專利名稱：用于ic封裝的放大成像視覺定位裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于IC封裝的放大成像視覺定位裝置，屬于MEMS加工制造領域的應用裝置技術。
背景技術：
“引線鍵合”作為IC封裝的重要技術，其封裝形式占IC封裝的90％以上。隨著芯片的微型化，其I/O密度大幅度提高，引線間距越來越小；面對更高生產效率的需求，對封裝速度也提出了苛刻要求。因此，高速、高精密已成為引線鍵合設備的重要發(fā)展趨勢。在自動引線鍵合過程中，芯片和引線框架的鍵合區(qū)相對于取樣位置在x和y方向上可能有一定程度的錯位，為了保證鍵合精度，自動引線鍵合機的計算機視覺系統(tǒng)就要測量出實際芯片和框架的位置偏差量并通過X、Y驅動臺來補償這一位置偏差。為了實現高精度的位置偏差測量，引線鍵合機的光學系統(tǒng)的放大率一般為30倍或以上。同時為了工作的方便，通常需要40～50mm以上的工作物距。通常的顯微鏡的工作原理就不適用了。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于IC封裝的放大成像視覺定位裝置。該裝置采用正負透鏡實現兩級放大，工作物距為50mm，放大倍數為30倍。特別適用于IC封裝的視覺定位。
本發(fā)明通過以下技術方案予以實現。用于IC封裝的放大成像視覺定位裝置(參考附圖1)，該裝置以紅光LED為照明光源，依據光學的放大和成像原理設計，并加工制造而成。其特征在于包括三段鏡筒構成的主鏡筒7，在主鏡筒7內設置雙膠合負透鏡19，主鏡筒兩端分別設置半透半反鏡17和平面反射鏡20，雙膠合負透鏡19與半透半反鏡17之間的距離為166.25mm，雙膠合負透鏡19與平面反射鏡20之間的距離為221.25mm；在主鏡筒7設置半透半反鏡的一端處，垂直主鏡筒7設置透反鏡鏡筒3，該透反鏡鏡筒3的上面是凸透鏡鏡筒1，安裝凸透鏡16；下面是雙膠合正透鏡鏡筒6，安裝雙膠合正透鏡18，凸透鏡16與雙膠合正透鏡18之間的距離為90mm，其中雙膠合正透鏡18與半透半反鏡17之間的距離為55mm，由雙膠合正透鏡18、半透半反鏡17和凸透鏡16共同構成了照明系統(tǒng)的光路；在主鏡筒7的另一端設置垂直的角鏡筒9，角鏡筒9上面設置CCD攝像機13，其中雙膠合負透鏡19與CCD攝像機13之間的距離為175mm，由雙膠合正透鏡18、半透半反鏡17、雙膠合負透鏡19及CCD攝像機13構成放大及成像光路。
上述的雙膠合正透鏡18的焦距為f’＝45mm，物距為l＝-50mm，垂軸放大率為β＝-9倍。雙膠合負透鏡19的焦距為f’＝-77mm，物距為l＝180mm，垂軸放大率為β＝3.34倍。
本發(fā)明在大物距高放大倍率的光學系統(tǒng)成像原理的基礎上，設計了用于IC封裝的放大成像視覺定位裝置。該裝置適用于微小物體的圖像獲取，尤其適用于作為IC封裝主要設備的引線鍵合機的光學系統(tǒng)，還可用于MEMS器件的微組裝過程。該系統(tǒng)具有工作物距大，放大倍率高，成像效果清晰穩(wěn)定的特點，且光路長度和放大倍數可適當調節(jié)。
圖1為本發(fā)明裝置整體外部結構示意圖。
圖中1為凸透鏡鏡筒，6為雙膠合正透鏡鏡筒，2、5、8為鎖緊螺母，3為透反鏡鏡筒，4、11為固定螺釘及螺母，7為主鏡筒，9為角鏡筒，10為擋板，12為安裝CCD的鏡筒，13為CCD攝像機，14為調節(jié)螺釘。
圖2為本發(fā)明裝置成像光路原理圖。
圖中15為紅色LED光源，16為凸透鏡，17為半透半反鏡，18為雙膠合正透鏡，19為雙膠合負透鏡，20為平面反射鏡。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
圖1是本發(fā)明裝置整體外部結構示意圖。將照明系統(tǒng)與成像系統(tǒng)綜合考慮，并考慮到工作空間等因素，將整個光學系統(tǒng)設計為轉折光路的結構。整體長度為320mm左右，照明系統(tǒng)一測(不包含紅色LED光源15)長度為100mm左右，安裝CCD攝像機一測(不包括CCD攝像機13)的長度大約為100mm；主鏡筒7外部為階梯結構，最大直徑處為50mm(該尺寸可根據主鏡筒內部所安裝透鏡的直徑設計)。凸透鏡16的安裝鏡筒1與透反鏡安裝鏡筒3之間、雙膠合正透鏡18的安裝鏡筒6與透反鏡安裝鏡筒3之間、角鏡筒9與安裝CCD的鏡筒12之間均采用螺紋連接，方便調節(jié)各透鏡之間的距離；在主鏡筒7內設有平面定位結構，使主鏡筒7與角鏡筒9只能進行相對的滑動而避免轉動，從而保證半透半反鏡17與平面反射鏡20之間的相對位置；當鏡筒中各透鏡調節(jié)到合適的相對位置時，使用鎖緊螺母2、5、8及調節(jié)螺釘14固定。采用此結構可以調節(jié)各透鏡間的距離，且透鏡鏡片可以更換。通過調節(jié)鎖緊螺母2、5，凸透鏡16的安裝鏡筒1、雙膠合正透鏡18的安裝鏡筒6，可以改變照明系統(tǒng)中的凸透鏡16與雙膠合正透鏡18之間、及兩個透鏡與半透半反鏡16之間的距離。通過調節(jié)調節(jié)螺釘14和鎖緊螺母8，可以調節(jié)鏡筒主體的長度，亦可改變雙膠合正透鏡18與雙膠合負透鏡19之間、雙膠合負透鏡19與CCD攝像機13之間的距離。通過微調各透鏡之間的距離可以實現良好的聚焦，通過物距的改變可以實現放大倍數的微調。
