LD芯片贴片机顶针机构的改进
LD芯片贴片机顶针机构的改进
郝耀武;张泽义;侯一雪;杨凯骏;曹国斌;张媛
【摘要】为了解决LD芯片贴片机顶针机构的顶针容易断裂以及调试难度较大的问题,通过对原顶针机构工作原理的分析,阐述了原顶针结构存在问题的原因;为了进一步提高设备的稳定性,对原机构进行了改进设计.通过客户现场的大量生产验证和对比,新顶针机构对不同材质蓝膜的适应性非常好,进一步提高了贴片机的稳定性.【期刊名称】《电子工业专用设备》
【年(卷),期】2018(000)003
【总页数】3页(P52-54)
【关键词】顶针机构;贴片机;半导体激光器芯片
【作者】郝耀武;张泽义;侯一雪;杨凯骏;曹国斌;张媛
【作者单位】中国电子科技集团公司第二研究所,山西太原 030024;中国电子科技集团公司第二研究所,山西太原 030024;中国电子科技集团公司第二研究所,山西太原 030024;中国电子科技集团公司第二研究所,山西太原 030024;中国电子科技集团公司第二研究所,山西太原 030024;中国电子科技集团公司第二研究所,山西太原 030024
【正文语种】中文
【中图分类】TN605
GJJ-450全自动共晶贴片机是专用于TO型（晶体管外形）激光器件的全自动芯片
封装设备。
主要用于激光器芯片与TO管座之间的共晶焊接，是TO型激光器封装的核心设备。
随着激光器件功率的不断提升，对自动化设备提出了更高精度、更快速度、适应性更强的要求[1]。
顶针机构的稳定性决定了LD（半导体激光器）芯片从蓝膜盘能否顺利拾取而最终决定设备能否稳定可靠地生产。
1 现有顶针机构分析及问题描述
1.1 现有顶针机构分析
LD芯片的拾放由吸嘴、蓝膜运动平台、顶针机构共同完成，如图1所示。
芯片矩阵式分布在蓝膜盘上，蓝膜盘安装在蓝膜运动平台上，蓝膜盘可沿x轴、y轴移动，待完成当前芯片的拾取后，蓝膜运动平台快速移动使下一颗芯片迅速位于顶针上方，准备下一次的拾取。
顶针机构位于蓝膜下方，针筒上部接触蓝膜，针筒内部安装1个固定顶针。
搬运吸嘴在蓝膜上方完成芯片的拾取和搬运。
图1 原顶针机构示意图
1.2 现有结构存在的问题
在芯片拾取完成瞬间，蓝膜由于自身张力恢复至顶针上方。
在芯片拾取过程中，针筒与负压接通，由于蓝膜的上下压差使蓝膜变形，如图2（a）所示，顶针刺穿蓝膜，使芯片与蓝膜分离。
分离后，针筒与大气压接通，蓝膜通过自身张力恢复，拾取工作完成，如图 2（b）所示。
图2 原顶针机构原理图
但是，同一客户现场经常同时使用多种不同材质的蓝膜盘，有些蓝膜材质较软或张力不够，蓝膜经常难以快速恢复至顶针上方，经过长期的客户现场试验，材质较软的蓝膜恢复时间长达2 s，导致单品时间无法提高，生产效率低。
尤其当两种材质的蓝膜盘更换时，很容易出现蓝膜未及时回位而蓝膜盘移动造成顶针损坏的现象。
同时这种结构主要通过蓝膜的上下压差来实现蓝膜的变形，尤其对于材质较软的蓝膜盘，针筒内负压调整难度较大，维护十分不便。
使用材质较软的蓝膜盘，势必造成单品时间增加，生产效率变低，而且很容易造成顶针的损毁，增加设备维护时间，有效生产时间变短。
只有改进顶针机构，进而提高设备对不同蓝膜的适应能力以及稳定性，为客户创造更大利润。
2 新型顶针机构的设计
原顶针机构针筒和顶针都固定不动，通过蓝膜自身张力使蓝膜复位到顶针上方，可靠性较差，并且这种方式无法对蓝膜变形量进行精确控制。
如果使针筒或顶针具有沿针尖方向的移动能力，可以解决蓝膜不能及时回位的问题，同时通过电机驱动，可以使顶针机构的调试更加可控、便捷。
