SOT型半導(dǎo)體自動(dòng)編帶封裝機(jī)編帶驅(qū)動(dòng)部分的研制

1、自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用 2004年第23卷第9期PLC與DCSPLCandDCSSOT型半導(dǎo)體自動(dòng)編帶封裝機(jī)編帶*驅(qū)動(dòng)部分的研制陳明濤,李振亮,苗德華(天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,天津 300222)摘要:介紹了新研制的SOT編帶封裝機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的技術(shù)要點(diǎn)、研制方案,重點(diǎn)論述了編帶驅(qū)動(dòng)部分的控制方法。采用了氣動(dòng)、電動(dòng)機(jī)、PLC控制相結(jié)合的方法,實(shí)現(xiàn)了SOT器件編帶封裝的自動(dòng)化。關(guān)鍵詞:SOT123、SOT323型二極管;編帶;編帶封裝機(jī);編帶驅(qū)動(dòng)中圖分類(lèi)號(hào):TN305 94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1003 7241(2004)09 0024 03TheDriverSystemofaAutomatic

2、SOTDiodeTapeMachineCHENMing-tao,LIZhen-liang,MIAODe-hua(CollegeofMechanicalEngineering,TianjinUniversityofScience&Technology,Tianjin300222,China)Abstract:ThedriversystemofAutomaticSOTDiodeTapeMachineispresentedinthispaper.Thesystemisimplementedwithanaircylinder,electromotorsandPLC.Keywords:SOT12

3、3、SOT323diode;Tape;Tapemachine;Tapedriving1 引言現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展迅速,電子技術(shù)的應(yīng)用遍及人類(lèi)生活的方方面面。電子元器件是電子技術(shù)的基礎(chǔ),現(xiàn)代電子元器件有如下特點(diǎn):(1)種類(lèi)繁多、消耗量極大;(2)追求微型化、低功耗、集成化、智能化。由于表面貼裝系列半導(dǎo)體元件具有小型化、輕量化、低功耗、高性能、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)1封裝等)綜合在一起完成,簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序,生產(chǎn)效率得到了極大的提高。2 SOT型半導(dǎo)體自動(dòng)編帶封裝機(jī)的研制方案簡(jiǎn)介SOT是一種微型半導(dǎo)體貼片器件,SOT型半導(dǎo)體自動(dòng)編帶封裝機(jī)能夠自動(dòng)完成SOT123、SOT323型二極管的定位、有序排列、器件測(cè)試、

4、剔除不合格品、編帶封裝,最后將封裝了一定數(shù)目的SOT器件纏繞成成品編帶,從而實(shí)現(xiàn)編帶封裝工藝的自動(dòng)化。所用的SOT型二極管、編帶及SOT型半導(dǎo)體自動(dòng)編帶封裝機(jī)的的參數(shù)如下:123型SOT二極管外形尺寸:3.3 1.6 1.1(mm);323型SOT二極管外形尺寸:2.5 1.25 0.9(mm);編帶寬:8mm,編帶節(jié)距:4mm;每盤(pán)成品編帶內(nèi)封裝數(shù)量:3000只;SOT型自動(dòng)編帶封裝機(jī)外形尺寸(長(zhǎng) 寬 高):1100 950 1200(mm);,更能適應(yīng)現(xiàn)代先進(jìn)電子設(shè)備的使用要求,滿足先進(jìn)的電子設(shè)備生產(chǎn)線的要求,因此,過(guò)去常使用的插入式電子元件正在逐步被表面貼片元件替代。供給自動(dòng)貼片機(jī)的電子

5、元器件通常需要采用編帶封裝方式。生產(chǎn)電子元器件的廠家,通常采用大量的人工操作來(lái)完成編帶的封裝。人工封裝的缺點(diǎn)很明顯:效率低、人力需求量大、質(zhì)量控制難度大而且不穩(wěn)定、完成的任務(wù)單一,因此已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要2。自動(dòng)編帶封裝機(jī)是用于電子元器件編帶封裝的專(zhuān)用設(shè)備,它采用了先進(jìn)的機(jī)械、檢測(cè)與控制技術(shù),生產(chǎn)效率高,生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定,同時(shí)能夠?qū)⒃S多以前分開(kāi)進(jìn)行的工序(如:測(cè)試并剔除不合格器件、在器件表面打印標(biāo)識(shí)、計(jì)數(shù)、編帶*天津市科委攻關(guān)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):033103811)收稿日期:2004-04-1924|noio工作電壓:AC 220V 50Hz;功率:約0.5KW;PLC與DCSPLCandDCS

