Размещение компонентов - это процесс производства электроники, при котором электрические компоненты размещаются точно на печатных платах (PCB) для создания электрических соединений между функциональными компонентами и соединительной схемой на печатных платах (выводные площадки). Выводы компонентов должны быть аккуратно погружены в паяльную пасту, ранее нанесенную на контактные площадки печатной платы. Следующим шагом после размещения компонентов является пайка .
Входы для размещения
- Гибкая россыпь, дробилка для стружки и другие специализированные машины.
- Плата с печатью припоя.
- Компоненты поставляются фидерами.
- Компьютерные файлы: компьютерная программа управляет расположением каждого компонента на плате (X, Y и угловая тета), уровнями инвентаря питателя, возможностями вакуумного держателя установочной машины, автоматическим выравниванием компонентов, точностью размещения, системами технического зрения и транспортировкой печатных плат по линии. [1]
Процесс размещения
Базовая последовательность размещения обычно включает в себя: индексацию платы, регистрацию платы, выравнивание реперных точек зрения, сбор компонентов, центрирование компонентов / визуальный осмотр, размещение компонентов и индексацию платы. [1] Подбор компонентов, центрирование компонентов / визуальный осмотр, размещение компонентов повторяются для каждого компонента. Иногда в последовательность также включаются нанесение клея и электронная проверка в режиме онлайн.
В процессе индексации платы печатная плата с трафаретной печатью загружается в соответствующее положение. Реперные метки, также известные как реперные метки , представляют собой общие измеряемые точки на всех этапах процесса сборки. Есть много типов реперных знаков. Глобальные реперные знаки используются для определения положения всех функций на отдельной печатной плате. Когда несколько плат обрабатываются как панель, глобальные реперные точки могут также называться реперными точками панели, если они используются для определения местоположения цепей из базы данных панели. Местные реперные точки используются для определения положения отдельного рисунка площадок или компонента, для которого может потребоваться более точное местоположение, например QFP с шагом 0,02 дюйма (0,51 мм). [1]
Доска расположена по определению глобальных реперных знаков на PWB. Затем питатели поднимают и центрируют компоненты на известном расстоянии от компонента. Более высокая точность размещения требует помощи местных реперных точек, визуализируемых оптическими или лазерными датчиками. Вакуумная захватывающая головка удаляет компоненты из питателей. В конце концов, компонент помещается в правильное положение по осям X, Y и тета, при этом все выводы и правильные контактные площадки контактируют с паяльной пастой. Плата со всеми правильно размещенными компонентами затем перейдет в процесс оплавления.
В системе размещения компонентов необходимо учитывать три основных атрибута: точность, скорость и гибкость. Точность включает в себя аспекты разрешения, точности размещения и повторяемости. Скорость включает аспекты скорости размещения оборудования, стратегии снижения рейтинга и производительности. Скорость размещения определяется типом машины и расстоянием между компонентами на плате. Гибкость включает аспекты разнообразия компонентов, количества фидеров и диапазона размеров печатных плат. [1]
Типы подборщиков и укладчиков
Машина для захвата и размещения - это машина в стиле робота, которая размещает различные типы компонентов. Он включает в себя такие функции, как расположение приемных устройств подачи компонентов, вакуумный захват, систему технического зрения, автоматическое выравнивание компонентов, повторяемую точность размещения и систему транспортировки для печатных плат.
Машина для захвата и размещения часто является наиболее важным элементом производственного оборудования для надежного и достаточно точного размещения компонентов, позволяющего обеспечить производительность при минимальных затратах. Обычно оборудование для монтажа на поверхность, включая полный комплект питателей, составляет около 50% от общих капитальных вложений, необходимых для производственной линии для поверхностного монтажа среднего объема. [1]
Существует два основных типа машин для захвата и размещения:
Чип-шутер
Стрелки для чипов используются почти для 90% наиболее распространенных компонентов, таких как пассивные и малые активные компоненты. Стрелки для стружки работают быстро (от 20 000 до 80 000 в час, может достигать 100 000 в час) с относительно низкой точностью (обычно 70 мкм ). [1] В результате чипы не используются для размещения активных компонентов, что требует большей точности. Есть три основных типа чип-стрелков: стационарная турель, верхняя шляпа и револьверная головка.
