微波組件設(shè)備點(diǎn)膠高度測(cè)量算法研究

摘要：點(diǎn)膠是微波組件在進(jìn)行集成時(shí)的一道關(guān)鍵工序，對(duì)后道工序影響深遠(yuǎn)，點(diǎn)膠針頭和待點(diǎn)膠產(chǎn)品的點(diǎn)膠路徑之間的距離為點(diǎn)膠高度。理論上的平面度會(huì)因?yàn)樵诋a(chǎn)品進(jìn)行裝配或烘烤后發(fā)生翹曲，導(dǎo)致點(diǎn)膠高度發(fā)生變化，直接影響點(diǎn)膠效果。為此，本文研究了微波組件封裝設(shè)備中的點(diǎn)膠模塊，提出一種可以全過(guò)程測(cè)高點(diǎn)智能細(xì)分算法。該測(cè)量方法首先對(duì)點(diǎn)膠路徑的CAD信息進(jìn)行解析，提取并根據(jù)細(xì)分閥值計(jì)算需要測(cè)量高度的坐標(biāo)點(diǎn)位置信息，最后根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)點(diǎn)膠過(guò)程進(jìn)行高度補(bǔ)償。目前該方法已應(yīng)用于型號(hào)為D441A的點(diǎn)膠機(jī)上。測(cè)試結(jié)果表明，采用適當(dāng)細(xì)分閥值的高度測(cè)量與補(bǔ)償方法，可以極大減少撞針率，提高點(diǎn)膠圖形的完整性。

關(guān)鍵詞：微波組件；點(diǎn)膠；細(xì)分；高度測(cè)量

0 引言

點(diǎn)膠工序主要用于微波組件生產(chǎn)過(guò)程中導(dǎo)電銀膠、紅膠等膠材的高精度點(diǎn)涂工作。膠材點(diǎn)涂后，采用貼片機(jī)或者手工貼片的方式將芯片、電容、電路片等器材貼裝到基材表面，再通過(guò)垂直固化爐或烘箱加熱固化膠材，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述元器件與基板腔體之間的電氣連接與機(jī)械連接。而膠材起到了導(dǎo)熱、導(dǎo)電、緩沖、機(jī)械支撐等作用，因此點(diǎn)膠的效果會(huì)直接影響到微波組件的性能。

微波組件中的微帶電路為了避免信號(hào)串?dāng)_，主要是粘接于鋁腔體的窄槽內(nèi)。由于鋁合金膨脹系數(shù)大（23 ppm），在加工或裝配過(guò)程中易發(fā)生點(diǎn)膠面翹曲（最大可達(dá) 0.5 mm），導(dǎo)致點(diǎn)膠過(guò)程中發(fā)生撞針、膠水?dāng)帱c(diǎn)、刮傷鍍層等質(zhì)量問(wèn)題。目前主流的點(diǎn)膠高度測(cè)量方式是使用激光位移傳感器，在點(diǎn)膠開(kāi)始前，對(duì)點(diǎn)膠路勁上的 3 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行高度測(cè)量，將測(cè)量值用于確定點(diǎn)膠路徑的平面高度。但是，該方法檢測(cè)到因基板翹曲而造成的微小高度差，依舊會(huì)發(fā)生上述質(zhì)量問(wèn)題。

針對(duì)目前市面上點(diǎn)膠機(jī)無(wú)法在點(diǎn)膠全路徑進(jìn)行高度測(cè)量的問(wèn)題，本文提出一種全過(guò)程測(cè)高位置智能識(shí)別與測(cè)量方法：首先，獲得點(diǎn)膠路徑的坐標(biāo)位置，再通過(guò)設(shè)置的最小細(xì)分值對(duì)點(diǎn)膠路徑進(jìn)行自動(dòng)分段，并計(jì)算生成測(cè)高點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，激光位移傳感器根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)信息進(jìn)行測(cè)高并保存，點(diǎn)膠針頭根據(jù)點(diǎn)位坐標(biāo)信息進(jìn)行點(diǎn)膠。此方法主要分為兩個(gè)部分：

（1）獲取點(diǎn)膠路徑坐標(biāo)信息，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換；

（2）根據(jù)細(xì)分值將點(diǎn)膠路徑進(jìn)行細(xì)分，計(jì)算并生成測(cè)高點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

