技术领域
[0001] 本
发明涉及光模块封装技术领域，特别涉及一种多通道COB光模块自动耦合封装系统及方法。
背景技术
[0002] 光模块是光通信的一种核心器件，用于完成对光
信号的光-电或电-光转换，光模块实现
光信号和
电信号的转换。光模块的主要结构由
电路板(PCB)、芯片、透镜(lens)和尾纤组成，其中芯片安装在
电路板上，中尾纤用于光信号的输入或输出，透镜(lens)通常与尾纤连接在一起，透镜(lens)是光模块的重要组成部分，在光模块接收光信号时，尾纤接收到的光信号需要经过透镜(lens)折射，聚焦在芯片上，才能有效地转换成电信号，而在输出过程中，电信号转换成的光信号也需要经过透镜(lens)折射聚焦后才能从尾纤完全传输出去。
[0003] 芯片的尺寸相当小，为了实现芯片和透镜(lens)之间的良好耦合，需使芯片与透镜(lens)精确对正，这其中就涉及到如何对透镜(lens)与芯片进行精确
定位和固定的问题；现有的耦合处理时，多为操作人员进行人工耦合，由于人体肉眼观察的极限，及长期工作产生的疲劳，很容易造成人工耦合时光器件的损坏，耗费时间长并且
精度不高，提高了生产成本。
发明内容
[0004] 本发明提供了一种多通道COB光模块自动耦合封装系统，其目的是为了解决现有光模块耦合采用人工耦合方式容易造成器件损坏并且造成耦合耗时长、耦合精度不高，影响生产成本等问题。
[0005] 为了达到上述目的，本发明的
实施例提供了一种多通道COB光模块自动耦合封装系统，包括：安装板、第一装夹机构、第二装夹机构、点胶机构、
固化机构和监测机构；
[0006] 所述第一装夹机构设置在所述安装板的一侧，所述第一装夹机构用于夹持透镜和尾纤，所述尾纤插设在所述透镜内；
[0007] 所述第二装夹机构设置在所述安装板的相邻所述第一装夹机构的另一侧，所述第二装夹机构用于夹持电路板，所述电路板上设置有芯片；
[0008] 所述点胶机构与所述第一装夹机构相对设置，所述点胶机构用于在所述芯片上点胶；
[0009] 所述安装板上安装有一
支撑柱，所述固化机构安装在所述支撑柱上，所述支撑柱与所述第二装夹机构相对设置，所述固化机构包括有一固化
支架，所述固化支架安装在所述支撑柱上，所述固化支架设置在所述第二装夹机构的正上方，所述固化机构用于对耦合后的所述透镜与所述芯片间的胶进行固化；
[0010] 所述监测机构设置有第一监测装置和第二监测装置，所述监测机构用于监测所述透镜与芯片间的相对
位置。
[0011] 其中，所述第一装夹机构包括第一三维运动平台、第一伸缩
气缸、夹具安装板和透镜夹具；所述第一三维运动平台安装在所述安装板上，所述第一伸缩气缸安装装在所述第一三维运动平台的Z向运动台板上，所述透镜夹具通过所述夹具安装板安装在所述第一伸缩气缸的
推杆上。
[0012] 其中，所述第二装夹机构包括安装底座、电动转台和电路板夹具，所述安装底座安装在所述安装板的表面，所述电动转台固定设置在所述安装底座的顶面，所述电动转台由转动
电机驱动，位于所述电动转台的顶部固定安装有所述电路板夹具；所述电路板夹具包括夹具
底板、夹紧气缸、夹持卡爪和定位座，所述夹具底板安装在所述电动转台的顶部，所述夹紧气缸安装在所述夹具底板上，所述夹紧气缸的
输出轴与所述夹持卡爪固定连接，所述夹持卡爪滑动地安装在所述夹紧气缸的顶部
导轨上，所述定位座通过一L型板架设在所述夹持卡爪之间。
[0013] 其中，所述点胶机构包括第二三维运动平台、第二伸缩气缸、点胶安装板和紫外线固化胶筒，所述第二三维运动平台安装在所述安装板上，所述第二伸缩气缸安装在所述第二三维运动平台的Z向运动台板上，所述紫外线固化胶筒通过所述点胶安装板安装在所述第二伸缩气缸的推杆上。
[0014] 其中，所述固化支架通过第三伸缩气缸安装在所述支撑柱上，所述固化支架上两侧分别转动地安装有旋
转轴，所述
旋转轴上安装有多个紫外线灯，所述固化支架上安装有一遮光
挡板。
