CN107952626B - 一种高速高精度全自动在线点胶系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速高精度全自动在线点胶系统，属于集成电路板制造领域，其包括：壳体、移动机构、点胶驱动模块、传送模块、电气控制部分、气体流量控制模块、气体压力控制模块、控制电脑和电源控制按钮，所述壳体的两侧分别开设有进料口和出料口，所述移动机构设置于壳体内，其包括：X方向驱动单元和Y方向驱动单元，所述X方向驱动单元设置于Y方向驱动单元上并可以沿Y方向移动，所述点胶驱动模块设置于X方向驱动单元上并可以沿X方向移动，所述传送模块设置于移动机构的下方。通过上述方式，本发明能够解决现在业界面临的挑战和难题，提升集成电路封装的生产效率，并解决超小型化封装的矛盾。

Description

一种高速高精度全自动在线点胶系统
技术领域
本发明涉及集成电路板制造领域，特别是涉及一种高速高精度全自动在线点胶系统。
背景技术
目前大规模集成电路和移动智能消费类电子产品的需求对点胶机的生产效率和精度不断攀升。行业内的设备已经很难满足需求，在精度控制上，运动控制系统也都是采用开环伺服或步进控制；点胶阀也仅仅采用了控制与阀身分离式的设计，从而点胶速度无法有效提升。
现有的在线点胶机(系统)其理论生产效率(UPH)一般不超过180kP，且在定位精度上也很难达到20μm以内。且系统的重复精度与可靠性不高。现有的点胶设备及技术已经不能满足半导体行业的发展需要和消费者对智能消费电子产品的需求。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种高速高精度全自动在线点胶系统，能够解决现在业界面临的挑战和难题，提升集成电路封装的生产效率，并解决超小型化封装的矛盾。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高速高精度全自动在线点胶系统，包括：壳体、移动机构、点胶驱动模块、传送模块、电气控制部分、气体流量控制模块、气体压力控制模块、控制电脑和电源控制按钮，所述壳体的两侧分别开设有进料口和出料口，所述移动机构设置于壳体内，其包括：X方向驱动单元和Y方向驱动单元，所述X方向驱动单元设置于Y方向驱动单元上并可以沿Y方向移动，所述点胶驱动模块设置于X方向驱动单元上并可以沿X方向移动，所述传送模块设置于移动机构的下方，所述电气控制部分、气体流量控制模块、气体压力控制模块分别设置于壳体内或者壳体侧面，所述控制电脑设置于壳体外侧，所述电源控制按钮设置于壳体正对控制电脑的一侧。
优选的，所述点胶驱动模块主要包括：点胶驱动模块本体、线性导轨、安装面板、点胶阀挂接支架、高速工业相机，所述线性导轨固定于点胶驱动模块本体的一侧，所述安装面板与线性导轨之间通过滑块连接是的安装面板可以沿线性导轨滑动，所述安装面板由气缸驱动，所述点胶阀挂接支架固定于安装面板的下部，所述高速工业相机设置于点胶阀挂接支架的侧边处，所述高速工业相机的下方还设置有相机光源，所述点胶驱动模块本体的侧面设置有界面端板，在所述界面端板的下方设置有高度传感器，所述点胶驱动模块还包括驱动电机和电磁阀。
优选的，所述线性导轨的上部设置有限位挡块，用于限制安装面板的行程。
