郭 瑾 李福斌 王玉娟 白巖興

[摘 要]隨著表面貼裝技術(SMT)的發(fā)展,對小尺寸、高精度、高質量片式元件的需求越來越大。目前,在國內外電子元件市場上,片式多層陶瓷電容器(MLCC)是片式化率最高、需求量最大的一種新型元器件。文中介紹了MLCC制成工序中的關鍵設備之一的切斷設備,從工作原理及總體設計、機械結構、電氣控制系統(tǒng)等幾部分進行了設計和開發(fā),達到了預期效果。

[關鍵詞]片式多層陶瓷電容器 數(shù)字輸入輸出板卡 運動控制板卡 畫像采集卡

[中圖分類號]TM534[文獻標識碼]A[文章編號]1007-9416(2009)12-0087-03

[Abstract]With the development of SMT technology, the demand of small dimension and high quality chip component becomes larger and larger.MLCC is one of the new type components which is the highest chip rate and the largest demand in inner and outer electronic component market at present.The cutting machine researched in this article is one of the key equipments in the process of MLCC.The working principle,mechanical structure,pneumatic control system and electrical control system are designed in this article,reached a desired result.

[Key Words]MLCC(Multi-Layer Ceramic Capacitor),Digital Input/Output Card,Motion Control Card ,Video Capture Card

引言

片式多層陶瓷電容器MLCC是廣泛應用的新一代電容產品,與傳統(tǒng)電容產品相比具有體積小、容量大、效率高、成本低等優(yōu)勢。MLCC是各種電子、通信、信息、軍事及航天等消費或工業(yè)用電子產品廣泛使用的基礎元件,可以說只要有電子線路的地方都會用到MLCC產品。

MLCC實現(xiàn)了片式化,適應表面貼裝技術(SMT)技術需求,隨著SMT及便攜式電子產品迅猛發(fā)展,MLCC大量取代了有機電容器和云母電容器。MLCC具有極好的性能、多種不同的品種、規(guī)格齊全、尺寸小、價格便宜的特點。在手機、數(shù)碼相機、MP3和筆記本電腦等移動數(shù)碼產品需求的推動下,全球MLCC產業(yè)進入了快速發(fā)展時代,隨著手機體積越來越小, MLCC產業(yè)未來發(fā)展最重要的趨勢之一就是制品的微型化。在手機、MP3等日益普及的今天,許多人每天都隨身攜帶著數(shù)十數(shù)百個MLCC。憑借其分立元件成本及需求量巨大的優(yōu)勢,MLCC不會被輕易取代。MLCC市場依然呈現(xiàn)上升的勢頭,全球市場MLCC年增長速度近20%,市場需求巨大,產業(yè)化市場前景非常廣闊。

日本擁有先進的MLCC制造設備,大部分MLCC生產廠家主要依賴設備進口購買,但設備價格非常昂貴。為了降低設備投資,把精力集中于精密設備開發(fā)是非常必要的。本文所涉及的就是用于MLCC制品切斷的主要設備之一。

1 工作原理及總體設計

1.1 制品生產流程(見圖1)

MLCC的主要生產流程由配器(Batch),成型(Casting),印刷(Printing),積層(Stacking),壓著(Lamination),切斷(Cutting),燒成(Firing),外部電極(Termination),電極燒成(Termination Firing),鍍金(Plating)組成。本文所開發(fā)的切斷設備應用于圖中紅圈標識的切斷工程中。切斷工程的功能主要是將陣列排列的多個制品群進行X、Y向的切割,從而將制品進行分離。切斷時需要注意的主要事項是必須要保證制品切割的尺寸精度,避免發(fā)生電極不良、切斷尺寸不良等問題。

