Информационный портал по технологиям производства электроники
Установка компонентов на устройства 3D-MID: концепции современного сборочного оборудования. Часть III - ЭЛИНФОРМ
На главную страницу Обратная связь Карта сайта

Авторизация

Главная » Техническая информация » Статьи » Установка компонентов на устройства 3D-MID: концепции современного сборочного оборудования. Часть III
15 декабря 2011

Установка компонентов на устройства 3D-MID: концепции современного сборочного оборудования. Часть III

Активный держатель монтажных оснований, устанавливаемый в стандартный автомат 2D-установки компонентов

Наконец, четвертым из рассматриваемых вариантов является активный держатель монтажных оснований, оснащенный многоосевыми манипуляторами. Он предназначен для модернизации существующих автоматов установки компонентов и устанавливается на конвейер подобно обычной ПП. Манипулятор содержит одну или несколько отдельных позиций для размещения и фиксации устройств 3D-MID при сборке.

Примером такого манипулятора может служить спроектированное для автомата Siplace HF устройство, предлагаемое группой разработчиков из немецкого Университета Александра Фредерика городов Эрланген-Нюрнберг (Friedrich Alexander University of Erlangen-Nuremberg) в рамках исследовательского проекта, финансируемого Ассоциацией 3-D MID e. V. [1] Схема работы манипулятора представлена на рис. 15.

Рис. 15. Схема активного держателя монтажных оснований c манипуляторами. Источник: [1].

Конструкция манипулятора включается в себя два основания – одно перемещается и фиксируется на конвейере автомата, второе служит для размещения приводов (рис. 16) с зубчатыми передачами. Исполнительная часть манипулятора, таким образом, размещается под конвейером и реализует три оси: наклон вокруг оси X, поворот вокруг оси Z и подъем по оси Z. Реализуемые манипулятором степени свободы обеспечивают сборку на внешней поверхности полусферы без возникновения проблем, связанных со столкновениями с элементами сборочной головки. Манипулятор оснащен контроллером для управления приводами и связи с системой управления автомата. Во время позиционирования манипулятора автомат находится в режиме ожидания, либо может осуществлять захват компонентов из питателей.

Рис. 16. Изображение и принцип действия активного держателя монтажных оснований. Источник: [1].

Манипулятор перемещается по конвейеру автомата установки компонентов и закрепляется в пространстве рабочей зоны автомата с помощью его механизмов фиксации (рис. 17). Установка устройств 3D- MID в гнезда манипулятора требует применения специальных адаптеров.

Рис. 17. Внешний вид установленного в автомат Siplace HF активного держателя монтажных оснований. Источник: [1].

Погрешности расположения контактных площадок на монтажном основании, а также погрешности позиционирования устройства 3D- MID с помощью манипулятора могут компенсироваться при наличии реперных знаков на каждом рабочем слое устройства 3D- MID.

Разработчики предлагают две различные стратегии применения своего устройства [1]:

Стратегия 1. Предварительно на манипулятор устанавливаются адаптеры, в которых, в свою очередь, размещаются устройства 3D- MID. Затем производится дозирование паяльной пасты и установка компонентов, после чего необходимо вынуть устройства 3D- MID из адаптеров, так как манипулятор не приспособлен к операции пайки оплавлением. Вследствие этого требуется размещение устройств 3D- MID на дополнительном неактивном держателе, выдерживающем высокие температуры пайки вплоть до 260°С. При этом наладка, установка и съем устройств 3D- MID может осуществляться при помощи 6-осевого робота, а увеличение производительности может достигаться использованием нескольких манипуляторов. Недостатком данной стратегии является дополнительный этап манипулирования объектами с использованием роботов, необходимость применения нескольких манипуляторов для совмещения временных циклов наладки и сборки, что влечет за собой значительные затраты.

Стратегия 2 предусматривает наличие многофункционального автомата, выполняющего все перечисленные выше функции, вследствие чего необходим только один манипулятор, располагающийся в автомате. Однако установка и съем устройств 3D- MID должны осуществляться в этом случае с помощью самого сборочного автомата, что в большинстве случаев потребует наличия в его конструкции механического захватного устройства для манипулирования деталями сложной формы, которым можно оснастить далеко не каждый стандартный автомат установки компонентов.

