SMT貼片生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

1、SMT貼片生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)SMT是Surface Mount Technology的縮寫形式，譯成表面自動(dòng)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(yīng)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(yīng)用到計(jì)算機(jī)、通訊、工業(yè)自動(dòng)化、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等各行各業(yè)。SMT發(fā)展非常迅猛，進(jìn)入20世紀(jì)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(yù)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(shí)的SMT生產(chǎn)大國。但由于SMT投資大、技術(shù)性強(qiáng)，對于很多初涉這一領(lǐng)

2、域的國內(nèi)企業(yè)來說，面對型號眾多的SMT生產(chǎn)設(shè)備如何選型建線，仍是一個(gè)復(fù)雜而艱難的工作。第一章SMT設(shè)備中貼片機(jī)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(jī)貼片回流焊3個(gè)步驟，所以要組成一條完整的SMT生產(chǎn)線，必然包括實(shí)施上述工藝步驟的設(shè)備。特別是貼片機(jī)，往往會(huì)占到整條生產(chǎn)線投資的60以上，所以貼片機(jī)的選擇最為關(guān)鍵。（我司SMT設(shè)備組架是半自動(dòng)印刷機(jī)+SiemensHS50+F5+回流焊。主要貼片設(shè)備都是以Siemens S20、HS50、F5為主，JUKI設(shè)備為副）1.貼片機(jī)1）貼片機(jī)的分類目前生產(chǎn)貼片機(jī)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(jī)(俗稱“高速機(jī)”和中

3、型中速機(jī)(俗稱“中速機(jī)”)，其他還有小型貼片機(jī)和半自動(dòng)手動(dòng)貼片機(jī)。一部大型機(jī)的價(jià)格一般為中型機(jī)的3-4倍。生產(chǎn)大型高速貼片機(jī)的廠商主要有Panasonic、Siemens、FUJI、飛利浦、Assembleon(安必昂)、Hitachi(原三洋)等；生產(chǎn)中型中速貼片機(jī)的廠商主要有Juki、Yamaha、Samsung、Mirae、Mydata等。其中Panasonic、Siemens、Fuji貼片機(jī)的市場占有率最高，號稱貼片機(jī)市場的“三駕馬車”。無論對于大型機(jī)廠商還是對中型機(jī)廠商來說，所推薦的SMT生產(chǎn)線一般由2臺(tái)貼片機(jī)組成：一臺(tái)片式Chip元件貼片機(jī)(俗稱高速貼片機(jī))和一臺(tái)IC元件貼片機(jī)(俗

4、稱高精度貼片機(jī))，這樣各司其責(zé)，有利于貼片機(jī)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(jī)，使SMT生產(chǎn)線只有一臺(tái)貼片機(jī)成為可能。一臺(tái)多功能貼片機(jī)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(jī)頗受中小企業(yè)、科研院所的青睞。典型機(jī)型有Siemens的F5系列、Panasonic的MSF。2）貼片機(jī)結(jié)構(gòu)目前貼片機(jī)結(jié)構(gòu)大致可分為四種類型：動(dòng)臂式(又稱“拱架式”)、復(fù)合式、轉(zhuǎn)塔式和大型平行系統(tǒng)。動(dòng)臂式機(jī)器是最傳統(tǒng)的貼片機(jī)，具有較好的靈活性和精度，適用于大部分元件，高精度機(jī)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

5、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(fù)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(dòng)臂式機(jī)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(jī)。在單臂式基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多臂式貼片機(jī)可將工作效率成倍提高，如美國Universal公司的GSM2貼片機(jī)就有兩個(gè)動(dòng)臂安裝頭，可交替對一塊PCB進(jìn)行安裝。動(dòng)臂式機(jī)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。絕大多數(shù)貼片機(jī)廠商均推出了采用這一結(jié)構(gòu)的高精度貼片機(jī)和中速貼片機(jī)，例如Universal公司的GSM

6、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。復(fù)合式機(jī)器是從動(dòng)臂式機(jī)器發(fā)展而來，它集合了轉(zhuǎn)塔式和動(dòng)臂式的特點(diǎn)，在動(dòng)臂上安裝有轉(zhuǎn)盤，像Siemens的Siplace80S系列貼片機(jī)，有兩個(gè)帶有12個(gè)吸嘴的轉(zhuǎn)盤，如圖2所示。Universal公司也推出了采用這一結(jié)構(gòu)的貼片機(jī)Genesis，有兩個(gè)帶有30個(gè)吸嘴的旋轉(zhuǎn)頭，貼片速度達(dá)到60000片h。從嚴(yán)格意義上來說，復(fù)合式機(jī)器仍屬于動(dòng)臂式

