半導体ピックアンドプレイス自動化:電子製造のための精度ロボット工学

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電子機器の製造のための精密ロボットには,サブミリメートル精度,クリーンルームの互換性,生産生産量で動作する機械視力システムとの統合が必要である.

電子機器製造における精度要求

電子機器の製造には,典型的な産業自動化以上の精度が数次求められます.

• PCB 孔間部品: ±100200μmの配置精度.標準SCARAまたはカーテジアンピックアンドプレイスマシンで5,00015,000の部品/時間で達成される.
• 表面部位 (SMT) 0402 部件: ±3050 μm 配置精度. ピックと位置の位置で視力指导の修正が必要です. 高級 SMT 機械 (Fuji NXT,パナソニック NPM) は 100,000+ CPH で ±25 μm を達成します.
• 精密点 BGA パッケージ: ±50 μm の 0.4 mm の点 BGA に配置.PCB 信頼性 に 機械視線 の 調整.再流中に 熱膨張 に 必要 の 温度 補償.
• ** 付属 (半導体):** 標準付属の場合は ±1015 μm; 進階パッケージの場合は ±35 μm (フリップチップ,チップレット統合). 微細型の機械視力と熱補償されたゲントリーステージが必要です.
• ワイヤ結合: ±25 μm 結合パッドの位置.ボール結合速度:現代機械 (ASEグループ,Kulicke & Soffa) で 1525ワイヤ/秒.

電子製造用のロボットタイプ

デルタロボット 高速ピックアンドプレイス

デルタロボット (並行運動,三腕配置) は,特殊な速度と加速特性により高速コンポーネントピックアップアプリケーションを支配する.

• 性能: ABB FlexPicker IRB 360 は軽量部品で1分150回以上 (2,5回/秒) を達成する. 15Gまで加速する. 役に立たない負荷:18kg.
• 作業場: 円筒作業場 8001600mm直径,200600mm高さ.コンベヤーのベースでピックアンドプレイスに最適.
• 制限: 制限された力制御,3DOF変換に限定される (ほとんどの変数).腕回転を加えるには4番目のモーターが必要で,速度を減らす.
• **Blister packaging,PCB depaneling,コンポーネントの分類,スピードが精度を支配する食品ピックアップ・アンド・場所での使用に最適です.

SCARA ロボット PCB 組み立て

選択性適合性関節ロボット腕 (SCARA) は,高水平速度と厳格な垂直適合性が必要とするPCBレベルでの組み立ての標準である.

• **性能:**典型的なSCARA (Epson LS3,FANUC SR-6iA): ±1025μmの重複性,46kgの役に立たない負荷,4001,000mmの範囲.
• スピード: 標準のピックアンド・プレス操作では 0.30.6秒のサイクル時間.低慣性とシンプルな運動性により6DOF腕よりも速い.
• ビジョン統合: ほとんどの産業SCARAシステムは,信頼性調整およびコンポーネント検証のために2D機械ビジョンと統合されます.
• **PCB組,小型電子組,コネクタ挿入,指定された位置にスロー運転の最適.

柔軟な線のための協力型武器

頻繁に交換される小型電子機器の生産では,6-DOFコラボレーションブーム (UR5e,Fanuc CRX-10iA) は固定自動化ができない柔軟性を提供します.

• ** 交換時間:** 迅速な交換ツール (OnRobot, Schunk) を搭載したコラボレーション腕は,専用自動化のために5~15分と時間で再編できます.
• **力制御:**力トルクセンサー (ATI,OnRobot HEX) のコラボレーション腕により,プレスフィットコネクタ,ケーブル座席,ESD敏感なコンポーネントの操作に適合した挿入が可能になります.
• 制限: 遅い (38秒対 SCARA の 0.30.6秒) サイクル時間,低回復性 (±2550 μm対 ±1025 μm). 大量 SMT に適さない.

機械視力の統合

• **2DバーコードとQR:**PCBシリアル番号とバーコードラベルでコンポーネント追跡.Cognex DataManまたはKeyence SR-Xシリーズは,150+回読み/分で <100 msの読み時間を達成します.
• 2D 信頼性調整: パーツの配置前に絶対的な位置修正のためのPCB 信頼性マーク検出. 副ピクセル端検出アルゴリズムで ±5 μm 検出精度.
• 3D構造化ライト検査: 接器合体検査 (SPI, AOI) は,接器パストの高さと関節幾何学を測定するために,外線投影またはレーザー三角形を用いて行います.コーヤング,サキ,オムロンシステムは,PCBスキャン速度で510μmの高さの測定精度を達成します.
• **AOI (自動光学検査):**欠落した部品,極度エラー,ブリッジを確認する後,および後流検査.現代的なAOIシステム (Mycronic MY700,Orbotech) は,誤った脱出率 <50 PPMで欠陥を検出する.

清潔室の要件

• **ISOクラス分類:**半導体用具の固定とワイヤ結合はISOクラス56 (1001,000粒/m3 ≥0.1 μm) を要求する.PCB SMTの組み立ては通常ISOクラス78を要求する.
• **ロボット粒子生成:**工業ロボットが,関節磨損,潤滑ガス排出,およびセルボ熱から粒子を生成する.クリーンルーム・レーティングロボット (FANUC M-1iA/CR, Stäubli TX2 CRシリーズ) は,ISO 5の要件を満たすために,密封された関節,白色のエポキシコーティング,およびHEPAでフィルタリングされた正圧内部の使用.
• **ESD保護:**すべてのツール・ド・エフェクタやロボット表面は,半導体および組み立てPCBの操作のためにESD安全 (表面抵抗力105109 Ω/sq) でなければならない.これはESD分散性ジャケットを使用するロボットケーブルにも及びます.
• **熱管理:**ロボットサーボモーターは熱を発生させる.クリーンルームでは,強制空気の冷却はHEPAでフィルタ化されなければならない.近くの超音波清掃システムを避ける.

OEE及び欠陥率の目標

Process	OEE Target	Defect Rate Target	Key Quality Metric
SMT placement	>92%	<50 PPM defect escape	Cpk >1.67 for critical dimensions
Die attach	>88%	<10 PPM void defects	Void rate by SAM inspection
Wire bonding	>90%	<5 PPM bond failures	Pull test, shear test compliance
AOI inspection	>95%	<100 PPM false escape	ROI: detected defect / false call ratio
Conformal coating	>90%	0 holidays (gaps)	100% thickness inspection by UV

電子機器製造自動化は技術的に最も要求の高いロボット部署を代表する.RCSVの [ソリューションズチーム]T1) は精密電子機器の組み立てロボット統合の経験があり,システム選択と部署アーキテクチャに関する助言を行うことができます.

精密ロボットソリューション

RCSVは電子機器メーカーと精密なピックアンドプレス,検査,柔軟な組み立てロボット工学について協力します.技術的な評価のために当社のソリューションチームに連絡してください.

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