视觉点胶机在厚膜芯组装配中的应用

视觉点胶机在厚膜芯组装配中的应用

李娜 范捷 南阳 李晋哲 郑莉 柳明华

陕西华经微电子股份有限公司   陕西省西安市  710065

摘要：随着胶粘技术的发展及应用领域越来越广，胶粘剂的点胶方式正在向机械化、自动化及高精度化方向发展。为提高产品生产效率及质量一致性，采用视觉点胶机对厚膜芯组涂胶粘接替代原手工操作，通过工装设计、针头选择、程序设计、设备调试进行工艺研究。

关键词：胶粘技术；厚膜芯组装配；参数优化；应用验证

引言

近年公司发展迅速，生产任务爆发式增长，批产产品越来越多，客户对集成电路模块的组装工艺要求越来越高，以及电子信息技术的迅速发展需要，提高生产自动化水平，实现机器代替手工操作成为必然趋势。随着胶粘技术的发展及应用领域越来越广，胶粘剂的点胶方式正在向机械化、自动化及高精度化方向发展。点胶设备在粘接剂应用中，能够减少胶粘剂的浪费，实现自动化点胶，提高施胶效率和精准度。

1. 应用产品工装设计

1.1模具与设备的的定位

三轴联动点胶设备在点胶过程中，点胶机放置模具的台面沿水平面Y轴方向往复移动，点胶头在下降至设定高度后，沿着水平面X轴方向往复移动，两者配合形成完整的点胶路径。所以，模具设计需要保证台面移动过程中模具与台面的位置不发生相对位移且模具与管壳间不发生相对位移；以此为前提，在台面做夹角为90°的模具定位装置，分别定位模具上方及左右两侧。使用时，模具上方直角伸入定位装置内侧，模具底面贴装防滑垫，在定位装置与模具自身重力的作用下实现模具与台面相对静止。

1.2批量产品在模具中的定位

点胶模具设计需满足单个产品在模具中精准定位，阵列单个定位结构以实现批量产品定位。单个产品的定位结构主要由三部分构成，分别为定位槽、取放槽及引线槽。

以产品壳体尺寸设置深度不小于2mm的定位槽，定位产品位置的同时避免侧翻；定位槽两端开设宽度不小于1cm的取放槽，方便手指取放产品；定位槽下方留出深度大于引线长度的引线槽，使引线悬空避免磕碰。

  点胶模具设计图

1.3 材料选择

由于点胶、粘接过程为同步进行，即单种产品需要2个以上模具以实现交替使用。模具整体取放要求模具重量不易过大，且点胶过程无高温等条件，模具材料可选择质量较轻的金属铝或其他不变形、易加工的防静电聚合材料。

2.点胶路径设计

为提高点胶效率，根据产品需求

路径采用“回”字形设计，即从最外框起连续执行到最后一个动作。该路径点胶速度快、效率高，对于正方形产品可以等间距设计，但对于长方形产品短边间距会较长边间距大，可通过点胶速度控制胶量，使得产品胶量均匀一致。

3.点胶针头的选择

根据单位粘接剂类别：环氧树脂粘接剂，其黏度为：170000±20000cps，属于高粘度胶水，固化方式为高温固化。经查询资料并结合胶水特性、使用要求：腔体内点胶操作，部分产品点胶距离壳壁较近，故锥形针无法点涂，综合分析并经验证，规格为20G的塑座不锈钢针点胶针头对应的点胶轨迹最理想，一致性高， 故最终选择针头规格为：塑座不锈钢20G，颜色：粉色，内径：0.6mm，外径：0.9mm，针头外露：13mm，总长30mm，点胶效果最为理想，既可以保证胶点质量，又可以提高生产效率 。

4.点胶定位

视觉点胶机首先要确定相机的焦距，设定好调试时的标定高度，使用自动对针的功能确定好相机与针头的相对位置。将产品外壳使用工装固定在工作台上，为精准定位选择双Mark点、多次拍多个产品，Mark点选取尽量选择特征明显、分布较远的图形（更能反映目标形貌，便于机器更快速识别），选取底座内引脚对角两个绝缘子作为Mark点进行视觉识别定位，并利用设备CCD摄像头校正摆放位置及角度的偏移，从而达到精准控制点胶位置的要求。

