CN111632794B - 一种igbt模块导热硅脂涂覆装置及其使用方法 - Google Patents

一种igbt模块导热硅脂涂覆装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种IGBT模块导热硅脂涂覆装置及其使用方法，将待涂覆IGBT模块安装在随行工装板底座上，由输送线体通过倍速链输送至指定位置后，挡停机构将随行工装板和固定在其上的待涂覆IGBT模块挡停，感应开关检测到随行工装板后启动顶升机构将随行工装板和待涂覆IGBT模块固定，然后料检开关检测到随行工装板上有待涂覆IGBT模块后通过***控制三轴机械手涂覆，涂覆结束后***再通过控制三轴机械手使高精度线激光传感器检测导热硅脂涂覆的厚度和均匀性，判断IGBT模块涂覆结果的合格性。

Description

一种IGBT模块导热硅脂涂覆装置及其使用方法
技术领域
本发明属于电子器件检测技术领域，涉及到一种IGBT模块导热硅脂涂覆装置，适用于IGBT模块导热硅脂涂覆与合格性判断。
背景技术
IGBT模块是由IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品，封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上。IGBT模块作为控制器中功率模块的核心组成部件，其使用方式直接影响控制器功率模块的质量和寿命，因此保证IGBT模块的使用效果尤为重要，而其使用效果取决于自身散热的好坏。在IGBT安装工艺中，导热硅脂的涂覆被广泛使用，导热硅脂涂覆在散热器与IGBT基板之间，用于填补IGBT与散热器接触的空隙，进而增加散热器与IGBT的热交换效率，提升IGBT散热效果，改善IGBT的使用可靠性和使用寿命。由此可见，满足导热硅脂的涂覆工艺要求是保证IGBT质量和使用寿命的关键，为保证导热硅脂均匀的分布在IGBT上,其涂敷工艺至关重要。随着IGBT批量化应用的加速，从现有IGBT的应用情况看，目前所使用导热硅脂涂敷工艺和器件安装工艺并不太适用于批量 IGBT 的安装，IGBT导热硅脂的涂覆工艺和安装工艺的研究和改进越来越重要。
传统的导热硅脂涂装多为人工，用小刀或小竹片挖去适量的导热硅脂，单个地用手工涂覆，因小竹片挖取的量和涂覆均匀性手工很难控制，使得涂覆厚度和形状不一，这样涂覆不均匀容易使得半导体器件底板和散热器之间存在间隙，影响半导体器件的散热效果，还可能对半导体器件的使用寿命产生影响；同时，涂覆过厚过多的导热硅脂容易造成导热硅脂材料的浪费，且影响整个产品的美观和质量。
目前,IGBT导热硅脂的涂敷工艺主要有两种,滚筒印刷和筛网板印刷。滚筒印刷效率低，涂覆不均匀，因此现有的涂覆技术为筛网板印刷，即把导热硅脂通过网孔间距、尺寸相同的圆孔或矩形孔金属网涂覆在IGBT模块上。这种技术取代了之前传统的手工涂覆方法，能够实现相对较均匀的涂覆效果。但是圆孔或矩形孔设计在进行导热硅脂涂覆时仍存在涂覆密度不均现象，无法实现更佳的密度高度均匀的涂覆效果，此外，现有的涂覆装置，涂覆效率不高，操作不够方便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种IGBT模块导热硅脂涂覆装置，来解决现有导热硅脂涂覆工艺均匀性差的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种IGBT模块导热硅脂涂覆装置，包括用于安装IGBT模块的随行工装板，随行工装板的下方设有顶升机构；随行工装板上方设有机械手支架，机械手支架上安装有三轴机械手；所述三轴机械手上设有涂胶头，涂胶头上设有用于控制出胶的点胶阀；所述涂胶头上还设有用于检测IGBT模块平整度、涂胶的均匀度和厚度的高精度线激光传感器；所述高精度线激光传感器、三轴机械手以及点胶阀均与控制计算机连接。
进一步的，所述随行工装板安装在输送线体上，随行工装板通过倍速链在输送线体上移动，所述输送线体外侧设有长条形导轨防止随行工装板侧移。
进一步的，所述输送线体内壁上设有工装感应开关，在随行工装板输送到位时，工装感应开关触发启动顶升机构。
