Trong lĩnh vực sản xuất điện tử tốc độ cao và độ chính xác cao, các bộ chuyển đổi kiểm tra kim điện tử đóng vai trò như người gác cổng đảm bảo chất lượng của PCB, chip và module. Khi khoảng cách giữa các chân linh kiện ngày càng nhỏ và độ phức tạp của việc kiểm tra tăng lên, nhu cầu về độ chính xác và độ tin cậy trong kiểm tra đã đạt đến mức chưa từng có. Trong cuộc cách mạng về đo lường chính xác này, động cơ bước siêu nhỏ đóng vai trò không thể thiếu như những “cơ bắp chính xác”. Bài viết này sẽ đi sâu vào cách thức hoạt động chính xác của lõi năng lượng nhỏ bé này trong các bộ chuyển đổi kiểm tra kim điện tử, đưa việc kiểm tra điện tử hiện đại bước vào một kỷ nguyên mới.
一.Giới thiệu: Khi yêu cầu độ chính xác kiểm tra ở mức micromet:
Các phương pháp kiểm tra truyền thống đã trở nên không đáp ứng đủ nhu cầu kiểm tra của các gói BGA, QFP và CSP siêu nhỏ hiện nay. Nhiệm vụ cốt lõi của bộ chuyển đổi kiểm tra kim điện tử là điều khiển hàng chục, thậm chí hàng nghìn đầu dò kiểm tra để thiết lập các kết nối vật lý và điện đáng tin cậy với các điểm kiểm tra trên thiết bị cần kiểm tra. Bất kỳ sự sai lệch nhỏ nào, áp lực không đều hoặc tiếp xúc không ổn định đều có thể dẫn đến lỗi kiểm tra, đánh giá sai hoặc thậm chí làm hỏng sản phẩm. Động cơ bước siêu nhỏ, với khả năng điều khiển kỹ thuật số độc đáo và đặc tính độ chính xác cao, đã trở thành giải pháp lý tưởng để giải quyết những thách thức này.
一.Cơ chế hoạt động cốt lõi của động cơ bước siêu nhỏ trong bộ chuyển đổi
Hoạt động của động cơ bước siêu nhỏ trong bộ chuyển đổi kiểm tra kim điện tử không chỉ đơn thuần là sự quay, mà là một chuỗi các chuyển động phối hợp chính xác và được kiểm soát. Quy trình làm việc của nó có thể được chia thành các bước cốt lõi sau:
1. Căn chỉnh chính xác và định vị ban đầu
Quy trình làm việc:
Nhận chỉ thị:Máy tính chủ (máy chủ thử nghiệm) gửi dữ liệu tọa độ của bộ phận cần kiểm tra đến card điều khiển chuyển động, card này sẽ chuyển đổi dữ liệu đó thành một loạt tín hiệu xung.
Chuyển động chuyển đổi xung:Các tín hiệu xung này được gửi đến bộ điều khiển của động cơ bước siêu nhỏ. Mỗi tín hiệu xung điều khiển trục động cơ quay một góc cố định – gọi là “góc bước”. Thông qua công nghệ điều khiển bước siêu nhỏ tiên tiến, một góc bước hoàn chỉnh có thể được chia nhỏ thành 256 hoặc thậm chí nhiều hơn các bước siêu nhỏ, từ đó đạt được khả năng điều khiển dịch chuyển ở mức micromet hoặc thậm chí dưới micromet.
Định vị thực thi:Động cơ, thông qua các cơ cấu truyền động như vít me chính xác hoặc dây đai thời gian, dẫn động giá đỡ chứa các đầu dò thử nghiệm di chuyển trên mặt phẳng trục X và trục Y. Hệ thống di chuyển chính xác mảng đầu dò đến vị trí ngay phía trên điểm cần kiểm tra bằng cách gửi một số xung cụ thể.
2. Kiểm soát quá trình nén và quản lý áp suất.
Quy trình làm việc:
Phép xấp xỉ trục Z:Sau khi hoàn tất việc định vị mặt phẳng, động cơ bước siêu nhỏ chịu trách nhiệm cho chuyển động trục Z bắt đầu hoạt động. Nó nhận lệnh và điều khiển toàn bộ đầu thử nghiệm hoặc một mô-đun đầu dò riêng lẻ di chuyển thẳng đứng xuống dưới dọc theo trục Z.
Kiểm soát hành trình chính xác:Động cơ hoạt động êm ái, nhấn xuống từng bước nhỏ, kiểm soát chính xác khoảng cách di chuyển của đầu ép. Điều này rất quan trọng, vì khoảng cách di chuyển quá ngắn có thể dẫn đến tiếp xúc kém, trong khi khoảng cách di chuyển quá dài có thể làm nén quá mức lò xo đầu dò, dẫn đến áp lực quá lớn và làm hỏng điểm hàn.
Duy trì mô-men xoắn để giữ áp suất:Khi đầu dò đạt đến độ sâu tiếp xúc đã được thiết lập trước với điểm cần kiểm tra, động cơ bước siêu nhỏ sẽ ngừng quay. Tại thời điểm này, động cơ, với mô-men xoắn giữ cao vốn có, sẽ được khóa chắc chắn tại chỗ, duy trì lực ép xuống ổn định và đáng tin cậy mà không cần nguồn điện liên tục. Điều này đảm bảo sự ổn định của kết nối điện trong suốt toàn bộ chu kỳ kiểm tra. Đặc biệt đối với kiểm tra tín hiệu tần số cao, tiếp xúc cơ học ổn định là nền tảng của tính toàn vẹn tín hiệu.