[0015] 其中，所述第一监测装置包括第一相机、第一镜筒和第一调整组件，所述第二监测装置包括第二相机、第二镜筒和第二调整组件，所述第一调整组件安装在所述支撑柱的顶部，所述第一调整组件上设置有一镜筒支架，所述第一镜筒通过所述镜筒支架安装在所述第二装夹机构上方，所述第一相机固定设置在所述第一镜筒的末端，所述第二镜筒平行于所述电路板穿设在所述支撑柱内，所述第二调整组件安装在所述支撑柱的背面，所述第二镜筒的后端架设在所述第二调整组件上，所述第二相机固定设置在所述第二镜筒的末端。
[0016] 其中，所述电路板上设置有金
手指，所述金手指通电后所述芯片发光，所述尾纤连接有光功率计，所述光功率计用于检测所述芯片的光功率。
[0017] 本发明的实施例还提供了一种多通道COB光模块自动耦合方法，应用于上述实施例所述的多通道COB光模块自动耦合封装系统，包括：
[0018] 步骤一：装夹器具，将所述透镜与所述电路板装夹在所述透镜夹具和所述电路板夹具上，并通过所述金手指为所述电路板及芯片供电；
[0019] 步骤二：初步耦合，保持所述电路板静止，所述第一伸缩气缸带动所述透镜夹具运行到最前端，所述第一三维运动平台会带动所述透镜夹具令所述透镜进行耦合运动，同时所述第一相机与第二相机进行确认所述透镜与芯片的相对位置关系，所述光功率计测定所述透镜是否处于正确耦合位置；
[0020] 步骤三：点胶，所述透镜通过所述第一三维运动平台抬升高度，所述第一伸缩气缸带动所述透镜夹具回退，所述紫外线固化胶筒通过所述第二三维运动平台与第二伸缩气缸运动到所述芯片正上方并点胶，点胶完成后，所述第二伸缩气缸带动所述紫外线固化胶筒上升；
[0021] 步骤四：二次耦合，所述透镜通过所述第一伸缩气缸带动所述透镜夹具前进，并通过所述第一三维运动平台驱动所述透镜夹具进行二次耦合运动，同时所述第一相机与第二相机进行确认所述透镜与电路板上的芯片的相对位置关系，所述光功率计测定透镜是否处于正确耦合位置；
[0022] 步骤五：胶体固化，所述固化支架通过所述第三伸缩气缸下降到预定位置，开启所述紫外线灯照射6-8s，令所述透镜与芯片之间的胶体固化；
[0023] 步骤六：完成封装，所述透镜夹具和电路板夹具分别松开，所述第一三维运动平台、第二三维运动平台、第一伸缩气缸和第三伸缩气缸均返回初始位置。
[0024] 其中，在步骤二中完成初步耦合后会记录所述第一三维运动平台现有的运动轨迹和位置坐标用于步骤四中二次耦合的粗耦合。
[0025] 其中，在步骤四中完成二次耦合的所述透镜与芯片之间通过胶体连接。
[0026] 本发明的上述方案有如下的有益效果：
[0027] 本发明的多通道COB光模块自动耦合封装系统，通过设置第一装夹机构和第二装夹机构分别装夹透镜和电路板，其中第一装夹机构能够三轴移动使得透镜与芯片相耦合，还设置有光功率计、第一监测装置和第二监测装置能够实时监测透镜与芯片的相对位置通过视觉识别与光功率检测相结合提高了耦合精度，同时系统结构牢固、夹持稳定，从而令器件较难损坏。
[0028] 本发明的多通道COB光模块自动耦合方法，通过装夹器具、初步耦合、点胶、二次耦合、胶体固化和放松夹具并复位共六个步骤实现了多通道COB光模块的自动耦合封装，相较于人工耦合精度更高，避免了因操作出错而出现元器件损坏的情况，本方法在耦合过程中用到了三个伸缩气缸提升了每个步骤之间的切换效率从而降低了耦合封装耗费的时间提升了生产效率。
附图说明
[0029] 图1为本发明的多通道COB光模块自动耦合封装系统的结构示意图一；
[0030] 图2为本发明的多通道COB光模块自动耦合封装系统的结构示意图二；
[0031] 图3为本发明的多通道COB光模块自动耦合封装系统的第一装夹机构结构示意图；
[0032] 图4为本发明的多通道COB光模块自动耦合封装系统的透镜夹具结构示意图；
[0033] 图5为本发明的多通道COB光模块自动耦合封装系统的第二装夹机构结构示意图；
[0034] 图6为本发明的多通道COB光模块自动耦合封装系统的电路板夹具结构示意图；
[0035] 图7为本发明的多通道COB光模块自动耦合封装系统的点胶机构结构示意图；
[0036] 图8为本发明的多通道COB光模块自动耦合封装系统的固化支架结构示意图；
[0037] 图9为本发明的多通道COB光模块自动耦合封装系统的监测机构结构示意图。
[0038] 【附图标记说明】
