一种基于均匀氮气墙的低空洞共晶焊接装置

技术领域

本发明涉及共晶焊接领域，具体涉及一种基于均匀氮气墙的低空洞共晶焊接装置。

背景技术

随着科技发展，半导体器件及其组件在工程、商业上得到了广泛应用，与此同时，其在雷达、遥控遥测、航空航天等精密度要求极高领域的大量应用则对其可靠性提出了较高的要求。芯片焊接作为半导体器件组装过程一个至关重要的环节，对半导体器件的可靠性程度具有极为重要的影响。芯片焊接方式包括导电连接、非导电连接、导电胶连接、共晶焊接和焊料连接等，其中，共晶焊接具有热导率高、电阻小、传热快、可靠性强等优点，是芯片焊接中应用极为广泛的一种重要方式。

共晶焊接时，在一定的温度和压力下，将芯片在镀金的底座上轻轻摩擦，擦去界面不稳定的氧化层，使接触表面之间熔化，由二个固相形成一个液相，实现芯片的焊接。由于焊料熔化后包裹在其中的空气或挥发气体没有完全排出，共晶焊接会出现空洞现象，过高的空洞率则会大大降低半导体器件的可靠性和精密程度。现有优化空洞性能的方法包括改进焊料化学成分，优化回流焊温度曲线，改善基板和原件的涂饰、优化焊盘和SMT钢网模版的设计等。然而，在实践中，这些方法有明显的局限性，仍然会出现过高空洞率的现象。

公开号为CN217452755U的实用新型专利公开了一种用于共晶焊接的自动压紧装置。该装置包括支架、顶起机构、下拉机构、共晶焊接台和压杆，该装置可使待焊接产品在焊接过程中不易出现松动和位移，在一定程度上提升了焊接精度和可靠性。但该装置本身没有改变共晶焊接过程中的工艺参数，例如：温度设置及分布不均、施压及保压时间不足，因此本质上没有改变共晶焊接焊料融化时芯片和基板贴合不紧密、空气仍未排除的问题。

公开号为CN216818286U的实用新型专利公开了一种用于半导体芯片焊接的真空共晶炉，其系统主要包括真空系统、还原气氛系统、加热冷却系统、气体流量控制系统、安全系统和控制系统等。该共晶炉采用非接触式辐射加热及直接接触式液冷冷却，实现了高效加热和高效冷却，一定程度上提高了芯片焊接精度，但降低芯片焊接空洞率的效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于均匀氮气墙的低空洞共晶焊接装置，通过基于微小气体喷嘴设计气体喷嘴阵列，向喷嘴阵列通入氮气形成区块化的均匀可靠的氮气墙，实现了微小芯片的低空洞的共晶焊接；以及利用超声电机对喷嘴气管微小阀门进行精准控制，实现了区块化氮气墙压力精准匹配贴片区域性空洞，以及对微小芯片进行高精度焊接。

本发明的技术方案如下：

一种基于均匀氮气墙的低空洞共晶焊接装置，包括有芯片共晶焊接X光图像获取单元、输入处理模块、FPGA气压控制处理模块、超声电机气动阀门控制系统、气管阵列以及气体喷嘴阵列。

芯片共晶焊接X光图像获取单元，用于实时获取芯片焊接X光实时贴片图像。

输入处理模块，与芯片共晶焊接X光图像获取单元通信连接，用于对芯片焊接X光实时贴片图像进行预处理以及计算X光图像的空洞率。

FPGA气压控制处理模块，与输入处理模块通信连接，用于根据X光图像的空洞率，获得共晶焊接气体喷嘴的进口气压理论值；其包括有区块化分割单元、气体喷嘴下压气压值计算单元以及进口气压理论值计算单元；区块化分割单元，用于在判定X光图像的空洞率不满足预设空洞率要求后，根据共晶焊接气体喷嘴的布局阵列，对X光图像进行区块化分割，获得区块化区域；气体喷嘴下压气压值计算单元，用于根据区块化区域的空洞面积和空洞灰度值，拟合共晶焊接气体喷嘴的下压气压值；进口气压理论值计算单元，用于根据下压气压值获得共晶焊接气体喷嘴的进口气压理论值并将进口气压理论值传输至超声电机气动阀门控制系统。

