本发明专利技术提供大功率LED共晶焊接中基板与芯片的匹配方法，首先对芯片样图和基板样图进行预处理，其次检测样图中的直线，并根据直线主方向触发机械手对芯片样图和基板样图进行初步校正，然后运用八邻域连通域算法定位基板样图上的两个小孔，将定位到的信息反馈到控制系统，驱动机械手再次对基板样图进行校正；运用投影算法定位倒装芯片样图上芯片的正极，触发机械手再次对芯片样图进行校正。最后通过计算基板上小孔的位置与芯片样图上芯片的四个顶点来完成它们之间的匹配。本发明专利技术首次创新地完成了共晶焊接中的基板与倒装芯片图的快速、高效的匹配。利用本发明专利技术提供的方法，LED共晶焊接中的图像匹配技术能更好地达到实时应用的要求。
【技术实现步骤摘要】
大功率LED共晶焊接中基板与芯片的匹配方法
本涉及大功率LED共晶焊接
，特别是涉及大功率LED共晶焊接中基板与芯片的匹配方法。
技术介绍
在LED的芯片制造、模组封装和产品应用三个方面，封装工艺和设备更接近于市场，对产业的推动作用更为直接。其中，共晶焊技术是下一代倒装大功率LED芯片封装工艺中最为关键的核心技术之一，共晶焊技术的好坏会直接影响到大功率LED模组的发光效率、寿命、散热性能和终端产品质量。最近几年，我国企业和学者开始着手LED共晶焊工艺和设备的研究，一部分企业通过模仿、改造已经实现了手工LED共晶焊机的国产化；还有一些企业根据自动化贴片机的结构研发出半自动的LED共晶焊机，但是由于贴片机无法解决LED封装过程中芯片氧化、键合压力变化、接触面空洞率等核心问题，所以通过自动化贴片机改造的LED固晶设备无法商用。国外相关核心研究和技术成果主要集中在Cree、Lumileds、Osram等国外LED知名企业。Cree公司已经推出了共晶焊接大功率LED系列产品EZ900，但是由于工艺复杂，而且需要使用回流焊接加热工艺，所以还存在产量低、芯片氧化、浮焊现象、空洞率高等缺点。攻克全自动、可量产的共晶焊设备的核心技术很难一蹴而就，需要解决智能视觉检测和定位算法。随着下一代大功率LED芯片模组的集成封装密度越来越高，给视觉检测的精度、速度和可靠性提出了越来越高的要求。LED芯片与陶瓷基板的高精度位置匹配系统是共晶焊接过程中的至关重要的关键技术之一。特别是对于大功率倒装LED芯片，其正负电极靠得很近，在焊接过程中如果LED芯片与陶瓷基板中间的位置关系稍有偏差就会造成短路；另外LED芯片与陶瓷基板的高精度匹配也是实现最高的散热效率的关键所在。同时，现有的LED芯片与陶瓷基板的自动匹配过程中，匹配速度较慢，实时的精确配准仍是难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供大功率LED共晶焊接中基板与芯片的匹配方法，保证基板与倒装LED芯片图像匹配的准确性的基础上，降低传统工艺上图像匹配技术需要处理的计算量，提高图像匹配的速度，达到实时应用的目的。本专利技术采用的技术方案为:大功率LED封装共晶焊接中的基板与芯片的匹配技术，包括基板与芯片图像的预处理、基板与芯片的校正和芯片在基板上的定位匹配。所述基板与芯片的预处理包括以下步骤:(I)将基板样本图和芯片样本图进行灰度化和滤波；(2)边缘检测，得到边缘检测图像；(3)对边缘检测图像进行二值化，得到二值化图像；所述基板与芯片的校正包括以下步骤:(4)检测二值化图像中的直线，并确定直线主方向，将主方向的信息反馈到处理器，触发机械手对基板和芯片进行初步校正；(5)利用连通域法对基板上的两个小孔进行定位，根据小孔的位置触发机械手对基板进行再次校正；(6)运用投影算法对LED芯片样本图像投影，得到LED芯片样本图的投影图；通过投影图定位芯片图的四个边界顶点，然后根据投影图以及芯片的特征来判断LED芯片的正负极，将检测到的芯片样图的信息反馈到处理器，触发机械手对倒装LED芯片进行再次校正；所述芯片在基板上的定位匹配包括以下步骤:(7)根据步骤(6)所述芯片图的四个边界顶点确定芯片的位置，并将其位置信息反馈到处理器，进而将机械手移动到芯片的正上方区域；(8)根据基板上两小孔的中心位置，驱动机械手将芯片移至基板上相应的位置，完成LED芯片在基板上的焊接过程。