Moduli lineari per cinghie dentate nei semiconduttori e nell'elettronica

I moduli lineari per cinghie di distribuzione sono ampiamente utilizzati nell'automazione dei semiconduttori e dell'elettronica perché combinano corsa lunga, alta velocità, massa mobile relativamente bassa e struttura meccanica semplice. Questi punti di forza li rendono particolarmente adatti per il trasferimento, il caricamento, lo spostamento dei PCB, la gestione dei test e altre attività a ciclo elevato in cui la ripetibilità e la produttività contano più del posizionamento assoluto ultrafine.

Tuttavia, non tutti gli assi semiconduttori o elettronici dovrebbero utilizzare una cinghia dentata. Le fasi di ispezione, allineamento e processo con precisione assoluta molto rigorosa, stabilità termica o requisiti di movimento di classe nanometrica-micrometrica potrebbero richiedere un'architettura di azionamento diversa.

Questa guida spiega dove aModulo lineare della cinghia dentata in apparecchiature a semiconduttorefunziona bene, dove appaiono i suoi limiti e come valutare velocità, carico utile, pulizia, ripetibilità e integrazione del sistema prima di selezionare un asse con trasmissione a cinghia.

Perché i moduli della cinghia di distribuzione sono adatti alla movimentazione di componenti elettronici ad alta velocità

Le macchine elettroniche e a semiconduttore spesso includono molti movimenti a carico leggero ripetuti migliaia o milioni di volte. Esempi tipici includono:

• Trasferimento PCB
• Movimentazione di vassoi e trasportatori
• Posizionamento del gestore del test
• Carico e scarico riviste
• Trasferimento del dispositivo
• Movimento della fotocamera o del sensore
• Trasferimento periferica da macchina a macchina

I moduli a cinghia dentata sono interessanti perché l'azionamento può raggiungere un'elevata velocità lineare senza ruotare una lunga vite a ricircolo di sfere.

Regola di applicazione:I moduli della cinghia di distribuzione sono più potenti quando il compito di movimento è lungo, veloce e ripetitivo, mentre la precisione di posizionamento assoluta richiesta rimane moderata.

Trasferimento PCB: un'applicazione naturale per gli assi con trasmissione a cinghia

I circuiti stampati sono generalmente leggeri, ma possono essere grandi, flessibili e sensibili alle vibrazioni. Una fase lineare con azionamento a cinghia può spostare in modo efficiente PCB o supporti PCB tra trasportatori, stazioni di ispezione e processi di assemblaggio.

Ciò che conta di più

• Accelerazione e decelerazione rapida
• Ripetibilità stabile
• Basse vibrazioni
• Posizione di arresto controllata
• Struttura leggera in movimento
• Integrazione affidabile del sensore

Il PCB di grandi dimensioni può creare un momento di carico

Un dispositivo PCB di grandi dimensioni può pesare molto poco ma estendersi ben oltre il centro del carrello. I momenti di beccheggio e imbardata risultanti possono diventare più importanti del carico utile stesso.

Il sistema di guida dovrebbe quindi essere selezionato sia dalla massa totale che dalla posizione del baricentro.

I gestori dei test sui semiconduttori necessitano di movimenti rapidi e ripetibili

Le apparecchiature per la movimentazione dei test spostano dispositivi, vassoi, prese e dispositivi attraverso cicli di test ripetuti. Queste macchine spesso danno priorità al tempo di ciclo, alla ripetibilità e all'affidabilità a lungo termine.

UNmodulo nastro per la gestione del testpuò essere utile per:

• Indicizzazione del vassoio
• Trasferimento dell'operatore del dispositivo
• Carico e scarico
• Spostamento delle apparecchiature di prova
• Posizionamento unità periferiche di ispezione

Il tempo di ciclo non è solo la velocità massima

In brevi movimenti ripetuti, accelerazione, decelerazione e assestamento possono dominare il ciclo totale. Un modulo con una velocità massima elevata ma un comportamento di assestamento inadeguato potrebbe non migliorare la produttività.

