一、 核心设计理念与目标理念:通过模块化、可调节的设计,取代传统的单一固定式载具,实现“一具多用”。
目标:
高兼容性:支持尺寸范围内(如20x20mm至50x50mm)所有型号的COB支架。
高精度定位:无论支架尺寸如何变化,都能确保其核心功能区(芯片、电极)相对于载具的基准位置一致,以满足自动化设备(如点胶机、焊线机、视觉检测)的定位要求。
稳定夹紧:在工艺过程中(移动、测试、点胶),支架无晃动、无移位。
快速换型:切换产品时,调整时间短,操作简便。
防呆设计:防止操作员装错方向或尺寸。
二、 机械结构设计方案
以下是几种主流的兼容性设计方案,可根据预算和自动化程度选择或组合使用。
1. 可调挡板 + 可调夹爪式 (常用、性价比高)
组成:
基础底板:提供安装基准和与外部设备的定位接口(如定位销孔)。
X/Y向可调挡块:通过精密滑槽、导轨或螺纹孔,安装4个(或更多)可独立移动的L型挡块。挡块内侧为基准面,用于确定支架的X和Y方向原点。
可调/浮动压紧机构:使用蝶形手柄螺丝、快夹杠杆或微小型气缸驱动压块,从支架上方或侧方进行压紧。压块通常有弹簧浮动结构以适应轻微的高度不平。
调整方式:手动调整。切换产品时,操作员根据预制的标尺或卡规,将各个挡块移动到相应位置并锁紧。
优点:结构简单、成本低、可靠性高。
缺点:换型需要手动操作,耗时稍长,适合中小批量多品种生产。
2. 模块化快换子载具式 (高自动化、高节拍)
组成:
通用母载具:固定在生产线平台上,集成了所有公共接口,如电连接器(用于通电测试)、气路接头(用于真空吸附)、精密定位销。
专用子载具:为每一种或每一类尺寸的COB支架定制一个精密的子板。子板上集成了该尺寸支架的定位槽、压紧机构和防呆销。
连接机制:子载具通过母载具上的定位销定位,并通过快夹装置、电磁铁或机械卡扣与母载具锁定。气路和电路自动对接。
调整方式:整体更换。切换产品时,将整个子载具从母载具上取下,更换为另一种型号的子载具。
优点:换型速度极快(秒级),定位精度,非常适合全自动生产线和高节拍要求。
缺点:初始成本高(需要制作多个子载具),管理成本高(需要管理一系列子载具)。
3. 自适应气动夹紧式 (高端自动化)
组成:
基础平台:集成多个独立控制的小型气缸或电动夹爪。
视觉系统:首先由摄像头识别放入的COB支架的型号和位置。
控制系统:PLC接收视觉系统的信息,驱动对应的气缸运动到预存的位置坐标,从而完成对特定尺寸支架的夹紧。
调整方式:全自动调整。只需放入产品,系统自动识别并适配。
优点:柔性化程度,无需人工干预,可实现混线生产。
缺点:系统极其复杂,成本,开发和调试难度大。
三、 关键细节与设计考量基准统一:
所有尺寸的支架,其电气接触点(如正负极焊盘)和光学中心在载具上的理论位置必须一致。这是设计的核心。通常以载具上的某个基准孔或边作为所有尺寸的共同参考点。
定位方式:
主要定位:使用可调的刚性挡块(L型或一平一竖)来限制X和Y方向的移动和旋转。
辅助定位:对于需要极高精度的场合,可以在挡块上安装精定位销,与支架上的工艺孔配合。
夹紧方式:
侧向夹紧:适用于上方有操作要求的工艺(如点胶、引线键合)。
上压式夹紧:压块需避开支架上的芯片和键合线等脆弱结构。使用弹簧加载的浮动压头或柔性压脚(如硅胶、POM)以避免压伤产品。
真空吸附:非常的兼容性方案。在底板上加工密布的微孔阵列,通过孔位图适配不同尺寸的支架。需要良好的密封性。
电气连接兼容性:
如果载具需要集成通电测试(老炼测试),电触点(pogo pin探针)的位置必须能覆盖所有尺寸支架的电极位置。
解决方案:使用多个探针阵列覆盖范围,或使用可移动的探针模块随挡块一起调整。
防呆设计:
机械防呆:不同尺寸的子载具使用不同直径或位置的定位销,防止放错。
视觉防呆:摄像头可确认支架型号是否正确、方向是否放对。
材料与标识:
材质:底板用铝合金,挡块、压块用不锈钢或铜合金以保证耐磨和强度。
标识:在底板和挡块上清晰刻印尺寸标尺和产品型号代码,方便快速调整。
四、 推荐方案
对于大多数应用场景,“可调挡板 + 可调夹爪式”是平衡成本与灵活性的选择。
设计示例(可调挡板式):
一块阳极氧化铝底板,上有网格状的螺纹孔阵列。
四个不锈钢L型挡块,通过T型螺母嵌入底板的T型槽中(或直接用螺钉锁在螺纹孔阵列上),可轻松移动和锁紧。
两个弹簧压杆或快夹拇指螺丝,用于压紧支架。
一套不同尺寸的标准样版或卡规,换型时用于快速设定挡块位置。
总结
设计多尺寸兼容载具的本质是在灵活性和精度之间找到平衡点。
在开始设计前,必须收集所有需要兼容的COB支架的图纸,找到其共同基准。
方案的选择直接取决于生产批量、换型频率和自动化预算。