超声电机气动阀门控制系统，与FPGA气压控制处理模块通信连接，用于根据喷嘴进气口气压的理论值，给出控制气动阀门开度的电信号，对气管阵列中的进气管气压和进气总管气压进行调节。

气管阵列包括有多根上下方向并行排布的第一进气管、多根上下方向并行排布的第二进气管、设置在第一进气管上方和第二进气管上方的气体分流环管以及进气总管；第一进气管上端、第二进气管上端以及进气总管下端均与气体分流环管管内连通。

气体喷嘴阵列包括有呈方形体的喷嘴底座以及设置在喷嘴底座下表面上的气体喷嘴，气体喷嘴内腔与第一进气管下端或第二进气管下端连通。

进一步地，输入处理模块包括有预处理单元，预处理单元用于对获取的X光图像进行图像去噪和图像增强，其中图像增强的具体公式为：

其中，V

进一步地，区块化分割单元包括：

区块化类型划分子单元，用于将与共晶焊接气体喷嘴的布局阵列对应的喷嘴底座轮廓作用于X光图像，获得三种区块化类型，其中第一种区块类型包含一个第一喷嘴作用域和一个1/4第二喷嘴作用域，第二种区块类型包含一个第一喷嘴作用域和两个1/4第二喷嘴作用域，第三种区块类型包含一个第一喷嘴作用域和三个1/4第二喷嘴作用域。

区块化区域获取子单元，用于根据三种区块化类型，对X光图像进行区块化分割，获得区块化区域。

进一步地，FPGA气压控制处理模块还包括分别与区块化分割单元、气体喷嘴下压气压值计算单元通信连接的空洞获取单元，空洞获取单元包括：

空洞面积获取子单元，用于获取区块化区域的区块化最大空洞面积，区块化最大空洞面积具体是指区块化区域中最大的空洞对应的空洞面积。

圆形卷积核计算子单元，用于根据区块化最大空洞面积，设计对X光图像进行自适应圆形卷积操作的圆形卷积核，圆形卷积核表示为：

其中

空洞获取子单元，用于采用OTSU阈值分割对自适应圆形卷积操作之后的X光图像进行空洞提取，获得区块化区域的空洞。

进一步地，气体喷嘴下压气压值计算单元包括：

第一拟合变量获取子单元，用于根据区块化区域中所有空洞的平均灰度值，获得第一拟合变量；

第二拟合变量获取子单元，用于计算区块化区域中空洞的面积和区块化区域的面积之比，获得第二拟合变量。

第三拟合变量获取子单元，用于根据区块化区域的类型，获得第三拟合变量。

下压气压值计算子单元，用于根据第一拟合变量、第二拟合变量以及第三拟合变量，采用基于拉普拉斯分布的多项式拟合模型获得共晶焊接气体喷嘴的下压气压值。

进一步地，超声电机气动阀门控制系统包括有：

上位机模块，用于获取喷嘴进气口气压的理论值以及进气口气压传感器上传的喷嘴进气口气压的实际值，在实际值与理论值不一致的情况下，计算给出控制气动阀门开度的电信号并传输至超声电机驱动模块。

