Размещение компонентов

Размещение компонентов — это процесс производства электроники размещаются , при котором электрические компоненты точно на печатных платах (PCB) для создания электрических соединений между функциональными компонентами и соединительными схемами на печатных платах (выводные площадки). Выводы компонентов должны быть аккуратно погружены в паяльную пасту, предварительно нанесенную на площадки печатной платы. Следующим шагом после размещения компонентов является пайка .

Входные данные для размещения

Гибкая россыпная машина, дробилка и другие специализированные машины.
Печатная плата с печатью под пайку.
Компоненты, поставляемые фидерами.
Компьютерные файлы: компьютерная программа контролирует расположение каждого компонента на печатной плате (X, Y и угловая тета), уровни запасов в питателе, возможности вакуумного держателя машины для размещения, автоматическое выравнивание компонентов, точность размещения, системы технического зрения и транспортировку печатных плат по линии. ^[1]

Процесс размещения

Базовая последовательность размещения обычно включает в себя: индексацию платы, регистрацию платы, визуальное выравнивание, съем компонентов, центрирование/визуальный осмотр компонента, размещение компонентов и индексацию платы. ^[1] Подъем компонента, центрирование компонента/визуальный осмотр, размещение компонента повторяются для каждого компонента. Иногда в последовательность операций также включают дозирование клея и онлайновую электрическую проверку.

В процессе индексации платы печатная плата, напечатанная по трафарету, загружается в соответствующее положение. Реперные метки, также известные как реперные маркеры , представляют собой общие измеряемые точки для всех этапов процесса сборки. Существует много типов фидуциалов. Глобальные реперные метки используются для определения положения всех элементов на отдельной печатной плате. Когда несколько плат обрабатываются как панель, глобальные контрольные точки также могут называться контрольными точками панели, если они используются для определения местоположения цепей на основе панели. Локальные координаты используются для определения положения отдельного рельефа или компонента, который может потребовать более точного местоположения, например QFP с шагом 0,02 дюйма (0,51 мм). ^[1]

Плата расположена по глобальным меткам на PWB. Затем питатели подхватывают и центрируют детали на известном расстоянии от детали. Более высокая точность размещения требует помощи местных ориентиров, визуализируемых оптическими или лазерными датчиками. Вакуумная захватная головка удаляет компоненты из питателей. В конечном итоге компонент размещается в правильном месте X, Y и тета, при этом все выводы на правильных площадках контактируют с паяльной пастой. Печатные платы со всеми правильно размещенными компонентами затем перейдут к процессу оплавления.

В системе размещения компонентов следует учитывать три основных атрибута: точность, скорость и гибкость. Точность включает в себя аспекты разрешения, точности размещения и повторяемости. Скорость включает в себя такие аспекты, как скорость размещения оборудования, стратегия снижения номинальных характеристик и производительность производства. Скорость размещения определяется типом машины и расстоянием между компонентами на плате. Гибкость включает в себя разнообразие компонентов, количество фидеров и диапазон размеров печатных плат. ^[1]

Типы машин для захвата и размещения

Машина для захвата и размещения — это машина роботизированного типа, которая размещает различные типы компонентов. Он включает в себя такие функции, как: расположение устройств подачи компонентов, вакуумный захват, систему технического зрения, автоматическое выравнивание компонентов, повторяемую точность размещения и систему транспортировки печатных плат.

Машина для захвата и размещения часто является наиболее важной частью производственного оборудования, позволяющей размещать компоненты достаточно надежно и точно, чтобы обеспечить требуемую производительность экономически эффективным способом. Обычно оборудование для захвата и размещения поверхностного монтажа, включая полный комплект устройств подачи, составляет около 50% от общего объема капиталовложений, необходимых для линии по производству поверхностного монтажа среднего объема. ^[1]

Существует два основных типа машин для захвата и размещения:

Чип-шутер

Чип-шутеры используются для 90% наиболее распространенных компонентов, таких как пассивные и небольшие активные компоненты. Устройства для удаления 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 для размещения активных компонентов, требующих большей точности, не используются чип-шутеры. Существует три основных типа чип-стрелков: стационарная револьверная головка, подвесная головка и револьверная головка.