进一步的，所述顶升机构包括一次顶升气缸和二次顶升气缸；一次顶升气缸上安装有工装板顶升板，工装板顶升板上设有工装板定位柱，随行工装板底部设有与工装板定位柱配合的定位孔；所述二次顶升气缸上设有模块定位柱，IGBT模块底部设有与模块定位柱配合的定位孔；所述工装板顶升板与随行工装板上IGBT模块所在位置均设有通孔，二次顶升气缸控制模块定位柱穿过通孔顶起IGBT模块。
进一步的，所述输送线体上设有顶起限位块，顶起限位块限定随行工装板和IGBT模块的顶升高度。
进一步的，所述输送线体外侧设有用于检测IGBT模块顶升到位情况的料检开关。
进一步的，所述三轴机械手和涂胶头采用螺纹锁死连接。
进一步的，所述机械手支架上还安装有用于收集导热硅脂肥料的废料盒。
一种IGBT模块导热硅脂涂覆装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤一）待涂覆IGBT模块安装在随行工装板上，由输送线体通过倍速链输送至指定位置后，工装感应开关触发启动顶升机构；
步骤二）一次顶升气缸将工装板顶升板和工装板定位柱顶升并与随行工装板定位，再由二次顶升气缸对将待涂覆IGBT模块顶升到顶起限位块处；
步骤三）料检开关检测IGBT模块到位情况，到位后则启动三轴机械手移动高精度线激光传感器至随行工装板的上方检测待涂覆IGBT模块的平整度，平整度检测结果传输至控制器进行处理、显示和保存；根据检测结果生成涂覆装置的涂覆路径，将涂覆路径数据生成坐标数据发送给三轴机械手进行涂覆操作；
步骤四）涂覆结束后再通过控制三轴机械手控制高精度线激光传感器检测导热硅脂涂覆的厚度和均匀性，判断待涂覆IGBT模块涂覆的合格性；若待涂覆IGBT模块涂覆的检测结果判断不合格，输送线体1自动将待涂覆IGBT模块8送至NG料道；若合格，则控制顶升机构下降将待涂覆IGBT模块放回至输送线体上，通过倍速链输送至下一个工位，三轴机械手复位，导热硅脂涂覆及检测工作结束。
与现有技术相比，该IGBT模块导热硅脂涂覆装置，工作时，感应开关控制顶升机构的顶起气缸使工装板底座顶起处于水平位置，将待加工的IGBT模块固定之后，料检开关检测到有涂覆IGBT模块，则控制涂胶装置开始进行涂胶工作，涂胶前，高精度传感器先检测待涂IGBT模块是否放置平整，若超出平整度误差范围则停止工作，若在平整度误差范围内，则根据检测结果调整涂覆轨迹使其涂覆均匀，涂覆结束后高精度传感器再次检测涂胶的厚度和均匀度，根据检测结果判断所涂胶是否合格，若合格，将工装板输送至下一个工位，若不合格，***报警提示，并自动将产品IGBT模块送至NG料道，有效提高工作效率。该装置结构简单，可以实现导热硅脂的自动涂覆，大大降低了操作人员劳动强度，同时导热硅脂能均匀分布在IGBT模块表面，使得热量均匀传导，提高IGBT模块使用寿命。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的位移控制模块和涂胶模块的立体结构示意图；
图3为本发明的底座输送模块和顶起固定模块的立体结构示意图；
图4为本发明的顶升机构立体结构示意图；
图5为本发明的涂胶模块结构示意图。
其中，1输送线体、2随行工装板、3感应开关、4工装板挡停机构、5顶升机构、6顶起限位块、7料检开关、8待涂覆IGBT模块、9三轴机械手、10三轴固定支架、11高精度线激光传感器、12点胶阀、13涂胶头、14废料盒、15废料盒支架、501顶升底座、502一次顶升气缸、503二次顶升气缸、504工装板顶升板、505工装板顶升柱、506工装板定位柱、507模块定位柱、508顶升气缸固定板。
具体实施方案
如-图5所示的一种IGBT模块导热硅脂涂覆装置，包括四个模块：底座输送模块、顶起固定模块、位移控制模块和涂胶模块。底座输送模块用来完成对待涂覆IGBT模块8的输送操作，它具体包括输送线体1、随行工装板2和挡停机构3；顶起固定模块用来完成对待涂覆IGBT模块8的限位固定操作，它具体包括感应开关3、顶升机构5和顶起限位块6；位移控制模块用来完成对涂胶模块和高精度线激光传感器13的位移控制操作，它具体包括料检开关7、三轴固定支架9、三轴机械手10和高精度线激光传感器13；涂胶模块用来完成对待涂覆IGBT模块8的涂胶操作，它具体包括点胶阀11、涂胶头12、废料盒支架14和废料盒15。