Вместе с тем, для обеих стратегий необходимо наличие инструментальной среды CAD/CAM, которая автоматически бы составляла управляющую программу для автомата на основе данных о монтажном основании 3D-MID, адаптере и компонентах.

Сравнение рассмотренных подходов

Несомненными достоинствами подхода с применением 6-осевых роботов в составе производственной линии являются высокая гибкость при сборке изделий однородной номенклатуры, комплексный подход к реализации техпроцесса, единая система фиксации и транспортировки изделий.

Вместе с тем следует отметить, что при выпуске широкой номенклатуры изделий гибкость линии может оказаться недостаточной, в результате чего потребуется ее длительная и затратная переналадка. Также необходимо принимать во внимание сравнительно малую производительность и точность роботов относительно специализированных автоматов установки компонентов [1].

При данной реализации техпроцесса робот дозирует пасту и устанавливает компоненты, в общем случае, под углом к вертикали, вследствие чего на точность как процесса дозирования, так и процесса установки компонентов начинается оказывать влияние гравитация. Это затрудняет гарантию качественной сборки вследствие возможного смещения как доз пасты, так и уже установленных компонентов, если они не устанавливались на клей с последующим его отверждением [4].

Помимо этого, эксплуатация и программирование многоосевых роботов обладают своими особенностями и могут быть непривычны для специалистов производства традиционных сборок по технологии поверхностного монтажа компонентов [4].

Рекомендовать такой подход можно производителям, собирающим относительно крупные партии изделий, отличающиеся небольшими вариациями конструкции, и не планирующих организацию многономенклатурного мелкосерийного производства. Такой подход будет особенно выгоден при наличии операций механической сборки, монтажа разъемов и кабелей, а также контроля, которые можно реализовать в составе этой же производственной линии.

Подход, использующий модульный автомат с опциональным 3D-держателем, отличается высокой гибкостью, так как подобный автомат может с успехом применяться для решения других специализированных задач, включая, например, установку компонентов на гибкие платы, сборку многокристальных MEMS-модулей, установку компонентов flip chip и пр. [4]. Системы такого рода отличает высокая производительность и точность установки. Тем не менее, разумеется, при выборе этого решения необходимы инвестиции в достаточно дорогое и сложное оборудование.

Наиболее полно такое оборудование проявит себя на высокотехнологичном производстве, сочетающем разнообразные операции микросборки изделий электроники и оптоэлектроники, вплоть до работы непосредственно с бескорпусными кристаллами и полупроводниковыми пластинами, где одной из задач будет высокоточная установка компонентов поверхностного монтажа на устройства 3D-MID.

Основные преимущества подхода со встроенным в стандартный 2D-автомат многоосевым роботом заключаются в следующем [4]:

  • эксплуатация и программирование такого 3D-автомата сходно с обычным 2D-оборудованием;
  • могут использоваться те же самые питатели компонентов, запасные части, система технического зрения, оснащение и программное обеспечение по установке компонентов;
  • сохранение вертикальной ориентации головок установки компонентов и дозирования, вследствие чего накопленный опыт и наработанные параметры могут быть перенесены на новую операцию;
  • высокая производительность.

Недостатком подхода является, главным образом, необходимость инвестиций в новое оборудование – модифицированное по конструкции и с доработанной системой управления – что может оказаться затруднительным для небольших компаний-производителей с ограниченным бюджетом [1].

Потребителем таких решений видится достаточно крупная компания, которая может позволить себе приобрести дополнительный соответствующий автомат для реализации своего портфеля проектов/заказов на сборку исключительно устройств 3D-MID, или же компания, модернизирующая или заменяющая свой парк устаревшего оборудования и параллельно с этим желающая расширить его функциональные возможности под новое направление сборки или на возможную перспективу.

Преимущества подхода с активным держателем оснований заключаются в использовании существующего оборудования, относительно низких капитальных вложениях, малом вмешательстве в конструкцию автомата, поддержании заявленного для 2D-установки уровня производительности.