优选的，所述传送模块主要包括：固定板、导轨A、导轨B、支撑板、宽度调节机构和电磁阀组，所述导轨A和导轨B平行设置于固定板上，所述导轨A和导轨B上设置有输送滚轮，所述输送滚轮通过驱动电机驱动，所述导轨A或导轨B的入口端设置有光线传感器，所述支撑板设置于导轨A 和导轨B之间，所述导轨A或导轨B的中部靠近支撑板边缘位置设置有定位气缸，所述导轨A和导轨B上侧均匀设置有若干压块，所述导轨A或导轨B的中部还设置有光线感应头用于感应支撑板上产品的距离，所述导轨A 或导轨B处还设置有一高度传感器，所述导轨B通过连接块固定于宽度调节机构处。
优选的，所述宽度调节机构包括：丝杆和驱动电机，所述连接块的中部开设有螺纹孔，所述螺纹孔与丝杆的螺纹相匹配，所述驱动电机用于驱动丝杆转动，所述宽度调节机构能够调节导轨A与导轨B之间的间距，从而适应不同尺寸的产品。
优选的，所述X方向驱动单元或Y方向驱动单元均设置有：驱动马达、驱动轮、驱动钢丝绳、定滑轮、Z轴模块和导轨，所述Z轴模块设置于导轨上，Z轴模块的侧面设置有两个定滑轮，所述驱动钢丝绳的数量设置为两根，两根驱动钢丝绳的一端分别连接于驱动轮，另一端分别固定住，其中一根驱动钢丝绳绕经Z轴模块上的一个定滑轮，另一个驱动钢丝绳绕经Z轴模块上的另一个定滑轮。
优选的，所述导轨上均设置有直线光栅尺，用于精确反馈Z轴模块的移动位置。
优选的，所述电气控制部分主要包括：电源分配单元、主控制板、点胶头控制板、数字气压控制板和马达驱动板。
优选的，该系统还包括：气体压力显示单元、紧急控制按钮和报警装置，所述气体压力显示单元设置于壳体的正面，所述紧急控制按钮靠近电源控制按钮设置，所述报警装置设置于壳体上端。
优选的，在所述电气控制部分相对应的壳体处设置有风扇，用于对系统的电气控制部分进行主动散热处理。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本申请设计在精度控制方面采用了多种方式，使得系统充分保证了20μm的精度；提升了集成电路封装的生产效率，整个系统的产能也获得5.5倍以上的提上，解决了超小型化封装的矛盾。
附图说明
图1是本发明一种高速高精度全自动在线点胶系统一较佳实施例的立
体结构示意图；
图2是所示点胶驱动模块的立体结构示意图；
图3是所示传送模块的立体结构示意图；
图4是所示X方向驱动单元和Y方向驱动单元的工作原理示意图；
附图中各部件的标记如下：1、壳体，2、点胶驱动模块，3、X方向驱动单元，4、Y方向驱动单元，5、出料口，6、气体压力显示单元，7、电源控制按钮，8、控制电脑，9、紧急控制按钮，10、气体压力控制模块，11、气体流量控制模块，12、风扇，13、电气控制部分，14、报警装置，21、线性导轨，22、安装面板，23、点胶阀挂接支架，24、高速工业相机，25、高度传感器，26、相机光源，27、界面端板，28、限位挡块，29、电磁阀，210、驱动电机，101、导轨A，102、导轨B， 103、丝杆，104、驱动电机，105、驱动电机，106、连接块，107、压块，108、电磁阀组，109、高度传感器，110、支撑板，111、驱动电机，112、固定板，113、定位气缸，114、光线传感器，115、光线感应头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例包括：
一种高速高精度全自动在线点胶系统，包括：壳体1、移动机构、点胶驱动模块2、传送模块、电气控制部分13、气体流量控制模块11、气体压力控制模块10、控制电脑8和电源控制按钮7，所述壳体1的两侧分别开设有进料口(图中未标示)和出料口5，所述移动机构设置于壳体内，其包括：X方向驱动单元3和Y方向驱动单元4，所述X方向驱动单元3设置于 Y方向驱动单元4上并可以沿Y方向移动，所述点胶驱动模块2设置于X方向驱动单元3上并可以沿X方向移动，所述传送模块设置于移动机构的下方，所述电气控制部分13、气体流量控制模块11、气体压力控制模块10 分别设置于壳体内或者壳体侧面，所述控制电脑8设置于壳体1外侧，所述电源控制按钮7设置于壳体正对控制电脑的一侧。气体压力控制模块10，气体流量控制模块11对点胶控制气体进行了精确控制，同时压力可以实时显示在气体压力显示单元6上。
