LED平面固晶機新技術介紹

周慶亞

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京東燕郊101601)

LED固晶機是LED后封裝產(chǎn)業(yè)的關鍵設備，同時也是封裝工序的首道設備，因此它的性能和加工品質(zhì)對整個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，相應的立式固晶機的需求增長逐漸放緩，而市場對各種大功率，PCB材料的加工需求不斷提升，平面式固晶機因其結構簡單、適應的產(chǎn)品種類廣泛，最近兩年取得了飛速發(fā)展，新設備不斷涌現(xiàn)，市場規(guī)模不斷擴大，新的技術不斷被應用在平面式固晶機上，提升了平面式固晶機的固晶效率和品質(zhì)。

平面式固晶機的新技術主要體現(xiàn)在3個方面，一是機械結構設計，二是電控技術，三是工藝功能，下面逐一進行介紹。

1 機械結構設計

機械設計是設備的基礎，合理的機械結構能夠降低設備的電控難度，提高設備的性能，增強設備的工藝適應性。

多晶片環(huán)系統(tǒng)，可以同時在晶片臺機構上放置多種芯片，實現(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)機構

1.2 雙點膠結構

雙點膠系統(tǒng)由兩套獨立的點膠臂和膠盤組成，膠盤內(nèi)放置不同的膠水。由于不同的LED芯片焊接時需要不同的膠水，因此，提供兩套獨立的點膠系統(tǒng)，使兩種類型的膠水輕松轉換，真正實現(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膠系統(tǒng)和多晶片環(huán)系統(tǒng)一般同時使用。見圖2。

圖2 雙點膠機構

1.3 立式晶片臺

晶片臺采用垂直立式結構，緊鄰工作臺，使用90°旋轉吸晶頭實現(xiàn)吸固晶操作。獨特的機械結構設計，減少吸晶和固晶之間的物理距離，縮短電機行程，提高生產(chǎn)效率。見圖3。

圖3 立式晶片臺

1.4 雙工作臺結構

工作臺機構被分成左右兩部分，獨立進行驅(qū)動，左工作臺生產(chǎn)時右工作臺可以進行上下料操作，反之亦然。省卻了老式平面式固晶機所必須的上下料時間，真正實現(xiàn)不間斷生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。見圖4。

圖4 雙工作臺

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，當生產(chǎn)結束或使用時間達到后，剩余的膠水只能報廢，增加了使用廠商的生產(chǎn)成本。最新的膠盤設計膠面寬度為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。

2 電控技術

電控技術是設備的關鍵技術，新的電控技術的不斷發(fā)展和應用，大大提高了設備的性能和精度。

2.1 采用直驅(qū)電機

直驅(qū)電機具有高扭矩特性，可直接負載連接，避免了因經(jīng)過皮帶或皮帶輪引起的傳動丟失問題，同時降低了維護的工作量和難度。一般直驅(qū)電機用在拾放片機構的擺臂驅(qū)動上，降低了擺臂機構的擺動時間，提高了生產(chǎn)效率，同時也提高了產(chǎn)品加工精度。見圖5。

圖5 直驅(qū)電機

2.2 直線電機

直線電機又叫直接驅(qū)動線性電機，見圖6。該電機特點：

圖6 直線電機

(1)加速度大，推理特性平滑；

(2)零接觸、免維護、無刷設計；

(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丟失問題；

(4)零間隙和柔度，保證傳輸?shù)臏蚀_性。

一般平面固晶機的工作臺機構由于要承載多種材料和固定材料的模具，因此存在負載大，最終運動定位精度高等特點和要求，采用直線電機進行驅(qū)動即能解決此類問題。

針對LED平面式固晶機目前常用的電機種類，選擇了電機的幾種特性做出對比，見表1。

表1 電機特性比較

3 工藝功能

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

3.1 晶粒缺陷判斷

晶粒缺陷判斷是指圖像識別系統(tǒng)對晶粒的連體，缺角，破裂，污染(見圖7)等情況進行判定，通過對這些缺陷的剔除，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，而整個藍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，把臨近的晶粒統(tǒng)一進行拾取，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，依次進行加工。

圖8 區(qū)域晶粒拾取

3.3 多點點膠

提供用戶可編輯的矩陣型點膠方式或任意位置點膠方式，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 多點固晶

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

3.5 耗材壽命預測

固晶機設備上的頂針、點膠針、吸晶頭屬于耗材，均有一定的使用次數(shù)，如果耗材達到使用次數(shù)沒有被及時更換，就會出現(xiàn)設備運行狀態(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)用戶預先設置的壽命參數(shù)，在生產(chǎn)加工過程中自動計算耗材的使用次數(shù)，在達到耗材壽命時自動提醒用戶進行更換，方便用戶的使用。

3.6 加工位置自動探測

擺臂機構和頂針機構利用自身已有的傳感器，自動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)視點膠點形狀[見圖9(a)]、點膠膠量的調(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)簡化用戶對加工位置的設置，沒有側向監(jiān)控時，用戶一般需要放大鏡來觀察吸固晶高度和點膠高度的設置，操作很不方便，有了側向監(jiān)控，用戶就可以很方便的查看到機構和被加工工件表面的距離，簡化了對加工位置的設置。見圖9(b)。

圖9 輔助監(jiān)控

4 結束語

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，因此對平面式固晶機市場需求也是不斷增長。設備廠商為提高產(chǎn)品的市場認可度和占有率，為增加設備的賣點，不斷提高設備的性能指標、不斷增加設備功能，不斷簡化設備操作。因此新的技術不斷被應用在平面式固晶機上，帶來了平面式固晶機的長足發(fā)展。