2.1 两种新型顶针结构分析
顶针移动型顶针机构原理如图3（b）所示，在芯片拾取过程中，针筒上表面与蓝膜接触固定不动，拾取吸嘴沿z向接触芯片后暂时静止，通过凸轮带动顶针向上移动，扎破蓝膜同时顶起芯片，吸嘴上抬完成芯片的拾取。
此种结构在向上顶起芯片的过程中，由于芯片与吸嘴对芯片的相互作用力，极容易造成芯片的破损[2]，客户较难接受。
图3 两种新结构吸附原理对比
针筒移动型顶针机构原理如图3（a）所示，在芯片拾取过程中，顶针固定不动，针筒上表面与蓝膜接触，首先拾取吸嘴沿z向接触芯片后暂时静止并开启吸附，通过凸轮带动针筒拖拽蓝膜向下移动，顶针扎破蓝膜同时芯片与蓝膜分离，吸嘴上抬完成芯片的拾取。
相比于顶针移动型结构，此种结构可以避免对芯片的共同挤压，有效保护芯片，使客户利益最大化，同时减轻调机人员的工作强度。
2.2 改进后结构介绍
图4 新顶针机构模型
图4是新型顶针机构模型图，当开始生产时，通过气缸推动，顶针筒与顶针组成的机构同时上升至蓝膜盘的下表面，等待芯片拾取。
当开始拾取时，针筒内负压开
启，顶针筒上环形分布的开孔产生的真空吸附力将芯片周围一定面积的蓝膜固定，然后电机驱动凸轮旋转，凸轮带动针筒向下移动，顶针扎破蓝膜实现芯片与蓝膜的剥离。
该结构的优点是：通过电机带动凸轮移动，顶针可以非常迅速的在蓝膜平台移动之前移动至蓝膜下方，杜绝由于顶针未及时回位同时蓝膜移动造成的顶针破损的风险。
并且经过对凸轮轨迹的优化设计[3]，实现针筒移动距离的精确控制，进而实现蓝
膜变形量的可控，顶针机构的调整更加容易，调试时间大大缩短。
3 改进后效果
更换新型顶针机构后，在客户现场进行了实验对比，并进行数据统计。
对两台工况接近分别采用新旧顶针机构的设备进行12 h数据记录，两台设备由同一熟练操作人员操作，采用相同物料，蓝膜盘采用同一卷蓝膜由同一人员制作。
进行12 h的连续运行，对比结果见表1。
表1 采用新旧顶针机构设备对比拾取失败报警次数报警平均处理时间/s原顶针机构3 120新顶针机构0
采用原顶针机构的设备，在12 h内因吸附失败造成的报警3次，原因是虽然蓝膜盘由同一人员制作，但不同蓝膜盘的张力略有差异，造成了芯片拾取失败的结果。
但是新型顶针机构改进后效果明显，经观察，在电机驱动下，每次蓝膜变形位置一致，与芯片分离迅速。
之后进行了更换蓝膜盘的对比实验。
采用原顶针机构的设备，每次更换不同材质的蓝膜盘都需要调整针筒内负压使蓝膜变形一致，通过肉眼很难判断，需要反复调试，稍不注意就会损坏顶针，熟练的调试人员调试时间也长达5～10 min，大大减少
了设备的有效工作时间。
而新型顶针机构在更换蓝膜时，基本不需要做任何调整，就能立刻投入生产，兼容能力强。
即使需要调整，只需调整凸轮旋转角度，使蓝膜变形程度微调即可顺利生产，调试时间不超过2 min，大大降低了调试人员的工作
强度，提高了设备的效率。
4 结束语
从客户现场的对比验证试验以及后续的大批量生产验证可知，改进后的顶针机构对不同材质、不同张力的蓝膜适应性非常好，从根本上解决了原顶针机构在调试过程中调试维护难度大、顶针容易断裂等问题，极大地提升了设备稳定性与可靠性，为全自动共晶贴片机的大规模应用及市场占有率的提升提供了有力的技术支持，得到了客户的广泛好评。
参考文献：
[1] 张媛，侯一雪，曹国斌，等.共晶贴片机传送系统故障预示研究[J].机械工程与自动化，2017，(6)：45-47.
[2] 彭波.IC薄芯片拾取建模与控制研究[D].武汉：华中科技大学，2012.
