用于医疗,工业和科研应用领域的激光二极管自动化生产

在Finetech全自动多芯片贴片机的帮助下,位于柏林的Lumics公司的激光应用专家们已经实现了对其半导体激光器模块制造的可靠性和产能的显著提升。

Lumics GmbH, 成立于2000年,作为B.I.G柏林工业集团的成员,主要从事医疗、工业和科学应用领域的半导体激光器设计和制造业务。公司生产制程能力包括从芯片级到光纤耦合二极管激光模块和基于单发射技术的交钥匙激光系统。

产品包括从670nm到1940nm的多模和单模二极管激光器,包括客户定制化的LuOcean系列和行业标准解决方案。

经现场严格验证的激光器具备了更多的优势,适用于最具创新性的医疗和生命科学、材料加工、分析和传感、计量、电信、播种、泵送、安全、照明等领域。

不再满足

在半导体激光器封装过程中(激光器到陶瓷基板,COS到管壳贴装),Lumics公司之前所使用的是一款较旧的自动化设备。然而,由于图像识别能力差,无法看清器件的下表面,这台设备已经无法满足Lumics产品的贴片要求。同时,还需要频繁的人工干预,贴片位置必须通过手工输入偏移量进行补偿,而且吸嘴的调整也非常耗时。

由于很难实现可靠的批量化生产,Lumics公司对全自动贴片机市场进行了调研,决定在短期内依然使用老的设备,并打算在不久的将来将其替换。

需要考虑的是一种灵活的、面向未来的解决方案,该方案能够覆盖半导体激光器生产中当前和未来的所有需求,以及潜在的其它应用要求。更重要的是,在满足高精度和高稳定性的同时,不能以牺牲产能为代价。

近在咫尺的解决方案

在距离Lumics公司位于柏林marzahn的总部只有几栋楼的地方,Finetech正在研发一款全自动的多芯片贴片机,而这款贴片机恰好非常符合这些要求。FineXT 6003是一款生产型贴片机,同时兼顾了UPH、技术灵活性和贴片精度。Lumics一直把Finetech看作半导体激光器封装和共晶焊设备的专业供应商,并享有良好的声誉,再加上地理位置相近,很快便建立了联系。他们达成了一项为期一年的合作协议,即在Lumics现场环境中完成设备的进一步开发,并把FineXT 6003的试验阶段融合到实际生产中去。

Finetech这款全自动设备的图像识别系统提供了许多新的功能,并采用了完全不同的处理方法。与Lumics之前的设备相比,设备操作软件可以对所有器件和工艺进行集中管理和控制,更加先进和多功能化。在逐步将现有组装工艺转移到FineXT 6003的过程中,Lumics借鉴了很多Finetech的经验,并受益于其可扩展性和工艺自由性的设计理念。

"工艺重复性非常好。工艺参数的实时监控能力,为工艺开发提供了有价值的信息。比如,可以通过压力曲线反映出焊料的实际熔点,从而设定产品所需的加热温度和温控时间。"

David Koplin, Lumics GmbH后道生产经理

同时,Lumics的现场工作也为Finetech产品开发人员对贴片机的进一步开发提供了有价值的反馈信息。在这次合作中,两家公司都能互相学到很多东西,并利用这些知识将设备和相关应用提升到一个新的水平。

此项工作中还包括开发了一款适用于激光器芯片自动化贴装的专用吸嘴。和普通自平衡吸嘴相比,为Lumics设计的新吸嘴主要采用了低压力和作用于Z方向的弹簧支承设计。它无需进行额外的接触力调整,能够在保证贴片精度和精确压力控制的同时大大缩短了工艺时间。

可靠性最佳的持续运行

经过一年时间的测试和改进,Lumics获得了一款搭载全新设计贴片头、额外传送模块和点胶模块的FineXT 6003。为了取得稳定的焊接效果,我们在基板加热平台上加装了一个自动开关的惰性气体保护罩。每个运动轴的尺寸也稍作了调整,并为所有相机配备了三色光源。

从此以后,这台多芯片贴片机一直处于平稳、连续的运行状态。Lumics将这台设备用于预生产(将4英寸华夫盒中的芯片分选到更小的华夫盒中)以及将半导体激光模组自动组装到扁平壳体上。现在每周可以生产数百套,生产规模显著扩大。而且这台Finetech设备剩余的产能还能用来完成额外的组装任务,如将激光器芯片焊接到基板上。

由于批量生产运行中几乎不需要人工干预,操作人员现在可以将更多的注意力放在其他工作上。值得一提的是,即使在非常严苛的自动化生产过程中,依然能够保证3微米贴装精度的可靠性和重复性。

"有了FineXT 6003,大多数进程现在都是全自动完成。基于更大的工作区域,系统可以装载更多批次的物料。这意味着对于我们的作业员来说,根据不同的产品,最多可以节省90%的时间。"

David Koplin, Lumics GmbH后道生产经理
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