圖2是本發(fā)明裝置成像光路原理圖。雙膠合正透鏡18、雙膠合負透鏡19以及CCD攝像機13共同構成了成像系統(tǒng)；雙膠合正透鏡18、凸透鏡16及紅色LED光源15共同構成照明系統(tǒng)。其中被照物面的像經過雙膠合正透鏡18放大一次；光線通過半透半反鏡17后，部分光線穿過鏡片到達凸透鏡16，而另一部分光線經過半透半反鏡17的反射到達雙膠合負透鏡19進行第二次放大，并通過平面反射鏡20的反射到達CCD攝像機13，從而實現工作物面的放大圖像的拍攝。在照明系統(tǒng)方面，紅色LED光源15發(fā)出的紅光經過凸透鏡16、半透半反鏡17以及雙膠合正透鏡18成像在工作物面上，從而形成良好的照明。雙膠合正透鏡18與凸透鏡16的焦距均為f’＝45mm、直徑均為28mm，雙膠合負透鏡19的焦距為f’＝-77mm、直徑為40mm，透反鏡(半透半反鏡17)的鏡片可以采用半透半反鏡，亦可以采用其他透反比例，根據成像效果和照明要求而定。
本發(fā)明工作時，須將裝置垂直放置在工作區(qū)域上側，使鏡筒的主體部分水平并使雙膠合正透鏡18對準工作區(qū)域，雙膠合正透鏡18與工作平面之間的距離為50mm，調節(jié)各鏡筒中透鏡的相對位置，使其成清晰的圖像。本發(fā)明裝置系統(tǒng)放大率為-30倍，工作距離為50毫米。系統(tǒng)采用紅色LED照明，只對紅光校單色像差即可。由于系統(tǒng)的物方視場角小于0.5°，只須校正球差。
權利要求
1.一種用于IC封裝的放大成像視覺定位裝置，該裝置以紅光LED為照明光源，依據光學的放大和成像原理設計和加工制造而成，其特征在于該裝置包括由三段鏡筒構成的主鏡筒(7)，在主鏡筒(7)內設置雙膠合負透鏡(19)，主鏡筒兩端分別設置半透半反鏡(17)和平面反射鏡(20)，雙膠合負透鏡(19)與半透半反鏡(17)之間的距離為166.25mm，雙膠合負透鏡(19)與平面反射鏡(20)之間的距離為221.25mm；在主鏡筒(7)設置半透半反鏡的一端處，垂直主鏡筒(7)設置透反鏡鏡筒(3)，該透反鏡鏡筒(3)的上面是凸透鏡鏡筒(1)，安裝凸透鏡(16)；下面是雙膠合正透鏡鏡筒(6)，安裝雙膠合正透鏡(18)，凸透鏡(16)與雙膠合正透鏡(18)之間的距離為90mm，其中雙膠合正透鏡(18)與半透半反鏡(17)之間的距離為55mm，由雙膠合正透鏡(18)、半透半反鏡(17)和凸透鏡(16)共同構成了照明系統(tǒng)的光路；在主鏡筒(7)的另一端設置垂直的角鏡筒(9)，角鏡筒(9)上面設置CCD攝像機，其中雙膠合負透鏡(19)與CCD攝像機(13)之間的距離為175mm，由雙膠合正透鏡(18)、半透半反鏡(17)、雙膠合負透鏡(19)及CCD攝像機(13)構成放大及成像光路。
2.按照權利要求1所述的用于IC封裝的放大成像視覺定位裝置，其特征在于雙膠合正透鏡(18)的焦距為f’＝45mm，物距為l＝-50mm，垂軸放大率為β＝-9倍；雙膠合負透鏡(19)的焦距為f’＝-77mm，物距為l＝180mm，垂軸放大率為β＝3.34倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于IC封裝的放大成像視覺定位裝置，屬于MEMS加工制造領域的應用裝置技術。該裝置包括主鏡筒，在主鏡筒內設置雙膠合負透鏡，主鏡筒兩端分別設置半透半反鏡和平面反射鏡，在主鏡筒設置半透半反鏡的一端處，垂直主鏡筒設置透反鏡鏡筒，其上面是凸透鏡鏡筒，安裝凸透鏡；下面是雙膠合正透鏡鏡筒，安裝雙膠合正透鏡；在主鏡筒的另一端設置垂直的角鏡筒，角鏡筒上面設置CCD攝像機。本裝置實現50mm工作距離下的30倍垂軸放大，具有微調結構能實現良好的聚焦和放大倍數的微調，工作物距大，放大倍率高，成像效果清晰穩(wěn)定。本發(fā)明適用于微小物體的圖像獲取，其原理特別適用于IC芯片封裝，還可用于MEMS器件的微組裝過程。
文檔編號G02B27/00GK101055341SQ200710057160
公開日2007年10月17日 申請日期2007年4月17日 優(yōu)先權日2007年4月17日
發(fā)明者張大衛(wèi), 王以忠, 李君蘭, 趙興玉, 孔凡芝 申請人:天津大學