7、結(jié)構(gòu)。由于復(fù)合式機(jī)器可通過增加動(dòng)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(jī)器就安裝有4個(gè)旋轉(zhuǎn)頭。轉(zhuǎn)塔的結(jié)構(gòu)如圖3所示。轉(zhuǎn)塔式機(jī)器由于拾取元件和貼片動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，使得貼片速度大幅度提高。這種結(jié)構(gòu)的高速貼片機(jī)在我國的應(yīng)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(jī)器貼裝速度可達(dá)到0068s片。但是這種機(jī)器由于機(jī)械結(jié)構(gòu)所限，其貼裝速度已達(dá)到一個(gè)極限值，不可能再大幅度提高。該機(jī)型的不足之處是只能處理帶狀料。 轉(zhuǎn)塔式機(jī)器主要應(yīng)用于大規(guī)模的計(jì)算機(jī)板卡、移動(dòng)電話、家電等產(chǎn)品的生產(chǎn)上，這是因?yàn)樵谶@些產(chǎn)品當(dāng)中，阻容元件特別多

8、、裝配密度大，很適合采用這一機(jī)型進(jìn)行生產(chǎn)。相當(dāng)多的臺(tái)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(jī)型，以滿足高速組裝的要求。生產(chǎn)轉(zhuǎn)塔式機(jī)器的廠商主要有Panasonic、Hitachi、Fuji。大規(guī)模平行系統(tǒng)使用一系列小的單獨(dú)的貼裝單元。每個(gè)單元有自己的絲桿位置系統(tǒng)，安裝有相機(jī)和貼裝頭。每個(gè)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(shí)間在機(jī)器內(nèi)步步推進(jìn)。單獨(dú)地各個(gè)單元機(jī)器運(yùn)行速度較慢。可是，它們連續(xù)的或平行的運(yùn)行會(huì)有很高的產(chǎn)量。如Philips公司的FCM機(jī)器有16個(gè)安裝頭，實(shí)現(xiàn)了00375s片的貼裝速度，但就每個(gè)安裝頭而言，貼裝速度在06s片左右，仍有大幅度提

9、高的可能。這種機(jī)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(jī)型在我國電子行業(yè)中的市場占有率較前3種機(jī)型要小許多。生產(chǎn)大規(guī)模平行系統(tǒng)式機(jī)器的廠商主要有Philips，F(xiàn)uji公司也推出了采用這一結(jié)構(gòu)的QP-132型超高速貼片機(jī)，整機(jī)貼裝速度高達(dá)133萬片h，堪稱業(yè)界第一。復(fù)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(jī)器也被稱作“射片機(jī)”(Chip shooter)，因?yàn)樗ǔＳ糜诮M裝片式電阻電容。另外，此類機(jī)器具有高速“射出”的能力。因?yàn)闊o源元件，即“芯片”以及其他引線元件所需精度不高，射片機(jī)組裝可實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)能。高速機(jī)器由于結(jié)構(gòu)較普通動(dòng)臂式機(jī)器復(fù)

10、雜許多，因而價(jià)格也高出許多，在選擇設(shè)備時(shí)要考慮到這一點(diǎn)。試驗(yàn)表明，動(dòng)臂式機(jī)器的安裝精度較好，安裝速度為5×103-20×103個(gè)h元件(cph)。復(fù)合式和轉(zhuǎn)塔式機(jī)器的組裝速度較高，一般為20×103-50×103個(gè)h。大型平行系統(tǒng)的組裝速度最快，可達(dá)50×103-100×103個(gè)h。第二章 印刷機(jī)與貼片機(jī)的情況不同，印刷機(jī)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(jī)可分為半自動(dòng)和全自動(dòng)兩種，半自動(dòng)不能與其他SMT設(shè)備連接，需

