SMT貼片生產(chǎn)線的設計資料

1、SMT 貼片生產(chǎn)線的設計SMT 是 Surface Mount Technology 的縮寫形式，譯成表面自動貼裝技術(shù)。美 國是 SMT 的發(fā)源地， 1963 年世界出現(xiàn)第一只表面貼裝元器件和飛利浦公司推出第一 塊表面貼裝集成電路以來， SMT 已由初期主要應用在軍事、航空、航天等尖端產(chǎn)品和 投資類產(chǎn)品逐漸廣泛應用到計算機、通訊、工業(yè)自動化、消費類電子產(chǎn)品等各行各業(yè)。 SMT 發(fā)展非常迅猛，進入 20 世紀 80 年代， SMT 技術(shù)已成為國際上最熱門的新一代 電子組裝技術(shù)，被譽為電子組裝技術(shù)一次革命。作為 “世界工廠 ”的中國，目前 SMT 生 產(chǎn)線的保有量不下上萬條，是名副其實的 SMT

2、生產(chǎn)大國。但由于 SMT 投資大、技術(shù) 性強，對于很多初涉這一領(lǐng)域的國內(nèi)企業(yè)來說， 面對型號眾多的 SMT 生產(chǎn)設備如何選 型建線，仍是一個復雜而艱難的工作。第一章 SMT 設備中貼片機的選擇最為關(guān)鍵一般 SMT 生產(chǎn)工藝包括： 焊膏印刷貼片機貼片回流焊 3 個步驟，所以 要組成一條完整的 SMT 生產(chǎn)線，必然包括實施上述工藝步驟的設備。特別是貼片機， 往往會占到整條生產(chǎn)線投資的 60以上，所以貼片機的選擇最為關(guān)鍵。（我司 SMT 設備組架是半自動印刷機 +SiemensHS50+F5+ 回流焊。主要貼片設備都是以 Siemens S20 、HS50 、 F5 為主， JUKI 設備為副）1.

3、貼片機 1）貼片機的分類目前生產(chǎn)貼片機的廠家眾多，結(jié)構(gòu)也各不相同，但按規(guī)模和速度大致可分為大 型高速機 （俗稱“高速機”和中型中速機 （俗稱“中速機 ”，）其他還有小型貼片機和半自動 手動貼片機。一部大型機的價格一般為中型機的 3-4 倍。生產(chǎn)大型高速貼片機的廠商 主要有 Panasonic、Siemens、FUJI、飛利浦、Assemble。n（安必昂）、Hitachi（原三洋） 等；生產(chǎn)中型中速貼片機的廠商主要有 Juki、 Yamaha、 Samsung 、 Mirae、 Mydata 等。其中 Panasonic 、 Siemens 、 Fuji 貼片機的市場占有率最高， 號稱貼片機市

4、場的 “三 駕馬車 ”。無論對于大型機廠商還是對中型機廠商來說， 所推薦的 SMT 生產(chǎn)線一般由 2 臺 貼片機組成：一臺片式 Chip 元件貼片機 （俗稱高速貼片機 ）和一臺 IC 元件貼片機 （俗稱 高精度貼片機 ），這樣各司其責，有利于貼片機發(fā)揮出最高的貼片效率。但現(xiàn)在情況正 發(fā)生著改變，由于很多廠商都推出了多功能貼片機， 使SMT生產(chǎn)線只有一臺貼片機成 為可能。一臺多功能貼片機在保持較高貼片速度的情況下，可以完成所有元件的貼裝， 減少了投資，這種貼片機頗受中小企業(yè)、科研院所的青睞。典型機型有 Siemens 的 F 5 系列、 Panasonic 的 MSF。2）貼片機結(jié)構(gòu)目前貼片機結(jié)

5、構(gòu)大致可分為四種類型：動臂式 （又稱“拱架式 ”、）復合式、轉(zhuǎn)塔式 和大型平行系統(tǒng)。動臂式機器是最傳統(tǒng)的貼片機，具有較好的靈活性和精度，適用于大部分元件， 高精度機器一般都是這種類型，但其速度無法與其它類型相比。不過元件排列越來越 集中在有源部件上，比如有引線的 QFP（Quad flat package，四邊扁平封裝器件）和BGA（Ball grid darray ,球柵陣列器件）,安裝精度對高產(chǎn)量有至關(guān)重要的作用。 復合式、 轉(zhuǎn)盤式和大型平行系統(tǒng)一般不適用于這種類型的元件安裝。動臂式機器分為單臂式和 多臂式，單臂式是最早先發(fā)展起來的現(xiàn)在仍然使用的多功能貼片機。在單臂式基礎上 發(fā)展起來的多臂