Гибкая россыпь
По сравнению со стружколомами гибкие россыпи работают медленно (от 6000 до 40000 в час) с высокой точностью (всего 25 мкм). [1] В результате для размещения сложных и активных компонентов с большим объемом операций ввода-вывода, таких как QFP, используются гибкие средства размещения, поскольку компоненты ввода-вывода с более высокой производительностью обычно требуют более высокой точности. Существует три основных типа гибких россыпей: верхняя шляпа, револьверная головка и разделенная ось. Стрелки для стружки и гибкие россыпи обычно комбинируются для использования, и они могут составлять почти 65% от общей стоимости сборочной линии.
Виды размещения головок
Подвесной портал
Устанавливающая головка системы позиционирования подвесного портала установлена на балке портала (ось X). Во время этой последовательности луч движется перпендикулярно направлению движения установочной головки, что обеспечивает две степени свободы (выравнивание по X и Y) в плоскости, параллельной столу станка. Печатная плата и питатели остаются неподвижными во время размещения. Печатная плата расположена на столе путем определения глобальных и локальных реперных точек с помощью системы технического зрения. Эта установочная головка перемещается вдоль осевых балок для захвата компонентов из питателя, а затем перемещается в положение для размещения компонентов. Вакуумное сопло на установочной головке перемещается вверх и вниз по вертикали, чтобы обеспечить ось Z, и вращается в горизонтальной плоскости, чтобы обеспечить угловое выравнивание тета. Иногда также применяется система вторичного обзора для проверки правильности и выравнивания компонентов после захвата и перед размещением. Поскольку печатная плата и фидеры остаются неподвижными в последовательности размещения, устраняются дополнительные источники неточности позиционирования. Подвесной портальный станок имеет лучшую точность укладки среди всех типов и используется исключительно гибкими россыпями. Он предлагает большую гибкость и точность, но не может сравниться со скоростью других стилей. Машины с несколькими порталами могут развивать более высокую скорость.
Стационарная турель / фиксированная турель
Стационарная турельная система имеет относительно более высокую скорость из-за серии идентичных головок, вращающихся на одной башне. Питатель перемещается в направлении X к фиксированному месту захвата. 36 вакуумных форсунок по периметру вращающейся турели обеспечивают выравнивание по оси Z и тета. Револьвер вращает несколько головок между точками захвата и размещения. Печатная плата перемещается в направлении X и Y под вращающимися головками, останавливаясь под правильным местом размещения. По сравнению с портальной головкой одновременное перемещение питателей и печатных плат значительно улучшает среднюю скорость укладки. Поскольку пассивные компоненты не требуют высокой точности установки, они применяются исключительно в установках для снятия стружки. Ограничение стационарной револьверной головки состоит в том, что она требует большой занимаемой площади для движущегося ряда питателей (занимаемая площадь = 2 * общая длина питателя). Еще одним ограничением является возможность смещения компонентов из-за движущегося механизма платы. [2]
Голова револьвера
Эта система сочетает в себе преимущество в скорости стационарной револьверной головки и преимущество в занимаемой площади верхнего портала. Впервые он был использован компанией Siemens. [1] Стационарная револьверная головка с несколькими захватывающими головками выполняет одновременные функции при перемещении компонентов от подборщика к местам размещения. Несколько револьверов устанавливаются на независимых порталах для захвата нескольких деталей из стационарных питателей перед перемещением на PWB. Движущаяся револьверная головка и несколько револьверных головок обеспечивают более высокую скорость установки и позволяют использовать револьверную головку как в дробилках для стружки, так и в гибких россыпях. Но в действительности его использование в гибких россыпях имело ограниченный успех. [3]
Разделенная ось
В системе с разделенными осями установочная головка перемещается в направлениях X, theta и Z, в то время как PWB перемещается в направлении Y. Поскольку задействованы два движущихся компонента, станку с разделенной осью немного сложнее достичь высокой точности по сравнению с портальным станком с потолком. Но это значительно увеличивает скорость размещения.