所述的输送线体1由导轨组成，所述的随行工装板2安装在输送线体1的导轨上，通过倍速链使随行工装板2沿着导轨水平移动；所述工装板挡停机构3和感应开关4安装在输送线体1左右两侧，用于控制顶升机构5的升降行程范围，所述顶升机构5在输送线体1的中间与操作台螺纹相连，所述顶升机构可将工装板底座顶起至顶起限位块6所在位置；所述顶起限位块6在输送线体1两侧的随行工装板2对角位置各一个，与操作台螺纹相连固定，所述料检开关7与输送线体1的一侧螺纹连接，检测随行工装板是否有待涂覆IGBT模块8；所述待涂覆IGBT模块8放置在随行工装板2的固定架上，所述三轴固定支架9横跨于输送线体1上侧，三轴机械手10安装在三轴固定支架9上，点胶阀11和涂胶头12组成一个完整的涂覆装置，通过螺纹连接固定在三轴机械手10的一个运动轴的末端上，所述高精度线激光传感器13固定在涂覆装置上，所述废料盒支架14通过螺纹连接固定在三轴固定支架9上，废料盒支架14共有两个圆形孔，所述废料盒15的容量为20ml，放置废料盒支架14的两个圆形孔中。
所述顶升机构5包括顶升底座501、一次顶升气缸502、二次顶升气缸503、工装板顶升板504、工装板顶升柱505、工装板定位柱506、模块定位柱507、顶升气缸固定板508，所述底座501与操作台螺纹连接，所述一次顶升气缸502控制工装板顶升板504、工装板顶升柱505和工装板定位柱506；所述工装板顶升板504与工装板顶升柱505、工装板定位柱506螺纹连接；所述二次顶升气缸503控制模块定位柱507，随行工装板2和待涂覆IGBT模块8的底面都有对应工装板定位柱506和模块定位柱507的定位孔；所述顶升机构5工作时，先由一次顶升气缸502将工装板顶升板504和工装板定位柱506顶升并定位，再由二次顶升气缸503对待涂覆IGBT模块8进行定位。
一种IGBT模块导热硅脂涂覆装置的工作流程包括：将待涂覆IGBT模块8安装在随行工装板2上，由输送线体1通过倍速链输送至指定位置后，挡停机构3将随行工装板2和固定在其上的待涂覆IGBT模块8挡停；工装感应开关4检测到随行工装板2后启动顶升机构5将随行工装板2和待涂覆IGBT模块8顶起至顶起限位块6处。料检开关7检测随行工装板2上待涂覆IGBT模块8是否到位，料检开关7采用光电传感器，如果有有待涂覆IGBT模块8，则启动三轴机械手10移动高精度线激光传感器13至随行工装板2的上方来检测待涂覆IGBT模块8的涂覆平整度，平整度检测结果传输至计算机进行处理、显示和保存；根据检测结果生成涂覆装置的涂覆路径，将涂覆路径数据生成坐标数据发送给下位机，控制涂覆装置进行涂覆操作，涂覆结束后***再通过控制三轴机械手10来控制高精度线激光传感器13检测导热硅脂涂覆的厚度和均匀性，判断待涂覆IGBT模块涂覆的合格性，导热硅脂涂覆的厚度和均匀性的检测结果也可传输至***进行显示；若待涂覆IGBT模块涂覆的检测结果判断不合格，输送线体1自动将待涂覆IGBT模块8送至NG料道。若合格，则***启动顶升机构5下降将待涂覆IGBT模块8放回至输送线体1上，通过倍速链输送至下一个工位，同时，三轴机械手10自动回到原位置，整个导热硅脂涂覆及检测工作结束。
IGBT模块导热硅脂涂覆装置具有检测功能，若检测到有待涂覆IGBT模块8，则进行接下来的涂覆工作，若位检测到待涂覆IGBT模块8，则输送线体1将其送至NG料道；高精度线激光传感器13采用基恩士公司的LJ-G080传感器。
涂胶装置进行涂胶前，三轴机械手10移动高精度线激光传感器13至随行工装板2上方扫描待涂覆IGBT模块8表面，高精度线激光传感器13采用线激光，线激光宽度根据涂覆宽度选择，涂覆宽度根据被涂覆IGBT模块的产品工艺要求来设定；高精度线激光传感器13扫描完成后将结果传输至计算机进行处理、显示和保存得到待涂覆IGBT模块8表面高低差，当检测结果的表面高低差大于产品公差范围时，计算机发出报警信号，不进行涂胶操作并将待涂覆IGBT模块8输送至NG料道，产品公差需要客户根据自身产品工艺要求设定；若表面高低差在公差范围内，则开始执行涂胶操作。