6、式貼片機可將工作效率成倍提高，如美國Universal公司的GSM2貼片機就有兩個動臂安裝頭，可交替對一塊PCB進行安裝。動臂式機器的結(jié)構(gòu)如圖1所 示。絕大多數(shù)貼片機廠商均推出了采用這一結(jié)構(gòu)的高精度貼片機和中速貼片機，例如Universal 公司的 GSM 系列、Assembleon 公司的 ACM、Hitachi 公司的 TIM-X、Fuji 公司的QP-341E和XP系列、Panasonic公司的BM221、Samsung公司的CP60系 列、Yamaha公司的YV系列、Juki公司的KE系列、Mirae公司的MPS系列。貼熱頭在鷲方向移勸* 復合式機器是從動臂式機器發(fā)展而來，它集合了轉(zhuǎn)塔

7、式和動臂式的特點，在動臂上安裝有轉(zhuǎn)盤，像Siemens的Siplace80S系列貼片機，有兩個帶有12個吸嘴的轉(zhuǎn) 盤，如圖2所示。Uni versal公司也推出了采用這一結(jié)構(gòu)的貼片機 Gen esis，有兩個帶 有30個吸嘴的旋轉(zhuǎn)頭，貼片速度達到 60000片/h。從嚴格意義上來說，復合式機器 仍屬于動臂式結(jié)構(gòu)。由于復合式機器可通過增加動臂數(shù)量來提高速度，具有較大靈活 性，因此它的發(fā)展前景被看好，例如 Siemens的HS60機器就安裝有4個旋轉(zhuǎn)頭。由 2 Sienwns 帖 SiphrrSUS 系列 KK 片機轉(zhuǎn)塔的結(jié)構(gòu)如圖3所示。轉(zhuǎn)塔式機器由于拾取元件和貼片動作同時進行，使得 貼片速度大幅

8、度提高。這種結(jié)構(gòu)的高速貼片機在我國的應用也很普遍，不但速度較高， 而且歷經(jīng)十余年的發(fā)展技術(shù)已非常成熟，如 F呻公司的CP842E機器貼裝速度可達到 0. 068s/片。但是這種機器由于機械結(jié)構(gòu)所限，其貼裝速度已達到一個極限值，不可能再大幅度提高。該機型的不足之處是只能處理帶狀料轉(zhuǎn)塔式機器主要應用于大規(guī)模的計算機板卡、移動電話、家電等產(chǎn)品的生產(chǎn)上，這是因為在這些產(chǎn)品當中，阻容 元件特別多、裝配密度大，很適合采用這一機型進行生產(chǎn)。相當多的臺資、港資電子 組裝企業(yè)以及國內(nèi)電器生產(chǎn)商都采用這一機型，以滿足高速組裝的要求。生產(chǎn)轉(zhuǎn)塔式 機器的廠商主要有 Panasonic、Hitachi、Fuji。大規(guī)模

9、平行系統(tǒng)使用一系列小的單獨的貼裝單元。每個單元有自己的絲桿位置系統(tǒng)，安裝有相機和貼裝頭。每個貼裝頭可吸取有限的帶式送料器，貼裝PCB的一部分，PCB以固定的間隔時間在機器內(nèi)步步推進。單獨地各個單元機器運行速度較慢?？墒?，它們連續(xù)的或平行的運行會有很高的產(chǎn)量。如Philips公司的FCM機器有16個安裝頭，實現(xiàn)了 0. 0375s /片的貼裝速度，但就每個安裝頭而言，貼裝速度在 0. 6S/片左右，仍有大幅度提高的可能。這種機型也主要適用于規(guī)模化生產(chǎn)，需要指出的 是，由于各種原因這種機型在我國電子行業(yè)中的市場占有率較前 3 種機型要小許多。 生產(chǎn)大規(guī)模平行系統(tǒng)式機器的廠商主要有 PhilipS