[0039] 1-安装板；2-第一装夹机构；3-第二装夹机构；4-点胶机构；5-固化机构；6-监测机构；101-支撑柱；201-透镜；202-尾纤；203-第一三维运动平台；204-第一伸缩气缸；205-夹具安装板；206-透镜夹具；207-透镜气缸；208-尾纤气缸；301-电路板；302-安装底座；303-电动转台；304-转动电机；305-夹具底板；306-夹紧气缸；307-夹持卡爪；308-定位座；309-金手指；401-第二三维运动平台；402-第二伸缩气缸；403-点胶安装板；404-紫外线固话胶筒；501-固化支架；502-第三伸缩气缸；503-旋转轴；504-紫外线灯；505-遮光挡板；601-第一相机；602-第一镜筒；603-第一调整组件；604-第二相机；605-第二镜筒；606-第二调整组件。
具体实施方式
[0040] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0041] 本发明针对现有光模块耦合采用人工耦合方式容易造成器件损坏并且造成耦合耗时长、耦合精度不高，影响生产成本等问题，提供了一种多通道COB光模块自动耦合封装系统。
[0042] 如图1至图5所示，本发明的实施例提供了一种多通道COB光模块自动耦合封装系统，包括：安装板1、第一装夹机构2、第二装夹机构3、点胶机构4、固化机构5和监测机构6；所述第一装夹机构2设置在所述安装板1的一侧，所述第一装夹机构2用于夹持透镜201和尾纤202，所述尾纤202插设在所述透镜201内；所述第二装夹机构3设置在所述安装板1的相邻所述第一装夹机构1的另一侧，所述第二装夹机构3用于夹持电路板301，所述电路板301上设置有芯片；所述点胶机构4与所述第一装夹机构2相对设置，所述点胶机构4用于在所述芯片上点胶；所述安装板1上安装有一支撑柱101，所述固化机构5安装在所述支撑柱101上，所述支撑柱101与所述第二装夹机构3相对设置，所述固化机构5包括有一固化支架501，所述固化支架501安装在所述支撑柱101上，所述固化支架501设置在所述第二装夹机构3的正上方，所述固化机构5用于对耦合后的所述透镜201与所述芯片间的胶进行固化；所述监测机构6设置有第一监测装置和第二监测装置，所述监测机构6用于监测所述透镜201与芯片间的相对位置。
[0043] 本发明上述实施例所述的多通道COB光模块自动耦合封装系统，所述第一装夹机构2和第二装夹机构3分别装夹所述透镜201和电路板301，其中所述第一装夹机构2能够进行XYZ三轴方向移动使得所述透镜201与所述电路板301上的所述芯片相互耦合，同时所述第一监测装置和第二监测装置具有视觉识别功能，能够实时监测所述透镜201与芯片的相对位置提高耦合精度，当完成初步耦合后所述第一装夹机构2会带着所述透镜201移开，点胶机构4会在所述芯片上点上紫外线固化胶，随后第一装夹机构2会再次进行耦合，所述第一装夹机构2耦合移动过程中，所述透镜与芯片会并通过所述固化机构5对点胶处进行固化。
[0044] 其中，所述第一装夹机构2包括第一三维运动平台203、第一伸缩气缸204、夹具安装板205和透镜夹具206；所述第一三维运动平台203安装在所述安装板1上，所述第一伸缩气缸204安装装在所述第一三维运动平台203的Z向运动台板上，所述透镜夹具206通过所述夹具安装板205安装在所述第一伸缩气缸204的推杆上。
[0045] 本发明上述实施例所述的多通道COB光模块自动耦合封装系统，所述透镜夹具206能够通过第一三维运动平台203实现XYZ轴三向移动，同时所述透镜夹具206安装在所述第一伸缩气缸204上，所述第一伸缩气缸204采用的是行程气缸，其行动位置可调控，并且气缸相较于滑台移动速度较快，因此所述第一伸缩气缸204能够更快的控制所述透镜夹具206的伸缩过程，为其他步骤腾出空间从而减少耦合过程中耗费的时间；所述透镜夹具206包括夹具主体和夹紧臂，所述夹具主体和夹紧臂的后端为一体设置，所述透镜夹具206的侧面设置有透镜气缸207，所述夹紧臂侧面开设有腰型槽，所述腰型槽内嵌设有夹紧杠杆，所述夹紧杠杆转动地安装在所述透镜夹具206内，所述夹紧杠杆的后端与所述夹紧气缸的推杆连接；所述夹紧臂的顶面在与所述夹具主体的连接处开设有弹性通孔，所述透镜夹具206的顶部设置有一尾纤气缸208，所述透镜夹具206的底部设置有夹具固定座和叉形架，所述夹具固定座固定安装在所述透镜夹具206的底面，所述叉形架转动地安装在所述夹具固定座下方，所述叉形架的前端为分岔形状，所述尾纤气缸208的推杆穿过所述透镜夹具206与所述叉形架的后端连接；所述透镜气缸207通气后能够使得所述透镜夹具206的前端夹紧所述透镜