Вместе с тем, необходимо отметить зависимость системы управления манипулятором и его конструкции от конкретной модели оборудования, что, скорее всего, потребует различных аппаратных и/или программных реализаций манипулятора для различных моделей автоматов. Также можно предвидеть возникновение трудностей с использованием типовых установок загрузки/выгрузки вследствие очевидно более высокой массы и габаритов по высоте манипулятора в сравнении со сборками на печатных платах, при довольно большом объеме ручных подготовительных операций.

Вследствие вышесказанного областью применения такого манипулятора видятся небольшие компании, не ставящие во главу угла производительность и полную автоматизацию сборочного процесса, но обладающие устраивающей их моделью автомата установки компонентов и желающие расширить его функциональные возможности для сборки небольших партий изделий 3D-MID.

Заключение

Возрождающийся в последние несколько лет интерес к технологии 3D-MID вызвал к жизни развитие соответствующих технологий и сборочного оборудования. Уже выпускаются или готовятся к серийному производству устройства 3D-MID с самой современной элементной базой – не только традиционными поверхностного монтируемыми компонентами, но и светодиодами, бескорпусными кристаллами с разваркой проволочных выводов, компонентами flip-chip – как с традиционными золотыми столбиковыми выводами, так и устанавливаемые на полимерные литые столбики, выполненные на поверхности самого устройства 3D-MID. Производители оборудования, видя растущий интерес разработчиков электроники к данной технологии, начинают предлагать новые сборочные решения и адаптировать существующие технологии сборки к новым задачам.

В данной статье мы коснулись современных концепций установки компонентов на трехмерные монтажные основания. Среди них пока нет очевидного лидера – каждое решение наиболее эффективно проявляет себя при соответствующем характере производства. Далеко не для каждого производителя экономически оправданным будет решение по организации полноценной сборочной линии, оснащенной промышленными многоосевыми роботами. С другой стороны, при серийном производстве решения с применением оснастки в виде устанавливаемых на конвейер манипуляторов могут не оправдать себя с точки зрения затрат времени на переналадку. Решения, связанные с приобретением нового специализированного оборудования, видятся разумным компромиссом между двумя описанными подходами, но повлекут необходимость капиталовложений, которые могут оказаться значительными с учетом высоких технологий, заложенных в это довольно сложное оборудование.

Тем не менее, вовлеченность большого числа научных и производственных компаний и их специалистов в работы над данной темой, а также быстрота появления новых решений позволяют надеяться на хорошее будущее технологии 3D-MID с точки зрения сборочного оборудования и дальнейшее расширение выбора гибких и производительных автоматов для сборки устройств 3D-MID.

