1. 核心設計目標與挑戰
超高精度:核心目標,通常要求定位精度在±10μm以內,甚至更高(如鍵合工序)。
真空吸附與穩定夾持:必須平穩、無應力地固定PCB基板,防止任何微小的移動或翹曲。
熱管理:在某些情況下(如熱壓鍵合),夾具可能需要具備加熱或冷卻功能,且需保持熱穩定性,避免熱變形影響精度。
多工序兼容性:夾具可能需要在不同設備間流轉(如從貼片機到鍵合機),需要統一的定位基準。
防靜電(ESD)保護:必須使用防靜電材料保護敏感的裸芯片和電路。
自動化兼容:設計需便于自動化設備(機械手)上下料,可能集成傳感器。
潔凈度:不能產生顆粒污染物。
2. 關鍵技術與結構設計
2.1 基準體系(Benchmarking System)
精密基準孔/銷:夾具本體上必須加工有高精度的機械基準孔(如M2、φ3h5),其位置公差需小于±5μm。這些孔與設備平臺上的定位銷(Dowel Pin) 配合,實現夾具在設備上的定位。
光學對位標記(Fiducial Mark):
在夾具上嵌入高對比度的標準對位標記(如陶瓷十字標、鉻版標)。
機器視覺系統通過識別夾具上的標記和PCB板上的標記,進行坐標轉換,補償PCB本身的制造誤差和放置誤差,從而實現芯片與焊盤的***對位。
2.2 PCB固定與夾持機制
真空吸附系統():
多區域獨立真空氣路:夾具表面有精心布局的吸附孔陣列。對于不同尺寸的PCB,可通過軟件關閉不使用的區域,確保吸附力集中且均勻。
密封槽:在吸附區域加工密封槽并嵌入O型圈或聚氨酯密封條,確保真空密封性,即使PCB有輕微翹曲也能牢牢吸平。
真空通道:內部設計高效的真空氣路,快速抽真空和破真空,提高生產節拍。
微動力夾緊機構:
在真空吸附的基礎上,可在PCB邊緣關鍵位置增加微型氣缸驅動或精密的肘夾的壓塊,提供輔助夾緊力。
壓塊接觸面使用PEEK、Vespel或鑲陶瓷等軟質耐磨材料,避免劃傷PCB。
2.3 夾具本體材料
低膨脹合金/陶瓷:對于精度的應用(如光通信器件封裝),殷鋼(Invar) 或碳化硅(SiC)陶瓷。它們的極低熱膨脹系數(CTE)可確保溫度波動時定位尺寸幾乎不變。
航空鋁合金:常用的平衡了性能與成本的材料,如7075-T6或6061-T6。經過熱處理和深冷處理以釋放內應力,***長期的尺寸穩定性。
表面處理:硬質陽極氧化(Hard Anodizing),增加表面硬度、耐磨性和抗腐蝕性。