CN111465312A - 基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法 - Google Patents

基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，首先按照预定的规格制作多个呈周期性阵列排布的PCB板，每单个PCB板形成一个单元块，不同所述单元块之间形成连接筋进行互联；依据所述PCB板的排布规格制作多个呈周期性阵列排布的塑胶上盖；接着将排布后的所述PCB板整体吸合并限制在生产工装表面，以避免所述PCB板变形和位移；然后利用自动表面贴装设备将不同光电器件以及所述塑胶上盖分类依次贴装在排布后的各个PCB板上；最后利用切割设备将贴装后的所述PCB板切割成单个光电产品。这样可以简化封装生产工艺流程，提升封装设备一次性产出率，提高封装设备的使用率和封装生产效率，减少企业的固定资产及操作工人投入，有效精简企业的投入成本。

Description

基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法
技术领域
本发明涉及光电产品封装领域，尤其涉及一种基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法。
背景技术
SIP封装(System In Package系统级封装)是将多种功能的有源或者无源器件，诸如MEMS或者光源、透镜、处理器、存储器、传感器芯片等集成到一个封装单元中，从而形成一个完整功能的系统或者子系统，这种封装方式具有体积小、耗能低、功能多、速度快、有较高的兼容性等特点。随着现在消费电子，汽车和医疗电子，可穿戴产品小型化、高集成度、规模化生产和使用的需要，对SIP封装的产品提出更高效率、更低成本的生产要求。
基于SIP封装的光电产品受原材料物理特性及产品结构设计影响，其中PCB(Printed Circuit Board印刷电路板)与塑胶上盖这两部分受到了技术和工艺上的限制，从而进一步限制了光电产品的封装生产效率，同时也使得企业的固定资产投入成本增加。具体来说，现有光电产品整体生产方式为，封装设备先按照预先编订的程序依次贴装完一件产品所包含的光电元器件后再转到下一件产品的贴装，依此类推，利用不同封装设备的功能特性进行多工序的循环作业。在这个过程中，上件产品与下件产品贴装转换时，封装设备会存在一定的闲置等待时间，造成封装设备使用率底下。若PCB与光学盖板排布数量越少，则封装设备的闲置等待时间越长、频率越多，设备使用率越低，相对应的生产效率也越低。减少封装设备的闲置等待时间也是基于SIP封装的光电产品生产效率的重要技术难题。
当产品需求量增加时，企业往往需要投入更多的封装设备来匹配生产，同时也需要匹配相应的工人进行操作。这样一来就明显的增加了企业的投入成本及产品加工成本。如何利用现有封装设备及生产工艺有效的提升封装生产效率，是当下急需解决的方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，解决现有光电产品封装生产效率低下的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，包括以下步骤：
PCB板排布步骤，按照预定的规格制作多个呈周期性阵列排布的PCB板，每单个PCB板形成一个单元块，不同所述单元块之间形成连接筋进行互联；
塑胶上盖排布步骤，依据所述PCB板的排布规格制作多个呈周期性阵列排布的塑胶上盖；
PCB板吸合步骤，将排布后的所述PCB板整体吸合并限制在生产工装表面，以避免所述PCB板变形和位移；
光电器件贴装步骤，利用自动表面贴装设备将不同光电器件以及所述塑胶上盖分类依次贴装在排布后的各个PCB板上；
切割步骤，利用切割设备将贴装后的所述PCB板切割成单个光电产品。
根据本发明一实施例，在PCB板排布步骤中，在每个所述单元块的板边设有多个标记以标记每个所述PCB板和所述PCB板上的各个光电器件的绝对坐标值。
根据本发明一实施例，在PCB板排布步骤中，在每个所述单元块的周边设有切割标记和切割槽。
根据本发明一实施例，在塑胶上盖排布步骤中，在排布的所述塑胶上盖的板边设有多个工艺孔以作为基准。
根据本发明一实施例，在PCB板吸合步骤中，所述生产工装一侧设有气动主气道，所述生产工装的内部设有气动分支气道，所述气动主气道和所述气动分支气道相互连通形成闭环通道并通过连接气动装置使得所述生产工装内外形成压力差，从而将排布后的所述PCB板吸合在所述生产工装表面。