超声电机驱动模块，与上位机模块通信连接，用于将控制阀门开度的电信号转换为驱动电机的驱动信号并将驱动信号传输至微小超声电机。

微小超声电机，与超声电机驱动模块通信连接，用于接收超声电机驱动模块的驱动信号，控制气动阀门的开度。

气动阀门，与微小超声电机通信连接且安装在第一进气管、第二进气管、进气总管上，用于对第一进气管、第二进气管、进气总管进行气压调节。

进一步地，上位机模块包括：

电机转速测量单元，用于测量微小超声电机的电机转速，微小超声电机用于控制焊接气体喷嘴进口气压的阀门开度。

阀门开度配置单元，用于基于焊接气体喷嘴进口气压实际值与进口气压理论值，以及电机转速，采用基于logistic的变系数PID控制器控制电机的转速，使电机在限定时间将控制焊接气体喷嘴进口气压的阀门转动至目标开度位置。

进一步地，第一进气管、第二进气管以及进气总管上均设置有与超声电机气动阀门控制系统通信连接且用于对其进行气压调节的气动阀门。

进一步地，气体喷嘴包括有内腔上端与第一进气管下端连通的多个第一喷嘴以及内腔上端与第二进气管下端连通的多个第二喷嘴，多个第一喷嘴按行列规则且等距离均匀分布在喷嘴底座上，每个第二喷嘴布置在由四个相邻第一喷嘴组成的方形区域中间位置，多个第一喷嘴构成主喷嘴阵列，多个第二喷嘴构成副喷嘴阵列。

进一步地，气体喷嘴呈圆柱体形，其外部设置有保温壁，其内腔为一上下贯通的喷气通道，喷气通道包括有从上至下依次设置的进气口、与进气口下端连通的气体加压缓冲道、与气体加压缓冲道下端连通的气体加压道、与气体加压道下端连通的喷气缓冲道以及与喷气缓冲道下端连通的喷气口，进气口和气体加压道均呈喇叭形且喇叭口朝上，气体加压缓冲道和喷气缓冲道均呈圆柱形，喷气口呈喇叭形且喇叭口朝下；进气口内设置有用于测量进气口气压实际值的进气口气压传感器，喷气口内设置有用于测量喷气口气压实际值的喷气口气压传感器。

本发明基于均匀氮气墙的低空洞共晶贴片装置包括有气体喷嘴阵列、气管阵列、超声电机气动阀门控制模块；其中，气体喷嘴阵列包括第一喷嘴、第二喷嘴、喷嘴底座，气管阵列包括第一进气管、第二进气管、进气总管、气体分流环管，超声电机气动阀门控制系统包括微小超声电机、超声电机驱动模块、上位机模块和气动阀门。

本发明中，气体喷嘴阵列由第一喷嘴组成主喷嘴阵列，第二喷嘴组成副喷嘴阵列，每相邻四个第一喷嘴中间布局一个第二喷嘴，这样使得横向相邻的两个第一喷嘴喷气范围横向紧密连接，纵向相邻的两个第一喷嘴喷气范围纵向紧密连接，每个第二喷嘴的喷气范围四周紧密邻接四个第一喷嘴的喷气范围；由第一喷嘴布局形成的主喷嘴阵列喷气形成呈区块化的均匀可靠的氮气氛围，辅以由第二喷嘴布局形成的副喷嘴阵列，从而提高氮气墙均匀可靠高精度。

本发明中，气管阵列包括对接第一喷嘴组成的主喷嘴阵列的气管构成的第一进气管阵列、对接第二喷嘴组成的副喷嘴阵列的气管构成的第二进气管阵列，第一进气管阵列和第二进气管阵列均通过气体分流环管与进气总管相通。

超声电机气动阀门控制系统由微小超声电机、超声电机驱动模块、上位机模块和气动阀门组成，微小超声电机的核心部件使用压电陶瓷材料，利用超声波震动和摩擦力实现阀门的驱动控制，超声电机驱动模块将上位机发出的控制电信号转换为电机驱动信号，驱动微小超声电机控制气动阀门。

气体喷嘴由保温壁、喷气口、喷气缓冲道、气体加压道、气体加压缓冲道、进气口、进气口气压传感器组成；气体喷嘴的保温壁采用耐高温保温的陶瓷纤维作为基材，气体喷嘴尺寸、喷气范围和阵列布局根据芯片实际大小进行精确计算和规划。