如图2所示，所述点胶驱动模块2主要包括：点胶驱动模块本体、线性导轨21、安装面板22、点胶阀挂接支架23、高速工业相机24，所述线性导轨21固定于点胶驱动模块本体的一侧，所述安装面板22与线性导轨 21之间通过滑块连接使得安装面板22可以沿线性导轨21滑动，所述安装面板22由气缸驱动，所述点胶阀挂接支架23的数量为两个，且均固定于安装面板22的下部，用于安装点胶阀；所述高速工业相机24设置于点胶阀挂接支架23的侧边处，具有视觉识别功能，用来在点胶过程中对被点胶对象的位置检测，并将位置信号反馈给控制电脑8，控制电脑8通过算法计算完成点胶XY位置的纠偏修正；所述高速工业相机24的下方还设置有相机光源26，所述点胶驱动模块本体的侧面设置有界面端板27，在所述界面端板27的下方设置有高度传感器25，高度传感器25可以检测点胶对象的高度并反馈给控制电脑，完成点胶高度Z位置的纠正；由此可见系统可以完成XYZ三维方向的位置纠正功能，确保点胶的精准性；点胶阀挂接支架 23和安装面板22用来固定不同型号的点胶阀，这样可以面对不同的应用胶水；安装面板22通过线性导轨21装配在点胶驱动模块本体上；所述点胶驱动模块2还包括驱动电机210和电磁阀29；驱动电机210用以驱动Z轴方向的运动，所述线性导轨21的上部设置有限位挡块28，用于限制安装面板22的行程。
如图3，所述传送模块主要包括：固定板112、导轨A101、导轨B102、支撑板110、宽度调节机构和电磁阀组108，所述导轨A101和导轨B102平行设置于固定板112上，用来传送点胶对象，所述导轨A101和导轨B102 上设置有输送滚轮，所述输送滚轮通过驱动电机105驱动，所述导轨A101 或导轨B102的入口端设置有光线传感器114，用来检测点胶对象的有无，所述支撑板110设置于导轨A101和导轨B102之间，所述导轨A101或导轨 B102的中部靠近支撑板110边缘位置设置有定位气缸113，实现了对点胶对象定位的功能，所述导轨A101和导轨B102上侧均匀设置有若干压块107，所述导轨A101或导轨B102的中部还设置有光线感应头115用于感应支撑板110上产品的距离，所述支撑板110实现了点胶对象固定功能，确保点胶对象在点胶过程中无位置变化。该模块的升降功能也是通过气缸来实现的。所述导轨A101或导轨B102处还设置有一高度传感器109，所述导轨 B102通过连接块106固定于宽度调节机构处。所述宽度调节机构包括：丝杆103和驱动电机104，所述连接块106的中部开设有螺纹孔，所述螺纹孔与丝杆的螺纹相匹配，所述驱动电机104用于驱动丝杆103转动，所述宽度调节机构能够调节导轨A101与导轨B102之间的间距，从而适应不同尺寸的产品。
传送模块的工作原理为：当产品通过导轨A101和导轨B102上的输送滚轮输送至点胶驱动模块2下方时，首先光线传感器113感应产品有无，并将信号反馈给控制电脑8；产品继续前行，到达定位气缸113位置，定位气缸活塞杆伸出，停止住产品，此时支撑板110下方的气缸将支撑板110 顶起，支撑板110带动产品上升，当到达压块107处，光线感应头115感应到产品到达，将信号反馈给控制电脑8，支撑板110停止上升，从而通过支撑板110和压块107将产品夹紧，然后开始点胶。