6、自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用 2004年第23卷第9期編帶速度:>3600片 小時(shí);系統(tǒng)總質(zhì)量:約100kg。SOT型半導(dǎo)體自動(dòng)編帶封裝機(jī)的研制方案可分為機(jī)械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)兩大部分。機(jī)械部分的方案是:由電磁振動(dòng)盤(pán)、電磁振動(dòng)送料槽、雙路正交送料機(jī)構(gòu)組成送料、定向機(jī)構(gòu);由氣動(dòng)元件、凸輪機(jī)構(gòu)、電機(jī)構(gòu)成動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)主要由PLC、光電傳感器、觸摸屏等組成。采用二臺(tái)PLC對(duì)整個(gè)機(jī)器進(jìn)行控制,主控制器主要完成機(jī)器的啟動(dòng)、運(yùn)行、故障處理以及顯示系統(tǒng)的操作;從控制器對(duì)電機(jī)、電磁振動(dòng)盤(pán)與直線振動(dòng)送料槽、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、正交送料機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)氣缸進(jìn)行控制。主控制器的輸出口與從控制器的輸入口相連接,實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)PLC的協(xié)調(diào)運(yùn)行

7、。在觸摸屏上設(shè)定機(jī)器的運(yùn)行參數(shù),顯示系統(tǒng)的狀態(tài)與參數(shù),并進(jìn)行人機(jī)對(duì)話操作。設(shè)備的工作過(guò)程是:將散亂的SOT123或SOT323型二極管器件放入電磁振動(dòng)盤(pán)中 啟動(dòng)機(jī)器 SOT器件在振動(dòng)作用下,實(shí)現(xiàn)定向排列與單向有序運(yùn)動(dòng) 器件檢測(cè) 丟棄不合格的SOT器件 合格的器件轉(zhuǎn)向 送入編帶并計(jì)數(shù) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)編帶移動(dòng) 在編帶上覆壓膠帶 編帶被卷繞到收帶盤(pán)上 封裝完成3000只SOT器件后自動(dòng)停機(jī) 機(jī)器自動(dòng)提示 操作人員更換收帶盤(pán) 重新封裝計(jì)數(shù) ,如此循環(huán)。碼器之間、步進(jìn)電機(jī)與編帶驅(qū)動(dòng)輪之間用同步齒形帶傳動(dòng)。真空吸嘴機(jī)構(gòu)(件5)將SOT器件放入編帶內(nèi)。壓帶輪(件8)將膠帶覆壓在編帶上;反射式光電傳感器(件4)

8、用于探測(cè)編帶內(nèi)是否放入了SOT型二極管器件。圖1 編帶驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)圖3 編帶驅(qū)動(dòng)部分的性能要求、結(jié)構(gòu)組成及工作原理編帶驅(qū)動(dòng)部分是SOT自動(dòng)編帶封裝機(jī)的重要組成部分,這一部分的主要功能與要求是:安裝膠帶盤(pán)、收帶盤(pán)、放帶盤(pán);安裝電機(jī),為放膠帶、放空編帶、覆壓膠帶以及收卷編帶提供動(dòng)力。研制要點(diǎn)在于:由于膠帶強(qiáng)度低,不能由電機(jī)直接牽引膠帶;編帶要始終保持張緊狀態(tài);在機(jī)器啟動(dòng)后,能自動(dòng)判定步進(jìn)電機(jī)軸的初始位置并將其轉(zhuǎn)到規(guī)定的位置;工作狀態(tài)下,要求步進(jìn)電機(jī)每次轉(zhuǎn)過(guò)的角度正確,防止丟步,并有閉環(huán)反饋措施,以確保器件被準(zhǔn)確放入編帶的凹槽中;當(dāng)漏放SOT二極管器件時(shí),系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、自動(dòng)停機(jī)并發(fā)出告警信號(hào)。編

