I. Thiết kế máy gắn chip Tổng quan và mục tiêu
Đề tài thiết kế và chế tạo máy gắn chip tại HCMUTE hướng đến tự động hóa quy trình gắn chip, giải quyết nhược điểm của phương pháp thủ công hiện tại. Mục tiêu chính là tối ưu hóa quá trình gắn chip tự động, nâng cao năng suất và chất lượng, đồng thời cải thiện hiệu quả kinh tế. Đây là một dự án tốt nghiệp HCMUTE, được thực hiện bởi sinh viên HCMUTE dưới sự hướng dẫn của giảng viên HCMUTE. Nghiên cứu tập trung vào thiết kế cơ khí, thiết kế điện tử, và phần mềm điều khiển máy gắn chip. Nghiên cứu này nằm trong bối cảnh nghiên cứu khoa học HCMUTE và đóng góp cho Đại học Công nghệ TP.HCM.
1.1 Phân tích tình hình hiện tại
Hiện nay, nhiều nhà máy sản xuất board mạch điện tử tại Việt Nam vẫn sử dụng phương pháp thủ công để gắn chip. Điều này dẫn đến năng suất thấp, độ chính xác không cao, và phụ thuộc nhiều vào yếu tố con người. Ngược lại, các nước phát triển đã ứng dụng rộng rãi máy gắn chip tự động, đặc biệt là máy gắp chip SMT và máy pick and place. Những máy này sử dụng cộng nghệ gắp chip tiên tiến, bao gồm hệ thống cấp linh kiện tự động, hệ thống điều khiển máy gắp chip chính xác, và phần mềm điều khiển hiệu quả. Việc ứng dụng công nghệ này giúp tăng năng suất, đảm bảo chất lượng, và giảm chi phí nhân công. Surface Mount Technology (SMT) là một công nghệ quan trọng trong sản xuất mạch điện tử hiện đại, và máy gắn linh kiện điện tử là một phần không thể thiếu của dây chuyền SMT. Các ứng dụng máy gắn chip rất đa dạng, bao gồm sản xuất điện thoại, máy tính, thiết bị điện tử tiêu dùng… Quá trình gắn chip bao gồm nhiều giai đoạn, từ cấp chip, định vị, đến gắn chip và kiểm tra. Tối ưu hóa quá trình gắn chip là một thách thức lớn, đòi hỏi sự kết hợp giữa thiết kế máy móc và điều khiển tự động.
1.2 Mục tiêu cụ thể của đề tài
Đề tài thiết kế và chế tạo máy gắn chip tại HCMUTE đặt ra các mục tiêu cụ thể sau: Xây dựng một máy gắn chip tự động có khả năng gắn chip chính xác vào board mạch theo tọa độ được lập trình sẵn. Thiết kế cơ khí máy cần đảm bảo độ bền, độ chính xác cao và dễ dàng bảo trì. Thiết kế điện và vi điều khiển máy gắp chip phải đảm bảo sự vận hành ổn định và chính xác của máy. Phát triển phần mềm điều khiển thân thiện với người dùng, dễ dàng lập trình và vận hành. Nghiên cứu chi phí sản xuất máy gắn chip và tiềm năng thương mại hóa sản phẩm. Mô phỏng máy gắn chip bằng phần mềm chuyên dụng để đánh giá hiệu quả thiết kế trước khi chế tạo. Lập trình PLC máy gắn chip hoặc sử dụng vi điều khiển phù hợp để điều khiển các bộ phận cơ khí chính xác. Đánh giá hiệu quả của máy gắn chip thông qua các thử nghiệm thực tế. Ứng dụng công nghệ hiện đại trong thiết kế CAD/CAM máy gắp chip để tối ưu hóa quá trình thiết kế và chế tạo. Quá trình gắp chip cần được tự động hóa hoàn toàn, từ khâu cấp chip đến khâu đặt chip lên board.