根据本发明一实施例，在光电器件贴装步骤中，先将电接收芯片和旁路器件按照排布后的所述PCB板依次进行贴装，然后利用自动固晶设备将微透镜、光学滤光片、光发射芯片、所述塑胶上盖以及光学玻璃按照排布后的所述PCB板依次进行贴装。
根据本发明一实施例，所述基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法包括：
点胶固化步骤，在所述接收芯片和所述微透镜之间，以及在所述微透镜和所述光学滤光片之间的相对接触面进行点胶固化。
根据本发明一实施例，所述基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法包括：
检测步骤，利用检测系统的光学模块照射贴装后的所述PCB板，再利用所述检测系统对所述PCB板进行成像，通过计算机读取成像信息并和设定的参数进行校对，以筛选贴装后的不良产品。
根据本发明一实施例，在检测之前，先将检测工装固定在检测系统的工作底盘上并连接好通讯接口，然后将贴装后的所述PCB板固定在检测工装内，并校对所述检测系统的初始坐标。
根据本发明一实施例，所述检测步骤在所述切割步骤之前，所述检测系统根据坐标值确定筛选出来的不良产品的位置并反馈给生产服务器，所述切割设备完成对所述PCB板的切割后，再挑出不良产品进行返修。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
本发明通过将PCB板和塑胶上盖均进行多数量多单元块的周期性阵列排布设计，且排布数量可随着封装设备的工作能力和空间大小同比例增加，获得的多数量的PCB板和塑胶上盖可采用全自动工装进行组合匹配生产，可以简化封装生产工艺流程，在SIP封装的基础上，封装设备一次性产出率将大幅提升，同时也有效提高封装设备的使用率，大大提高光电产品的封装生产效率，从而可减少企业的固定资产及操作工人投入，有效精简企业的投入成本。
附图说明
图1是采用本发明实施例提供的基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法生产的光电产品截面图；
图2是采用本发明实施例提供的基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法进行周期性阵列排布的PCB板、塑胶上盖的结构示意图，以及用于吸合PCB板的生产工装的结构示意图；
图3是PCB板的排布设计远场图以及PCB板的排布设计近场图，并展示了PCB板的切割槽设计；
图4是塑胶上盖的排布设计远场图和塑胶上盖的排布设计近场图；
图5是用于吸合排布后的PCB板的生产工装的结构示意图；
图6是在PCB板上分别贴装了光电器件和塑胶上盖后的远场图；
图7是用于检测贴装后的PCB板的检测系统的结构示意图。
具体实施方式
以下描述只用于揭露本发明以使得本领域技术人员能够实施本发明。以下描述中的实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及其他未背离本发明精神和范围的其他方案。
本发明提供一种基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，可以大幅提高光电产品的封装生产效率。具体而言，所述基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法包括以下步骤：
PCB板排布步骤，按照预定的规格制作多个呈周期性阵列排布的PCB板13，每单个PCB板13形成一个单元块，不同所述单元块之间形成连接筋进行互联；
塑胶上盖排布步骤，依据所述PCB板13的排布规格制作多个呈周期性阵列排布的塑胶上盖12；
PCB板吸合步骤，将排布后的所述PCB板13整体吸合并限制在生产工装25表面，以避免所述PCB板13变形和位移；
光电器件贴装步骤，利用自动表面贴装设备将不同光电器件以及所述塑胶上盖12分类依次贴装在排布后的各个PCB板13上；
切割步骤，利用切割设备将贴装后的所述PCB板13切割成单个光电产品。