Вакуумная насадка и захваты
Вакуумные сопла обычно используются для работы со всеми компонентами во время операций по установке. Существуют различные размеры вакуумных форсунок для компонентов разного размера. Для работы с небольшими компонентами часто в дополнение к вакууму в момент размещения создается избыточное давление, чтобы компонент полностью высвободился из сопла.
Помимо вакуумных форсунок, для работы с некоторыми деталями нестандартной формы могут потребоваться механические захваты . Самоцентрирующиеся механические захваты обеспечивают одновременный захват и автоматическое центрирование без вакуума. Пара захватов типа пинцета удерживала деталь, центрируя ее по одной оси. Однако у самоцентрирующихся механических захватов есть некоторые недостатки: возможно, что края захвата могут контактировать с эпоксидной смолой или паяльной пастой. Кроме того, между компонентами требуется дополнительное пространство для размещения захватов.
Типы кормушек
Питатели используются для подачи компонентов к подвижному подхватывающему механизму установочных машин. Питатели перемещают отдельные компоненты в фиксированное место, а также помогают захватывающей головке извлекать компоненты из упаковки. По мере того, как гибкость и скорость размещения систем увеличивались, возрастали и требования к системам подачи компонентов. Большой ассортимент продукции и, соответственно, небольшие размеры партий приводят к частой замене питателя. Чтобы свести к минимуму время простоя машины, требуется быстрая смена питателя, поэтому питатели должны быть рассчитаны на быструю замену. Вот некоторые из распространенных типов кормушек.
Ленточные и катушечные питатели
Ленточный и катушечный питатель - это наиболее часто используемая конструкция питателя. Ленточные питатели загружаются с катушкой, которая помещается на катушечный приемник. Каретка отслаивания тянет рулонную ленту вперед, пока следующий компонент не окажется в положении захвата. Когда датчик показывает, что компонент находится в положении захвата, держатель перемещается вниз и фиксирует ленту. Ленточные питатели лучше всего подходят для размещения большого количества идентичных мелких компонентов. Ленточные питатели бывают разных размеров и могут использоваться для малых интегральных схем (SOIC) и держателей микросхем с пластиковыми выводами (PLCC). Главный недостаток формата ленты - невозможность переработать пустые ленты. Ленточные отходы, особенно в случае устройств с небольшими микросхемами, весят в несколько раз больше, чем упакованные компоненты. Кроме того, размещение небольших недорогих компонентов на ленте требует дополнительных затрат.
Кормушки для палочек
Питатели для стержней предназначены для компонентов, упакованных в линейные стержни (небольшие ИС, выпускаемые небольшими партиями). Компоненты перемещаются к месту сбора под действием силы тяжести или вибрации. Он питает любые обычные SOP, SOT и PLCC, которые упакованы в виде стиков. Благодаря различным возможностям регулировки размера дорожки кормушку можно легко адаптировать к различным типам компонентов. [4]
Матричные лотковые питатели
Матричные лотковые питатели используются для больших, хрупких или дорогих компонентов. Они разработаны для работы с четверными плоскими пакетами и компонентами с мелким шагом. Они надежно удерживают компоненты, не повреждая хрупкие провода. Целый матричный лоток компонентов перемещается, чтобы доставить ряды или отдельные компоненты к месту сбора. Этот процесс часто происходит медленнее по сравнению с ленточными податчиками, поскольку компоненты, подаваемые в матричные лотки, часто требуют более высокого уровня точности размещения.
Кормушки для сыпучих материалов
Питатели для сыпучих материалов могут работать с компонентами типа чипов, которые используются в большом количестве. Устройство подачи сыпучих материалов обычно распределяет компоненты, которые хранятся в ящике для сыпучих материалов, с использованием уникального поворотного механизма позиционирования для позиционирования и ориентации компонентов и подачи их в положение захвата с помощью ленты из нержавеющей стали. Они дешевле по сравнению с ленточными питателями, поскольку в них нет ленточной упаковки, но традиционно производительность массовых питателей проблематична из-за конструкции и мусора, образующегося во время процесса подачи.