Per i gestori del test, valutare il tempo di spostamento completo dall'inizio del comando alla posizione stabile pronta per il processo.

Gestione di vassoi e riviste

Le apparecchiature elettroniche e a semiconduttori spesso gestiscono vassoi, bobine, caricatori o supporti anziché direttamente i singoli componenti.

I moduli cinghia di distribuzione sono particolarmente adatti a queste attività di movimentazione secondaria perché:

• Il viaggio può essere relativamente lungo.
• Il carico utile è spesso da leggero a moderato.
• È comune un'elevata frequenza di posizionamento.
• La precisione assoluta delle coordinate può essere meno impegnativa della precisione della fase di processo.

Queste applicazioni sono spesso più adatte alla trasmissione a cinghia di distribuzione rispetto alla metrologia ad alta precisione o agli assi di allineamento di precisione.

Trasferimento di gruppi elettronici tra stazioni

Nell'assemblaggio 3C e di componenti elettronici, un asse della cinghia di distribuzione può spostare prodotti o attrezzature tra le stazioni di distribuzione, avvitatura, ispezione e assemblaggio.

I principali vantaggi ingegneristici sono:

• Alta velocità di trasferimento
• Movimento efficiente a corsa lunga
• Semplice integrazione multiasse
• Inerzia di movimento relativamente bassa
• Struttura conveniente per trasferimenti ripetitivi

Particolarmente adatte sono le applicazioni Teach-and-Repeat

Se le coordinate della stazione vengono apprese durante la messa in servizio della macchina, l'asse spesso necessita di un'eccellente ripetibilità più che di una precisione assoluta molto elevata sull'intera corsa.

Ciò corrisponde a uno dei punti di forza di una fase di cinghia di distribuzione adeguatamente tesa.

Pick and Place ad alta velocità

I moduli della cinghia di distribuzione sono comunemente utilizzati negli assi X o Y dei sistemi pick-and-place dove sono richieste lunghe corse e frequenti inversioni.

I fattori importanti includono:

• Massa in movimento
• Accelerazione
• Rigidità della cinghia
• Dimensioni della puleggia
• Rigidità della guida
• Regolazione del servo

Perché la bassa massa in movimento è importante

La gestione dell'elettronica ad alta velocità trae vantaggio da carrelli leggeri, strumenti compatti e cavi brevi. La massa mobile inferiore riduce la spinta richiesta e la coppia del motore, facilitando il raggiungimento di tempi di ciclo aggressivi.

Dove i moduli della cinghia di distribuzione sono meno adatti

La trasmissione a cinghia dentata non è la scelta migliore per ogni attività di movimento dei semiconduttori o dell'elettronica.

Le applicazioni che potrebbero richiedere un altro tipo di unità includono:

• Precisione di posizionamento assoluta molto elevata
• Stadi di metrologia fine
• Assi di incollaggio o pressatura ad alta rigidità
• Scansione di precisione a velocità molto bassa
• Applicazioni altamente sensibili all'elasticità del nastro

I sistemi con viti a ricircolo di sfere o motori lineari possono essere più appropriati a seconda della corsa, della forza, della precisione e dei requisiti dinamici.

Non scegliere la trasmissione a cinghia di distribuzione perché è veloce.Sceglitelo quando velocità, corsa, ripetibilità e costi sono in linea con i requisiti effettivi del processo.

Ripetibilità vs posizionamento assoluto nelle apparecchiature elettroniche

UNmodulo cinghia di distribuzionepotrebbe funzionare molto bene nelle prime quattro applicazioni mentre un’altra tecnologia potrebbe essere migliore per la quinta.

L'elasticità della cinghia è importante nel posizionamento di precisione

Le cinghie di distribuzione sono elastiche. Al variare della forza motrice, la cinghia si allunga leggermente.

