周慶亞

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京東燕郊101601)

LED固晶機(jī)是LED后封裝產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，同時(shí)也是封裝工序的首道設(shè)備，因此它的性能和加工品質(zhì)對(duì)整個(gè)后封裝工序影響廣泛。隨著中國LED行業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的立式LAMP產(chǎn)業(yè)趨于飽和，相應(yīng)的立式固晶機(jī)的需求增長逐漸放緩，而市場對(duì)各種大功率，PCB材料的加工需求不斷提升，平面式固晶機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)的產(chǎn)品種類廣泛，最近兩年取得了飛速發(fā)展，新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，新的技術(shù)不斷被應(yīng)用在平面式固晶機(jī)上，提升了平面式固晶機(jī)的固晶效率和品質(zhì)。

平面式固晶機(jī)的新技術(shù)主要體現(xiàn)在3個(gè)方面，一是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，二是電控技術(shù)，三是工藝功能，下面逐一進(jìn)行介紹。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)是設(shè)備的基礎(chǔ)，合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠降低設(shè)備的電控難度，提高設(shè)備的性能，增強(qiáng)設(shè)備的工藝適應(yīng)性。

多晶片環(huán)系統(tǒng)，可以同時(shí)在晶片臺(tái)機(jī)構(gòu)上放置多種芯片，實(shí)現(xiàn)一次性多種類芯片的固晶成產(chǎn)，避免因更換芯片造成的產(chǎn)品品質(zhì)不良和生產(chǎn)效率的降低。見圖1。

圖1 多晶片環(huán)機(jī)構(gòu)

1.2 雙點(diǎn)膠結(jié)構(gòu)

雙點(diǎn)膠系統(tǒng)由兩套獨(dú)立的點(diǎn)膠臂和膠盤組成，膠盤內(nèi)放置不同的膠水。由于不同的LED芯片焊接時(shí)需要不同的膠水，因此，提供兩套獨(dú)立的點(diǎn)膠系統(tǒng)，使兩種類型的膠水輕松轉(zhuǎn)換，真正實(shí)現(xiàn)一次性多種芯片加工生產(chǎn)，避免因上下料造成產(chǎn)品品質(zhì)不良，提高了生產(chǎn)效率。由此也可以看出雙點(diǎn)膠系統(tǒng)和多晶片環(huán)系統(tǒng)一般同時(shí)使用。見圖2。

圖2 雙點(diǎn)膠機(jī)構(gòu)

1.3 立式晶片臺(tái)

晶片臺(tái)采用垂直立式結(jié)構(gòu)，緊鄰工作臺(tái)，使用90°旋轉(zhuǎn)吸晶頭實(shí)現(xiàn)吸固晶操作。獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少吸晶和固晶之間的物理距離，縮短電機(jī)行程，提高生產(chǎn)效率。見圖3。

圖3 立式晶片臺(tái)

1.4 雙工作臺(tái)結(jié)構(gòu)

工作臺(tái)機(jī)構(gòu)被分成左右兩部分，獨(dú)立進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，左工作臺(tái)生產(chǎn)時(shí)右工作臺(tái)可以進(jìn)行上下料操作，反之亦然。省卻了老式平面式固晶機(jī)所必須的上下料時(shí)間，真正實(shí)現(xiàn)不間斷生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。見圖4。

圖4 雙工作臺(tái)

1.5 超小膠盤

傳統(tǒng)膠盤直徑20mm，膠面寬度10mm，每次都需要添加較多的膠水，當(dāng)生產(chǎn)結(jié)束或使用時(shí)間達(dá)到后，剩余的膠水只能報(bào)廢，增加了使用廠商的生產(chǎn)成本。最新的膠盤設(shè)計(jì)膠面寬度為5mm，只需添加少量膠水即可生產(chǎn)，節(jié)省原材料，減少生產(chǎn)浪費(fèi)。

2 電控技術(shù)

電控技術(shù)是設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，新的電控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，大大提高了設(shè)備的性能和精度。

2.1 采用直驅(qū)電機(jī)

直驅(qū)電機(jī)具有高扭矩特性，可直接負(fù)載連接，避免了因經(jīng)過皮帶或皮帶輪引起的傳動(dòng)丟失問題，同時(shí)降低了維護(hù)的工作量和難度。一般直驅(qū)電機(jī)用在拾放片機(jī)構(gòu)的擺臂驅(qū)動(dòng)上，降低了擺臂機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也提高了產(chǎn)品加工精度。見圖5。

圖5 直驅(qū)電機(jī)

2.2 直線電機(jī)

直線電機(jī)又叫直接驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)，見圖6。該電機(jī)特點(diǎn)：

圖6 直線電機(jī)

(1)加速度大，推理特性平滑；

(2)零接觸、免維護(hù)、無刷設(shè)計(jì)；

(3)無滾珠/普通絲杠、減速器、齒條與齒輪、皮帶/皮帶輪，減少了皮帶絲杠引起的傳動(dòng)丟失問題；

(4)零間隙和柔度，保證傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

一般平面固晶機(jī)的工作臺(tái)機(jī)構(gòu)由于要承載多種材料和固定材料的模具，因此存在負(fù)載大，最終運(yùn)動(dòng)定位精度高等特點(diǎn)和要求，采用直線電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)即能解決此類問題。