如图4所示，所述X方向驱动单元3或Y方向驱动单元4均设置有：驱动马达、驱动轮、驱动钢丝绳、定滑轮、Z轴模块和导轨，所述Z轴模块设置于导轨上，Z轴模块的侧面设置有两个定滑轮，所述驱动钢丝绳的数量设置为两根，两根驱动钢丝绳的一端分别连接于驱动轮，另一端分别固定住，其中一根驱动钢丝绳绕经Z轴模块上的一个定滑轮，另一个驱动钢丝绳绕经Z轴模块上的另一个定滑轮。当驱动马达转动时，带动驱动轮转动，此时，一根驱动钢丝绳收紧，另一根放松，Z轴模块向收紧的驱动钢丝绳一侧滑动；同理，当驱动马达反转时，Z轴模块向另一侧滑动。所述导轨上均设置有直线光栅尺，该直线光栅尺采用了英国雷尼绍公司的数字反馈光栅尺，保证了系统XY方向的精度能够达到5μm。
本发明的电气控制部分13，包含了电源分配单元，主控制板，点胶头控制板，数字气压控制板，马达驱动板等部分，并由电源控制按钮7和紧急控制按钮9控制电源供给的开启和切断。不同功能模块通过工业总线与控制电脑进行实时数据通信。这使得系统的所有传感器，执行部件状态都在上位机的控制下统一的运行，保证系统的可靠性。
本发明在点胶定位精度控制方面，系统采用了全数字闭环伺服控制技术驱动各运动轴，硬件上采用TI公司的数字信号处理(DSP)芯片，以及 Xillinx的现场可编程门阵列(FPGA)芯片，实现了系统的高实时性，快速响应时间小于10nS。驱动算法采用了最新的矢量算法，实现了电机在加速度方面的控制更平滑，减小设备的震动和噪声。闭环反馈采用了直线光栅尺进行实时反馈，另外在装配时也采用了独特的光学面阵校准技术，配合自我开发的平面畸形纠偏插补算法能确保系统在全工作范围内(423x458mm) 都能满足设计精度要求20um。
在点胶量控制方面，系统也采用最新研发的基于ARM Cortex芯片的自动闭环工艺控制校准技术，可通过有0.1mg精度的电子天平模块对重量控制确保喷射过程中精准胶量的重复性，以及在飞行中喷射实现优化胶线速度，在实时点胶时，系统的流量通过电热式质量流量控制传感器实时侦测工作气流流量，从而进一步稳定了点胶质量和稳定性。
在点胶效率提升方面，该点胶模块设置了两个点胶阀挂接支架23，安装有两个点胶阀，具有自动同步双阀功能。该功能通过自我开发的 FluidMove软件控制两个点胶阀在空间维度(XYZ三个方向)和时间维度(点胶阀的开闭控制时间)实现了同步，这使得两个点胶阀可以喷射出相同的胶体，满足各种应用需求，同时使得整体点胶时间降低50％，软件开启异步双阀功能时，系统可以同时实施两种不同的胶体喷射，进一步扩大了该系统的适用范围，另外，机构和软件配合使用，可以实现飞行识别功能，这种新开发的飞行识别方法比传统的停留-抓取方式快了近5.5倍，单位产能UPH提高了35％，定位的精度和准确度与传统方式相当，不同点胶对象上的定位点数越多，整体效率越高，所节省的时间也越多。
另外，系统采用了自我开发的在线导轨设计，可以与上下游设备合并成整条生产线，与上下游的设备通讯采用了行业SMEMA标准，方便了系统进行组线生产；系统整体满足SEMI-S2，SEMI-S8和CE要求，这使得该系统能够满足全球客户需求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种高速高精度全自动在线点胶系统，其特征在于，包括：壳体、移动机构、点胶驱动模块、传送模块、电气控制部分、气体流量控制模块、气体压力控制模块、控制电脑和电源控制按钮，所