微电子技术的发展，要求芯片具有更小的尺寸、更多的I／O、更高的性能和可靠性，这对芯片封装装备提出了更大的挑战，面阵列封装技术迎合了这一发展趋势，热超声倒装键合是一种绿色无铅面阵列封装技术，是最具有潜力的下一代封装技术之一。在热超声倒装键合工艺中定位精度与键合质量密切相关，视觉定位技术是芯片热超声倒装设备的关键技术之一。本文设计和研究了热超声倒装键合实验台视觉定位系统成像系统、照明系统，完成了图像识别软件的设计与开发，提出了基于HexSight特点的热超声倒装键合实验台视觉系统的解决方案。本文的工作主要包括：(1)根据热超声实验台中视觉定位系统的功能要求，提出了一种改进的双CCD取像光路，此光路继承了双CCD成像系统的优点，并缩小了上视CCD的安装空间。在研究和借鉴通用视觉系统的基础之上，完成了热超声倒装键合实验台视觉系统的硬件设计。(2)根据芯片和基板表面材料特性、CCD光学特性，通过实验对比和理论研究，设计了一种以环形LED光源为主、多个LED珠为辅的视觉系统照明光源，获得了轮廓特征清晰、对比度高的数字图像。为解决环境光改变后，需多次调节光源亮度的问题设计了一数字可调LED电源，利用PC机串口控制各路输出电压，并循环显示各个电压值，同时可以保存调试结果，在需要时加载。(3)利用图像的几何变换和理想相机小孔成像模型理论，推导了两CCD图像坐标系间的数学关系，统一了双CCD分别对芯片和基板识别定位的结果，实现了芯片与基板键合点的对准，为开发自主产权的热超声倒装键合实验台图像处理系统奠定了基础。(4)以HexSight为基础开发了热超声倒装键合实验台视觉定位软件，对系统双CCD控制资源的分配、同一搜索模式库的对象识别、对象部分偏离视场时的搜索、反置芯片的识别等问题的解决方法进行了详细介绍。最后根据对芯片进行定位的实验数据，分析了视觉定位系统的单项误差和综合误差，并对识别结果提出了两种优化方法，进一步提高了视觉定位软件的定位精度。实验证明本视觉系统对于任意位姿的对象识别具有较好的稳定性，其定位精度达到了亚像素级别。此系统的研制成功，为课题的进一步研究提供了条件。