201，所述尾纤气缸208通气后会使得所述尾纤202固定插设在所述透镜201内。
[0046] 如图5和图6所示，所述第二装夹机构3包括安装底座302、电动转台303和电路板夹具，所述安装底座302安装在所述安装板1的表面，所述电动转台303固定设置在所述安装底座302的顶面，所述电动转台303由转动电机304驱动，位于所述电动转台303的顶部固定安装有所述电路板夹具；所述电路板夹具包括夹具底板305、夹紧气缸306、夹持卡爪307和定位座308，所述夹具底板305安装在所述电动转台303的顶部，所述夹紧气缸306安装在所述夹具底板305上，所述夹紧气缸306的输出轴与所述夹持卡爪307固定连接，所述夹持卡爪307滑动地安装在所述夹紧气缸306的顶部导轨上，所述定位座308通过一L型板架设在所述夹持卡爪307之间。
[0047] 本发明上述实施例所述的多通道COB光模块自动耦合封装系统，所述第二装夹机构3通过所述安装底座302安装在所述安装板1上，由于本系统在安装过程中可能会存在
角度误差，为保证精度，所述电动转台303能够使得所述电路板夹具旋转，从而能够校准安装中存在的角度误差；所述定位座308的形状与所述电路板301的形状相契合，当操作人员将所述电路板301放置在所述定位座308上后，所述夹持卡爪307能够在夹紧气缸306的驱动下沿所述夹紧气缸306的顶部导轨移动从而将所述电路板301固定。
[0048] 如图7所示，所述点胶机构包括第二三维运动平台401、第二伸缩气缸402、点胶安装板403和紫外线固化胶筒404，所述第二三维运动平台401安装在所述安装板1上，所述第二伸缩气缸402安装在所述第二三维运动平台401的Z向运动台板上，所述紫外线固化胶筒404通过所述点胶安装板403安装在所述第二伸缩气缸402的推杆上。
[0049] 如图2和图8所示，所述固化支架501通过第三伸缩气缸502安装在所述支撑柱101上，所述固化支架501上两侧分别转动地安装有旋转轴503，所述旋转轴503上安装有多个紫外线灯504，所述固化支架上安装有一遮光挡板505。
[0050] 本发明上述实施例所述的多通道COB光模块自动耦合封装系统，所述紫外线固化胶筒404能够通过所述第二三维运动平台401实现XYZ轴三向移动，同时由于所述电路板夹具设置在较低位置，所述紫外线固化胶筒404需要利用斜向下设置的所述第二伸缩气缸402实现快速伸缩，当需要点胶时所述紫外线固化胶筒404内会通入瞬时的气压使得内部胶体少量点出，同时所述紫外线固化胶筒404能够实现拆卸和更换；由所述紫外线灯504通过所述旋转轴503安装在所述固化支架501上，因此所述紫外线灯504的照射角度能够随旋转轴的角度进行调节，同时所述遮光挡板505具有遮挡光线的功能从而避免所述紫外线灯504照射的光线对人眼造成伤害。
[0051] 如图9所示，所述第一监测装置包括第一相机601、第一镜筒602和第一调整组件603，所述第二监测装置包括第二相机604、第二镜筒605和第二调整组件606，所述第一调整组件603安装在所述支撑柱101的顶部，所述第一调整组件603上设置有一镜筒支架，所述第一镜筒602通过所述镜筒支架安装在所述第二装夹机构3上方，所述第一相机601固定设置在所述第一镜筒602的末端，所述第二镜筒605平行于所述电路板301穿设在所述支撑柱101内，所述第二调整组件606安装在所述支撑柱101的背面，所述第二镜筒的后端架设在所述第二调整组件606上，所述第二相机604固定设置在所述第二镜筒605的末端。
[0052] 如图5所示，所述电路板301上设置有金手指309，所述金手指309通电后所述芯片发光，所述尾纤202连接有光功率计，所述光功率计用于检测所述芯片的光功率。