10、， Fuji 公司也推出了采用這一結(jié)構(gòu)的 QP-132型超高速貼片機，整機貼裝速度高達 13 . 3萬片/ h，堪稱業(yè)界第一。復合式、轉(zhuǎn)塔式和大型平行系統(tǒng)屬于高速貼裝系統(tǒng)，一般用于小型片狀元件安 裝。轉(zhuǎn)塔式機器也被稱作 “射片機 ”(ChipShooter) ，因為它通常用于組裝片式電阻電容。 另外，此類機器具有高速 “射出”的能力。因為無源元件，即 “芯片”以及其他引線元件所 需精度不高，射片機組裝可實現(xiàn)較高的產(chǎn)能。高速機器由于結(jié)構(gòu)較普通動臂式機器復 雜許多，因而價格也高出許多，在選擇設備時要考慮到這一點。試驗表明，動臂式機器的安裝精度較好，安裝速度為 5X103-20X103個/h元 件(

11、cph)。復合式和轉(zhuǎn)塔式機器的組裝速度較高，一般為 20X103-50 X103個/h。大型 平行系統(tǒng)的組裝速度最快，可達 50X103-100 X103個/ h。第二章 印刷機與貼片機的情況不同，印刷機的生產(chǎn)廠商要少許多，主要有美國的MPM、英國的DEK、日本的Minami、Hitachi、德國的EKRA，特別是前兩家，市場占有率較其 它廠商高出許多。 印刷機可分為半自動和全自動兩種， 半自動不能與其他 SMT 設備連 接，需要人為干預 (例如傳送板子 )，但結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜 (僅相當于全自動機型的 1 10-1 5)，適合科研院所使用，典型機型 DEK 的 248。全自動印刷機可連進 S

12、MT 生產(chǎn)線里，無須人為干預，自動化程度高，適用于規(guī)模化生產(chǎn)。如英國 DEK 公司的 D EK265 INF INITY 型印刷機就是一種具有伺服壓力控制系統(tǒng)的全自動印刷機。 印刷參 數(shù)可用計算機數(shù)字化設置，絲網(wǎng)和基板的標記可用其視覺系統(tǒng)自動識別對準，其印刷 重復定位精度可達 . 004mm、印刷循環(huán)周期為8s。其他較典型機型有 MPM的UP 3000 系列、 Minami 的 MK 系列、 EKRA 的 X5。需要指出，在傳統(tǒng)的焊膏印刷過程中，影響印刷效果的最大變量之一是放置在 模板上的焊膏品質(zhì)不斷地變化；焊膏中助焊劑的蒸發(fā)；焊劑中的低沸點溶劑的蒸發(fā)； 錫球在開放的環(huán)境中氧化及焊膏在印刷暫停

13、時可印性變差等。另外，隨著焊膏的使用， 刮刀推動的焊膏量減少，從而引起漏印，或者由于過多的焊膏粘在刮刀上而引起網(wǎng)孔 不能完全填滿。解決這個問題的辦法是將焊膏放在一個容器里，采用自動焊膏涂敷系 統(tǒng)，就可以保證焊膏適時適量地加到模板上。另外，使用帶有涂敷系統(tǒng)的容器還可減 少焊膏在操作者面前的暴露程度，并且使設備和其它工具盡量保持干凈。目前 MPM 和DEK公司都開始采用這一新技術(shù)，MPM稱之為 流變泵” DEK稱之為“ProFlow。第三章 回流焊爐回流焊接設備正向著高效、多功能、智能化發(fā)展，其中有具有獨特的多噴口氣 流控制的回流焊爐、帶氮氣保護的回流焊爐、帶局部強制冷卻的回流焊爐、可以監(jiān)測 元器