所述步骤(1)是对原始的基板样图和芯片样图进行灰度化和滤波得到每点的像素值都在O~255范围内的灰度图。由于基板图和LED芯片图的特征信息有很大差异，所以应采用不同尺度的滤波窗口进行滤波。所述步骤(2)对滤波之后的基板样图和芯片样图都进行边缘检测，是为了提取样图的轮廓，减少计算量，便于后续处理。所述步骤(3)采用图像二值化算法对基板和芯片的边缘检测图分别进行二值化处理，是为了后续连通域提取与定位。经过步骤(1)~(3)，就完成了基板样图与LED芯片样图的预处理过程。所述步骤(4)检测基板和芯片的二值化图像中的直线，统计直线并确定主方向，根据主方向的斜率对图像进行初步校正。确定主方向的过程如下:(A)计算图像中每条直线L的斜率以及与水平方向的夹角α ；(B)将π划分为η(η>1)个区间，根据直线与水平方向的夹角α来决定直线所在的区间。统计每个区间内直线的个数，找出区间内直线数最多的那个区间并记录此区间，计算落入此区间内的所有直线与水平方向的夹角α，并计算出该区间内α的平均值?，I即为直线主方向。(C)根据直线主方向驱动机械手对基板样图和芯片样图进行旋转校正。所述步骤(5)用连通域算法检测出基板样图上的各连通域，并确定其外接矩形；根据连通域的宽高比、面积大小、外接矩形四个顶点坐标等几何特征，定位基板样图上用于固定芯片的两个小孔的外接矩形，确定这两个小孔的中心位置；如果检测出来的两个小孔的垂直坐标大于基板样图高度的一半，将图像进行旋转180°，保证两小孔在基板样图的上方。所述步骤(6)用投影算法得到的LED芯片样图的水平方向的投影图和垂直方向的投影图；(A)根据芯片样图的水平投影图和垂直投影图计算芯片的四个顶点坐标；(B)分别计算水平投影图上与上下边界线最近的波峰的距离dl，d2，并分别计算垂直投影图上与左右边界线最近的波峰的距离d3，d4 ；(C)比较上述四个距离，找出距离最大值以及对应的边界线，并保存该边界线，确定为芯片的正极所在端；(D)根据芯片正极在下的原则，根据检测到的芯片正极位置，触发机械手对芯片样图进行相应的旋转校正。经过步骤(4)?(6)，就完成了基板样图与LED芯片样图的校正过程。所述步骤(7)是根据定位到的芯片四个顶点，确定芯片所在的实际位置，并将机械手移动到芯片的正上方区域。所述步骤(8)是LED芯片与基板的匹配，根据基板上两小孔的中心位置，驱动机械手将芯片移至基板上相应的位置，基板与芯片重置后再对基板加热完成LED芯片在基板上的共晶焊接过程。经过步骤(7)?(8)，就完成了芯片在基板上的定位匹配。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果:本专利技术首次创新地将连通域和投影算法运用在大功率LED共晶焊接中的基板与芯片的匹配上，在保证了图像匹配的准确性的同时，大大地减少了图像匹配需要处理的数据量，提高了图像匹配的速度，达到了实时应用的要求。【附图说明】图1是本专利技术的基板与LED芯片匹配的整体流程框图；图2a、图2b是本专利技术的基板与LED芯片的灰度化之后的滤波图；图3a、图3b是本专利技术的基板与LED芯片的二值化图；图4a、图4b是本专利技术的基板与LED芯片的初步校正图；图5a、图5b是本专利技术利用连通域法得到的基板样图的外接矩形与利用投影法得到的芯片样图的水平投影图；图6a、图6b是本专利技术中定位到的基板样图上两小孔与芯片样图的垂直投影图；图7a、图7b是本专利技术的基板与LED芯片的再次校正图；图8是本专利技术的基板与LED芯片的匹配结果图。【具体实施方式】下面结合具体实例对本专利技术做进一步的阐述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例本专利技术的LED芯片与基板匹配的整体框图如附图1所示，配准图像的时候，首先对图像做灰度化、滤波预处理以便于后续的工作，然后对二值化的图像进行Canny边缘检测得到边缘检测图，对本文档来自技高网...
