Tekhnologiya_sborki_integralnyh_skhem

сила тяжести и температура припоя определяют его количество, оставшееся на детали. Если оно превышает допустимые пределы, то излишний припой можно сбросить, слегка встряхивая деталь после изъятия ее из ванны.

Поверхность ванны припоя необходимо непрерывно очищать. Слой загрязнений обычно удаляют несмачивающимся материалом, который выдерживает рабочие температуры пайки, не растворяясь в припое и не загрязняя его (керамика, нержавеющая сталь). Поверхность жидкого припоя можно поддерживать чистой не только непрерывной очисткой, но и защитой ее слоем жидкости (например, глицерина) или газа (например, азота).

На рис. 8.4 изображено приспособление для лужения выводов микросхем и показана схема лужения выводов в ванне с припоем ПОС-61. Ванна должна быть сконструирована таким образом, чтобы ее дно было нагрето сильнее стенок, и тогда благодаря конвекции будет происходить непрерывное перемешивание припоя. При этом достигается высокая степень однородности припоя. Качество и однородность лужения в значительной степени зависят от чистоты припоя в ванне.

Рис. 8.4. Облуживание выводов микросхем:

1 – ванна с припоем; 2 – приспособление для облуживания выводов; 3 – микросхема

Облуживание выводов волной припоя относится к числу автоматических способов. Насос непрерывно накачивает жидкий припой

240

вустановленное под углом к горизонту сопло, и струя образует своего рода волну, через гребень которой проводят транзисторы или микросхемы. Такой способ облуживания выводов обладает многими достоинствами. Движение припоя по поверхности выводов, подлежащих смачиванию, значительно уменьшает время облуживания. В гребень непрерывно подается свежий припой, таким образом предотвращается контакт выводов со шлаком, плавающим на поверхности, и устраняется необходимость в непрерывном очищении припоя. Кроме того, флюс и его остатки, смываемые с выводов и обычно остающиеся сверху ванны, уносятся припоем в специальный резервуар, так что они уже не могут контактироваться с выводами последующих транзисторов или микросхем. Припой, приходящий

вконтакт с выводами изделий, имеет всегда постоянную температуру, которую легко контролировать и поддерживать.

241

9. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИС

9.1.Системыуправления процессамисборки полупроводниковых приборов и ИС

Воборудовании сборки ИС используются системы управления

централизованные, иерархические, распределенные (использующие различные управляющие устройства от комбинационных схим до микропроцессоров). Их отличительной особенностью является большое количество преобразований систем координат (пространственная, в которой расположен объект, механическая система координат привода, пространственная система после преобразования изображения объекта, электрическая система ТВ датчика, электрическая система после дискретизации и квантования видеосигнала и т. д.).

9.1.1.Структурные схемы системы управления

Обобщенная структурная схема системы управления сборочной установкой показана на рис. 9.1.

Исполнительные

Датчики устройства системы управления

Рис. 9.1. Обобщенная структурная схема управления

242

Система управления постоянно получает информацию о значениях параметров, поступающих с датчиков, расположенных на объекте управления. На основе анализа этих значений система управления определяет текущий режим работы объекта. Кроме того, благодаря этому анализу и наличию внешних сигналов о желаемом изменении режима система управления выявляет необходимость в изменении режима объекта и проверяет технологическую возможность требуемого изменения режима. Если имеются условия для организации смены режима, то система управления переключается на выполнение программы смены режима и реализует ее. В процессе выполнения программы перехода система управления может при необходимости контролировать реализацию программы и возможность дальнейшего ее выполнения.

Системы управления сборочного оборудования строятся по централизованному или иерархическому принципу. В первом случае имеется только одно устройство управления, например ЭВМ общего назначения, которое выполняет все функции управления в установке от реализации общего алгоритма до специфических циклограмм отдельных узлов. В такой системе все исполнительные устройства автономно функционировать не могут и являются пассивными. Пример такой системы управления установкой присоединения проволочных выводов дан на рис. 9.2.

Устройство управления анализирует состояние датчиков, клавиатуры управления, определяет внутреннее состояние и перемещает координатные приводы в заданную позицию с требуемой характеристикой движения. Для этого коммутируются фазные обмотки шаговых двигателей в режимах разгона, постоянной скорости и торможения двигателя. В заданные по циклу моменты времени включаются и выключаются электромагниты, выполняющие различные функции. Все это требует достаточно большого быстродействия устройства управления, зависящего в первую очередь от скоростей перемещения двигателей или от частоты коммутации их фазных обмоток.

Основным достоинством такой системы является компактность – минимальное количество аппаратуры и программного обеспечения (из-за отсутствия различных протоколов обмена между устройствами, имеющими собственное программное обеспечение) для управления сборочнойустановкой.

243

Рис. 9.2. Центрированная структурная схема управления установкой

244

Однако необходимость высокого быстродействия устройства управления для высокопроизводительных установок, имеющих четыре и более координатных привода с необходимой частотой коммутации фаз более 10 кГц и выполняющих при этом различные другие операции, например преобразование координат, контроль величины перемещений, привела к тому, что централизованные системы управления в сборочномоборудовании практически неиспользуются.

