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倍福 EtherCAT 插拔式模块优化电子产品生产

2019年03月14日 17:36:34 来源:德国倍福自动化有限公司

总部位于德国罗丁的 Mühlbauer GmbH &Co. KG 主营针对芯片卡和护照生产领域以及半导体行业的特种设备。公司凭借其在设备制造领域的高度标准化建立了明显的竞争优势。EJ 系列 EtherCAT 插拔式模块与客户专用的信号分配板配合使用,可大大减少出错率,缩短制造设备所需的时间,同时也降低了新型 DS Merlin 芯片分选系统的制造成本,并缩短了交付时间。

即使只有 10 台设备的小批量生产也有优势

作为一家专业的设备制造商,模块化系统对 Mühlbauer 来说是必不可少的,因为这是在不同设备类型中高效使用基础组件所需的标准化的唯一方法,并且不需要完全重新设计每台设备。Martin Dimpfl 解释道:“根据我们的计算,使用 EtherCAT 插拔式模块(包括信号分配板的开发)已经让每年约 10 台设备的小型投资收到回报。由于已经预先充分测试过电路板的功能,因此装配过程中的出错率大大降低,从而使调试过程顺利进行。就拿 DS Merlin 来说,安装时间以及之前用于故障排除和调试的额外时间加起来大约节省了 100 个小时。因此,未来我们会陆续将所有相关设备类型(每年超过 10 台设备,200 多个系统)都转换为倍福的 EJ 系统。”

Mühlbauer 是一家具有创新精神的全球性企业,主要业务涵盖了从简单的生产部件到复杂的生产线以及包括建造和安全规划在内的交钥匙解决方案在内的所有安全应用。自动化部门电子工程主管 Martin Dimpfl 解释说道:“Mühlbauer 的自动化部门专注于半导体精加工、RFID 和标签制造、身份证和护照生产、制作文件和银行卡的个性化设备以及复杂的检测系统。例如公司最新推出 DS Merlin 芯片分拣系统,该系统每小时最多可以处理 30,000 张芯片,包括对可能出现缺陷的全面视觉检测。除了吞吐量从20,000 张芯片/每小时大幅提高到 30,000 张芯片/每小时、简化的机器设置和操作以及改进的晶圆处理之外,与以前的机器型号相比,成本还能够降低 20%。

使用倍福的 EtherCAT 插拔式模块对 I/O 系统进行标准化是取得这些成绩的关键因素。

DS Merlin 可以以最大精度和速度处理尺寸小到 0.2 x 0.4 mm,厚度仅80 μm 的微芯片。DS Merlin 会自动测量每个晶圆,记录每个芯片的位置或大小,然后自动纠正半导体到各个拾放单元的传输。Dimpfl 说道:“这样做的好处很明显,以前,所有这些都必须由机器操作员通过示教来实施,但现在已经完全不需要这么麻烦了。”

模块化和紧凑的设备设计

设备被分为不同的功能模块。自动晶圆更换装置先将晶圆传输到工作台上,然后将加工好的半导体晶圆再送回到晶圆料盒中。晶圆工作台在生产过程中扩大、旋转和移动晶圆,然后对晶圆进行定位,使得后面的芯片顶出装置(芯片移除单元)可以将各个微芯片传输到两个检测轮的上面,在这里,晶圆膜通过围绕在芯片顶针四周的真空固定。在两个检测轮上百分百全方位检查微芯片的所有六个面。然后有一个计数模块定位、传输和密封上面带有芯片的皮带,并进行最后的检查。一旦达到所需的数量,皮带就会被切断。

Martin Dimpfl(右)向来自倍福雷根斯堡办事处的 Martin Bauer(左)展示如何通过配备了 EJ 模块(如前所示)的可扩展的机器模块实现高度紧凑的机器设计

这款先进的机器具有高度模块化和结构紧凑的特点,Dimpfl 说道:“因此,DS Merlin 使用了四个不同的带有 EtherCAT 插拔式模块的信号分配板。引入新 I/O 方案的主要原因是可以显著减少布线工作量。这样可以减少出错率,而且最重要的是,可以大大缩短生产时间,并显著降低生产成本。”

使用 EJ 模块和定制化电路板可实现最大 I/O 安装效率

Martin Dimpfl 认为,四个信号分配板与 Mühlbauer 设备的要求精确匹配,远远超出了简单的 I/O 信号分配。除了 EJ 模块外,还包括用于压电电机和压电陶瓷电机的 EtherCAT 伺服驱动器,闪光信号灯控制器和视觉应用逻辑以及完整的 24/48 V 电压分配。总共使用了 26 个EtherCAT 插拔式模块,包括数字量和模拟量输入/输出模块以及增量编码器接口模块、步进电机模块和总线电源模块。Dimpfl 指出:“我们的目标是尽量减少设备内部的接线工作,并尽可能地将信号分配板放在靠近相应部件的地方。这样可以实现非常紧凑的设计,并且可以在预组装阶段完成设备的完整接线和测试。因此,整个测试、生产和调试时间都缩短了。”

Dimpfl 还看到了基于 PC 的控制技术在广度和一致性方面的巨大优势:“倍福的产品系列非常全面,可以为每台设备提供最合适的控制解决方案。另外一个优势前面已经提到过的,EtherCAT 插拔式模块可以大大节省时间和减少出错率。由于始终如一地支持 EtherCAT 通信,它们可以轻松地与各种可用的 EtherCAT 端子模块结合起来使用。这样极大地提高了我们的灵活性,考虑到其它客户要求(如集成特殊传感器或特殊测试系统)都可以基于同一台基础设备快速、轻松地实施。”

EJ 系统在应用特定的开发方面也提供了灵活性。例如,信号分配板可由客户自行设计和生产 — 作为倍福提供的一项服务或通过第三方公司。按照 Dimpfl 的说法,Mühlbauer 最后决定采用第一个选项:“由于我们有自己的电子元器件开发部门,再加上倍福还为我们提供全面的支持(例如提供 EtherCAT 插拔式模块的综合设计指南),因此我们很轻松地就做出了这个决定。”

EJ 系列 EtherCAT 插拔式模块可以与合适的信号分配板配套使用,高效地实现专用的 I/O 系统

即使只有 10 台设备的小批量生产也有优势

作为一家专业的设备制造商,模块化系统对 Mühlbauer 来说是必不可少的,因为这是在不同设备类型中高效使用基础组件所需的必要标准化的唯一方法,并且不需要完全重新设计每台设备。Martin Dimpfl 解释道:“根据我们的计算,使用 EtherCAT 插拔式模块(包括信号分配板的开发)已经让每年约 10 台设备的小型投资收到回报。由于已经预先充分测试过电路板的功能,因此装配过程中的出错率大大降低,从而使调试过程顺利进行。就拿 DS Merlin 来说,安装时间以及之前用于故障排除和调试的额外时间加起来大约节省了 100 个小时。因此,未来我们会陆续将所有相关设备类型(每年超过 10 台设备,200多个系统)都转换为倍福的 EJ 系统。”

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