在PCB板排布步骤中，如图2和图3所示，首先根据封装设备的工作能力和PCB板13的材料特性选择合适的排布规格尺寸，然后按照预定的规则排布形成周期性阵列排布的所述PCB板13，也就是说，所有的PCB板13形成一个整体的拼版。每单个所述PCB板13形成一个单元块，不同的单元块之间形成连接筋进行互联。例如，在本实施例中，多个PCB板13排布形成的整体拼版在X方向的长度L1的范围为100-360mm，单个PCB板13在X方向上的长度L2的范围为12-36mm，拼版在Y方向上的宽度W1的范围为100-360mm。在每个单元块的周边设有切割标记和切割槽，也就是说，在预定的排布规格内，通过切割标记和切割槽将单个所述PCB板13区隔为一个单元块，其中切割槽的宽度W2的范围为0.2-0.5mm。在每个单元块的板边设有多个标记131，例如，在本实施例中，设计了N个同心度标记131，以标记每个PCB板13以及所述PCB板13上的光电器件的绝对坐标值。不同单元块之间通过连接筋互联且相互独立，从而实现PCB板13的多数量阵列排布。在排布的所述PCB板13拼成的版边设有多个工艺孔22以作为后续封装的基准。
特别地，在本实施例中，采用周期性阵列排布的方式将多个PCB板13形成一个规格为7*9的拼版，即形成的拼版在X方向上排布7个所述PCB板13，Y方向上排布9个所述PCB板13。由于所述PCB板13在后续的封装生产过程中会存在一定的变形量，并且为了不影响性能，所述PCB板13的变形量需要控制在合理的范围内；而不同尺寸规格的所述PCB板13其变形量有所不同，不同数量的所述PCB板13排布形成不同尺寸规格的拼版其变形量也会有所不同。根据实际生产经验，将多个PCB板13形成一个规格为7*9的拼版其变形量较小，综合性能最佳。在其他实施例中，在合适的空间大小和规格尺寸的情况下，也可以将不同数量的所述PCB板13按照7*9的2倍整数递增的方式排布形成整体的拼版，也就是说，在X方向延伸的所述PCB板13数量(133)和在Y方向上延伸的所述PCB板13数量(132)是基于7*9数量级拼版的2倍整数递增，相对应所述单元块的排布数量也是2倍整数递增。采用这种周期性阵列排布的方式，封装设备的一次性产出率将大幅提升，同时也有效提升封装设备的使用率，大大提升光电产品封装生产效率。
于其他实施例中，对于一些比较大型的光电产品，可以将多个PCB板13按照预定的规格呈周期性阵列排布，每单个PCB板形成一个一级单元块，按照预定的数量级例如7*9数量级的一级单元块排布形成一个二级单元块，在合适的空间因子内，多个二级单元块排布形成最终的按阵列排布的大型拼版。
在塑胶上盖排布步骤中，如图4所示，首先利用单个所述PCB板13及周边的切割槽尺寸(W2：0.2-0.5mm)，以及所述PCB板13排布规格，转化为同等数量或者相匹配的排布规格和方式，制作多个呈周期性排布的塑胶上盖12。例如，所有的塑胶上盖12也按照7*9或者2倍整数递增的方式排布形成拼版。并且在排布的所述塑胶上盖12的板边设有多个工艺孔21以作为后续封装的基准。这样在后续封装生产过程中，塑胶上盖12以单元块(包含一级单元块或者二级单元块)的形式进行作业，这同样地可使得封装设备的一次性产出率大幅提升，同时也有效提升封装设备的使用率，大大提升产品的封装效率。
在PCB板吸合步骤中，预先准备合适的生产工装25，在本实施例中采用全自动生产工装25，根据所述PCB板13和塑胶上盖12的排布规格，所述生产工装25的尺寸为长度L160-420mm，宽度W160-420mm。利用所述PCB板13周边的工艺孔22和所述生产工装25的基准点24将排布后的所述PCB整体通过吸合的方式有效限制在生产工装25的槽位内，所述生产工装25和所述PCB板13组合后投放入流线进行后续封装生产。具体而言，所述生产工装25一侧设有气动主气道，所述生产工装25的内部设有气动分支气道，所述气动主气道和所述气动分支气道相互连通形成闭环通道并通过连接气动装置使得所述生产工装25内外形成压力差，从而将排布后的所述PCB板13均匀紧密地吸合在所述生产工装25表面，以杜绝所述PCB板13在生产过程中产生形变。
在光电器件贴装步骤中，如图6所示，对排布好的所述PCB板13进行光电器件的贴装，首先利用全自动表面贴装设备将电接收芯片14和旁路器件17按照排布后的所述PCB板13依次进行贴装，然后再利用全自动固晶设备按照编写的程序将微透镜15、光学滤光片16、光发射芯片18、塑胶上盖12与光学玻璃11按照排布后的所述PCB板13依次进行贴装。在贴装塑胶上盖12时，利用塑胶上盖12的工艺孔21和生产工装25的基准点23进行有效精密地限位。本发明利用所述PCB与塑胶上盖12呈周期性阵列排布后数量上的优势，可以增加单工序、单次数的一次性封装生产效率，从而增加整条生产线的封装设备使用率，减少封装设备的闲置等待时间，以实现整体的封装生产效率提升。
进一步地，所述基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法包括点胶固化步骤：在所述接收芯片和所述微透镜之间，以及在所述微透镜和所述光学滤光片之间的相对接触面进行点胶固化。