1 點(diǎn)膠路徑的自動(dòng)識(shí)別

由于點(diǎn)膠路徑的初次繪制是在CAD軟件中進(jìn)行的，為了能夠成功完成點(diǎn)膠路徑的圖形數(shù)據(jù)解析，需要生成 CAD 軟件的接口文件 DXF 格式的文檔。點(diǎn)膠路徑的繪制是基于多段線進(jìn)行的，繪制完成后，操作人員會(huì)刪除圖紙上除點(diǎn)膠路徑和產(chǎn)品外框以外的所有元素。因此，對(duì) DXF 格式中的多段線進(jìn)行讀取和解析，就能夠識(shí)別到點(diǎn)膠路徑。本文在充分查閱、分析 DXF 文件格式的基礎(chǔ)上，編寫(xiě)詳細(xì)的多段線數(shù)據(jù)提取程序，DXF 文件讀入解析的流程圖如圖 1 所示，提取塊多段線的部分程序截圖如圖 2 所示。

需要注意的是，目前絕大多數(shù)設(shè)備都以產(chǎn)品左上角設(shè)備運(yùn)行的原點(diǎn)，但在 CAD 的坐標(biāo)系中繪制點(diǎn)膠路徑卻不一定是產(chǎn)品左上角作為原點(diǎn)。因此需要做一個(gè)平面直角坐標(biāo)系的平移，將點(diǎn)膠路徑的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為設(shè)備能夠使用的數(shù)據(jù)，如圖 3 所示。

根據(jù)圖 5 所示，全路徑測(cè)高點(diǎn)智能細(xì)分算法的主要思路是通過(guò)將點(diǎn)膠路徑多段線中的線段長(zhǎng)度與人工設(shè)置的細(xì)分閥值進(jìn)行比較。若比較結(jié)果小于細(xì)分閥值，則不需要進(jìn)行細(xì)分，繼續(xù)使用多段線端點(diǎn)作為測(cè)高點(diǎn)。若比較結(jié)果大于細(xì)分閥值，則進(jìn)行計(jì)算后，多該段線段進(jìn)行細(xì)分，并將細(xì)分后的坐標(biāo)點(diǎn)作為測(cè)高點(diǎn)。

通過(guò)上述計(jì)算，可以將細(xì)分點(diǎn)的坐標(biāo)值全部計(jì)算出來(lái)，并與原有線段端點(diǎn)一起存入測(cè)高點(diǎn)列表，待激光位移傳感器進(jìn)行測(cè)高時(shí)使用。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析

為了驗(yàn)證點(diǎn)膠高度測(cè)量算法的效果，同時(shí)對(duì)典型產(chǎn)品的細(xì)分閥值進(jìn)行確認(rèn)，以型號(hào) D441A 的點(diǎn)膠機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)試，全路徑高度測(cè)量與點(diǎn)膠高度補(bǔ)償?shù)牧鞒倘鐖D 7 所示。

為了更好的檢驗(yàn)測(cè)高效果與細(xì)分閥值之間的關(guān)系，對(duì)于典型產(chǎn)品，按照不同的細(xì)分閥值進(jìn)行設(shè)置，測(cè)量到高度值后進(jìn)行點(diǎn)膠，通過(guò)點(diǎn)膠過(guò)程中是否撞針來(lái)驗(yàn)證點(diǎn)膠高度測(cè)量算的效果，分組要求如下：

細(xì)分閥值按照 1 mm、2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、 6 mm、7 mm、8 mm 進(jìn)行分類(lèi)；

撞針與否通過(guò)點(diǎn)膠圖形的連續(xù)性人工進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

根據(jù)上述分組要求進(jìn)行測(cè)試，每組點(diǎn)膠 150 次，各組的測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表 1 所示。

各組測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果的折線圖如圖 8 所示。

實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于典型產(chǎn)品，采用 4 mm 以下的細(xì)分閥值，既可以避免點(diǎn)膠過(guò)程中的撞針，同時(shí)又節(jié)省了近 50% 的測(cè)試時(shí) 間。當(dāng)然，對(duì)于不同的產(chǎn)品，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)特征，比如腔槽深度、寬度、倒角等，可以采取上述分組測(cè)試需找到最適合的細(xì)分閥值。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究了微波組件的點(diǎn)膠的全過(guò)程測(cè)高過(guò)程，根據(jù)不同產(chǎn)品的細(xì)分閥值對(duì)產(chǎn)品點(diǎn)膠路徑需要測(cè)高的點(diǎn)進(jìn)行細(xì)分。大量的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，本文提出的方法能夠在保證點(diǎn)膠圖形 100% 連續(xù)的情況下，有效地控制測(cè)量時(shí)間。本文的方法已成功用于 D441A 型點(diǎn)膠機(jī)，避免點(diǎn)膠過(guò)程中的撞針，保證了點(diǎn)膠的合格率，設(shè)備的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性均能滿(mǎn)足產(chǎn)線日常加工，具有很好的應(yīng)用前景。

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(注：本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》2022年7月期)