II. Phương pháp thiết kế và chế tạo
Đề tài sử dụng phương pháp thiết kế và chế tạo máy gắn chip dựa trên nguyên lý máy pick and place. Thiết kế máy móc tự động này bao gồm nhiều giai đoạn, từ nghiên cứu các phương án thiết kế cơ khí khác nhau, lựa chọn phương án tối ưu, đến thiết kế chi tiết, chế tạo và thử nghiệm. Thiết kế điện tử và phần mềm điều khiển cũng được phát triển đồng thời để đảm bảo sự vận hành chính xác và hiệu quả của máy. PLC máy gắn chip hoặc hệ thống điều khiển dựa trên vi điều khiển được nghiên cứu và lựa chọn. Quá trình chế tạo máy gắn chip đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng. Lắp ráp máy gắn chip cũng là một công đoạn quan trọng cần được thực hiện cẩn thận. HCMUTE cung cấp môi trường và trang thiết bị hỗ trợ cho quá trình này.
2.1 Thiết kế cơ khí
Thiết kế cơ khí máy gắn chip tập trung vào việc lựa chọn các cơ cấu truyền động phù hợp để đảm bảo độ chính xác và tốc độ hoạt động. Các phương án được xem xét bao gồm vít me – đai ốc, bộ truyền động dây đai, và các cơ cấu dẫn hướng khác nhau. Thiết kế CAD/CAM được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế và giảm thiểu sai số trong quá trình chế tạo. Phân tích ứng suất và chuyển vị được thực hiện để đảm bảo độ bền và độ ổn định của máy. Chọn động cơ phù hợp cho từng trục chuyển động là rất quan trọng để đạt được hiệu suất hoạt động mong muốn. Cơ cấu tay gắp hoặc hệ thống hút chân không được lựa chọn để gắp và đặt chip chính xác. Thiết kế khung máy phải đảm bảo độ cứng vững, ổn định để giảm thiểu rung động trong quá trình hoạt động. Chất liệu và phương pháp gia công được lựa chọn phù hợp để đảm bảo độ bền và chính xác của các bộ phận. Các tham số thiết kế được tính toán dựa trên thông số công nghệ cần đạt được.
2.2 Thiết kế điện và phần mềm
Thiết kế điện bao gồm việc lựa chọn các thành phần điện tử phù hợp, như nguồn điện, driver động cơ bước, và các cảm biến cần thiết. Mạch điện được thiết kế để đảm bảo cung cấp năng lượng ổn định và điều khiển chính xác các bộ phận cơ khí. Sơ đồ điện được vẽ chi tiết để đảm bảo tính chính xác và dễ dàng lắp đặt. Vi điều khiển hoặc PLC được sử dụng để điều khiển toàn bộ hệ thống. Phần mềm điều khiển được lập trình để thực hiện các chức năng như điều khiển chuyển động, định vị, và giao diện người dùng. Giải thuật nội suy được sử dụng để tạo ra đường đi chính xác cho đầu gắp chip. Giao diện người dùng cần được thiết kế thân thiện và dễ sử dụng. Kiểm tra và hiệu chỉnh phần mềm và phần cứng là cần thiết để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác. Lưu đồ giải thuật mô tả chi tiết quá trình hoạt động của hệ thống giúp việc lập trình và gỡ lỗi dễ dàng hơn. Phần mềm mô phỏng được sử dụng để kiểm tra hoạt động của hệ thống trước khi chế tạo.
III. Kết quả và ứng dụng
Kết quả nghiên cứu bao gồm bản vẽ thiết kế, mô hình 3D, và máy gắp chip hoàn chỉnh. Kết quả thử nghiệm cho thấy máy hoạt động ổn định, đạt được độ chính xác cao trong quá trình gắn chip. Sai số của máy được đánh giá và phân tích. Thông số công nghệ của máy được ghi nhận. Đề tài đề xuất các hướng phát triển trong tương lai để nâng cao hiệu suất và tính năng của máy. Tiềm năng phát triển của máy gắn chip tự động rất lớn, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất mạch điện tử quy mô lớn. Thị trường máy gắn chip đang phát triển mạnh mẽ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thương mại hóa sản phẩm. Đề tài đã đóng góp vào việc ứng dụng công nghệ gắp chip tiên tiến vào sản xuất trong nước.