Гибкая россыпь

По сравнению с дробеструйными устройствами гибкие россыпи работают медленно (от 6 000 до 40 000 в час) и обладают высокой точностью (всего 25 мкм). ^[1] В результате для размещения сложных и активных компонентов с высокой производительностью ввода-вывода, таких как QFP, используются гибкие места размещения, поскольку более производительные компоненты ввода-вывода обычно требуют более высокой точности. Существует три основных типа гибких россыпей: верхний портал, револьверная головка и разделенная ось. Устройства для удаления стружки и гибкие россыпные устройства обычно используются совместно, и на их использование может приходиться почти 65% общей стоимости сборочной линии.

Типы размещения головок

Верхний портал

Установочная головка потолочной портальной системы позиционирования установлена на портальной балке (ось X). Во время выполнения процедуры балка перемещается перпендикулярно направлению движения установочной головки, что обеспечивает две степени свободы (выравнивание по X и Y) в плоскости, параллельной столу станка. Печатная плата и фидеры остаются неподвижными во время установки. Печатная плата располагается на столе путем идентификации глобальных и локальных ориентиров с помощью системы технического зрения. Эта установочная головка перемещается вдоль осевых балок для захвата компонентов из устройства подачи, а затем перемещается в положение для размещения компонентов. Вакуумное сопло на установочной головке перемещается вверх и вниз вертикально, обеспечивая ось Z, и вращается в горизонтальной плоскости, обеспечивая тета-угловое выравнивание. Иногда также применяется система вторичного видения для проверки правильности и соосности компонентов после подъема и перед установкой. Поскольку печатная плата и фидеры остаются неподвижными в последовательности размещения, устраняются дополнительные источники неточности позиционирования. Машина с верхним порталом имеет лучшую точность размещения 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 достигать более высокой скорости.

Стационарная турель/фиксированная турель

Стационарная револьверная система имеет относительно более высокую скорость за счет ряда одинаковых головок, вращающихся на одной турели. Устройство подачи перемещается в направлении X к фиксированному месту приема. Целых 36 вакуумных сопел по периметру вращающейся турели обеспечивают выравнивание по оси Z и тета. Турель вращает несколько головок между местами сбора и размещения. Плата перемещается в направлениях X и Y под вращающимися головками, останавливаясь под правильным местом размещения. По сравнению с портальной головкой, одновременные движения устройств подачи и печатных плат значительно повышают среднюю скорость размещения. Поскольку пассивные компоненты не требуют высокой точности размещения, они применяются исключительно в чип-шутерах. Стационарная револьверная система имеет ограничение, требующее большой площади для подвижного блока питателей (площадь = 2 * общая длина питателя). Еще одним ограничением является возможность смещения компонентов из-за механизма перемещения платы. ^[2]

Револьверная головка

Эта система сочетает в себе преимущество в скорости стационарной револьверной головки и преимущество в занимаемой площади верхнего портала. Впервые его использовала компания Siemens. ^[1] Стационарная револьверная головка с несколькими приемными головками выполняет одновременные функции, перемещая компоненты от приемника к местам размещения. Несколько револьверов установлены на независимых порталах для захвата нескольких деталей из стационарных устройств подачи перед перемещением на печатную плату. Подвижная турель и несколько турелей обеспечивают более высокую скорость установки, а головку револьвера можно использовать как в дробилках, так и в гибких россыпях. Но использование его в гибких россыпях на практике имело ограниченный успех. ^[3]

Разделенная ось

В системе с разделенной осью установочная головка перемещается в направлениях X, тета и Z, а печатная плата перемещается в направлении Y. Поскольку задействованы два движущихся компонента, на машине с разделенной осью немного сложнее достичь высокой точности по сравнению с машиной с верхним порталом. Но это значительно повышает скорость размещения.

Вакуумные насадки и захваты

Вакуумные насадки обычно используются для работы со всеми компонентами во время операций по их установке. Существуют различные размеры вакуумных сопел для компонентов разного размера. Для работы с небольшими компонентами в момент установки в дополнение к вакууму часто подается положительное давление, чтобы компонент полностью вышел из сопла.