Questo spostamento elastico aumenta con:

• Maggiore accelerazione
• Carico utile più elevato
• Maggiore lunghezza della cintura attiva
• Rigidità della cinghia inferiore

Per la manipolazione e il trasferimento, questo effetto può essere accettabile. Per le ispezioni basate sulle coordinate, può diventare parte del budget degli errori.

Il servocontrollo a circuito chiuso aiuta, ma la posizione del feedback è importante

Un servomotore con encoder può controllare la posizione del motore in modo molto accurato. Tuttavia, l'encoder del motore non misura direttamente l'allungamento della cinghia o la deflessione del carrello.

Per le applicazioni che richiedono un posizionamento assoluto più stretto, un encoder lineare diretto può misurare la posizione del carrello in modo più diretto.

Questo crea due diverse architetture:

• Anello chiuso lato motore: più semplice e comune da gestire
• Feedback lineare diretto: più adatto per stadi ad alta precisione

L'uso in camera bianca richiede più di una copertura chiusa

La produzione di semiconduttori può richiedere un comportamento controllato delle particelle, ma un modulo della cinghia di distribuzione non dovrebbe essere considerato idoneo per le camere bianche solo perché ha un alloggiamento chiuso.

Le potenziali fonti di particelle includono:

• Usura della cintura
• Lubrificazione della guida
• Guarnizioni e listelli di copertura
• Portacavi
• Cavi e tubi flessibili
• Contaminazione superficiale

L'idoneità finale della camera bianca dipende dal design completo del modulo, dai materiali, dal lubrificante, dalla custodia e dal flusso d'aria della macchina.

Moduli a cinghia aperti e chiusi nelle apparecchiature elettroniche

Per una gestione pulita dell'elettronica, la custodia può essere utile, ma la pulizia richiede comunque una convalida a livello di sistema.

Strategia di lubrificazione in ambienti elettronici puliti

La cinghia di distribuzione stessa solitamente funziona a secco, mentre la guida lineare richiede lubrificazione.

Per gli ambienti sensibili, potrebbe essere necessario considerare la lubrificazione della guida:

• Bassa generazione di particelle
• Bassa volatilità
• Compatibilità dei materiali
• Quantità di grasso controllata
• Intervallo di manutenzione lungo

Il grasso in eccesso può migrare verso il nastro o l'area del processo, mentre una lubrificazione insufficiente riduce la durata della guida.

I requisiti ESD possono influire sull'integrazione

L'assemblaggio dell'elettronica potrebbe richiedere il controllo delle scariche elettrostatiche. ILmodulo linearedi per sé è solo una parte della strategia ESD.

I progettisti delle macchine potrebbero dover considerare:

• Messa a terra di strutture in movimento
• Accumulo statico su coperture e cinghie
• Materiali di fissaggio
• Messa a terra del cavo e del sensore
• Metodi di protezione dell'operatore e della macchina

Non dare per scontato che un modulo cinghia di distribuzione standard soddisfi automaticamente un processo controllato da ESD.

Selezione del motore per assi elettronici ad alta velocità

I servomotori sono comuni perché supportano accelerazioni elevate, posizionamento ad anello chiuso e rapidi cambi di direzione.

La selezione del motore dovrebbe verificare:

• Velocità massima richiesta
• Coppia di picco durante l'accelerazione
• Coppia RMS durante il ciclo
• Rapporto d'inerzia carico-motore
• Guidare la tensione e la corrente
• Compatibilità con la rete di controllo

I motori passo-passo o passo-passo ad anello chiuso possono ancora essere adatti per assi di trasferimento o di regolazione delle attrezzature a bassa dinamica.

Sistemi a nastro multiasse nell'automazione elettronica

I moduli della cinghia dentata possono essere combinati nei sistemi XY, XZ e XYZ.