9、帶驅(qū)動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)如圖1所示?；瑒?dòng)滾輪(件3)用于釋放膠帶;放膠帶電機(jī)與減速器組合(件14)為滑動(dòng)滾輪的升降提供動(dòng)力,滑動(dòng)滾輪靠自身重量沿導(dǎo)軌(件12)上下滑動(dòng),達(dá)到了不由電機(jī)直接牽引膠帶的目的。在導(dǎo)軌的最高、最低位置,分別裝有一只對(duì)射式傳感器(件11)。收編帶電機(jī)、減速器、磁性離合器機(jī)構(gòu)(件13)為收卷編帶提供動(dòng)力;磁性離合器的作用是使收編帶電機(jī)、減速器的輸出力矩不直接作用在編帶上,起張緊編帶的作用,并能防止收編帶電機(jī)堵轉(zhuǎn)。在放帶盤(pán)(件7)上也裝有磁性離合器,同樣起張緊編帶的作用。步進(jìn)電機(jī)(件15)通過(guò)編帶驅(qū)動(dòng)輪(件17)驅(qū)動(dòng)編帶移動(dòng),增量型旋轉(zhuǎn)編碼器(件16)的軸位置與編帶驅(qū)動(dòng)輪軸聯(lián)接在一個(gè)

10、規(guī)定位置上,步進(jìn)電機(jī)與編4 編帶驅(qū)動(dòng)部分的控制方法編帶驅(qū)動(dòng)部分由PLC進(jìn)行控制,控制過(guò)程可以分為初始化階段與正常工作階段兩個(gè)部分。PLC根據(jù)編帶驅(qū)動(dòng)部分設(shè)置的傳感器(對(duì)射式光電傳感器(圖1件11)、反射式光電傳感器(圖1件4)與旋轉(zhuǎn)編碼器(圖1件16)的輸出信號(hào)以及機(jī)器的當(dāng)前工作狀態(tài)(當(dāng)前工作循環(huán)中的某個(gè)時(shí)序),控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。(1)初始化階段操作人員在機(jī)器上安裝收帶盤(pán)、放帶盤(pán)、膠帶盤(pán)后,打開(kāi)機(jī)器電源,系統(tǒng)進(jìn)行自檢、初始化。初始化階段的功能是:檢測(cè)系統(tǒng)軟硬件狀態(tài)是否正常、檢查編帶驅(qū)動(dòng)輪軸的當(dāng)前位置、檢查滑動(dòng)滾輪的當(dāng)前位置。機(jī)器啟動(dòng)后,PLC控制步進(jìn)電機(jī)試轉(zhuǎn),PLC根據(jù)編碼器發(fā)出的脈沖信號(hào)判斷步進(jìn)

11、電機(jī)軸的當(dāng)前位置,PLC控制步進(jìn)電機(jī)軸轉(zhuǎn)到規(guī)定的角度后停止。在系統(tǒng)自檢后確認(rèn)系統(tǒng)正常的情況下,如果PLC根據(jù)導(dǎo)軌上側(cè)對(duì)射式光電傳感器的信號(hào)判斷出滑動(dòng)滾輪不處于最低位置,則控制放膠帶電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),滑動(dòng)滾輪降到最低位置時(shí),PLC根據(jù)導(dǎo)軌下側(cè)的對(duì)射式光電傳感器的信號(hào),控制放膠帶電機(jī)停止estion&ions|25自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用 2004年第23卷第9期PLC與DCSPLCandDCS轉(zhuǎn)動(dòng),從而放出一定長(zhǎng)度的膠帶。初始化階段,收編帶電機(jī)不動(dòng)作。(2)工作階段系統(tǒng)的每個(gè)工作循環(huán)共分成31個(gè)時(shí)序,控制系統(tǒng)根據(jù)這31個(gè)時(shí)序?qū)υO(shè)備進(jìn)行順序控制。在設(shè)備的工作階段,PLC根據(jù)控制要求以及傳感器的輸入信號(hào),控