Помимо вакуумных насадок механические захваты для обработки некоторых деталей необычной формы могут потребоваться . Самоцентрирующиеся механические захваты позволяют одновременно захватывать и автоматически центрировать без необходимости использования вакуума. Пара захватов типа пинцета удерживала деталь, центрируя ее по одной оси. Однако у самоцентрирующихся механических захватов есть некоторые недостатки: края захвата могут контактировать с эпоксидной смолой или паяльной пастой. Кроме того, между компонентами требуется дополнительное пространство для размещения захватов.

Виды кормушек

Питатели используются для подачи компонентов к подвижному захватывающему механизму укладочных машин. Питатели перемещают отдельные компоненты в фиксированное место, а также помогают подборщику извлекать компоненты из упаковки. По мере роста гибкости и скорости размещения систем возрастают и требования, предъявляемые к системам подачи компонентов. Большой ассортимент продукции и, соответственно, небольшие размеры партий приводят к частой смене питателя. Чтобы свести к минимуму время простоя машины, необходима быстрая замена питателя, поэтому питатели должны быть рассчитаны на быструю замену. Вот некоторые из распространенных типов кормушек.

Ленточные и катушечные устройства подачи

Устройство подачи с лентой и катушкой является наиболее часто используемой конструкцией устройства подачи. Ленточные питатели загружаются с катушки, которая устанавливается на катушку-приемную. Каретка отделения тянет катушку с лентой вперед до тех пор, пока следующий компонент не окажется в положении захвата. Когда датчик показывает, что компонент находится в позиции захвата, держатель перемещается вниз и фиксирует ленту. Ленточные питатели наиболее подходят для размещения большого количества одинаковых мелких компонентов. Ленточные питатели бывают различных размеров и могут использоваться для интегральных схем малого контура (SOIC) и пластиковых носителей микросхем с выводами (PLCC). Основным недостатком ленточного формата является невозможность переработки пустых лент. Отходы ленты весят в несколько раз больше, чем упакованные компоненты, особенно в случае с устройствами с небольшими микросхемами. Более того, размещение небольших недорогих компонентов на ленте требует дополнительных затрат.

Кормушки для палочек

Питатели палочек предназначены для компонентов, упакованных в линейные палочки (небольшие микросхемы, выпускаемые в небольших объемах). Компоненты перемещаются к месту приема под действием силы тяжести или вибрации. Он подает любые обычные SOP, SOT и PLCC, упакованные в форме палочек. Благодаря различным возможностям регулировки размера дорожки кормушку можно легко адаптировать к множеству различных типов компонентов. ^[4]

Питатели с матричными лотками

Питатели лотков Matrix используются для крупных, деликатных или дорогих компонентов. Они разработаны из-за необходимости работы с четырехъядерными плоскими пакетами и компонентами с мелким шагом. Они надежно удерживают компоненты, не повреждая хрупкие выводы. Весь лоток с матричным профилем перемещается, чтобы доставить ряды или отдельные компоненты к месту получения. Этот процесс зачастую медленнее по сравнению с ленточными устройствами подачи, поскольку компоненты, подаваемые в матричные лотки, часто требуют более высокого уровня точности размещения.

Насыпные кормушки

Устройство массовой подачи может работать с компонентами типа чипсов, которые используются в больших количествах. Устройство массовой подачи обычно распределяет компоненты, которые хранятся в контейнере, используя уникальный поворотный механизм позиционирования для позиционирования и ориентации компонентов и подачи их в положение захвата с помощью ленты из нержавеющей стали. Они дешевле по сравнению с ленточными устройствами подачи, поскольку в них нет ленточной упаковки, но традиционно производительность устройств массовой подачи проблематична из-за конструкции и мусора, образующихся в процессе подачи.

Прямой питатель

Питатели с прямой матрицей в основном используются для изготовления перевернутых чипов или чипов на плате. Устройство прямой подачи кристаллов может исключить отдельные и специализированные производственные линии для SMT, голых кристаллов и перевернутых чипов, объединив их в одну. Это также может обеспечить комплексные решения по сборке с гораздо более высокой скоростью и гибкостью, что приведет к снижению затрат на размещение. Кроме того, это может исключить дорогостоящие процессы, такие как перенос промежуточной матрицы в ленту с карманами, ленту для серфинга или вафельные упаковки перед размещением. ^[5]

Скорость размещения

На скорость размещения влияют многие факторы в процессе размещения.