Список использованных источников

  1. Pfeffer, M.; Goth, C.; Craiovan, D.; Franke, J. Inst. for Manuf. Autom. & Production Syst. (FAPS), Friedrich-Alexander-Univ. Erlangen-Nuremberg, Erlangen, Germany. 3D-Assembly of Molded Interconnect Devices with standard SMD pick & place machines using an active multi axis workpiece carrier. 2011 IEEE International Symposium on Assembly and Manufacturing (ISAM),May, 2011, p. 1 – 6. http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=5942362
  2. Universität Stuttgart, Institut for Zeitmeßtechnik, Fein- and Mikrotechnik. MID-Technology. http://www.imtek.de/avt/content/upload/vorlesung/2007/mid_technology.pdf
  3. Essemsol. A Division of Essemtec AG http://www.fed.de/downloads/FED_Tagung_27.1.2011_-_3D_MID_Dispenser_Bestuecker.pdf
  4. Mounting LEDs in all Directions and Angles – Assembly Technology for LEDs on 3D-MID. http://www.led-professional.com/products/led-production-test-equipment/mounting-leds-in-all-directions-and-angles
  5. XENON Automatisierungstechnik GmbH. 3D-MID Onsertion and Assembly Lines. http://www.xenon-dresden.de/index.php?iL=2&FNDLR=Flyer%203D%20MID%20Produktgruppen&PHPSESSID=79iear3gmm1va2r74mmu34lucp73nvtf
  6. XENON Automatisierungstechnik GmbH. Modular Production Lines for Onsertion, Inspection and Final Assembly of MID Mechatronic Parts. http://www.xenon-dresden.de/index.php?iL=2&FNDLR=flyer_3d_mid&PHPSESSID=79iear3gmm1va2r74mmu34lucp73nvtf
  7. Häcker Automation GmbH. Multi Chip & 3D Micro Assembly System VICO 520 M. Technical Information. http://www.haecker-automation.de/fileadmin/user_upload/Datenblaetter/englisch/520M_e.pdf
  8. Häcker Automation GmbH. 3D-MID. Application Note. http://www.haecker-automation.de/fileadmin/user_upload/Datenblaetter/HaeckerAutomation_3D-MID.pdf
  9. Häcker Automation GmbH. 3-D Micro Assembly of Molded Interconnect Devices (3-D MID). http://media.nmm.de/70/haeckerautomationgmbh_24445970.pdf
  10. Hahn-Schickard-Institut für Mikroaufbautechnik (HSG-IMAT). SMD on MID. http://www.imat.hsg-imit.de/fileadmin/hsg-imat/pdfs/Flyer_P07V080523_SMD.pdf
  11. Hahn-Schickard-Institut für Mikroaufbautechnik (HSG-IMAT). Bare Die Assembly on 3D MID. http://www.imat.hsg-imit.de/fileadmin/hsg-imat/pdfs/Flyer_P06V080523_Bare_Die.pdf
  12. 3D-MID: области применения и технологии. Антон Нисан, ЗАО Предприятие Остек. http://www.ostec-group.ru/data/publication/item/51/3D-MID.pdf
  13. Dr. Jens Krause & Dr. David Moser, HARTING Mitronics AG. 3D-MID – Multifunctional Packages for Sensors in Automotive Applications. 10th International Forum on Advanced Microsystems for Automotive Applications. Berlin, April 25-27, 2006. http://www.amaa.de/previous/amaa_2006/Presentations_2006/2-3-03_Moser.pdf
  14. Nils Heininger, LPKF Laser & Electronics AG, Dr. Wolfgang John, I & T 3D Produktionsgesellschaft mbH & Hans-Jürgen Boßler, TRW Automotive Safety Systems GmbH. Manufacturing of Molded Interconnect Devices from Prototyping to Mass Production with Laser Direct Structuring. http://www.lpkf.cn/_mediafiles/1277-mechatronic-component-for-automatic-steering-wheel.pdf
  15. H. Willeck, HSG-IMAT. A new method for directly determining the adhesive strength of conductors on micro structured MID. Conference on Multi-Material Micro Manufacture, 3-5 October 2007 Borovets, Bulgaria. http://www.4m-net.org/files/papers/4M2007/363765/PID363765.pdf
  16. Forschungsvereinigung 3-D MID e.V. e. VInnovationen im Netzwerk forcieren. http://www.3d-mid.de/cms/upload/aktuelles/informationen/Herzlich_Willkommen_in_unserem_Netzwerk.pdf
  17. Vectra® LCP in new climate sensors from Hella. http://www.ticona.com/news-details?id=12320.
Страницы статьи: 1  2  3 

Оцените материал

Оценка полезности информации:
Оценка полноты информации:  
Оценка изложения информации:  
Комментарий:  
 



Последние новости

АРПЭ провела практическую конференцию "Экспорт российской электроники"
подробнее
Портфельная компания РОСНАНО «РСТ-Инвент» разработала RFID-метки нового поколения WinnyTag Duo
подробнее
Научно-технический семинар «Электромагнитная совместимость. Испытательные комплексы для сертификационных и предварительных испытаний военного, авиационного и гражданского оборудования»
подробнее
Официальное представительство Корпорации Microsemi примет участие в выставке «ЭкспоЭлектроника» 2018
подробнее
Новое оборудование в Технопарке Зубово
подробнее
Избраны органы управления Технологической платформы «СВЧ технологии»
подробнее
«Рязанский Радиозавод» внедряет инструменты бережливого производства
подробнее
© “Элинформ” 2007-2018.
Информационный портал для производителей электроники:
монтаж печатных плат, бессвинцовые технологии, поверхностный монтаж, производство электроники, автоматизация производства