1.2 設備工作原理總體設計

如圖2,設備通過左、右兩個攝像頭(Camera)及畫像采集卡(Video Capture Card)進行圖像采集,輸入到工控機中,根據采集到的圖像進行圖像分析,將實際制品的位置反饋到工控機中,通過運動控制板卡(Motion Control Card),數(shù)字輸入輸出板卡(IO CARD)控制電機及氣缸等執(zhí)行原件動作,使制品到達切割位置,利用刀片進行制品X軸的切割,X軸切割完成后,通過放置制品的STAGE平臺的旋轉及調整,再進行制品Y軸的切割,完成制品的切割分離。

圖3所示為MLCC的內部結構原理圖。由于MLCC制品尺寸較小,所以在切割時需要保證行、列的精確定位,避免切到圖3中3號標識的內電極,造成廢品。同時還要保證制品大小的均一,避免造成尺寸不良。

2 機械結構設計

根據MLCC的生產工藝要求和設備的工作原理,綜合考慮設備的易操作性、結構工藝性、精度保持特性等因素,提出如圖4所示的總體設計布局,充分利用設備空間,使整機結構緊湊[1-4]。

(1) 制品裝載移送部,(2) 制品裝載部,(3) 裝載部制品欄,(4) 制品卸載部,(5) 制品切割平臺,(6)設備底板,(7)攝像頭移動部,(8) 卸載部制品欄,(9) 攝像頭角度調整部,(10) 制品卸載移送部,(11)切斷電機部(見圖4)。

3 回路控制設計

電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)整機所有功能的控制,包括圖像定位、溫度控制、伺服驅動及氣動控制等功能。[5-7]

如圖7所示,該系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機為主要控制單元,由數(shù)據輸入輸出板卡實現(xiàn)與各輸入輸出部件的聯(lián)系;由運動控制板卡實現(xiàn)伺服、步進電機的動作控制;由圖像采集板卡實現(xiàn)圖像采集及分析定位。各控制板卡通過與工控機的硬件連接以及VC++的軟件編程實現(xiàn)設備自動工作的功能。

4 主要技術及參數(shù)

4.1 切割平臺精密伺服傳動

該傳動機構是整機精度的關鍵所在,切割平臺的運動精度、運動的平穩(wěn)性直接影響到切割位置的精度,要求偏差<0.01mm,對傳動機構和驅動單元都有較高的要求,運動的平穩(wěn)性直接影響陶瓷薄膜剝離質量。設計中,通過提高支承剛度,使用可精密微調的調整機構,以及伺服控制的方法保證達到要求。

4.2 設備應用程序開發(fā)

隨著自動化控制技術近年來的迅猛發(fā)展,由單片機、可編程控制器(PLC)等為主要控制單元的自動化設備逐步被利用工業(yè)計算機所控制的設備所取代,工業(yè)計算機在自動控制領域中得到了極為廣泛的應用。C++是近年來普遍應用于自動化設備控制程序開發(fā)的編程語言,采用的開發(fā)環(huán)境又以VC++ 6.0較為常用。VC++軟件包除包括一個編譯器外,還包括所有的庫、例子和為Windows創(chuàng)建應用程序所需要的文檔,因此VC++集成開發(fā)環(huán)境使創(chuàng)建一個Windows程序變得很簡單。通過軟件中的工具和向導、以及MFC類庫,使用者可以在很短的時間里創(chuàng)建出一個程序。因此,眾多設備研究開發(fā)人員采用了VC++6.0作為自動化設備應用程序的開發(fā)工具。此切斷設備即為利用VC++6.0開發(fā)的應用程序。

4.3 圖像處理及圖像定位技術

圖像定位系統(tǒng)的功能是由攝像頭抓取已標記好的定位MARK點,并由工控機對抓取的圖像作數(shù)據分析和處理后,輸出定位數(shù)據供伺服系統(tǒng)校正定位。主要包括:運動圖像的抓取及分析;分析及運算程序的設計;軟件實時性、快速性要求;圖像定位及伺服系統(tǒng)的協(xié)調控制。

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