SMT生產(chǎn)線經(jīng)典配置方案全文SMT工程師不可不看

年4月19日SMT生產(chǎn)線經(jīng)典配置方案全文SMT工程師不可不看資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系本人改正或者刪除。SMT生產(chǎn)線經(jīng)典配置方案!SMT工程師不可不看

SMT是SurfaceMountTechnology的縮寫形式,譯成表面貼裝技術(shù)。美國是SMT的創(chuàng)造地,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)用到計算機(jī)、通訊、軍事、工業(yè)自動化、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,當(dāng)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)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,仍是一個復(fù)雜而艱難的工作。本文將對SMT設(shè)備作一概括介紹,以供企業(yè)SMT建線時參考。1

SMT設(shè)備: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、貼片和回流焊三個步驟,因此要組成一條完整的SMT生產(chǎn)線,必然包括實(shí)施上述工藝步驟的設(shè)備:印刷機(jī)、貼片機(jī)和回流焊爐。特別是貼片機(jī),往往會占到整條生產(chǎn)線投資的60%以上,因此貼片機(jī)的選擇最為關(guān)鍵。本文將這三種設(shè)備的基本情況進(jìn)行介紹。1.1貼片機(jī)1.1.1

貼片機(jī)分類當(dāng)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”高檔機(jī)”)和中型中速機(jī)(俗稱”中檔機(jī)”),其它還有小型貼片機(jī)和半自動/手動貼片機(jī),本文將不作介紹。一部大型機(jī)的價格一般為中型機(jī)的3至4倍。生產(chǎn)大型高速貼片機(jī)的廠商主要有Panasonic、Siemens、Fuji、Universal、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,被稱為貼片機(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臺貼片機(jī)組成:一臺片式Chip元件貼片機(jī)(俗稱高速貼片機(jī))和一臺IC元件貼片機(jī)(俗稱高精度貼片機(jī)),這樣各司其責(zé),有利于SMT生產(chǎn)線發(fā)揮出最高的生產(chǎn)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)線只由一臺貼片機(jī)組成成為可能。一臺多功能貼片機(jī)在保持較高貼片速度的情況下,能夠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。1.1.2

貼片機(jī)結(jié)構(gòu)當(dāng)前貼片機(jī)結(jié)構(gòu)大致可分為四種類型:動臂式(又稱”拱架式”)、復(fù)合式、轉(zhuǎn)塔式和大型平行系統(tǒng)。(1)動臂式。動臂式機(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,但其速度無法與復(fù)合式、轉(zhuǎn)塔式和大型平行系統(tǒng)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(Quadflatpackage,四邊扁平封裝器件)和BGA(Ballgridarray,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)塔式和大型平行系統(tǒng)一般不適用于這種類型的元件安裝。動臂式機(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)在依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)就有兩個動臂安裝頭,可交替對一塊PCB(PrintCircuitBoard,印刷線路板)進(jìn)行安裝。動臂式機(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系列、Assembleon公司的AQ-1、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。

(2)復(fù)合式。復(fù)合式機(jī)器是從動臂式機(jī)器發(fā)展而來,它集合了轉(zhuǎn)塔式和動臂式的特點(diǎn),在動臂上安裝有轉(zhuǎn)盤,像Siemens的Siplace80S系列貼片機(jī),有兩個帶有12個吸嘴的旋轉(zhuǎn)頭,如圖2所示。Universal公司也推出了帶有30個吸嘴的旋轉(zhuǎn)頭,稱之為”閃電頭”,兩個這樣的旋轉(zhuǎn)頭安裝在Genesis貼片機(jī)上,可實(shí)現(xiàn)每小時60,000片貼片速度。從嚴(yán)格意義上來說,復(fù)合式機(jī)器仍屬于動臂式結(jié)構(gòu)。由于復(fù)合式機(jī)器可經(jīng)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(jī)器就安裝有4個旋轉(zhuǎn)頭,貼裝速度可達(dá)每小時60,000片。

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(3)轉(zhuǎn)塔式。轉(zhuǎn)塔的概念是使用一組移動的送料器,轉(zhuǎn)塔從這里吸取元件,然后把元件貼放在位于移動的工作臺上的電路板上面,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作同時進(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)在中國的應(yīng)用也很普遍,不但速度快,而且歷經(jīng)十余年的發(fā)展技術(shù)已非常成熟,如Fuji公司的CP842E機(jī)器貼裝速度可達(dá)到0.068秒/片?？墒沁@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)模的計算機(jī)板卡、移動電話、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、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。

(4)大型平行系統(tǒng)。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(jī)器內(nèi)步步推進(jìn)。單獨(dú)地各個單元機(jī)器運(yùn)行速度較慢?？墒?它們連續(xù)的或平行的運(yùn)行會有很高的產(chǎn)量。如Philips公司的AX-5機(jī)器可最多有20個貼裝頭,實(shí)現(xiàn)了每小時15萬片的貼裝速度,堪稱業(yè)界第一,但就每個貼裝頭而言,貼裝速度在每小時7500片左右,仍有大幅度提高的可能。這種機(jī)型也主要適用于規(guī)模化生產(chǎn),例如手機(jī),需要指出的是,由于各種原因這種機(jī)型在中國電子行業(yè)中的市場占有率較前三種機(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,Fuji公司也推出了采用類似結(jié)構(gòu)的NXT型超高速貼片機(jī),經(jīng)過搭載能夠更換的貼裝工作頭,同一臺機(jī)器既能夠是高速機(jī)也能夠是泛用機(jī),幾乎能夠進(jìn)行所有貼裝元器件的貼裝,從而使設(shè)備的初期投資及增加設(shè)備投資降低到最低程度。

