微波組件設(shè)備點膠高度測量算法研究

唐鑫 趙雪峰 侯奇峰 高明起 尚俊 潘玉華

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

關(guān)鍵詞：微波組件;點膠;細(xì)分;高度測量

0引言

點膠工序主要用于微波組件生產(chǎn)過程中導(dǎo)電銀膠、紅膠等膠材的高精度點涂工作。膠材點涂后，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，再通過垂直固化爐或烘箱加熱固化膠材，實現(xiàn)對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，因此點膠的效果會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），在加工或裝配過程中易發(fā)生點膠面翹曲（最大可達(dá)0.5 mm），導(dǎo)致點膠過程中發(fā)生撞針、膠水?dāng)帱c、刮傷鍍層等質(zhì)量問題。目前主流的點膠高度測量方式是使用激光位移傳感器，在點膠開始前，對點膠路勁上的3個點進(jìn)行高度測量，將測量值用于確定點膠路徑的平面高度。但是，該方法檢測到因基板翹曲而造成的微小高度差，依舊會發(fā)生上述質(zhì)量問題。

針對目前市面上點膠機(jī)無法在點膠全路徑進(jìn)行高度測量的問題，本文提出一種全過程測高位置智能識別與測量方法：首先，獲得點膠路徑的坐標(biāo)位置，再通過設(shè)置的最小細(xì)分值對點膠路徑進(jìn)行自動分段，并計算生成測高點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，激光位移傳感器根據(jù)坐標(biāo)點信息進(jìn)行測高并保存，點膠針頭根據(jù)點位坐標(biāo)信息進(jìn)行點膠。此方法主要分為兩個部分：

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

（2）根據(jù)細(xì)分值將點膠路徑進(jìn)行細(xì)分，計算并生成測高點坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

1點膠路徑的自動識別

由于點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，操作人員會刪除圖紙上除點膠路徑和產(chǎn)品外框以外的所有元素。因此，對DXF格式中的多段線進(jìn)行讀取和解析，就能夠識別到點膠路徑。本文在充分查閱、分析DXF文件格式的基礎(chǔ)上，編寫詳細(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)備運行的原點，但在CAD的坐標(biāo)系中繪制點膠路徑卻不一定是產(chǎn)品左上角作為原點。因此需要做一個平面直角坐標(biāo)系的平移，將點膠路徑的坐標(biāo)點數(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3所示，將產(chǎn)品外框與設(shè)備工作平臺擋塊靠緊，讓產(chǎn)品左上角與設(shè)備的原點重合，并靠視覺相機(jī)對該點的位置坐標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)。同時，在圖3的產(chǎn)品圖中，首先要讀取CAD圖紙中產(chǎn)品外框左上角的第一個坐標(biāo)點（x₀，y₀），根據(jù)繪圖人員的習(xí)慣，這個坐標(biāo)點很大程度上不是（0，0）點，因此為了將點膠路徑中的坐標(biāo)點符合設(shè)備運行的坐標(biāo)系，需要將每一個坐標(biāo)點（x，y）與左上角的（x₀，y₀）坐標(biāo)進(jìn)行平移，得到新的坐標(biāo)點（x′，y′），即：

x′=x-x₀

y′=y-y₀

通過上述公式，對所有讀取到的點膠路徑坐標(biāo)點進(jìn)行轉(zhuǎn)換，暫存在一組數(shù)據(jù)列表中。

2全路徑測高點智能細(xì)分

從圖3中可以看到，操作人員在繪制點膠路徑時，一般是按照腔槽形狀作為參照，繪制出來的路徑長短不一致，有的長度會很長，如a₁a₂、a₅a₆，有的會很短，如a₂a₃、a₄a₅。如果僅僅以多段線的端點作為測高點，勢必會出現(xiàn)有的長路徑只有首尾兩個點進(jìn)行高度補(bǔ)償，影響高度調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而出現(xiàn)撞針的情況，如圖4所示。

從圖4可知，若a₁點與a₂點之間有一個ax點的凸起，那么在點膠過程中會撞針，其原因就是因為對測高點的劃分太粗，不夠細(xì)致。因此，需要設(shè)計一種算法，將測高點劃分成為工藝人員想要的數(shù)量，然后對劃分好的測高點X、Y坐標(biāo)進(jìn)行賦值，將所有測高點坐標(biāo)裝入測高點列表，全路徑測高點智能細(xì)分算法的流程如圖5所示。

根據(jù)圖5所示，全路徑測高點智能細(xì)分算法的主要思路是通過將點膠路徑多段線中的線段長度與人工設(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)使用多段線端點作為測高點。若比較結(jié)果大于細(xì)分閥值，則進(jìn)行計算后，多該段線段進(jìn)行細(xì)分，并將細(xì)分后的坐標(biāo)點作為測高點。

令細(xì)分段數(shù)為n，多段線中某一段的長度為l₀，細(xì)分閥值為l₁，細(xì)分后線段的長度為d，則：

按照上述計算，可以確保得到的細(xì)分長度d值小于等于細(xì)分閥值，確保測高點的數(shù)量。根據(jù)線段的端點坐標(biāo)，即可求出每一個細(xì)分點的坐標(biāo)，如圖6所示。

根據(jù)圖6的示意圖可知，若a₁點與a₂點中間細(xì)分了8個點，以a₀₁點的坐標(biāo)為例進(jìn)行計算：

通過上述計算，可以將細(xì)分點的坐標(biāo)值全部計算出來，并與原有線段端點一起存入測高點列表，待激光位移傳感器進(jìn)行測高時使用。

3實驗驗證與分析

為了驗證點膠高度測量算法的效果，同時對典型產(chǎn)品的細(xì)分閥值進(jìn)行確認(rèn)，以型號D441A的點膠機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行測試，全路徑高度測量與點膠高度補(bǔ)償?shù)牧鞒倘鐖D7所示。

為了更好的檢驗測高效果與細(xì)分閥值之間的關(guān)系，對于典型產(chǎn)品，按照不同的細(xì)分閥值進(jìn)行設(shè)置，測量到高度值后進(jìn)行點膠，通過點膠過程中是否撞針來驗證點膠高度測量算法的效果，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;

撞針與否通過點膠圖形的連續(xù)性人工進(jìn)行統(tǒng)計。

根據(jù)上述分組要求進(jìn)行測試，每組點膠150次，各組的測試統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

各組測試統(tǒng)計結(jié)果的折線圖如圖8所示。

實驗表明，對于典型產(chǎn)品，采用4 mm以下的細(xì)分閥值，既可以避免點膠過程中的撞針，同時又節(jié)省了近50%的測試時間。當(dāng)然，對于不同的產(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試需找到最適合的細(xì)分閥值。

4結(jié)語

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

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