本发明提供的种基于均匀氮气墙的低空洞共晶焊接装置，通过芯片共晶焊接X光图像获取单元实时获取芯片共晶焊接的X光图像以及输入处理模块计算X光图像的空洞率，在FPGA气压控制处理模块判定X光图像的空洞率不满足预设空洞率要求后，根据共晶焊接气体喷嘴的布局阵列，对X光图像进行区块化分割，获得区块化区域，根据区块化区域的空洞面积和空洞灰度值，拟合共晶焊接气体喷嘴的下压气压值，超声电机气动阀门控制系统根据下压气压值获得共晶焊接气体喷嘴的进口气压理论值以及根据共晶焊接气体喷嘴的进口气压理论值，对共晶焊接气体喷嘴的进口气压进行调节，从而实现低空洞共晶焊接，解决了现有芯片共晶焊接空洞率高的技术问题，为微小芯片的共晶焊接提供一种高精度低空洞的可行方案。

本发明具备以下有益效果：

1.在均匀氮气墙的形成方面，本发明基于芯片的实际大小，设计了具有主副两级结构的喷嘴阵列，形成了由第一喷嘴布局形成的主喷嘴阵列喷气形成区块化均匀可靠的氮气共晶贴片氛围，再辅以由第二喷嘴布局形成的副喷嘴阵列以提高氮气墙均匀可靠高精度的特性优势。

2.在喷嘴内部结构的设计方面，本发明设计了气体喷气缓冲道、气体加压道和气体加压缓冲道，可实现在喷嘴内部对气体进行稳定加压，同时，采用陶瓷纤维作为基材实现喷嘴壁的气体保温功能，保证氮气在喷嘴中保持预热的温度不变，使得由喷嘴阵列喷气形成的氮气墙温度与贴片共晶温度保持一致，保证贴片共晶氛围，有效降低共晶贴片空洞率。

3.在气管阀门开度控制方面，本发明基于超声电机气动阀门控制系统，由上位机模块计算给出控制阀门开度的电信号，经由电机驱动模块将控制阀门开度的电信号转换为驱动电机的驱动信号，驱动信号驱动微小超声电机工作，实现阀门开度的精确控制。

附图说明

图1是本发明实施例所述的一种基于均匀氮气墙的低空洞共晶焊接装置的示意图一；

图2是本发明实施例所述的一种基于均匀氮气墙的低空洞共晶焊接装置的示意图二；

图3是本发明实施例所述的共晶焊接气体喷嘴阵列在芯片的喷气作用的立体示意图；

图4是本发明实施例所述的气体喷嘴阵列的平面示意图；

图5是本发明实施例所述的共晶焊接气体喷嘴阵列在芯片的喷气作用的平面示意图；

图6是本发明实施例所述的超声电机气动阀门的侧面剖视图；

图7是本发明实施例所述的气体喷嘴的侧面剖视图；

其中，M1、第一喷嘴，M2、第二喷嘴，M3、喷嘴底座，M4、第一进气管，M5、第二进气管，M6、第一气动阀门，M7、第二气动阀门，M8、气体分流环管，M9、进气总管，M10、第三气动阀门，K1、第一喷嘴；K2、第二喷嘴；K3、喷嘴底座；P1、第一喷嘴在芯片的作用域；P2、第二喷嘴在芯片的作用域；N1、第一喷嘴喷气圆周范围，N2、第二喷嘴喷气圆周范围，N3、芯片大小范围，N4、喷气范围，S1、第一种区块类型；S2、第二种区块类型；S3、第三种区块类型，L1、保温壁，L2、喷气口，L3、喷气缓冲道，L4、气体加压道，L5、气体加压缓冲道，L6、进气口，L7、进气口气压传感器，L8、喷气口气压传感器L8，T1、微小超声电机，T2、气动阀门，T3、气管。