[0053] 本发明上述实施例所述的多通道COB光模块自动耦合封装系统，所述第一调整组件603和第二调整组件606由多层叠设的精密手动滑台组成，所述第一调整组件603和第二调整组件606能够通过手动调整的方式分别对所述第一镜筒602和第二镜筒605的位置进行手动调整，所述第一相机601和第二相机604具有视觉识别功能，所述第一相机601和第二相机604分别通过所述第一镜筒602和第二镜筒605观测所述透镜201与芯片的相对位置关系，所述第一相机601能够观察X轴和Y轴方向的位置关系，所述第二相机604能够观察Y轴和Z轴方向的位置关系。所述金手指309通电后所述芯片会发光，在耦合过程中光线会通过所述透镜201进入所述尾纤202到达所述光功率计从而测得所述芯片的光功率，通过所述芯片的光功率能够得知所述透镜201与芯片是否处于正确的耦合位置关系。所述光功率计、第一相机601和第二相机604使得本系统能够进行高精度耦合，同时防止器件碰撞造成损伤。
[0054] 本实施例还提供了一种多通道COB光模块自动耦合方法，应用于多通道COB光模块自动耦合封装系统，包括：
[0055] 步骤一：装夹器具，将所述透镜201与所述电路板装夹在所述透镜夹具206和所述电路板夹具上，所述透镜气缸207与尾纤气缸208启动夹持所述透镜201与尾纤202，所述夹紧气缸306驱动所述夹持卡爪307固定所述电路板301，并通过所述金手指309为所述电路板及芯片供电，所述芯片会发光；
[0056] 步骤二：初步耦合，保持所述电路板301静止，所述第一伸缩气缸204带动所述透镜夹具206运行到最前端，所述第一三维运动平台203会带动所述透镜夹具206令所述透镜201进行耦合运动，同时所述第一相机601与第二相机604会进行实时反馈确认所述透镜201与芯片的相对位置关系，所述透镜201会接收来自于所述芯片的光线并通过所述尾纤202传导至所述光功率计，通过光功率测定所述透镜201是否处于正确耦合位置，在确认耦合完成后会记录下此时所述第一三维运动平台203的运行轨迹和运动参数；
[0057] 步骤三：点胶，在点胶之前需要令所述透镜夹具206离开所述电路板301为点胶过程腾出空间，所述透镜201首先需要通过所述第一三维运动平台203抬升高度，否则会在回退过程中令所述透镜201发生碰撞，随后所述第一伸缩气缸204带动所述透镜夹具206回退，在所述透镜夹具206回退完成后，所述紫外线固化胶筒404通过所述第二三维运动平台401与第二伸缩气缸402运动到所述芯片正上方，到达合适位置后所述紫外线固化胶筒404会通入瞬时
正压令紫外线固化胶体会从点胶口压出至所述芯片上，点胶完成后，所述第二伸缩气缸402带动所述紫外线固化胶筒上升；
[0058] 步骤四：二次耦合，二次耦合初阶段所述第一伸缩气缸204会将所述透镜夹具前伸，所述第一三维运动平台203会通过步骤二中的运动轨迹和运动参数快速到达耦合位置附近，并通过所述第一三维运动平台203驱动所述透镜夹具206令所述透镜201进行二次耦合运动，同时所述第一相机601与第二相机6022会进行实时反馈确认所述透镜201与芯片的相对位置关系，所述透镜201会接收来自于所述芯片的光线并通过所述尾纤202传导至所述光功率计，通过光功率测定所述透镜201是否处于正确耦合位置，在到达耦合位置后，所述透镜201与芯片会通过紫外线固化胶体层相互连接；
[0059] 步骤五：胶体固化，所述第三伸缩气缸502会驱动所述固化支架501下降到预定位置并开启所述紫外线灯504照射6-8s，令所述透镜201与芯片之间的紫外线固化胶体层固化；
[0060] 步骤六：完成封装，在完成胶体固化后，所述透镜夹具206和电路板夹具会松开，所述第一三维运动平台203、第二三维运动平台401、第一伸缩气缸204和第三伸缩气缸502均返回初始位置，耦合封装完毕的透镜-芯片-电路板连接体会放置在所述电路板夹具的所述定位座308上。
[0061] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