Le combinazioni comuni includono:

• Tabelle di trasferimento PCB XY
• Unità di carico XZ
• Gestione del test XYZ
• Sistemi a portale Dual-X

Gli assi inferiori portano gli assi superiori

In un sistema XYZ, potrebbe essere necessario che l'asse X sposti l'intera struttura YZ. Il calcolo della massa in movimento deve quindi includere assi superiori, motori, catene portacavi, attrezzature e prodotti.

Regola multiasse:dimensione dallo strumento di processo verso l'esterno. Ciascun asse inferiore trasporta tutto ciò che è montato sopra di esso.

Portali a doppio asse e sincronizzazione

I sistemi di movimentazione elettronica di grandi dimensioni possono utilizzare due assi paralleli del nastro che supportano una traversa.

Se entrambe le parti vengono guidate in modo indipendente, devono rimanere sincronizzate. Considerazioni importanti includono:

• Allineamento parallelo
• Strategia di homing
• Sincronizzazione elettronica
• Regolazione del servo
• Rigidità della traversa

La sincronizzazione del controllo non deve essere utilizzata per compensare un'installazione meccanica inadeguata.

Le catene portacavi possono influenzare il movimento ad alta velocità

Le macchine elettroniche spesso trasportano molti cavi di segnale, linee aeree e fili di sensori.

Le catene portacavi possono aggiungere:

• Massa in movimento
• Forza di trascinamento variabile
• Vibrazione
• Generazione di particelle

Per i moduli cinghia ad alta velocità, il percorso dei cavi dovrebbe essere incluso nella progettazione del movimento fin dall'inizio.

Affidabilità a lungo termine nelle apparecchiature a ciclo elevato

Un carico utile leggero non significa automaticamente una bassa usura. Un gestore di test o un asse di trasferimento PCB può funzionare ininterrottamente per lunghi periodi con conteggi di cicli estremamente elevati.

La manutenzione dovrebbe monitorare:

• Tensione della cinghia
• Condizioni dei denti della cinghia
• Lubrificazione della guida
• Allineamento della puleggia
• Corrente del motore o coppia del servo
• Stato della portacavi
• Ripetibilità di posizionamento

Una pratica sequenza di selezione

1. Definire il processo.Trasferimento PCB, gestione dei test, caricamento, trasferimento di ispezione o un'altra attività?
2. Definire la corsa e lo spazio macchina.
3. Calcolare la massa in movimento e i carichi momento.
4. Imposta velocità, accelerazione e tempo di ciclo.
5. Definire separatamente la ripetibilità e l'accuratezza assoluta.
6. Controllare se l'elasticità della cinghia è accettabile.
7. Seleziona il profilo della cinghia, la larghezza e la dimensione della puleggia.
8. Dimensioni della coppia, velocità e inerzia del motore.
9. Valutare i requisiti per camere bianche o ESD.
10. Pianificare cavi e sensori.
11. Definire la manutenzione in base al conteggio dei cicli.

Di cosa ha bisogno QRXQ per valutare un asse di cinghia per semiconduttori o elettronica

• Tipo di applicazione
• Colpo richiesto
• Massa in movimento
• Massima velocità e accelerazione
• Tempo di ciclo target
• Requisito di ripetibilità
• Requisito di precisione assoluta, se applicabile
• Configurazione orizzontale, verticale o a portale
• Requisiti per camere bianche o ESD
• Preferenza motore e controller
• Conteggio del ciclo giornaliero

I moduli della cinghia di distribuzione sono più potenti nelle apparecchiature elettroniche e a semiconduttori quando il lavoro richiede corse lunghe, alta velocità e movimentazione ripetibile piuttosto che una precisione di posizionamento assoluta ultraelevata.

QRXQ valuta le applicazioni delle cinghie di distribuzione adattando l'azionamento al ruolo effettivo del processo (trasferimento, movimentazione, test, caricamento o automazione periferica), quindi controllando velocità, rigidità, pulizia, feedback e affidabilità del ciclo a lungo termine come un unico sistema.