5.胶量控制

为避免粘接剂污染底座及芯组，胶量控制尤为重要。影响胶量的工艺参数有以下几点：

a）点胶压力：推动胶体进入针筒的动力，应根据胶水性质、工作环境温度来选择压力。环境温度很高会使胶水黏度变小、流动性变好，这时需调低压力值，反之亦然。若环境温度相差5℃将导致分配体积发生50%的变化，我司生产车间温度通常在22～24℃，经几种型号产品试验，气压设置520±40MPa稳定性好，施胶效果好；

b）点胶速度：点胶速度与点胶压力刚好相反，运行速度过慢胶量容易过多，运行速度过快容易断续或漏点。经验证，几种型号产品的点胶速度在4～6之间胶条形貌饱满、不变形。

c）点涂高度：即针头与底座待粘接面的距离。划线时，胶水时先到达点胶面，然后随着出胶量的增加，由下而上的填充型，一般胶条剖面呈半圆形；若出现S型，主要是点胶嘴与管壳高度过高，胶水没有达到底部，点胶头已经离开该位置，所以胶条被拉成粗细不一致，胶线不饱满。经验证我司产品点胶高度在原点位置-77.5mm～-79.5mm之间，效果最好。

6．批量产品应用验证

结合生产计划进行批量产品验证，工装夹具均满足生产要求，经专检人员进行检验厚膜芯组粘接要求均满足GJB548B内部目检方法2017相关要求，一致性好，厚膜芯组、壳体无胶体污染，壳体外观无划伤、污染；生产过程稳定，一次合格率达100%；产品装配完成经筛选试验后，各项指标均合格，无因厚膜芯组粘接造成的失效。

7．技术难点

①点胶工装的设计：在点胶过程中，需要根据自动点胶设备定位原理，合理布置定位点，保证设备精确定位；确定专用模具开槽尺寸、布图方位及点胶平面高度，避免点胶过程出现待粘接件晃动、撞针等情况；保证模具整体定位、安装简单易操作，待粘接件易拿取；各种专用模具外形尺寸一致，避免设备定位块重复定位等操作。         

②工艺参数的优化确定：首先，针头的选择。在既保证胶点质量的前提下，又要满足生产效率，点胶针头种类巨多，结合产品粘接的工艺要求，在成本最低的前提下选择塑座不锈钢针，但该型号针头有近十种规格，通过不断试验，从23G优化到20G针头，某型号点胶速率从单只72s提升到30s；其次，点胶机参数优化。影响胶点质量的因素较多，主要从点胶压力、运行速度及点胶高度三个方面进行多次试验研究分析，将参数最优化，保证产品质量一致性、可靠性及生产效率。

③批量生产时控制点胶量及一致性问题是保证产品一致性及可靠性的关键技术，也是最终能否实现批量应用的工艺技术难点。因现用粘接剂为罐状包装，需将胶水自行分装在10cc针管中，在分装操作过程中会产生气泡，造成批量点胶过程出现空打现象，部分产品线条不连续没有胶水。通过查阅资料及上网查询，在不外购脱泡设备的前提下，采用我公司现有的筛选设备恒定加速度（离心机）进行脱泡处理，通过工艺摸索，确定工艺参数速度：800rpm，时间：1min，但如果分装在针筒中的胶体过满，则气泡不易排出，最终确定在分装针筒末端预留1cm以上空间便于排泡，气泡问题得以解决。

8.结论

采用视觉点胶机进行厚膜芯组的点胶粘接，解决了原手工涂胶一致性差、一次合格率低的工艺技术瓶颈，有效避免粘接剂污染管壳、元器件或基片导带等问题，合格率和生产效率大幅提升，降低了生产成本，攻克了工艺难点，满足批量产品生产要求，可以满足国防军工用户及未来市场的高可靠装配需求。

参考文献：

［1］张青青 《微小器件精密电教控制与设备研制》 大连理工大学，2017

［2］袁冬 《计算机视觉技术在LED点胶机中的应用》合肥工业大学，2015

［3］漆志亮《基于机器视觉的点胶机工件定位研究》 南昌大学，2018

［4］祖国庆《点胶机器人的应用》西南交通大学出版社，2006