Поломка питателя

На скорость размещения влияет время простоя линии. Поскольку проблемы с питателями являются основной причиной простоев, ремонт и техническое обслуживание питателей имеют решающее значение для операций по размещению компонентов. Вот распространенные способы обнаружения проблем с фидером: ^[6]

Устройство подачи не достигает желаемой производительности или производительность падает после достижения желаемого уровня. Устройство подачи имеет низкую или пониженную производительность.
Питатель работает шумно только в определенные периоды.
Питатель работает, но производительность снижена.
Устройство подачи работает шумно, но обеспечивает нормальную производительность.
Амплитуда фидера постепенно затухает или медленно уменьшается.
Поток материала, выходящего из питателя, является турбулентным, что создает непостоянный поток в процесс.
Выходная мощность питателя непостоянна, что приводит к колебаниям скорости подачи.

Настроена система размещения

Любая онлайн-настройка снижает производительность, а неправильные процедуры настройки также могут привести к дополнительному простою линии. Никакие доски не могут быть изготовлены, если система размещения не настроена. Из-за сложности процесса настройки и замены механизма подачи операторам важно знать о различных типах механизмов подачи. Существуют дополнительные инструменты, которые можно использовать для облегчения настройки размещения, такие как рулонные тележки для подачи, методы «точно в срок» ( JIT ) и интеллектуальные кормушки.

Снижение скорости размещения

На практике невозможно получить указанную теоретическую максимальную производительность для машин в системе размещения. Необходимо снизить теоретические значения, чтобы получить реалистичные значения из-за непредвиденных простоев, времени загрузки и разгрузки платы и конфигурации машины. Другие факторы включают размер печатной платы, сочетание компонентов и необходимость более сложного визуального распознавания компонентов с мелким шагом. Существует множество методов снижения номинальных характеристик . Глобальное снижение номинальных характеристик учитывает общесистемные остановки, замедления и настройки, а также машинные факторы. Чтобы рассчитать величину общего или системного снижения мощности, следует взять среднее количество всех компонентов, размещаемых в час за длительный период (т. е. за всю смену продукта). Регулярные запланированные остановки следует учитывать при определении уровня общего снижения мощности, требуемого системой. Для балансировки линии строгое снижение номинальных характеристик, учитывающее каждую единицу оборудования, находящегося в эксплуатации для конкретного продукта, должно проводиться для конкретной модели машины. Для полной оптимизации процесса необходимы строгие значения снижения номинальных характеристик.

См. также

Спецификация

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Ласки, Рональд. Справочник по электронной сборке и руководство по сертификации SMTA .
^ «Размещение компонентов СМ» . ami.ac.uk. Архивировано из оригинала 6 июля 2014 г. Проверено 23 мая 2014 г.
^ «PCB007 SMT 101 Шаг 6 — Размещение компонентов» . pcb007.com . Проверено 23 мая 2014 г.
^ «JUKI АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ | Питатели» . jas-smt.com . Проверено 23 мая 2014 г.
^ «HD_DDF_2_Seiter.QXD» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 мая 2014 г. Проверено 2 июня 2014 г.
^ Джим Митчелл (5 января 2007 г.). «Вибропитатели: десять распространенных проблем и способы их устранения» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 марта 2014 года . Проверено 5 июля 2014 г.

[lasky-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Ласки, Рональд. Справочник по электронной сборке и руководство по сертификации SMTA .

[ami-2] «Размещение компонентов СМ» . ami.ac.uk. Архивировано из оригинала 6 июля 2014 г. Проверено 23 мая 2014 г.

[pcb007-3] «PCB007 SMT 101 Шаг 6 — Размещение компонентов» . pcb007.com . Проверено 23 мая 2014 г.

[jas-smt-4] «JUKI АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ | Питатели» . jas-smt.com . Проверено 23 мая 2014 г.

[5] «HD_DDF_2_Seiter.QXD» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 мая 2014 г. Проверено 2 июня 2014 г.

[eriez-6] Джим Митчелл (5 января 2007 г.). «Вибропитатели: десять распространенных проблем и способы их устранения» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 марта 2014 года . Проверено 5 июля 2014 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]