12、制電磁振動(dòng)盤(pán)、電磁直線送料槽、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)氣缸、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、真空吸嘴機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作。對(duì)編帶驅(qū)動(dòng)部分的控制是SOT型半導(dǎo)體自動(dòng)編帶封裝機(jī)控制系統(tǒng)功能的一部分,主要完成對(duì)該部分三臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行控制。在正常工作狀態(tài)下,編帶驅(qū)動(dòng)部分的控制任務(wù)主要包括:控制步進(jìn)電機(jī),使編帶按正確的步距迅速、及時(shí)地移動(dòng);控制放膠帶電機(jī)完成放膠帶動(dòng)作;控制收編帶電機(jī)連續(xù)、穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn);在放器件錯(cuò)誤、漏放器件的情況下,由反射式光電傳感器及時(shí)地向PLC發(fā)出告警信號(hào),從而控制機(jī)器暫停。真空吸嘴結(jié)構(gòu)每次在編帶中放入一個(gè)SOT器件后,PLC發(fā)出信號(hào),通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)規(guī)定的角度,編帶向前移動(dòng)一格。旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行反

13、饋控制,保證步進(jìn)電機(jī)每次轉(zhuǎn)過(guò)的角度正確。反饋功能通過(guò)PLC對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn),PLC根據(jù)計(jì)數(shù)結(jié)果計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)過(guò)角度,判斷步進(jìn)電機(jī)是否發(fā)生丟步現(xiàn)象,在丟步時(shí),PLC及時(shí)地發(fā)出補(bǔ)償指令,控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)完規(guī)定的角度。在工作時(shí),只要滑動(dòng)滾輪到達(dá)最高位置,導(dǎo)軌上側(cè)的光電傳感器就向PLC發(fā)出信號(hào),PLC控制放膠帶電機(jī)啟動(dòng),使滑動(dòng)滾輪下降,當(dāng)滑動(dòng)滾輪到達(dá)最低位時(shí),軌道下面的光電傳感器向PLC發(fā)出信號(hào),PLC控制放膠帶電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),如此不停地完成放膠帶動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)放膠帶電機(jī)的間歇運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)收編帶電機(jī)的控制較為簡(jiǎn)單。在工作階段,收編帶電機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),只有當(dāng)機(jī)器關(guān)機(jī)或暫停時(shí)才會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。如果編帶中

14、漏放了器件,編帶的漏放位置移動(dòng)到反射式光電傳感器處時(shí)被檢測(cè)出來(lái),檢測(cè)信號(hào)被送到PLC,PLC控制機(jī)器暫停,并發(fā)出聲、光告警信號(hào),提示操作人員補(bǔ)放SOT器件,而后,操作人員將機(jī)器復(fù)位,機(jī)器繼續(xù)工作。在故障情況下,故障處理結(jié)束并重新啟動(dòng)機(jī)器后,步進(jìn)電機(jī)與放膠帶電機(jī)再次經(jīng)過(guò)初始化進(jìn)入正常工作狀態(tài)。PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)與放膠帶電機(jī)的控制程序原理如圖2所示。圖2 放膠帶電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制原理圖5 結(jié)束語(yǔ)目前我國(guó)大多數(shù)半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)在編帶封裝生產(chǎn)中還存在有大量的手工操作過(guò)程,裝備水平相對(duì)國(guó)外比較落后。落后的生產(chǎn)技術(shù)水平,對(duì)中國(guó)電子元器件生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展造成了不利影響。該項(xiàng)目研制的SOT型半導(dǎo)體自動(dòng)編帶封裝機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、控制方便、生產(chǎn)速度快,有效地實(shí)現(xiàn)了SOT型半導(dǎo)體器件封裝工藝的自動(dòng)化,目前它的生產(chǎn)效率是手工半自動(dòng)方式生產(chǎn)效率的5倍,另外,該設(shè)備擁有較大的改進(jìn)潛力。該設(shè)備的推26|no