1.1.3

貼片機(jī)比較

復(fù)合式、轉(zhuǎn)塔式和大型平行系統(tǒng)屬于高速安裝系統(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)”(Chipshooter),因?yàn)樗话阋娪诮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”以及其它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)較普通動臂式機(jī)器復(fù)雜許多,因而價格也高出許多,在選擇設(shè)備時要考慮到這一點(diǎn)。

試驗(yàn)表明,動臂式機(jī)器的安裝精度較好,安裝速度為每小時5000-0個元件。復(fù)合式和轉(zhuǎn)塔式機(jī)器的組裝速度較高,一般為每小時0-60000個。大型平行系統(tǒng)的組裝速度最快,可達(dá)5個。裝的基礎(chǔ),在進(jìn)行SMT組線設(shè)計時必須對要其中的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研,了解其具體的技術(shù)參數(shù)。有了這些認(rèn)識,就能夠識別不同設(shè)備的優(yōu)劣,并作出明智的選擇。同時,選擇設(shè)備時應(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)。1.2印刷機(jī)

與貼片機(jī)的情況不同,印刷機(jī)的廠商要少許多,主要有美國的MPM、英國的DEK、日本的Minami、Hitachi、德國的EKRA,特別是MPM與DEK,無論從品牌知名度還是市場占有率來看,都是印刷機(jī)市場當(dāng)中的領(lǐng)先者。印刷機(jī)可分為半自動和全自動兩種,半自動不能與其它SMT設(shè)備連接,需要人為干預(yù)(例如傳送板子),但結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜(僅相當(dāng)于全自動機(jī)型的1/10~1/5),適合科研院所使用,典型機(jī)型DEK的248。全自動印刷機(jī)可連進(jìn)SMT生產(chǎn)線里,無須人為干預(yù),自動化程度高,適用于規(guī)?；a(chǎn)。如英國DEK公司的DEK265INFINITY型印刷機(jī)就是一種具有伺服壓力控制系統(tǒng)的全自動印刷機(jī)。印刷參數(shù)可用計算機(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)自動識別對準(zhǔn),其印刷重復(fù)定位精度可達(dá)±0.004mm、印刷循環(huán)周期為8秒。其它較典型機(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),就能夠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,而且使設(shè)備和其它工具盡量保持干凈。當(dāng)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”。

1.3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、能夠監(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,智能化再流爐也已經(jīng)出現(xiàn)了,其調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)由內(nèi)置計算機(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(shè)置,啟動回流焊爐,到時關(guān)閉。鏈?zhǔn)絺魉蛶挾茸詣诱{(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(shè)置都不必人工操作,全由計算機(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。

回流焊爐的主要廠家有美國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,但性能完全能夠滿足需求,價格也要便宜很多。

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組線設(shè)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(jìn)計劃。選擇設(shè)備時應(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,筆者設(shè)計了幾種建線方案,僅供參考(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(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:該生產(chǎn)線盡管只采用1臺SiemensF5多功能貼片機(jī),但可應(yīng)付幾乎所有貼片元件,另外為壓縮開支,回流焊爐和傳送機(jī)構(gòu)均采用國產(chǎn)設(shè)備,印刷機(jī)為半自動。預(yù)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。YAMAHAYVP-Xg全自動視覺印刷機(jī)、YAMAHAYV100Xg片式Chip元件貼片機(jī)、YAMAHAYV88Xg高精度貼片機(jī)、VitronicsSoltecXPM820N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)?；a(chǎn),預(yù)計總投資在300-400萬元。

方案三:高速SMT生產(chǎn)線。DEK265INFINITY全自動視覺印刷機(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公司的傳送機(jī)構(gòu)、Heller1800EXL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)模化生產(chǎn),預(yù)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(jī)、Panasonic公司的HT122高速轉(zhuǎn)塔貼片機(jī)三臺(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、Nutek傳送機(jī)構(gòu)、VitronicsSoltec公司的XPM2-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(jī)、電腦板卡等等,預(yù)計總投資在1500-1800萬元。3

評估:確保設(shè)備性能符合要求

當(dāng)購買SMT設(shè)備時,按適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)評估設(shè)備是很重要的,評估應(yīng)圍繞擬購設(shè)備的各方面能力展開,確保設(shè)備性能符合要求。我們以SMT設(shè)備中最關(guān)鍵的貼片機(jī)評估為例,以下是對某型高精度貼片機(jī)進(jìn)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。(1)PCB處理描述

要求(舉例)

PCB尺寸,最大與最小

50×50mm~460×510mm

PCB厚度,最大與最小

0.6mm~3.0mm

貼裝區(qū)域,最大

458×508mm

定位方法

邊緣夾緊

定位精度

±0.05mm

壞板識別

要求

板傳輸邊緣

3mm

基準(zhǔn)點(diǎn)相機(jī)

灰度成像

(2)元件范圍描述

要求(舉例)

標(biāo)準(zhǔn)能力

0402~150mmConnect尺寸元件

密腳能力

0.3mm

BGA能力

0.5~1.5mm

(3)元件送料器描述

要求(舉例)