[3] 戴威.芯片剥离过程分析及其机构[D].武汉：华中科技大学，2011.。
SMT 贴片机改善事例
O
吸嘴改善,品质向上
4800PPM
S
通过吸嘴改善，达到工程改善，品质向上
作业时间 项目
19 19 분 분
改善后(100ppm以下) 9.1 8s
1000 95%↓ PPM
改善前( 4800ppm)
SpLarge 1吸嘴 吸嘴直径：7mm*1.62mm 跳线假性偏移不良率：4800PPM
吸嘴
SpLarge 1吸嘴 吸嘴直径：3.5mm*12mm 跳线假性偏移不良率：100PPM以下
▶ - 换料次数：25,590 19,258，换料次数减少6,334次, 减少比率 25%
- SMT 18个LINE OP 14名/SHIFT --》13名/SHIFT
P
O
换料次数【次】
S
25,590 19,258
改善前
改善后
A
As-Is
To-Be
13英寸
7英寸
5K
20K
SMT
SMT Mounter 改善 事例
17
改善前 As-Is
改善后
A
To-Be
SMT
SMT Mounter 改善 事例
Mounter Trans 贴装改善
通过特殊吸嘴使用实现自动贴装及Trans Tray 包装 容量扩大实现作业者更换Tray次数减少
30 15 改善前 改善后
P
O
更换时间【Min】
S
- 改善前: 人力贴装进行 - 改善后: 特殊吸嘴设计，设备自贴装实现，Tray容量12EA 作业者更换Tray时间30Min - 改善后: Tray容量扩大为24EA，作业者更换时间15Min
◇吸嘴改善:改善3vacuum通孔，橡胶垫吸取直径改善8.5mm - 3vacuum通孔接触面积少，吸嘴橡胶垫直径8.5mm接触面 积增加2.5mm。 吸取贴装更稳定。
延长吸嘴、顶针两种耗材使用寿命的研究
延长吸嘴、顶针两种耗材使用寿命的研究摘要：近年来，LED行业的竞争越来越激烈，在LED品质提升的同时价格却越来越低，因此有效降低LED生产的运行成本至关重要。
为了降低成本，可以从各种耗材入手，如吸嘴、顶针、蓝膜、管座、铍铜针等。
本文主要介绍分拣工序使用的吸嘴、顶针两种耗材的改进方法，延长其使用寿命以降低成本，从而降低LED芯片的成本价格，进一步提升我司产品的价格优势。
关键词：橡胶吸嘴、顶针、钨钢吸嘴、使用寿命1 引言近年来随着LED行业的竞争越来越激烈，各个LED芯片制造企业纷纷通过降价来增强各自公司产品的竞争力。
LED芯片的性能在不断提升的同时而价格一直下降，因此必须通过各种方法降低LED的制造成本，减少耗材使用量是其中方法之一，它可以快速实现降低LED芯片成本的需求。
本文通过介绍分拣工序吸嘴、顶针的改进方法达到延长二者寿命的方法降低成本，增强产品的价格竞争力。
2 实验过程2.1 吸嘴实验2.1.1 第一组实验：同台机不同材料吸嘴的对比。
采用钨钢、橡胶两种不同材质的吸嘴进行实验，并且二者选用的是同一台分拣机A机台。
先进行3颗钨钢吸嘴实验，钨钢吸嘴实验完成后再进行三颗橡胶吸嘴实验。
钨钢吸嘴、橡胶吸嘴的照片如下图1、图2所示。
三颗钨钢吸嘴的使用寿命分别为5.3万、2.4万、6.5万。
三颗橡胶吸嘴的使用寿命为10.2、12.1万、9.8万。
通过同台机分别使用两种不同材质的吸嘴发现，钨钢吸嘴的使用寿命普遍偏低，而橡胶吸嘴的寿命相对较高。
2.1.2 第二组实验：自动擦吸嘴机台与人工擦吸嘴机台对比。
挑选A和B分拣机，两台分拣机在日常的生产中性能基本一致。
对A分拣机台进行改造，将其改造为自动擦吸嘴机台，如图3所示。
B分拣机未进行改造，仍为人工擦吸嘴机台。
A机台实验三颗橡胶吸嘴、B机台实验三颗橡胶吸嘴。
A机台所使用的三颗橡胶吸嘴的寿命分别为：20.8万、25.3万、19.4万；B机台所使用的三颗橡胶吸嘴的寿命为22.1万、21.7万、19.5万。
简述在引脚式led封装工艺中提高芯片质量的主要实现方法
简述在引脚式led封装工艺中提高芯片质量的主要实现方法下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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XXX BOT面印刷顶针改善效果报告