【技术保护点】
大功率LED共晶焊接中基板与芯片的匹配方法,其特征在于，包括基板与倒装芯片图像的预处理、基板与芯片的校正和芯片在基板上的定位匹配步骤；所述芯片与基板图像的预处理包括以下步骤：将基板样本图和芯片样本图进行灰度化和滤波；再进行边缘检测，得到边缘检测图像；对边缘检测图像进行二值化，得到二值化图像；所述基板与芯片的校正包括以下步骤：（4）检测二值化图像中的直线，并确定直线主方向，将主方向的信息反馈到处理器，触发机械手对基板和芯片进行初步校正；（5）利用连通域法对基板上的两个小孔进行定位，根据小孔的位置触发机械手对基板进行再次校正；（6）运用投影算法对LED芯片样本图像投影，得到LED芯片样本图的投影图；通过投影图定位芯片图的四个边界顶点，然后根据投影图以及芯片的特征来判断LED芯片的正负极，将检测到的芯片样图的信息反馈到处理器，触发机械手对倒装LED芯片进行再次校正；所述芯片在基板上的定位匹配包括以下步骤：（7）根据步骤（6）所述芯片图的四个边界顶点确定芯片的位置，并将其位置信息反馈到处理器，进而将机械手移动到芯片的正上方区域；（8）根据基板上两小孔的中心位置，驱动机械手将芯片移至基板上相应的位置，完成LED芯片在基板上的焊接过程。...
【技术特征摘要】
1.大功率LED共晶焊接中基板与芯片的匹配方法，其特征在于，包括基板与倒装芯片图像的预处理、基板与芯片的校正和芯片在基板上的定位匹配步骤； 所述芯片与基板图像的预处理包括以下步骤: 将基板样本图和芯片样本图进行灰度化和滤波； 再进行边缘检测，得到边缘检测图像； 对边缘检测图像进行二值化，得到二值化图像； 所述基板与芯片的校正包括以下步骤: (4)检测二值化图像中的直线，并确定直线主方向，将主方向的信息反馈到处理器，触发机械手对基板和芯片进行初步校正； (5)利用连通域法对基板上的两个小孔进行定位，根据小孔的位置触发机械手对基板进行再次校正； (6)运用投影算法对LED芯片样本图像投影，得到LED芯片样本图的投影图；通过投影图定位芯片图的四个边界顶点，然后根据投影图以及芯片的特征来判断LED芯片的正负极，将检测到的芯片样图的信息反馈到处理器，触发机械手对倒装LED芯片进行再次校正； 所述芯片在基板上的定位匹配包括以下步骤: (7)根据步骤(6)所述芯片图的四个边界顶点确定芯片的位置，并将其位置信息反馈到处理器，进而将机械手移动到芯片的正上方区域； (8)根据基板上两小孔的中心位置，驱动机械手将芯片移至基板上相应的位置，完成LED芯片在基板上的焊接过程。2.根据权利要求1所述的大功率LED共晶焊接中基板与芯片的匹配方法，其特征在于，步骤(1)采用灰度化和方框滤波算法对输入图像进行处理，具体是对原始的基板样图和芯片样图进行灰度化和滤波得到每点的像素值都在0-255范围内的灰度图；所述滤波采用不同尺度的滤波窗口进行滤波。3.根据权利要求1所述的大功率LED共晶焊接中基板与芯片的匹配方法，其特征在于，步骤(2 )采用图像边缘检测算法对边缘检测图像进行边缘检测。4.根据权利要求1所述的大功率LED共晶焊接中基板与芯片的匹配方法，其特征在于，步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛鹏，尹佩佩，常天海，王洪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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