具体实施方式

如附图1和附图2所示，一种基于均匀氮气墙的低空洞共晶焊接装置，包括有芯片共晶焊接X光图像获取单元、输入处理模块、FPGA气压控制处理模块、超声电机气动阀门控制系统、气管阵列以及气体喷嘴阵列；芯片共晶焊接X光图像获取单元，用于实时获取芯片焊接X光实时贴片图像；输入处理模块，与芯片共晶焊接X光图像获取单元通信连接，用于对芯片焊接X光实时贴片图像进行预处理以及计算X光图像的空洞率；FPGA气压控制处理模块，与输入处理模块通信连接，用于根据X光图像的空洞率，获得共晶焊接气体喷嘴的进口气压理论值；超声电机气动阀门控制系统，与FPGA气压控制处理模块通信连接，用于根据喷嘴进气口气压的理论值，给出控制气动阀门开度的电信号，对气管阵列中的第一进气管气压、第二进气管气压和进气总管气压进行调节；气管阵列包括有多根上下方向并行排布的第一进气管M4、多根上下方向并行排布的第二进气管M5、设置在第一进气管M4上方和第二进气管M5上方的气体分流环管M8以及进气总管M9；第一进气管上端、第二进气管上端以及进气总管下端均与气体分流环管管内连通；第一进气管M4、第二进气管M5以及进气总管M9上均设置有与超声电机气动阀门控制系统通信连接且用于对其进行气压调节的气动阀门T2；气体喷嘴阵列包括有呈方形体的喷嘴底座M3以及设置在喷嘴底座M3下表面上的气体喷嘴；气体喷嘴包括有内腔上端与第一进气管下端连通的多个第一喷嘴M1以及内腔上端与第二进气管M5下端连通的多个第二喷嘴M2，多个第一喷嘴M1按行列规则且等距离均匀分布在喷嘴底座M3上，每个第二喷嘴M2布置在由四个相邻第一喷嘴M1组成的方形区域中间位置；上述装置中，如第一喷嘴M1、第二喷嘴M2、喷嘴底座M3、第一进气管M4、第二进气管M5、第一气动阀门M6、第二气动阀门M7、气体分流总管M8、进气总管M9、第三气动阀门M10，不同型号气体喷嘴、喷嘴进气管和超声电机气动阀门的内部结构相同，尺寸不同。

输入处理模块包括有预处理单元，预处理单元用于对获取的X光图像进行图像去噪和图像增强，其中图像增强的具体公式为：

D＝Σ

其中，V

其中，FPGA气压控制处理模块包括有区块化分割单元、气体喷嘴下压气压值计算单元以及进口气压理论值计算单元。

具体地，区块化分割单元，用于在判定X光图像的空洞率不满足预设空洞率要求后，根据共晶焊接气体喷嘴的布局阵列，对X光图像进行区块化分割，获得区块化区域；气体喷嘴下压气压值计算单元，用于根据区块化区域的空洞面积和空洞灰度值，拟合共晶焊接气体喷嘴的下压气压值；进口气压理论值计算单元，用于根据下压气压值获得共晶焊接气体喷嘴的进口气压理论值并将进口气压理论值传输至超声电机气动阀门控制系统。

进口气压理论值计算单元根据下压气压值获得共晶焊接气体喷嘴的进口气压理论值时，由于晶焊接气体喷嘴的下压气压值的大小主要是由喷嘴的进口气压决定，因此本实施例通过气体喷嘴气压转换模型，将下压气压值转换为喷嘴的进口气压理论值；本实施例由下压气压理论值p