如上图改善前印刷机顶针布置，只能对 如上图改善后印刷位增加印刷专用顶针 PCB单板四周布置顶针，印刷顶针无法 治具，改善顶针布置不均匀问题。 布置 均匀。导致印刷锡膏拉尖少锡不良。
改善后印刷1.33
改善后印刷锡膏整体稳定，印刷效果明显改善，SPI检测效果CPK 值1.7143大于1.33以上。
XXX手机XX BOT面印刷专用顶针改 善效果报告
• 不良问题描述 • 不良原因分析 • 不良改善对策 • 改善后效果跟进确认
不良问题描述
•关于XXX BOT面印刷不良稳定，U401位 连锡不良。
不良原因分析
• 以上U401、C1001&R1001连锡虚焊不良都为BOT面贴片元件。 因此机型的PCB设计限制，须先生产TOP面后BOT面，因TOP 面的元件布置比较密在生产BOT面时印刷机顶针无法对主要元 件分布到位。导致印刷锡膏不稳定少锡拉尖不良。（如下图 TOP面半成品）
改善效果跟进
• 针对印刷不稳定，U401位和CHIP元件连锡问 题，经过制作使用印刷专用治具后，在此次 生产的M0010112070793工单上进行跟进 2300PCS,后段测试不良14PCS,（此次不良分 别为中频芯片坏4PCS和电源IC坏5PCS,U610 滤波器移位3PCS,CHIP元件移位墓碑2PCS。
P700机型TOP面成品PCBA
• 印刷位SPI检测锡膏拉尖不良图片。
从以上图片SPI检测数据记录 发现印刷锡膏有拉尖不良， 且整体锡膏偏上线。印刷锡 膏不稳定。
印刷不良改善
•针对BOT面印刷顶针无法顶针不到位，顶针分布不均匀问题进行了申请制作专用 的印刷顶针治具，治具已到位。
改善前的印刷顶针
改善后的印刷顶针
一种用于半导体芯片封装的顶针治具机构[发明专利]
![一种用于半导体芯片封装的顶针治具机构[发明专利]](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/e39511accf84b9d529ea7a71.webp)
专利名称：一种用于半导体芯片封装的顶针治具机构专利类型：发明专利
发明人：王为新,赵凯,孙童,吕海波,苏浩杰
申请号：CN201310557719.0
申请日：20131111
公开号：CN103681441A
公开日：
20140326
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种半导体芯片顶针装置，特别涉及一种用于半导体芯片封装的顶针治具机构,包括固定的顶针帽、套在顶针帽内的可上下升降的顶针治具，所述顶针治具由杯形的磁铁座、磁铁、顶针块及顶针组成；该磁铁固定在磁铁座内部，顶针块设在所述磁铁座杯口端部，并与磁铁接触，所述顶针块上设有数量大于或等于顶针的数量的顶针孔；所述顶针穿过顶针孔吸附在磁铁上，该顶针的长度小于顶升前的顶针块底部至顶针帽的顶板的上侧面之间的距离，且大于顶升前的顶针块底部至顶针帽的顶板的下侧面之间的距离。
所述顶针治具机构上的顶针间的距离，可根据不同尺寸和规格的半导体芯片进行调整，无需更换整个顶针治具，避免了不必要的浪费，降低了生产成本。
申请人：爱立发自动化设备(上海)有限公司
地址：200233 上海市徐汇区钦州北路1122号90幢厂房1-2楼
国籍：CN
代理机构：上海伯瑞杰知识产权代理有限公司
代理人：韩国辉
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一种led固晶机的音圈顶针机构
一种led固晶机的音圈顶针机构
一种LED固晶机的音圈顶针机构可以包括以下几个部分：
1. 音圈：音圈是用来固定LED芯片的陶瓷环，通过磁力吸附力
将LED芯片固定在音圈上。
2. 顶针：顶针是用来将LED芯片按压到音圈上的机械零件，通
常由金属材料制成。
顶针下面有一个弹簧，可以提供合适的按压力度。
3. 顶针机构：顶针机构是将顶针安装在固定位置的机械结构，
可以控制顶针的上下运动。
通常会使用气动或电动驱动方式来实现控制。
工作原理：
当LED芯片放置在音圈的位置上时，顶针机构会将顶针下压，使得顶
针与LED芯片接触并施加足够的力量使其固定在音圈上。
一般顶针会
通过弹簧回弹力量的调节，达到合适的固定力度。
固定完成后，顶针
会回到初始位置，下一个LED芯片进入固定位置，循环进行固定。
这种音圈顶针机构可以提高LED固晶的效率和精度，确保LED芯
片的固定牢固可靠。