Jilin Province (No. 20200401047GX)
  • 摘要:

    针对国内红外焦平面倒装焊机对高精度光学对位系统的迫切需求,对光学对位系统进行了设计及验证,并对该系统用到的平行调整、光学对位及坐标系误差补偿算法进行研究。文章首先对倒装焊接光学对位工艺进行分析;然后对平行性调整及光学对位算法进行介绍,并根据光学对位系统测试流程,提出更加合理的误差补偿算法;最后,以上述算法为理论依据,设计光学对位系统,其包括准直系统、显微成像系统和激光测距三部分。所设计的光学系统可实现平行性粗调,特征点识别及平行性精调功能。试验结果表明,准直系统准直效果较好,显微成像系统分辨率高,成像质量较好,激光测距系统的测距精度为0.084 μm。设计的高精度光学对位系统解决了国内红外焦平面倒装焊机对高精度光学对位系统的迫切需求,已经在国内某型号的倒装焊机中得到应用,对于提高国产高端集成电路的自主研发和生产能力具有非常重要的意义。

     

  • 图 1  倒装焊接工艺流程图

    Figure 1.  The flow chart of the flip chip bonder process

    图 2  倒装焊接机工作坐标系

    Figure 2.  The working coordinate system of the flip chip bonder

    图 3  平面旋转模型

    Figure 3.  The plane rotation model

    图 4  光学对位模型

    Figure 4.  The optical alignment model

    图 5  基板平台坐标系与光学对位系统坐标系误差模型

    Figure 5.  The error model of the coordinate systems of the substrate platform and the optical alignment system

    图 6  焊接后坐标系误差模型

    Figure 6.  The error model of the coordinate system after bonding

    图 7  光学对位系统图

    Figure 7.  The optical alignment system

    图 8  光学对位系统装机图

    Figure 8.  The diagram of the optical alignment system assembly

    图 9  准直系统测试效果

    Figure 9.  Test effects of the collimation system

    图 10  显微成像效果

    Figure 10.  The effect of microscopic imaging

    图 11  激光测距验证系统

    Figure 11.  The laser ranging verification system

    表  1  激光测距结果

    Table  1.   Results of laser ranging

    位置参数(μm)激光探测器参数
    第1次第2次第3次第4次第5次第6次
    01.3961.4331.4171.4251.4151.402
    21.6221.6381.6431.6391.6151.645
    41.8131.8581.8261.8441.8321.822
    62.1232.2062.1432.1892.1682.202
    82.6152.7042.6872.7122.6672.711
    103.2473.3453.3163.3353.3563.268
    123.8583.9413.8543.9033.8843.862
    144.2344.4044.3024.2974.4834.333
    164.6544.6994.6844.7254.6554.708
    184.6134.6214.594.6254.5924.564
    204.2214.5854.3394.5024.4584.48
    223.7783.7863.6233.6823.6983.631
    242.4022.5162.5292.5152.5642.488
    261.1151.1161.2521.2121.2031.415
    聚焦点(μm)15.5515.5615.6115.5715.5815.63
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-23
  • 修回日期:  2022-06-14
  • 网络出版日期:  2022-09-29

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