随着电子产品日趋精致,集成电路IC封装的接脚数越来越多,IC尺寸越来越小,利用传统封装技术已无法满足这些要求,球栅阵列封装(BGA)技术成为新的IC封装主流,全自动BGA植球机是BGA封装生产线的关键设备。论文针对BGA封装工艺与技术、全自动BGA植球机设计、封装平台的高速、高加速度、高精度运动控制及其芯片机器视觉检测与精确对准等全自动BGA植球机封装系统中的核心关键技术问题,全面系统地展开理论研究、仿真分析和实验验证,取得了重要的研究成果与结论,解决了全自动BGA植球机中高速、高加速度、高精度运动控制、植球芯片缺陷检测和精确对准等关键技术难题,为研制开发国内尚属空白的全自动BGA植球机奠定了良好的理论和技术基础。论文的主要研究内容包括:　　1.全面系统地分析研究了集成电路BGA芯片后封装的工艺流程,在国内首次对其中的核心工艺设备―STAR-04Z全自动BGA植球机‖进行了原理方案设计和详细的结构设计。设计了STAR-04Z全自动BGA植球机,该设备具有焊料球供给、拾取、放置和检测以及真空吸头的定位等功能。重点设计了焊料球供给机构和真空吸头,对于真空吸头的移动、定位和拾放等运动系统,设计并采用永磁直线电机运动控制平台来实现植球运动的高速、高加速度和高精度运动控制。应用PRO/E软件建立了STAR-04Z全自动BGA植球机三维整机模型及其主要零部件的三维模型,计算了原理样机的性能参数、主要结构尺寸以及直线电机、气缸与导轨副等型号的确定。　　2.将虚拟样机技术应用于全自动 BGA植球机的设计开发中,研究整机的装配约束拓扑关系和各个运动部件的时序特性,对整机进行运动仿真分析。对全自动BGA植球机的核心部件真空吸头进行了静态和动态性能分析,得到了真空吸头在外界载荷作用下的应力、应变和固有频率,对真空吸头中的关键零件模板进行了疲劳分析,预估了受重复载荷作用下的模板寿命,为真空吸头的设计和维护提供了理论依据。基于机械动力学仿真软件 ADAMS和多体系统动力学的建模原理,创建供球机构虚拟样机,对小且轻的焊料球在供给机构中的动态性能和力学性能进行仿真分析研究,为供球机构设计和性能评价提供了一种新的方法和手段。　　3.提出采用永磁直线电机伺服驱动系统平台,实现全自动BGA植球机的高速、高加速度、高精度运动控制,保证系统在高速、高加速度和不间断点对点高速运动过程中的重复定位精度和平稳性。根据永磁同步直线电机的结构和工作原理,建立直线电机被控对象的伺服控制数学模型.对传统PID控制算法、带速度/加速度/摩擦前馈改进PID控制算法及基于遗传算法优化的模糊控制算法进行MATLAB仿真分析与比较,得出带速度/加速度/摩擦前馈改进PID控制算法和基于遗传算法的模糊控制算法具有好的抗干扰性、快速的动态响应能力,并且位置的跟踪误差小,可获得较好的动、静态特性,能更好地满足全自动BGA植球机控制系统的高速、高加速度、高精度及高可靠性的特点和要求。建立面向BGA封装设备的高速、高加速度、高精度三维运动控制实验平台,研发了实验平台的控制系统,通过反复实验,采用基于速度/加速度/摩擦前馈的改进PID控制算法,调试得出最优的直线电机伺服控制参数,使直线电机伺服系统获得良好的性能。最后根据ISO230-2国际标准对直线电机单轴进行定位精度和重复定位精度测定实验,并通过电机空载及带机械负载两种对比试验,分析负载质量变化对直线电机平台单轴定位精度的影响,同时对直线电机运动控制平台高速、高加速度点对点定位精度进行了实验研究。实验结果表明,本论文建立的运动平台定位精度达到了微米级定位精度,可以满足BGA植球机高精度定位要求,而且平台在高速高加速度运行状态下,具有较高的点到点定位精度。　　4.提出采用机器视觉系统实现全自动BGA植球机的植球缺陷准确检测和精确对准。针对BGA全自动植球机中准确检测和精确对准任务,对BGA全自动植球机视觉系统进行了整体设计,根据研究对象的特征,分别对视觉缺陷检测系统和视觉定位系统中的图像处理算法和决策功能等进行了深入研究,搭建了视觉缺陷检测的机器视觉实验平台,提出和研究了采用改进Blog图像处理算法解决焊料球的缺陷检测问题,并用MATLAB对视觉缺陷检测算法进行了分析验证,取得了较好的效果。提出综合直线电机驱动技术和机器视觉定位系统来满足精确对准的要求,采用和完善分层搜索的序贯相似度检测算法,大大提高了模板匹配运算的速度,快速得到定位标志误差,控制直线电机运动以调整BGA基板和真空吸头的相对位置,实现了真空吸头与BGA基板的精确对准,并在基于机器视觉与PMAC运动控制卡实验平台上,实现了精确对准,验证了该算法的可行性。　　论文是作者主持的合肥工业大学科学研究发展基金项目―半导体BGA封装图像检测和视觉伺服控制自动对准的研究(编号:050205F)‖、安徽省―十一五‖科技攻关重大项目―全自动集成电路封装系统的研发(编号:2008AKKG0532)‖、国家科技支撑计划―面向机械设备的开放式数控系统与专用伺服驱动及电机的研发与应用(编号:2012BAF13B01)‖等项目中的重要研究内容。