針對(duì)LED平面式固晶機(jī)目前常用的電機(jī)種類，選擇了電機(jī)的幾種特性做出對(duì)比，見表1。

表1 電機(jī)特性比較

3 工藝功能

工藝功能是設(shè)備的根本需求，不斷改進(jìn)和增加設(shè)備的工藝功能，提高設(shè)備的產(chǎn)品適應(yīng)性，方便用戶的使用，增加設(shè)備的賣點(diǎn)。

3.1 晶粒缺陷判斷

晶粒缺陷判斷是指圖像識(shí)別系統(tǒng)對(duì)晶粒的連體，缺角，破裂，污染(見圖7)等情況進(jìn)行判定，通過對(duì)這些缺陷的剔除，提高了最終產(chǎn)品的一致性和良品率。

圖7 缺陷芯片

3.2 區(qū)域晶粒拾取(塊拾取/塊掃描)

塊掃描功能需求的背景:每塊PCB材料上均需焊接較多的晶粒，為保證產(chǎn)品的品質(zhì)，一般要求把亮度相似的晶粒焊接到同一塊PCB上，而整個(gè)藍(lán)膜上晶粒的亮度并非相同，只有臨近的晶粒亮度是相似的，因此為保證產(chǎn)品亮度的一致性，在晶粒拾取時(shí)，把臨近的晶粒統(tǒng)一進(jìn)行拾取，放置到同一塊PCB上，最大限度保證PCB基板上晶粒亮度的相似性，以便提高產(chǎn)品品質(zhì)。

該生產(chǎn)方式的近似流程如圖8所示，把晶粒分成小的區(qū)塊，依次進(jìn)行加工。

圖8 區(qū)域晶粒拾取

3.3 多點(diǎn)點(diǎn)膠

提供用戶可編輯的矩陣型點(diǎn)膠方式或任意位置點(diǎn)膠方式，滿足用戶加工大芯片或長方形芯片等特殊生產(chǎn)工藝的需求。

3.4 多點(diǎn)固晶

在同一個(gè)碗杯或加工點(diǎn)位置處，用戶為提高產(chǎn)品亮度或其他工藝需求，需要在臨近區(qū)域焊接多個(gè)晶粒，針對(duì)這種工藝需求，平面式固晶機(jī)設(shè)備廠商增加了多點(diǎn)固晶功能。

3.5 耗材壽命預(yù)測

固晶機(jī)設(shè)備上的頂針、點(diǎn)膠針、吸晶頭屬于耗材，均有一定的使用次數(shù)，如果耗材達(dá)到使用次數(shù)沒有被及時(shí)更換，就會(huì)出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，產(chǎn)品加工品質(zhì)下降的情況。為避免該情況的發(fā)生，程序根據(jù)用戶預(yù)先設(shè)置的壽命參數(shù)，在生產(chǎn)加工過程中自動(dòng)計(jì)算耗材的使用次數(shù)，在達(dá)到耗材壽命時(shí)自動(dòng)提醒用戶進(jìn)行更換，方便用戶的使用。

3.6 加工位置自動(dòng)探測

擺臂機(jī)構(gòu)和頂針機(jī)構(gòu)利用自身已有的傳感器，自動(dòng)探測出吸晶高度固晶高度和頂針頂起高度等重要的加工位置。提高了位置設(shè)置的一致性和精度，方便用戶操作。

3.7 輔助監(jiān)控

輔助監(jiān)控的作用：

(1)監(jiān)視點(diǎn)膠點(diǎn)形狀[見圖9(a)]、點(diǎn)膠膠量的調(diào)節(jié)控制；

(2)監(jiān)視固晶后晶粒狀態(tài)和膠水飽滿情況；

(3)簡化用戶對(duì)加工位置的設(shè)置，沒有側(cè)向監(jiān)控時(shí)，用戶一般需要放大鏡來觀察吸固晶高度和點(diǎn)膠高度的設(shè)置，操作很不方便，有了側(cè)向監(jiān)控，用戶就可以很方便的查看到機(jī)構(gòu)和被加工工件表面的距離，簡化了對(duì)加工位置的設(shè)置。見圖9(b)。

圖9 輔助監(jiān)控

4 結(jié)束語

隨著LED市場的需求變化，LED生產(chǎn)廠商越來越重視LED平面封裝市場，因此對(duì)平面式固晶機(jī)市場需求也是不斷增長。設(shè)備廠商為提高產(chǎn)品的市場認(rèn)可度和占有率，為增加設(shè)備的賣點(diǎn)，不斷提高設(shè)備的性能指標(biāo)、不斷增加設(shè)備功能，不斷簡化設(shè)備操作。因此新的技術(shù)不斷被應(yīng)用在平面式固晶機(jī)上，帶來了平面式固晶機(jī)的長足發(fā)展。