Размещение компонентов - Component placement

Размещение компонентов является производство электроники процесс, который размещает электрические компоненты именно на печатные платы (Печатных плат) для создания электрических соединений между функциональными составные части и соединительные схемы на печатных платах (выводы-контактные площадки). Выводы компонентов должны быть аккуратно погружены в паяльную пасту, предварительно 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.
PWB с печатью припоя.
Компоненты поставляются фидерами.
Компьютерные файлы: компьютерная программа контролирует расположение каждого компонента на печатной плате (X, Y и угловая тета), уровни инвентаря питателя, возможности вакуумного держателя установочной машины, автоматическое выравнивание компонентов, точность размещения, системы технического зрения и транспортировку печатных плат через известь.^[1]

Процесс размещения

Базовая последовательность размещения обычно включает: индексацию платы, регистрацию платы, выравнивание реперных точек, 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 входят нанесение клея и электронная проверка в режиме онлайн.

В процессе индексации платы печатная плата с трафаретной печатью загружается в соответствующую позицию. Реперные знаки, также известные как реперные маркеры, укажите общие точки измерения для всех этапов процесса сборки. Есть много типов реперных знаков. Глобальные реперные точки 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 в себя аспекты скорости размещения оборудования, стратегии снижения рейтинга и производственной мощности. Скорость размещения определяется типом машины и расстоянием между компонентами на плате. Гибкость включает аспекты разнообразия компонентов, количества питателей 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 устройств подачи компонентов, вакуумный захват, система технического зрения, автоматическое выравнивание компонентов, повторяемая точность размещения и система транспортировки для печатных плат.

В выбрать и разместить машину часто является наиболее важным элементом производственного оборудования для надежного и достаточно точного размещения компонентов, чтобы обеспечить рентабельное выполнение требований по производительности. 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 для 90% наиболее распространенных компонентов, таких как пассивные и малые активные компоненты. Стрельба по чипам работает быстро (от 20000 до 80000 в час, может достигать 100000 в час) с относительно низкой точностью (обычно 70мкм ).^[1] В результате стружки не используются для размещения активных компонентов, которые требуют большей точности. Есть три основных типа чип-стрелков: стационарная турель, верхняя шляпа и револьверная головка.

Гибкая россыпь

По сравнению со стружколомами гибкие россыпи работают медленнее (от 6000 до 40000 в час) с высокой точностью (всего 25 мкм).^[1] В результате для размещения сложных и активных компонентов с большим количеством операций ввода-вывода, таких как QFP, используются гибкие вставки, поскольку компоненты ввода-вывода с более высокой производительностью обычно требуют более высокой точности. Существует три основных типа гибкой россыпи: верхняя шляпа, револьверная головка и разделенная ось. Стрелки для стружки и гибкие россыпи обычно комбинируются, и они могут составлять почти 65% от общей стоимости сборочной линии.

Виды размещения головок

Подвесной портал

Установочная головка системы позиционирования подвесного портала установлена на балке портала (ось X). Во время последовательности луч движется перпендикулярно направлению движения установочной головки, что обеспечивает две степени свободы (выравнивание по оси 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. Вакуумная насадка 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 подъема и перед размещением. Поскольку печатная плата и фидеры остаются неподвижными в последовательности размещения, дополнительные источники неточности позиционирования устраняются. 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 движется 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 используются исключительно в установках для снятия стружки. Ограничение стационарной револьверной головки состоит в том, что она требует большой площади основания для движущегося ряда питателей (площадь основания = 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 надземного портала по занимаемой площади. 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, 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 труднее достичь высокой точности по сравнению с портальным станком с потолочным приводом. Но это значительно увеличивает скорость размещения.

Вакуумная насадка и захваты

Вакуумные форсунки обычно используются для обработки всех компонентов во время операций размещения. Существует множество размеров вакуумных форсунок для различных размеров компонентов. При работе с небольшими компонентами в дополнение к вакууму в момент установки часто создается избыточное давление, чтобы компонент полностью высвободился из сопла.

Помимо вакуумных форсунок, механические захваты может потребоваться для работы с некоторыми деталями нестандартной формы. Самоцентрирующиеся механические захваты позволяют одновременный захват и автоматическое центрирование без вакуума. Пара зажимов 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

Кормушки используются для подачи компонентов в подвижный механизм захвата 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 быстрое переключение 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 катушкой, которая устанавливается 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 наиболее подходят для размещения большого количества идентичных небольших компонентов. Ленточные питатели бывают разных размеров и могут использоваться для Мелкоконтрастные интегральные схемы (SOIC) и пластиковые держатели для чипов с выводами (PLCC). Основным недостатком формата ленты является невозможность переработать пустые ленты. Ленточные отходы, особенно в случае устройств с небольшими микросхемами, весят в несколько раз больше, чем упакованные компоненты. Более 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 крупных, хрупких или дорогих компонентов. Они разработаны из-за необходимости 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 приема. Этот процесс часто идет 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 больших объемов, 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 питателями, поскольку в них нет ленточной упаковки, но традиционно производительность массовых питателей проблематична из-за конструкции и мусора, образующегося во время процесса подачи.

Прямой питатель матрицы

Прямые питатели матрицы в основном используются для флип-чипа или чип-на-плате. Устройство прямой подачи матрицы может устранить отдельные и 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 податчиком:^[6]

Питатель не достигает желаемой производительности или производительность падает после достижения желаемого уровня. У питателя низкая или пониженная производительность.
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, например, тележки с роликовым питателем, точно в срок (JIT ) методы и умные кормушки.

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. К другим факторам относятся размер печатной платы, состав компонентов и необходимость более сложного распознавания изображения для компонентов с мелким шагом. Есть много техник снижение номинальных характеристик. Глобальное снижение номинальных характеристик учитывает общесистемные остановки, замедления и настройки, а также машинные факторы. Чтобы рассчитать величину глобального или системного снижения номинальных характеристик, следует взять среднее из 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 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

Ведомость материалов