喷嘴进口面1与喷嘴喷气下压面2之间的伯努利方程为：

其中，p

气体流量Q可表示为：

Q＝S

其中，S

结合式(2)和式(3)可得：

由式(1)可得：

将式(5)代入式(4)可得：

其中，

将式(6)与式(7)结合可得：

进一步则可得喷嘴进口气压理论值p

由喷嘴进口压强传感器L1测得喷嘴进口气压实际值p

FPGA气压控制处理模块还包括分别与区块化分割单元、气体喷嘴下压气压值计算单元通信连接的空洞获取单元，空洞获取单元包括空洞面积获取子单元、圆形卷积核计算子单元以及空洞获取子单元；

空洞面积获取子单元用于获取区块化区域的区块化最大空洞面积，区块化最大空洞面积具体是指区块化区域中最大的空洞对应的空洞面积；圆形卷积核计算子单元用于根据区块化最大空洞面积，设计对X光图像进行自适应圆形卷积操作的圆形卷积核，圆形卷积核表示为：

其中/>

下压气压值计算子单元，用于根据第一拟合变量、第二拟合变量以及第三拟合变量，采用基于拉普拉斯分布的多项式拟合模型获得共晶焊接气体喷嘴的下压气压值；具体地，根据第一拟合变量、第二拟合变量以及第三拟合变量，采用基于拉普拉斯分布的多项式拟合模型获得共晶焊接气体喷嘴的下压气压值的拟合公式具体为：

其中，p

本实施例之所以能通过控制下压气压降低空洞率的原因如下：1)气泡去除：气泡是产生空洞的一个重要原因；在液态焊料凝固过程中，不断释放气体可能导致空洞的形成；通过增加下压气压，可以让气泡更容易从焊料中逸出，从而降低了空洞的产生；2)改善填充：气压对焊缝的填充效果起到重要作用；使用适度的下压气压可以帮助焊料更好地流动并填充焊缝空间；这样，液态焊料更容易排出气泡，避免气泡被困在焊接接合处，从而减少空洞的形成。

本实施例巧妙地将共晶焊接气体喷嘴的下压气压与空洞率联系起来，具有以下优势：1)实现多源信息融合：通过结合共晶焊接X光实时图像与空洞区域分析，实现了对焊接过程中信息的全面获取，为接下来更好地描述下压气压与焊接质量之间的关系奠定基础；2)具有较高的直观性与可解释性，即通过引入灰度值与空洞面积占比等可视化和量化的参数，该方法可提供了一种直观、可解释的理论值计算方式，能够更好地应用于实际焊接过程，最大限度地精准可靠实现低空洞。

区块化分割单元包括区块化类型划分子单元和区块化区域获取子单元，如附图3所示，区块化类型划分子单元将与共晶焊接气体喷嘴的布局阵列对应的喷嘴底座轮廓作用于X光图像，获得三种区块化类型。

喷嘴阵列以喷嘴底座M3为基板，其上布局主喷嘴阵列和副喷嘴阵列，第一喷嘴M1喷气范围，如图3所示的喷气作用的立体示意图，可通过调整芯片与喷嘴底座的距离即可控制喷气圆周范围半径的大小，喷气范围R

如附图4所示，喷嘴阵列结构展示了三种区块化类型，第一种区块类型包含一个第一喷嘴作用域和一个1/4第二喷嘴作用域，第二种区块类型包含一个第一喷嘴作用域和两个1/4第二喷嘴作用域，第三种区块类型包含一个第一喷嘴作用域和三个1/4第二喷嘴作用域；如附图5所示，区块化区域获取子单元根据三种区块化类型，对X光图像进行区块化分割，获得区块化区域。