14、件溫度的回流焊爐、帶有雙路輸送裝置的回流焊爐、帶中心支撐裝置的回流焊爐 等。除了上述這些新型回流焊爐外，智能化再流焊爐也已經(jīng)出現(xiàn)了，其調(diào)整運轉(zhuǎn)由內(nèi) 置計算機控制，在 Window 視窗操作環(huán)境下可很方便使用鍵盤或光筆輸入各種數(shù)據(jù)， 又可迅速地從內(nèi)存中取出或更換回流焊工藝曲線，節(jié)省調(diào)整時間，提高了生產(chǎn)效率。 智能化回流焊爐的許多機構(gòu)的運作，例如：回流爐自動啟動和停止，在規(guī)定時間選定 存儲的回流焊工藝曲線，自動調(diào)整加熱區(qū)設置，啟動回流焊爐，到時關(guān)閉。鏈式傳送 帶寬度自動調(diào)節(jié)，與加工印制板尺寸相匹配，通氮工藝與常規(guī)空氣回流焊工藝變換等功能的自動設置都不必人工操作，全由計算機程序控制。智能化回流焊爐的

15、出現(xiàn)，給SMT 焊接工藝增添了新的活力?；亓骱笭t的主要廠家有美國 BTU 、Heller 、德國 ERSA 、SEHO 、荷蘭的 SOLT EC 及日本 ANTOM 等公司?；亓骱笭t國內(nèi)廠家也可制造，例如勁拓、創(chuàng)益等，盡管在 功能性、穩(wěn)定性、溫控精度上與國外先進水平有些差距，但性能完全可以滿足需求， 價格也要便宜很多。第四章 組線設計不可盲目求大求全在建立 SMT 生產(chǎn)線時要根據(jù)企業(yè)的投資能力， 產(chǎn)量的大小， 線路板的貼裝精度 要求等因素， 制定合理的引進計劃。 選擇設備時應 “量體裁衣 ”，切不可盲目地求大求全， 以免造成不必要的浪費。 根據(jù)不同用戶的需求， 筆者設計了幾種建線方案， 僅供參

16、考 （未 加說明均為一臺 ）：方案一：多功能 SMT 生產(chǎn)線。 DEK248 半自動印刷機、 SiemensF5 多功能貼 片機、勁拓 GS-800 回流焊爐、熊貓精機傳送機構(gòu)。評價：該生產(chǎn)線盡管只采用 1 臺 Siemens F5 多功能貼片機，但可貼裝近乎所有元件，另外為壓縮開支，回流焊爐和 傳送機構(gòu)均可采用國產(chǎn)設備，印刷機為半自動。預計總投資在 250 萬元左右。該生產(chǎn) 線適合批量不大、品種較多的小型企業(yè)和科研院所。方案二：中速 SMT 生產(chǎn)線。 YAMAHA YVP-Xg 全自動視覺印刷機、 YAMAHA YVl00Xg 片式 Chip 元件貼片機、 YAMAHA YV88Xg 高精度

17、貼片機、 Vitronics Sohe c XPM 820N 回流焊爐。評價：典型的中速貼片線配置方案，適合中小型企業(yè)規(guī)?；?生產(chǎn)，預計總投資在 300-400 萬元。l 公司的 4797 高速轉(zhuǎn)塔貼片機、 Universal 公司的 Advantis 高精度貼片機、 Nutek 傳 送機構(gòu)、 Heller 1800EXL 回流焊爐。評價：經(jīng)典的高速貼片線配置方案，適合大中型 電子企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，預計總投資在 700-900 萬元。方案四：超高速 SMT 生產(chǎn)線。 MPM 的 UP3000 全自動視覺印刷機、 Panasoni c 公司的 HTl22 高速轉(zhuǎn)塔貼片機三臺 （ 或 Fuji 公司

18、的 CP842E 高速轉(zhuǎn)塔貼片機 ）、Unive rsal 公司的 Advantis 高精度貼片機二臺、 Nutek 傳送機構(gòu)、 Vitronics Sohec 公司的 X PM2-SERIES 回流焊爐。評價：典型的 “三高兩泛 ”配置，適合大型電子企業(yè)某單一產(chǎn) 品的大規(guī)模生產(chǎn)，例如手機、電腦板卡等等，預計總投資在 1500-1800 萬元。第五章 評估確保設備性能符合要求當購買 SMT 設備時，按適當?shù)臉藴试u估設備是很重要的， 評估應圍繞擬購設備 的各方面能力展開， 確保設備性能符合要求。 我們以 SMT 設備中最關(guān)鍵的貼片機評估 為例，以下是對某型高精度貼片機進行評估的一覽表。分四個方面： PCB 處理、元件 范圍、元件送料器和貼放要求。見表 1 表 4。1