Подавляющее большинство систем управления сборочных установок имеет иерархическую структуру, т. е. исполнительные устройства, реализующие сложные функции, выполняются активными с собственной системой управления, более того, зачастую их реализуют в виде модулей (под модулем понимается устройство, обладающее функциональной полнотой и конструктивной завершенностью). По количеству аппаратуры иерархическая система управления проигрывает централизованной, и ее основное достоинство – высокое быстродействие, т. е. система управления своим быстродействием не ограничивает производительность сборочных установок.

Пример иерархической структурной схемы системы управления установкой присоединения проволочных выводов с линейными шаговыми двигателями дан на рис. 9.3.

Устройства управления установкой и координатными приводами выполнены на основе микропроцессора К580ВМ80. Они реализуют функции преобразования координат, интерполяцию перемещения инструмента по трем координатам для формообразования проволочной перемычки, формирование траектории перемещения каждого из линейных шаговых двигателей, компенсацию статической погрешности позиционирования координатных приводов, осуществление диалоговой связи с оператором для гибкой и оперативной перестройки режимов работы механизмов и узлов установки и др.

Устройства управления сборочным оборудованием имеют различную техническую базу и представляют собой цикловые схемы на базе стандартных функциональных элементов, программно-логи- ческие на основе микропрограммного управления, программно-вы- числительные на основе микропроцессоров и микроЭВМ, а также ряд простейших специальных вычислителей, предназначенных для преобразования координат.

245

е

Рис. 9.3. Иерархическая структурная схема управления установкой

246

Рассмотрим обобщенную структурную схему системы управления сборочной установки (рис. 9.4) (конкретные установки могут не иметь отдельных узлов и блоков). Центральный контроллер установки выполняет функции управления, реализует циклограмму работы механизмов сборки и обеспечивает связь с автономными устройствами управления. Связь с датчиками и исполнительными механизмами осуществляется через устройство сопряжения контроллера, поэтому для каждой конкретной установки она будет отличаться как по количеству цепей, так и по электрическим сигналам, подаваемым по этим цепям. Для электромагнитов, например, необходим определенный ток для их срабатывания, а сигнал с датчика Холла может составлять доли милливольт, если в датчике отсутствует предварительный усилитель.

Режимы работы установки задаются с клавиатуры управления, связь которой с контроллером может осуществляться по нестандартному каналу, поскольку в каждой установке имеются различия как в режимах, так и в функциях, выполняемых в этих режимах. Поэтому данная часть программного обеспечения в каждой установке также будет оригинальной. Применение в этих условиях универсального канала связи влечет за собой значительное усложнение программного обеспечения, осуществляющего обмен, что нельзя признать рациональным. По этим же причинам редко используется универсальный интерфейс типа ИРПР или ИРПС с ультразвуковым генератором, терморегулятором, блоком формирования шарика и координатными приводами. Такие устройства могут иметь упрощенный, стандартный внутри своей группы интерфейс, поскольку при отсутствии хотя бы одного из этих устройств установка неработоспособна.

Некоторые узлы в установке являются автономными и не функционирующими в процессе автоматической сборки или же имеют большие отличия во внутреннем содержании. К первым относятся дисплей и общая клавиатура, позволяющая оператору общаться в диалоговом режиме с установкой. Эти стандартные элементы, очевидно, должны иметь стандартный канал, а в ряде случаев они могут быть даже вынесены за пределы установки. Дисплей должен отображать не только алфавитно-цифровую и графическую информацию, но и стандартный телевизионный видеосигнал, поступающий с ТВ-датчиков системы технического зрения.

247

-

-д

Рис. 9.4. Обобщенная структурная схема установки присоединения проволочных выводов

Устройствами, для которых предпочтительным может быть универсальный интерфейс, являются устройства подачи приборов на

248

позицию сборки и системы технического зрения, определяющие положение объекта и выполняющие контрольные операции после сборки. Это связано с тем, что такие устройства в ряде случаев имеют различные циклограммы работы, алгоритмы и являются достаточно сложными. В этих условиях связь с контроллером по некоторому протоколу обмена необходимо значительно сократить для того, чтобы при новых задачах либо в установке, либо в системе технического зрения, либо в устройстве подачи приборов остальная часть установки не претерпевала значительных изменений.

Недостатком стандартного последовательного канала ИРПС является необходимость его обслуживания сложным программным обеспечением и сравнительно низкая скорость передачи информации (9600 бод), что с некоторых случаях может привести к удлинению цикла сборки на 20–50 мс (правда, имеется возможность увеличить скорость передачи в 5–6 раз, введя синхронный режим).

9.1.2. Устройства управления

Устройства управления сборочным оборудованием реализуют основные функции алгоритмической взаимосвязи систем приводов, исполнительных элементов, датчиков выполнения команд и операций, а также реагируют на команды оператора. Решаемые задачи могут быть логическими или комбинированными (т. е. логическо-вы- числительными). Появление вычислительных операций в сборочных установках связано со следующими видами оборудования: полуавтоматическими установками, требующими от оператора предварительной ориентации объекта относительно инструмента, после чего происходит вычисление его положения; полуавтоматическими установками группового обслуживания, которые принципиально не отличаются от предыдущих, но оператор может выполнять свои функции дистанционно, при помощи специального пульта; автоматическими установками, выполняющими всеоперации безучастиячеловека.

Логические операции реализуют комбинационные схемы либо управляющие логические устройства с временными задержками. Алгоритм функционирования этих систем определяется только их структурой, т. е. они реализуют логические сети, не содержащие управляющих логических операторов. Данные устройства разрабатываются индивидуально для каждой установки и не имеют каких-либо

249