如附图4所示，N3为芯片边界，设芯片的长为L

可得：

将进气口气压传感器得到的气压1实际值与上位机系统根据实时贴片情况计算所得的气压1理论值进行比较，比较结果作为是否改变电机驱动信号的标准。

如附图6所示，超声电机气动阀门控制系统包括有上位机模块、超声电机驱动模块以及微小超声电机T1；上位机模块用于获取喷嘴进气口气压的理论值以及进气口气压传感器上传的喷嘴进气口气压的实际值，在实际值与理论值不一致的情况下，计算给出控制气动阀门开度的电信号并传输至超声电机驱动模块；超声电机驱动模块，与上位机模块通信连接，用于将控制阀门开度的电信号转换为驱动电机的驱动信号并将驱动信号传输至微小超声电机T1；微小超声电机，与超声电机驱动模块通信连接，用于接收超声电机驱动模块的驱动信号，控制气动阀门T2的开度；因此，可以看出，超声电机气动阀门控制系统由微小超声电机T1、电机驱动模块、上位机模块和气动阀门T2组成；由上位机模块计算给出控制阀门T2开度的电信号，经由电机驱动模块将控制阀门开度的电信号转换为驱动电机的驱动信号，驱动信号驱动微小超声电机工作，实现气动阀门开度的精确控制。

对于微小超声电机的驱动，本实施例采用两相高频电压馈电串联谐振逆变器，该逆变器完全由模拟控制驱动系统转换为数字控制驱动系统，包括脉宽调制(PWM)、脉频调制(PFM)和混合(PWM/PFM)控制，将DSP与驱动系统相结合，实现数字控制。本实施例通过改变驱动频率控制微小超声电机转速，驱动频率f

为实现精确的阀门开度控制，设计微小超声电机控制算法，结合期望的阀门开度信号，受工业焊接流程时间限制，需控制电机的转速使电机在限定时间将阀板带至指定开度位置。即当电机接收到目标阀门开度信号时，控制算法会计算出对应的电机转速，并控制电机以实现该目标，电机将通过齿轮组、皮带传动等方式将阀板带至指定开度位置；其中，阀板开度位置由定位控制装置获取，通过示波器获取电机的旋转角度，电机的旋转角度与阀板的开度位置对应。

通过改变直流电压的大小，改变开关频率f

其中，上位机模块包括电机转速测量单元以及阀门开度配置单元，电机转速测量单元，用于测量微小超声电机的电机转速，微小超声电机用于控制焊接气体喷嘴进口气压的阀门开度；阀门开度配置单元，用于基于焊接气体喷嘴进口气压实际值与进口气压理论值，以及电机转速，采用基于logistic的变系数PID控制器控制微小超声电机的转速，使微小超声电机在限定时间将控制焊接气体喷嘴进口气压的气动阀门转动至目标开度位置。

在传统PID控制算法基础上，采用logistic函数作为PID系数限制函数，将PID系数控制在预定范围内连续可变，得到LVC-PID微小超声电机控制器，可连续控制微小超声电机的转速，从而控制气动阀门的开度。具体地，本实施例的微小超声电机驱动采用两相高频电压馈电串联谐振逆变器，该逆变器完全由模拟控制驱动系统转换为数字控制驱动系统；通过改变直流电压的大小，改变驱动频率，控制微小超声电机的转速；采用16位定点TMS320F243 EVM数字信号处理器控制微小超声电机驱动系统。

如附图7所示，气体喷嘴呈圆柱体形，其外部设置有保温壁L1，其内腔为一上下贯通的喷气通道，喷气通道包括有从上至下依次设置的进气口L6、与进气口L6下端连通的气体加压缓冲道L5、与气体加压缓冲道L5下端连通的气体加压道L4、与气体加压道L4下端连通的喷气缓冲道L3以及与喷气缓冲道L3下端连通的喷气口L2，进气口L6和气体加压道L4均呈喇叭形且喇叭口朝上，气体加压缓冲道L5和喷气缓冲道L3均呈圆柱形，喷气口L2呈喇叭形且喇叭口朝下；进气口L6内设置有进气口气压传感器L7，，所述喷气口内设置有喷气口气压传感器L8。