11、要人為干預(yù)(例如傳送板子)，但結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜(僅相當(dāng)于全自動(dòng)機(jī)型的110-15)，適合科研院所使用，典型機(jī)型DEK的248。全自動(dòng)印刷機(jī)可連進(jìn)SMT生產(chǎn)線里，無須人為干預(yù)，自動(dòng)化程度高，適用于規(guī)?；a(chǎn)。如英國DEK公司的DEK265 INF INITY型印刷機(jī)就是一種具有伺服壓力控制系統(tǒng)的全自動(dòng)印刷機(jī)。印刷參數(shù)可用計(jì)算機(jī)數(shù)字化設(shè)置，絲網(wǎng)和基板的標(biāo)記可用其視覺系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別對準(zhǔn)，其印刷重復(fù)定位精度可達(dá)±0004mm、印刷循環(huán)周期為8s。其他較典型機(jī)型有MPM的UP3000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

12、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(diǎn)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時(shí)可印性變差等。另外，隨著焊膏的使用，刮刀推動(dòng)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(gè)問題的辦法是將焊膏放在一個(gè)容器里，采用自動(dòng)焊膏涂敷系統(tǒng)，就可以保證焊膏適時(shí)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(shè)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(shè)備正向著高效、多功能、智能化發(fā)展，其

13、中有具有獨(dú)特的多噴口氣流控制的回流焊爐、帶氮?dú)獗Ｗo(hù)的回流焊爐、帶局部強(qiáng)制冷卻的回流焊爐、可以監(jiān)測元器件溫度的回流焊爐、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(yùn)轉(zhuǎn)由內(nèi)置計(jì)算機(jī)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(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。智能化回流焊爐的許多機(jī)構(gòu)的運(yùn)作，例如：回流爐自動(dòng)啟動(dòng)和停止，在規(guī)定時(shí)間選定存儲(chǔ)的回流焊工藝曲線，自動(dòng)調(diào)整加熱區(qū)設(shè)置，啟動(dòng)回流焊爐，到時(shí)關(guān)閉。鏈?zhǔn)絺魉蛶挾茸詣?dòng)調(diào)節(jié)，與加工印制板尺寸相匹配，通氮工藝與常規(guī)空

14、氣回流焊工藝變換等功能的自動(dòng)設(shè)置都不必人工操作，全由計(jì)算機(jī)程序控制。智能化回流焊爐的出現(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SOLTEC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(jìn)水平有些差距，但性能完全可以滿足需求，價(jià)格也要便宜很多。第四章 組線設(shè)計(jì)不可盲目求大求全在建立SMT生產(chǎn)線時(shí)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(jìn)計(jì)劃。選擇設(shè)備時(shí)應(yīng)“量體裁衣”，切不可盲目地求大求全，以免造成不必要的浪費(fèi)。根據(jù)不同用戶的需求，

15、筆者設(shè)計(jì)了幾種建線方案，僅供參考(未加說明均為一臺(tái))：方案一：多功能SMT生產(chǎn)線。DEK248半自動(dòng)印刷機(jī)、SiemensF5多功能貼片機(jī)、勁拓GS-800回流焊爐、熊貓精機(jī)傳送機(jī)構(gòu)。評價(jià)：該生產(chǎn)線盡管只采用1臺(tái)Siemens F5多功能貼片機(jī)，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(jī)構(gòu)均可采用國產(chǎn)設(shè)備，印刷機(jī)為半自動(dòng)。預(yù)計(jì)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(dòng)視覺印刷機(jī)、YAMAHA YVl00Xg片式Chip元件貼片機(jī)、YAMAHA YV88Xg高精度貼片機(jī)、Vitronics S

16、ohec XPM 820N回流焊爐。評價(jià)：典型的中速貼片線配置方案，適合中小型企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，預(yù)計(jì)總投資在300-400萬元。方案三：高速SMT生產(chǎn)線。DEK265 INFIN-ITY全自動(dòng)視覺印刷機(jī)、Universal公司的4797高速轉(zhuǎn)塔貼片機(jī)、Universal公司的Advantis高精度貼片機(jī)、Nutek傳送機(jī)構(gòu)、Heller 1800EXL回流焊爐。評價(jià)：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)模化生產(chǎn)，預(yù)計(jì)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(dòng)視覺印刷機(jī)、Panasonic公司的HTl22高速轉(zhuǎn)塔貼片機(jī)三臺(tái)(或Fuji公司的CP842E高速轉(zhuǎn)塔貼片機(jī))、Universal公司的Advantis高精度貼片機(jī)二臺(tái)、Nut