Подающий механизм с прямой матрицей
Прямые питатели матрицы в основном используются для флип-чипа или чип-на-плате. Устройство прямой подачи матрицы может устранить отдельные специализированные производственные линии для SMT, голого кристалла и перевернутого кристалла, объединив их в одну. Это также может обеспечить комплексные решения по сборке с гораздо более высокой скоростью и гибкостью, что приведет к более низкой стоимости размещения. Кроме того, это может исключить дорогостоящие процессы, такие как промежуточный перенос штампа на ленту с карманами, ленту для прибоя или вафельные пачки перед размещением. [5]
Скорость размещения
На скорость размещения влияют многие факторы в процессе размещения.
Выход из строя питателя
На скорость укладки влияет время простоя линии. Поскольку проблемы с питателями являются основным источником простоев, ремонт и техническое обслуживание питателей имеют решающее значение для операций по размещению компонентов. Вот распространенные способы обнаружения проблем с подающим механизмом: [6]
- Питатель не достигает желаемой производительности или производительность падает после достижения желаемого уровня. У питателя низкий или пониженный выход.
- Кормушка шумно работает только в определенные периоды.
- Питатель работает, но производительность снижена.
- Питатель работает шумно, но обеспечивает нормальную производительность.
- Амплитуда фидера постепенно спадает или медленно уменьшается.
- Поток материала, выходящего из питателя, является турбулентным, что создает непостоянный поток в процессе.
- Производительность питателя нестабильна, что приводит к колебаниям скорости подачи.
Настроена система размещения
Вся установка в режиме онлайн снижает пропускную способность, а неправильные процедуры настройки могут также привести к дополнительному простою линии. Никакие доски не могут быть произведены, если не настроена система размещения. Из-за сложности процесса настройки и переключения питателя важно, чтобы операторы знали о различных типах механизмов питателя. Существуют дополнительные инструменты, которые могут быть реализованы для помощи в настройке размещения, такие как тележки с роликовым питателем, методы JIT и интеллектуальные устройства подачи.
Снижение номинальной скорости размещения
На практике невозможно получить указанную теоретическую максимальную пропускную способность для машин в системе размещения. Для получения реалистичных значений необходимо уменьшить теоретические значения из-за неожиданного простоя, времени загрузки и выгрузки платы и конфигурации машины. Другие факторы включают размер PWB, состав компонентов и потребность в более сложном распознавании изображения для компонентов с мелким шагом. Есть много методов снижения номинальных характеристик . При глобальном снижении номинальных значений учитываются остановки, замедления и настройки в масштабе всей системы, а также машинные факторы. Чтобы рассчитать величину глобального снижения номинальных характеристик или характеристик системы, следует взять среднее значение общего числа компонентов, размещаемых за час в течение длительного периода (т. Е. За всю смену продукта). Регулярно планируемые остановки следует включать при определении необходимого для системы уровня глобального снижения номинальных характеристик. Строгое снижение номинальных характеристик, при котором рассматривается каждая единица оборудования, находящаяся в эксплуатации для конкретного продукта, индивидуально, должно проводиться для конкретной модели машины для балансировки линии. Для полной оптимизации процесса необходимы строгие значения снижения номинальных характеристик.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Б с д е е г ч Ласки, Рональда. Справочник по электронной сборке и Руководство по сертификации SMTA .
- ^ «Размещение компонентов СМ» . ami.ac.uk. Архивировано из оригинала на 2014-07-06 . Проверено 23 мая 2014 .
- ^ «PCB007 SMT 101 Шаг 6 - Размещение компонентов» . pcb007.com . Проверено 23 мая 2014 .
- ^ "JUKI AUTOMATION SYSTEMS | Питатели" . jas-smt.com . Проверено 23 мая 2014 .
- ^ «HD_DDF_2_Seiter.QXD» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 22 мая 2014 года . Проверено 2 июня 2014 .
- ^ Джим Митчелл (5 января 2007 г.). «Вибропитатели: десять распространенных проблем и способы их устранения» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 27 марта 2014 года . Проверено 5 июля 2014 .