所述基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法包括检测步骤。本实施例采用全自动检测设备，设备整体尺寸为L:800*W:800*H:420mm，工作范围为510*510mm。在检测之前，先将检测工装固定在检测系统的工作底盘46上并连接好通讯接口45，然后将贴装后的所述PCB板13固定在检测工装内，并根据设备的X轴41、Y轴44、Z轴43校对所述检测系统的初始坐标。检测系统采用有源对准耦合技术，在检测时，利用检测系统的光学模块42的点阵光源地毯式均匀照射贴装后的呈周期性阵列排布的整个所述PCB板13，再利用所述检测系统的中央处理单元47对位于检测工装上的所述PCB板13进行上电成像，通过计算机49读取成像信息，例如读取在所述PCB板13贴装之后的光电产品成像的深度信息、灰度信息以及图像完整性等特征，并根据计算机49读取到的采集信息和系统设定的光电产品的黄金参数进行综合校对，以筛选贴装后的不良产品。这样可以筛选出封装后的光电产品在制程缺陷、物料缺陷以及工艺缺陷造成的功能性不良产品。
所述检测步骤在所述切割步骤之前，针对筛选出来的功能性不良产品，所述检测系统根据其相对X、Y坐标值确定筛选出来的不良产品的具体位置并反馈上传给生产服务器，后段的所述切割设备完成对所述PCB板13的切割后，再挑出不良产品进行返修。当前的光电产品测试完成后，检测系统会自动停止并回到原点，由操作工人将光电产品取出流线并放置下一片待检测的光电产品，放置完成后根据操作按钮48启动检测直至检测完成，并重复上述检测步骤。这样，使得光电产品检测的一次性产出数明显提高，大大提升光电产品的检测效率，检测品质也能有效保障。
图1是根据本发明提供的所述基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法生产的光电产品的横截面图，利用全自动表面贴装设备将电接收芯片14和旁路器件17按照阵列排布后的PCB板13依次进行贴装，再利用全自动固晶设备按照编订程序将微透镜15、光学滤光片16、光发射芯片18、塑胶上盖12与光学玻璃11按照阵列排布后的PCB板13依次进行贴装，同时在电接收芯片14与微透镜15之间，微透镜15与光学滤光片16之间相对接触面进行点胶及固化，最后按照阵列排布后的PCB板13进行检测及精密切割，从而制得所述光电产品。
本发明具有以下优势：
第一，本发明一种基于多数量周期性阵列排布后的PCB板13与塑胶上盖12，利用全自动切割设备的编程功能，根据PCB板13的切割标记134将阵列排布后的光电产品预先设置切割程序，最后依照程序进行精密切割分离，切割完成后根据生产服务器的检测数据挑选出需返修的不良品并集中放置统一送至维修工程师处理。将PCB板13与塑胶上盖12进行周期性阵列排布后可有效提升光电产品切割的一次性产出数，大大提升光电产品的切割效率。
第二，针对阵列排布后PCB板13在封装生产过程中的变形问题，封装生产过程中采用生产工装25进行辅助，基于周期性阵列排布后PCB板13Gerber资料为此设计了的全自动的生产工装25，利用生产工装25的内/外部压力差对PCB板13进行限制，以解决变形问题。
第三，针对封装线体的生产平衡率问题，基于PCB板13的周期性阵列排布原理，匹配设计了多数量的周期性阵列排布的塑胶上盖12，来提高设备的使用率，从而实现整体生产的平衡率。
第四，针对全自动生产工装25、PCB板13、塑胶上盖12这三者之间的生产匹配性问题及生产精度问题，本发明首先根据PCB板13与塑胶上盖12的周期性阵列排布资料设计全自动的生产工装25图纸，利用高精度的数控设备进行全自动的生产工装25的加工，以提高生产工装25本身的精度问题(可达±10um)，同时利用PCB板13的工艺孔22与塑胶上盖12的工艺孔21分别和生产工装25相对应的基准点24、23进行精密限位，以达到整体的高精度、高效率的生产。
第五，针对多数量周期性阵列排布后制得的光电产品，利用全自动的检测系统编程和光学数据的采集、处理等功能，可按照周期性阵列排布后整体一次性进行各个光电产品功能检测，有效提升光电产品的检测效率。
第六，针对多数量周期性阵列排布后的PCB板13与塑胶上盖12，利用全自动切割设备编程功能，可进行精密切割分离，有效提升光电产品的切割效率。随封装生产效率显著提升，可减少企业的固定资产及操作工人投入，有效精简企业的投入成本。