IGBT模块导热硅脂涂覆装置具有涂胶功能，涂胶装置采用点胶机构，涂胶头12根据涂胶宽度制作特定宽度及出胶孔大小的宽型，涂胶头根据高精度线激光传感器13对待涂覆IGBT模块8表面平整度的扫描检测结果自动进行高度补偿，满足涂覆厚度的均匀性；涂胶头12通过三轴机械手10控制涂覆路径，涂覆路径由计算机根据平整度检测结果和程序自动生成并执行，涂覆区域为待涂覆IGBT模块8两侧的两条长方形平行区域，长度为200mm，涂覆厚度为0.2mm；为保证出胶的质量和均匀性，涂胶头12初始喷涂的硅胶当废料处理，放至废料盒15中。
该工装结构简单，实现了全自动化均匀完整地涂抹导热硅脂，可以实现待涂覆IGBT模块的批量涂抹，降低操作人员劳动强度，同时导热硅脂能均匀分布在IGBT模块表面，使得热量均匀传导，提高IGBT模块使用寿命。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种IGBT模块导热硅脂涂覆装置，包括用于安装IGBT模块的随行工装板，其特征在于：随行工装板的下方设有顶升机构；随行工装板上方设有机械手支架，机械手支架上安装有三轴机械手；所述三轴机械手上设有涂胶头，涂胶头上设有用于控制出胶的点胶阀；所述涂胶头上还设有用于检测IGBT模块平整度、涂胶的均匀度和厚度的高精度线激光传感器；所述高精度线激光传感器、三轴机械手以及点胶阀均与控制计算机连接；
所述顶升机构包括一次顶升气缸和二次顶升气缸；一次顶升气缸上安装有工装板顶升板，工装板顶升板上设有工装板定位柱，随行工装板底部设有与工装板定位柱配合的定位孔；所述二次顶升气缸上设有模块定位柱，IGBT模块底部设有与模块定位柱配合的定位孔；所述工装板顶升板与随行工装板上IGBT模块所在位置均设有通孔，二次顶升气缸控制模块定位柱穿过通孔顶起IGBT模块；
IGBT模块导热硅脂涂覆装置的工作过程包括如下步骤：
步骤一）待涂覆IGBT模块安装在随行工装板上，由输送线体通过倍速链输送至指定位置后，工装感应开关触发启动顶升机构；
步骤二）一次顶升气缸将工装板顶升板和工装板定位柱顶升并与随行工装板定位，再由二次顶升气缸对将待涂覆IGBT模块顶升到顶起限位块处；
步骤三）料检开关检测IGBT模块到位情况，到位后则启动三轴机械手移动高精度线激光传感器至随行工装板的上方检测待涂覆IGBT模块的平整度，平整度检测结果传输至控制器进行处理、显示和保存；根据检测结果生成涂覆装置的涂覆路径，将涂覆路径数据生成坐标数据发送给三轴机械手进行涂覆操作；
步骤四）涂覆结束后再通过控制三轴机械手控制高精度线激光传感器检测导热硅脂涂覆的厚度和均匀性，判断待涂覆IGBT模块涂覆的合格性；若待涂覆IGBT模块涂覆的检测结果判断不合格，输送线体1自动将待涂覆IGBT模块8送至NG料道；若合格，则控制顶升机构下降将待涂覆IGBT模块放回至输送线体上，通过倍速链输送至下一个工位，三轴机械手复位，导热硅脂涂覆及检测工作结束。
2.如权利要求1所述的IGBT模块导热硅脂涂覆装置，其特征在于：所述随行工装板安装在输送线体上，随行工装板通过倍速链在输送线体上移动，所述输送线体外侧设有长条形导轨防止随行工装板侧移。
3.如权利要求1所述的IGBT模块导热硅脂涂覆装置，其特征在于：所述输送线体内壁上设有工装感应开关，在随行工装板输送到位时，工装感应开关触发启动顶升机构。
4.如权利要求1所述的IGBT模块导热硅脂涂覆装置，其特征在于：所述输送线体上设有顶起限位块，顶起限位块限定随行工装板和IGBT模块的顶升高度。
5.如权利要求1所述的IGBT模块导热硅脂涂覆装置，其特征在于：所述输送线体外侧设有用于检测IGBT模块顶升到位情况的料检开关。
6.如权利要求1所述的IGBT模块导热硅脂涂覆装置，其特征在于：所述三轴机械手和涂胶头采用螺纹锁死连接。
7.如权利要求1所述的IGBT模块导热硅脂涂覆装置，其特征在于：所述机械手支架上还安装有用于收集导热硅脂废料的废料盒。
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