近十年來,并行貼裝一直是超大批量SMT生產(chǎn)環(huán)境的首選貼片技術(shù)。由于這項技術(shù)對持續(xù)和可預(yù)計的超大批量生產(chǎn)頗具潛力,因此在以生產(chǎn)周期冗長見稱的消費電子領(lǐng)域內(nèi)廣為接受。如今,新一代技術(shù)從本質(zhì)上提高了并行貼裝的靈活性,使并行貼裝成為30kcph以上、"高混合"生產(chǎn)的實用方案。最新的并行貼裝平臺具有許多特點來增強靈活性,其中之一是新型基板輸送系統(tǒng),該系統(tǒng)可明顯縮短產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的時間,即便是100kcph的生產(chǎn)線,轉(zhuǎn)換時間也可減少到1分鐘。
電路板輸送難題
過去,基板對位是在基板進入貼裝設(shè)備時進行的。因基板規(guī)格而異的專用基板輸送架具有錐形銷,以保證基板精確地通過貼片機的每個貼片頭,導(dǎo)致產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的時間延長。因此,并行貼裝比較適合于超高產(chǎn)量、低混合型生產(chǎn)。
在新一代并行貼裝平臺上,基板中心定位已經(jīng)讓位給各個貼裝頭上的基板對位相機,由相機對基板通過貼片機時的每次位置變化進行檢測。一旦發(fā)現(xiàn)偏差,局部智能裝置可自動進行補償,使基板輸送系統(tǒng)重新設(shè)計成為可能�，F(xiàn)在,基板以相同的方式在貼裝系統(tǒng)中傳輸,卻無需專用夾具。基板的寬度和厚度偏差可以自動修正,在生產(chǎn)前無須校準。
創(chuàng)新的輸送技術(shù)
這種新型無托架輸送系統(tǒng)目前正在申請專利,使用這種系統(tǒng)時,基板沿前進方向的一邊被夾緊。圖1展示系統(tǒng)操作方式,它由固定架及活動梁組成;活動梁沿機器的長度伸展并在X向進行往復(fù)運動。
圖一 新型無托架輸送系統(tǒng)的操作方式
基板由傳動皮帶送入進板區(qū),由兩邊的承軌支持。由Z軸升降結(jié)構(gòu)抬起后,夾板裝置的下單元使基板的上平面頂住夾板裝置的上單元,從而夾緊基板。在基板移向第一個貼裝位置的過程中夾爪緊抓不放,然后將基板放回到承軌上。隨后,活動梁下降,并返回初始位置,如此重復(fù)進行。
每次軌道在步進時,升降結(jié)構(gòu)處于升起狀態(tài),基板被沿X軸方向分布的夾板裝置抓住,處于夾緊狀態(tài)。該夾板裝置的長度與機器長度相適應(yīng)。在向前移動一段程控距離后,進入下一個機械手的工作區(qū)。于此同時,機器的進板模塊持續(xù)把基板送入貼片機。
為了達到許多專用設(shè)計標準,系統(tǒng)采用了高水平的制造工藝。例如,爪鉗寬度減小到3mm,這個寬度最有利于獲得可靠的夾持力,而且貼裝速度不會因為增大貼裝頭的行程而減小。爪鉗的X向尺寸小于基板的縱向長度,以保證每塊基板在傳送過程中至少卡在兩個爪鉗內(nèi),不管基板的厚度如何,總有一個爪鉗夾緊基板。另外,考慮到同一批基板厚度的差異,爪鉗的上單元還采用了彈簧式設(shè)計。
這款設(shè)計的另一個目標是制造一種適合于倒裝芯片的輸送系統(tǒng)。Z軸升降器利用一個窄刃與基板下側(cè)相接觸,占用最少的基板空間。為了盡量縮短循環(huán)時間,活動梁返回時可以在負Z軸方向和負X軸方向聯(lián)動。然而,為了使器件能夠裝在基板下側(cè),這些運動需要限定一個Z軸方向安全距離,每個基板的Z軸方向安全距離是可編程的 (圖2)。同樣,活動梁在接近初始位置時沿正的Z軸方向移動到程序設(shè)定的安全距離。
圖二 基板Z軸方向安全距離是可編程的
許多基板不需要支撐銷,但如果是大而薄的柔性板,它們可以在離線狀態(tài)下裝到下爪組件上,同樣,這也不會影響運行時間。
精度考慮問題
承軌對基板不施加任何可能導(dǎo)致基板移動的不必要壓力,從而達到良好的定位精度。當基板停在貼裝頭的工作區(qū)內(nèi)時,板對準系統(tǒng)便開始工作�？紤]到器件具有不同的精度等級,板對準系統(tǒng)的工作模式有兩種,即分布式和局部式。
分布式同現(xiàn)有的并行貼裝極為相象,基板精確定位需要兩個或三個基準特征或圖形特征。如果某個貼裝頭的工作區(qū)內(nèi)沒有足夠的基準特征,它可以從相鄰機械手那里得到信息。分布操作的范圍是一次轉(zhuǎn)位循環(huán),可達到的精度取決于機械手之間的系統(tǒng)校準結(jié)果和傳送梁與機械手之間的校準結(jié)果。操作員只會看到這些校準工序,而且它們在幾分鐘內(nèi)便會完成。分布模式的優(yōu)點在于不需要在每個步進后識別基準特征,為節(jié)約寶貴的處理時間和提高產(chǎn)量創(chuàng)造了條件。
在局部模式下,每個貼裝頭獨立確定基板在每次步進時的位置,因此,該模式的效用將依賴于相機的視野范圍內(nèi)是否有足夠的基準特征或可識別的圖形特征。盡管分布模式在典型生產(chǎn)環(huán)境下的許多貼裝用途中已經(jīng)證明是足夠精確了,但是對于要求特別苛刻的器件而言,新平臺還是通過局部式操作而提高了這些器件的貼裝精度。值得指出的是,采用分布模式并不排斥某些元件采用局部模式,有助對每個貼裝頭取得精度和產(chǎn)量之間的平衡。
獨特的平臺
在同一個貼裝平臺上實現(xiàn)不同的精度等級體現(xiàn)了表面貼裝工業(yè)的一場變革。針對每個貼裝頭進行基板對位和智能控制的創(chuàng)新方法,獲三種以上經(jīng)過驗證的獨特工藝技術(shù)支持,因此新平臺能貼裝各種器件,從0201、IC和高級封裝件到異型組件,而且對產(chǎn)量進行優(yōu)化。其模塊化結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)30到100kcph范圍內(nèi)的產(chǎn)量伸縮調(diào)整。該平臺更支持300多種不同元器件,可以按系列進行設(shè)置 (family setup),進一步減少了型號轉(zhuǎn)換的時間。
新型并行貼裝系統(tǒng)不再需要對不同的基板配備專用托架;無需重新配置送料器;無需根據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系對系統(tǒng)進行聯(lián)機校準,因此取得了業(yè)內(nèi)最高的轉(zhuǎn)換速度,并且有助于在高產(chǎn)量、高混合的生產(chǎn)環(huán)境實現(xiàn)最低的單位貼裝成本。 |
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