述壳体的两侧分别开设有进料口和出料口，所述移动机构设置于壳体内，其包括：X方向驱动单元和Y方向驱动单元，所述X方向驱动单元设置于Y方向驱动单元上并可以沿Y方向移动，所述点胶驱动模块设置于X方向驱动单元上并可以沿X方向移动，所述传送模块设置于移动机构的下方，所述电气控制部分、气体流量控制模块、气体压力控制模块分别设置于壳体内或者壳体侧面，所述控制电脑设置于壳体外侧，所述电源控制按钮设置于壳体正对控制电脑的一侧，所述X方向驱动单元或Y方向驱动单元均设置有：驱动马达、驱动轮、驱动钢丝绳、定滑轮、Z轴模块和导轨，所述Z轴模块设置于导轨上，Z轴模块的侧面设置有两个定滑轮，所述驱动钢丝绳的数量设置为两根，两根驱动钢丝绳的一端分别连接于驱动轮，另一端分别固定住，其中一根驱动钢丝绳绕经Z轴模块上的一个定滑轮，另一个驱动钢丝绳绕经Z轴模块上的另一个定滑轮，所述导轨上均设置有直线光栅尺，系统采用数字信号处理(DSP)芯片、现场可编程门阵列(FPGA)芯片，以便于相应时间小于10ns，系统采用0.1mg精度的电子天平模块，以便于确保喷射过程中精准胶量控制的重复性。
2.根据权利要求1所述的一种高速高精度全自动在线点胶系统，其特征在于，所述点胶驱动模块主要包括：点胶驱动模块本体、线性导轨、安装面板、点胶阀挂接支架、高速工业相机，所述线性导轨固定于点胶驱动模块本体的一侧，所述安装面板与线性导轨之间通过滑块连接的安装面板可以沿线性导轨滑动，所述安装面板由气缸驱动，所述点胶阀挂接支架固定于安装面板的下部，所述高速工业相机设置于点胶阀挂接支架的侧边处，所述高速工业相机的下方还设置有相机光源，所述点胶驱动模块本体的侧面设置有界面端板，在所述界面端板的下方设置有高度传感器，所述点胶驱动模块还包括驱动电机和电磁阀。
3.根据权利要求2所述的一种高速高精度全自动在线点胶系统，其特征在于，所述线性导轨的上部设置有限位挡块。
4.根据权利要求1所述的一种高速高精度全自动在线点胶系统，其特征在于，所述传送模块主要包括：固定板、导轨A、导轨B、支撑板、宽度调节机构和电磁阀组，所述导轨A和导轨B平行设置于固定板上，所述导轨A和导轨B上设置有输送滚轮，所述输送滚轮通过驱动电机驱动，所述导轨A或导轨B的入口端设置有光线传感器，所述支撑板设置于导轨A和导轨B之间，所述导轨A或导轨B的中部靠近支撑板边缘位置设置有定位气缸，所述导轨A和导轨B上侧均匀设置有若干压块，所述导轨A或导轨B的中部还设置有光线感应头用于感应支撑板上产品的距离，所述导轨A或导轨B处还设置有一高度传感器，所述导轨B通过连接块固定于宽度调节机构处。
5.根据权利要求4所述的一种高速高精度全自动在线点胶系统，其特征在于，所述宽度调节机构包括：丝杆和驱动电机，所述连接块的中部开设有螺纹孔，所述螺纹孔与丝杆的螺纹相匹配，所述驱动电机用于驱动丝杆转动。
6.根据权利要求1所述的一种高速高精度全自动在线点胶系统，其特征在于，所述电气控制部分主要包括：电源分配单元、主控制板、点胶头控制板、数字气压控制板和马达驱动板。
7.根据权利要求1所述的一种高速高精度全自动在线点胶系统，其特征在于，该系统还包括：气体压力显示单元、紧急控制按钮和报警装置，所述气体压力显示单元设置于壳体的正面，所述紧急控制按钮靠近电源控制按钮设置，所述报警装置设置于壳体上端。
8.根据权利要求1所述的一种高速高精度全自动在线点胶系统，其特征在于，在所述电气控制部分相对应的壳体处设置有风扇。
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