3. Quét đa điểm và kiểm tra đường dẫn phức tạp
Quy trình làm việc:
Đối với các mạch in phức tạp yêu cầu kiểm tra linh kiện ở nhiều khu vực khác nhau hoặc ở các độ cao khác nhau, các bộ chuyển đổi tích hợp nhiều động cơ bước siêu nhỏ để tạo thành hệ thống chuyển động đa trục.
Hệ thống điều phối chuyển động của các động cơ khác nhau theo một trình tự kiểm tra được lập trình sẵn. Ví dụ, trước tiên nó kiểm tra Khu vực A, sau đó các động cơ XY di chuyển phối hợp để di chuyển mảng đầu dò đến Khu vực B, và động cơ trục Z lại ấn xuống để kiểm tra. Chế độ "kiểm tra bay" này giúp cải thiện đáng kể hiệu quả kiểm tra.
Trong suốt toàn bộ quá trình, khả năng ghi nhớ vị trí chính xác của động cơ đảm bảo tính lặp lại của độ chính xác định vị cho mỗi chuyển động, loại bỏ các lỗi tích lũy.
一.Tại sao nên chọn động cơ bước siêu nhỏ? – Ưu điểm đằng sau cơ chế hoạt động
Cơ chế hoạt động chính xác nêu trên bắt nguồn từ các đặc tính kỹ thuật của chính động cơ bước siêu nhỏ:
Số hóa và đồng bộ xung:Vị trí của động cơ được đồng bộ hóa chính xác với số lượng xung đầu vào, cho phép tích hợp liền mạch với máy tính và PLC để điều khiển hoàn toàn bằng kỹ thuật số. Đây là lựa chọn lý tưởng cho việc kiểm thử tự động.
Không có lỗi tích lũy:Trong điều kiện không quá tải, sai số bước của động cơ bước không tích lũy dần. Độ chính xác của mỗi chuyển động chỉ phụ thuộc vào hiệu năng vốn có của động cơ và bộ điều khiển, đảm bảo độ tin cậy cho quá trình thử nghiệm lâu dài.
Cấu trúc nhỏ gọn và mật độ mô-men xoắn cao:Thiết kế nhỏ gọn cho phép dễ dàng tích hợp vào các thiết bị thử nghiệm nhỏ gọn, đồng thời cung cấp đủ mô-men xoắn để điều khiển mảng đầu dò, đạt được sự cân bằng hoàn hảo giữa hiệu suất và kích thước.
一.Giải quyết các thách thức: Công nghệ tối ưu hóa hiệu quả công việc
Mặc dù sở hữu những ưu điểm nổi bật, trong các ứng dụng thực tế, động cơ bước siêu nhỏ cũng gặp phải những thách thức như cộng hưởng, rung động và khả năng mất bước. Để đảm bảo hoạt động hoàn hảo trong các bộ chuyển đổi kiểm tra kim điện tử, ngành công nghiệp đã áp dụng các kỹ thuật tối ưu hóa sau:
Ứng dụng chuyên sâu công nghệ điều khiển vi bước:Thông qua kỹ thuật vi bước, độ phân giải không chỉ được cải thiện mà quan trọng hơn, chuyển động của động cơ được làm mượt mà hơn, giảm đáng kể độ rung và tiếng ồn trong quá trình di chuyển chậm ở tốc độ thấp, giúp tiếp xúc của đầu dò nhạy hơn.
Giới thiệu về hệ thống điều khiển vòng kín:Trong một số ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cực cao, bộ mã hóa được thêm vào động cơ bước siêu nhỏ để tạo thành hệ thống điều khiển vòng kín. Hệ thống này giám sát vị trí thực tế của động cơ trong thời gian thực, và khi phát hiện sự lệch pha (do điện trở quá lớn hoặc các lý do khác), nó sẽ ngay lập tức hiệu chỉnh, kết hợp độ tin cậy của điều khiển vòng hở với sự đảm bảo an toàn của hệ thống vòng kín.
一.Phần kết luận
Tóm lại, hoạt động của động cơ bước siêu nhỏ trong bộ chuyển đổi kiểm tra kim điện tử là một ví dụ hoàn hảo về việc chuyển đổi các lệnh kỹ thuật số thành các chuyển động chính xác trong thế giới vật lý. Bằng cách thực hiện một loạt các hành động có thể điều khiển chính xác, bao gồm nhận xung, thực hiện các chuyển động bước siêu nhỏ và duy trì vị trí, nó đảm nhiệm các nhiệm vụ quan trọng như căn chỉnh chính xác, ấn có thể điều khiển và quét phức tạp. Nó không chỉ là một thành phần thực thi quan trọng để đạt được tự động hóa kiểm tra mà còn là động cơ cốt lõi để nâng cao độ chính xác, độ tin cậy và hiệu quả của kiểm tra. Khi các linh kiện điện tử tiếp tục phát triển theo hướng thu nhỏ và mật độ cao, công nghệ động cơ bước siêu nhỏ, đặc biệt là công nghệ bước siêu nhỏ và điều khiển vòng kín, sẽ tiếp tục thúc đẩy công nghệ kiểm tra điện tử lên tầm cao mới.
Thời gian đăng bài: 26/11/2025