LED平面固晶机新技术介绍

周庆亚

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京东燕郊101601)

LED固晶机是LED后封装产业的关键设备，同时也是封装工序的首道设备，因此它的性能和加工品质对整个后封装工序影响广泛。随着中国LED行业的不断发展，传统的立式LAMP产业趋于饱和，相应的立式固晶机的需求增长逐渐放缓，而市场对各种大功率，PCB材料的加工需求不断提升，平面式固晶机因其结构简单、适应的产品种类广泛，最近两年取得了飞速发展，新设备不断涌现，市场规模不断扩大，新的技术不断被应用在平面式固晶机上，提升了平面式固晶机的固晶效率和品质。

平面式固晶机的新技术主要体现在3个方面，一是机械结构设计，二是电控技术，三是工艺功能，下面逐一进行介绍。

1 机械结构设计

机械设计是设备的基础，合理的机械结构能够降低设备的电控难度，提高设备的性能，增强设备的工艺适应性。

多晶片环系统，可以同时在晶片台机构上放置多种芯片，实现一次性多种类芯片的固晶成产，避免因更换芯片造成的产品品质不良和生产效率的降低。见图1。

图1 多晶片环机构

1.2 双点胶结构

双点胶系统由两套独立的点胶臂和胶盘组成，胶盘内放置不同的胶水。由于不同的LED芯片焊接时需要不同的胶水，因此，提供两套独立的点胶系统，使两种类型的胶水轻松转换，真正实现一次性多种芯片加工生产，避免因上下料造成产品品质不良，提高了生产效率。由此也可以看出双点胶系统和多晶片环系统一般同时使用。见图2。

图2 双点胶机构

1.3 立式晶片台

晶片台采用垂直立式结构，紧邻工作台，使用90°旋转吸晶头实现吸固晶操作。独特的机械结构设计，减少吸晶和固晶之间的物理距离，缩短电机行程，提高生产效率。见图3。

图3 立式晶片台

1.4 双工作台结构

工作台机构被分成左右两部分，独立进行驱动，左工作台生产时右工作台可以进行上下料操作，反之亦然。省却了老式平面式固晶机所必须的上下料时间，真正实现不间断生产，提高生产效率。见图4。

图4 双工作台

1.5 超小胶盘

传统胶盘直径20mm，胶面宽度10mm，每次都需要添加较多的胶水，当生产结束或使用时间达到后，剩余的胶水只能报废，增加了使用厂商的生产成本。最新的胶盘设计胶面宽度为5mm，只需添加少量胶水即可生产，节省原材料，减少生产浪费。

2 电控技术

电控技术是设备的关键技术，新的电控技术的不断发展和应用，大大提高了设备的性能和精度。

2.1 采用直驱电机

直驱电机具有高扭矩特性，可直接负载连接，避免了因经过皮带或皮带轮引起的传动丢失问题，同时降低了维护的工作量和难度。一般直驱电机用在拾放片机构的摆臂驱动上，降低了摆臂机构的摆动时间，提高了生产效率，同时也提高了产品加工精度。见图5。

图5 直驱电机

2.2 直线电机

直线电机又叫直接驱动线性电机，见图6。该电机特点：

图6 直线电机

(1)加速度大，推理特性平滑；

(2)零接触、免维护、无刷设计；

(3)无滚珠/普通丝杠、减速器、齿条与齿轮、皮带/皮带轮，减少了皮带丝杠引起的传动丢失问题；

(4)零间隙和柔度，保证传输的准确性。

一般平面固晶机的工作台机构由于要承载多种材料和固定材料的模具，因此存在负载大，最终运动定位精度高等特点和要求，采用直线电机进行驱动即能解决此类问题。

针对LED平面式固晶机目前常用的电机种类，选择了电机的几种特性做出对比，见表1。

表1 电机特性比较

3 工艺功能

工艺功能是设备的根本需求，不断改进和增加设备的工艺功能，提高设备的产品适应性，方便用户的使用，增加设备的卖点。

3.1 晶粒缺陷判断

晶粒缺陷判断是指图像识别系统对晶粒的连体，缺角，破裂，污染(见图7)等情况进行判定，通过对这些缺陷的剔除，提高了最终产品的一致性和良品率。

图7 缺陷芯片

3.2 区域晶粒拾取(块拾取/块扫描)

块扫描功能需求的背景:每块PCB材料上均需焊接较多的晶粒，为保证产品的品质，一般要求把亮度相似的晶粒焊接到同一块PCB上，而整个蓝膜上晶粒的亮度并非相同，只有临近的晶粒亮度是相似的，因此为保证产品亮度的一致性，在晶粒拾取时，把临近的晶粒统一进行拾取，放置到同一块PCB上，最大限度保证PCB基板上晶粒亮度的相似性，以便提高产品品质。

该生产方式的近似流程如图8所示，把晶粒分成小的区块，依次进行加工。

图8 区域晶粒拾取

3.3 多点点胶

提供用户可编辑的矩阵型点胶方式或任意位置点胶方式，满足用户加工大芯片或长方形芯片等特殊生产工艺的需求。

3.4 多点固晶

在同一个碗杯或加工点位置处，用户为提高产品亮度或其他工艺需求，需要在临近区域焊接多个晶粒，针对这种工艺需求，平面式固晶机设备厂商增加了多点固晶功能。

3.5 耗材寿命预测

固晶机设备上的顶针、点胶针、吸晶头属于耗材，均有一定的使用次数，如果耗材达到使用次数没有被及时更换，就会出现设备运行状态不稳定，产品加工品质下降的情况。为避免该情况的发生，程序根据用户预先设置的寿命参数，在生产加工过程中自动计算耗材的使用次数，在达到耗材寿命时自动提醒用户进行更换，方便用户的使用。

3.6 加工位置自动探测

摆臂机构和顶针机构利用自身已有的传感器，自动探测出吸晶高度固晶高度和顶针顶起高度等重要的加工位置。提高了位置设置的一致性和精度，方便用户操作。

3.7 辅助监控

辅助监控的作用：

(1)监视点胶点形状[见图9(a)]、点胶胶量的调节控制；

(2)监视固晶后晶粒状态和胶水饱满情况；

(3)简化用户对加工位置的设置，没有侧向监控时，用户一般需要放大镜来观察吸固晶高度和点胶高度的设置，操作很不方便，有了侧向监控，用户就可以很方便的查看到机构和被加工工件表面的距离，简化了对加工位置的设置。见图9(b)。

图9 辅助监控

4 结束语

随着LED市场的需求变化，LED生产厂商越来越重视LED平面封装市场，因此对平面式固晶机市场需求也是不断增长。设备厂商为提高产品的市场认可度和占有率，为增加设备的卖点，不断提高设备的性能指标、不断增加设备功能，不断简化设备操作。因此新的技术不断被应用在平面式固晶机上，带来了平面式固晶机的长足发展。