本领域技术人员应当理解，上述描述以及附图中所示的本发明的实施例只作为举例，并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能和结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理情况下，本发明的实施方式可以有任何变形和修改。

Claims (10)

1.一种基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
PCB板排布步骤，按照预定的规格制作多个呈周期性阵列排布的PCB板，每单个PCB板形成一个单元块，不同所述单元块之间形成连接筋进行互联；
塑胶上盖排布步骤，依据所述PCB板的排布规格制作多个呈周期性阵列排布的塑胶上盖；
PCB板吸合步骤，将排布后的所述PCB板整体吸合并限制在生产工装表面，以避免所述PCB板变形和位移；
光电器件贴装步骤，利用自动表面贴装设备将不同光电器件以及所述塑胶上盖分类依次贴装在排布后的各个PCB板上；
切割步骤，利用切割设备将贴装后的所述PCB板切割成单个光电产品。
2.根据权利要求1所述的基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，其特征在于，在PCB板排布步骤中，在每个所述单元块的板边设有多个标记以标记每个所述PCB板和所述PCB板上的各个光电器件的绝对坐标值。
3.根据权利要求1所述的基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，其特征在于，在PCB板排布步骤中，在每个所述单元块的周边设有切割标记和切割槽。
4.根据权利要求1所述的基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，其特征在于，在塑胶上盖排布步骤中，在排布的所述塑胶上盖的板边设有多个工艺孔以作为基准。
5.根据权利要求1所述的基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，其特征在于，在PCB板吸合步骤中，所述生产工装一侧设有气动主气道，所述生产工装的内部设有气动分支气道，所述气动主气道和所述气动分支气道相互连通形成闭环通道并通过连接气动装置使得所述生产工装内外形成压力差，从而将排布后的所述PCB板吸合在所述生产工装表面。
6.根据权利要求1所述的基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，其特征在于，在光电器件贴装步骤中，先将电接收芯片和旁路器件按照排布后的所述PCB板依次进行贴装，然后利用自动固晶设备将微透镜、光学滤光片、光发射芯片、所述塑胶上盖以及光学玻璃按照排布后的所述PCB板依次进行贴装。
7.根据权利要求6所述的基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，其特征在于，所述基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法包括：
点胶固化步骤，在所述接收芯片和所述微透镜之间，以及在所述微透镜和所述光学滤光片之间的相对接触面进行点胶固化。
8.根据权利要求1-7任一所述的基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，其特征在于，所述基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法包括：
检测步骤，利用检测系统的光学模块照射贴装后的所述PCB板，再利用所述检测系统对所述PCB板进行成像，通过计算机读取成像信息并和设定的参数进行校对，以筛选贴装后的不良产品。
9.根据权利要求8所述的基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，其特征在于，在检测之前，先将检测工装固定在检测系统的工作底盘上并连接好通讯接口，然后将贴装后的所述PCB板固定在检测工装内，并校对所述检测系统的初始坐标。
10.根据权利要求8所述的基于周期性阵列排布的光电产品封装生产方法，其特征在于，所述检测步骤在所述切割步骤之前，所述检测系统根据坐标值确定筛选出来的不良产品的位置并反馈给生产服务器，所述切割设备完成对所述PCB板的切割后，再挑出不良产品进行返修。
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