气体喷嘴中的第一喷嘴M1或第二喷嘴M2，均由保温壁L1、喷气口L2、喷气缓冲道L3、气体加压道L4、气体加压缓冲道L5、进气口L6、进气口气压传感器L7、喷气口气压传感器L8组成；氮气在喷嘴中保持预热的温度不变，使得由喷嘴阵列喷气形成的氮气墙温度与贴片共晶温度保持一致，保证贴片共晶氛围，有效降低共晶贴片空洞率。

对基于均匀氮气墙的共晶焊接控制过程的步骤如下：

步骤1、获取芯片焊接X光实时贴片图像，在输入处理模块对实时采集的芯片共晶焊接X光图像进行处理。

步骤2、判断贴片是否达到精度要求，当判断精度为未达标时，将芯片进行区块化分割，并计算获取芯片实时贴片各区域空洞程度。

步骤3、基于芯片实时贴片的各区域空洞程度，由FPGA气压控制处理模块计算得到喷嘴喷气口气压1理论值。

步骤4、由气压传感器1实时获取当前喷嘴进气口气压1的实际值。

步骤5、判断喷嘴喷气口气压1的实际值是否等于FPGA气压控制处理模块计算所得的气压1理论值，当判断为二者不相等时，根据共晶焊接气体喷嘴的进口气压理论值，对共晶焊接气体喷嘴的进口气压进行调节，从而实现低空洞共晶焊接。

具体地，当判断焊接气体喷嘴进口气压实际值与进口气压理论值是否相等，若相等，则无需对焊接气体喷嘴进口气压进行调节，否则，对控制焊接气体喷嘴进口气压的阀门开度进行调节，对控制焊接气体喷嘴进口气压的阀门开度进行调节具体包括：

测量微小超声电机的电机转速，微小超声电机用于控制焊接气体喷嘴进口气压的阀门开度；

基于焊接气体喷嘴进口气压实际值与进口气压理论值，以及电机转速，采用基于logistic的变系数PID控制器控制电机的转速，使电机在限定时间将控制焊接气体喷嘴进口气压的阀门转动至目标开度位置。

具体地，logistic函数主要用于限制系统输出，表示为：

其中，参数α是用于调节下界和上界之间的转换清晰度的转换系数，logistic函数将x的值渐近地压缩在0到1之间，并具有连续可微的性质，因此选用logistic函数作为LVC-PID控制器的PID系数限制函数。

对于LVC-PID控制器，通过下式来改变PID系数：

其中，x

PID系数则表示如下：

其中，k

故本实施例LVC-PID的传递函数则表示为：

本实施例所提出的LVC-PID控制器能够在不同的操作范围内提供更好的性能表现，具有更好的稳定性。

步骤6、重新校准贴片，实时采集新一轮芯片X光贴片图，重复步骤1，直到贴片精度达标，实现低空洞共晶贴片。

本发明实施例中的关键点包括：

(1)、在基于芯片共晶焊接X光实时图像的区块化空洞检测算法和区块化空洞度的压力转换模型方面，通过X光实时成像系统获取芯片共晶焊接X光实时图像，对获取的X光图像进行图像去噪和图像增强预处理；对图像进行区块化自适应圆形卷积核卷积操作；基于OTSU阈值分割对X光图像进行空洞提取并获得各区块空洞总面积占区块面积的比，同时，根据芯片共晶焊接X光实时图像和提取出的对应空洞区域，由空洞灰度值结合各区块空洞面积占比拟合下压气压值。

(2)、在气体喷嘴气压转换模型方面，由喷嘴出口下压气压理论值p

(3)、在微小超声电机控制方面，在传统PID控制算法基础上，采用logistic函数作为PID系数限制函数，得到LVC-PID控制器，是一种系数在预定范围内可变的PID控制器；微小超声电机驱动采用两相高频电压馈电串联谐振逆变器，该逆变器完全由模拟控制驱动系统转换为数字控制驱动系统；通过改变直流电压的大小，改变驱动频率，控制微小超声电机的转速；采用16位定点TMS320F243 EVM数字信号处理器控制微小超声电机驱动系统。