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2019全景工博會 2019工博會專題回顧
電子元件

倍福 EtherCAT 插拔式模塊優化電子產品生產

——客戶定制的 I/O 層助力實現高效設備建造

  2019年03月14日  

  總部位于德國羅丁的 Mühlbauer GmbH &Co. KG 主營針對芯片卡和護照生產領域以及半導體行業的特種設備。公司憑借其在設備制造領域的高度標準化建立了明顯的競爭優勢。EJ 系列 EtherCAT 插拔式模塊與客戶專用的信號分配板配合使用,可大大減少出錯率,縮短制造設備所需的時間,同時也降低了新型 DS Merlin 芯片分選系統的制造成本,并縮短了交付時間。

  Mühlbauer 的 DS Merlin 芯片分揀系統每小時最多可處理 30,000 張芯片,比原先的系統處理的半導體組件數量要多的多

  Mühlbauer 是一家具有創新精神的全球性企業,主要業務涵蓋了從簡單的生產部件到復雜的生產線以及包括建造和安全規劃在內的交鑰匙解決方案在內的所有安全應用。自動化部門電子工程主管 Martin Dimpfl 解釋說道:“Mühlbauer 的自動化部門專注于半導體精加工、RFID 和標簽制造、身份證和護照生產、制作文件和銀行卡的個性化設備以及復雜的檢測系統。例如公司最新推出 DS Merlin 芯片分揀系統,該系統每小時最多可以處理 30,000 張芯片,包括對可能出現缺陷的全面視覺檢測。除了吞吐量從 20,000 張芯片/每小時大幅提高到 30,000 張芯片/每小時、簡化的機器設置和操作以及改進的晶圓處理之外,與以前的機器型號相比,成本還能夠降低 20%。

  使用倍福的 EtherCAT 插拔式模塊對 I/O 系統進行標準化是取得這些成績的關鍵因素。

  DS Merlin 可以以最大精度和速度處理尺寸小到 0.2 x 0.4 mm,厚度僅 80 μm 的微芯片。DS Merlin 會自動測量每個晶圓,記錄每個芯片的位置或大小,然后自動糾正半導體到各個拾放單元的傳輸。Dimpfl 說道:“這樣做的好處很明顯,以前,所有這些都必須由機器操作員通過示教來實施,但現在已經完全不需要這么麻煩了。”

  模塊化和緊湊的設備設計

  設備被分為不同的功能模塊。自動晶圓更換裝置先將晶圓傳輸到工作臺上,然后將加工好的半導體晶圓再送回到晶圓料盒中。晶圓工作臺在生產過程中擴大、旋轉和移動晶圓,然后對晶圓進行定位,使得后面的芯片頂出裝置(芯片移除單元)可以將各個微芯片傳輸到兩個檢測輪的上面,在這里,晶圓膜通過圍繞在芯片頂針四周的真空固定。在兩個檢測輪上百分百全方位檢查微芯片的所有六個面。然后有一個計數模塊定位、傳輸和密封上面帶有芯片的皮帶,并進行最后的檢查。一旦達到所需的數量,皮帶就會被切斷。

  這款先進的機器具有高度模塊化和結構緊湊的特點,Dimpfl 說道:“因此,DS Merlin 使用了四個不同的帶有 EtherCAT 插拔式模塊的信號分配板。引入新 I/O 方案的主要原因是可以顯著減少布線工作量。這樣可以減少出錯率,而且最重要的是,可以大大縮短生產時間,并顯著降低生產成本。”

  使用 EJ 模塊和定制化電路板可實現最大 I/O 安裝效率

  Martin Dimpfl 認為,四個信號分配板與 Mühlbauer 設備的要求精確匹配,遠遠超出了簡單的 I/O 信號分配。除了 EJ 模塊外,還包括用于壓電電機和壓電陶瓷電機的 EtherCAT 伺服驅動器,閃光信號燈控制器和視覺應用邏輯以及完整的 24/48 V 電壓分配。總共使用了 26 個 EtherCAT 插拔式模塊,包括數字量和模擬量輸入/輸出模塊以及增量編碼器接口模塊、步進電機模塊和總線電源模塊。Dimpfl 指出:“我們的目標是盡量減少設備內部的接線工作,并盡可能地將信號分配板放在靠近相應部件的地方。這樣可以實現非常緊湊的設計,并且可以在預組裝階段完成設備的完整接線和測試。因此,整個測試、生產和調試時間都縮短了。”

  Dimpfl 還看到了基于 PC 的控制技術在廣度和一致性方面的巨大優勢:“倍福的產品系列非常全面,可以為每臺設備提供最合適的控制解決方案。另外一個優勢前面已經提到過的,EtherCAT 插拔式模塊可以大大節省時間和減少出錯率。由于始終如一地支持 EtherCAT 通信,它們可以輕松地與各種可用的 EtherCAT 端子模塊結合起來使用。這樣極大地提高了我們的靈活性,考慮到其它客戶要求(如集成特殊傳感器或特殊測試系統)都可以基于同一臺基礎設備快速、輕松地實施。”

  EJ 系統在應用特定的開發方面也提供了靈活性。例如,信號分配板可由客戶自行設計和生產 — 作為倍福提供的一項服務或通過第三方公司。按照 Dimpfl 的說法,Mühlbauer 最后決定采用第一個選項:“由于我們有自己的電子元器件開發部門,再加上倍福還為我們提供全面的支持(例如提供 EtherCAT 插拔式模塊的綜合設計指南),因此我們很輕松地就做出了這個決定。”

  EJ 系列 EtherCAT 插拔式模塊可以與合適的信號分配板配套使用,高效地實現專用的 I/O 系統

  即使只有 10 臺設備的小批量生產也有優勢

  作為一家專業的設備制造商,模塊化系統對 Mühlbauer 來說是必不可少的,因為這是在不同設備類型中高效使用基礎組件所需的必要標準化的唯一方法,并且不需要完全重新設計每臺設備。Martin Dimpfl 解釋道:“根據我們的計算,使用 EtherCAT 插拔式模塊(包括信號分配板的開發)已經讓每年約 10 臺設備的小型投資收到回報。由于已經預先充分測試過電路板的功能,因此裝配過程中的出錯率大大降低,從而使調試過程順利進行。就拿 DS Merlin 來說,安裝時間以及之前用于故障排除和調試的額外時間加起來大約節省了 100 個小時。因此,未來我們會陸續將所有相關設備類型(每年超過 10 臺設備,200 多個系統)都轉換為倍福的 EJ 系統。”

標簽:倍福 EJ系列EtherCAT 插拔式模塊我要反饋
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