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貼片機資訊
SMT貼裝設備選型與元件和生產效率的關系
來源:廣州煌牌自動設備有限公司    日期:2011-01-26    瀏覽量:

  平行貼裝(parallel-placement)設計概念

  平行貼裝概念主要用于高產量的應用。這里幾個頭同時獨立地在一塊板上運作。如果機器具有16個貼裝模塊,每個頭大約每秒吸取和貼裝一個組件,所以每秒鐘為16個組件或每小時64,000個貼裝。典型地,這些機器對在傳送帶上連續的板流同時運行。每個頭將貼裝板上一小部分的組件,而板在傳送帶上往下移動。

  組件送料(component feeding)技術

  帶盤式(tape-and-reel)組件送料一般從機器的可用時間的觀點上考慮,是最希望的。料帶一般能夠在機器停機補充料之間堅持較長時間,而且一般送料器重擊/誤吸率低。可是,對那些比小引出線集成電路(SOIC,small out line integrated circuit)大的組件,一般帶狀包裝比管狀包裝多出額外的包裝成本。

  散裝送料(bulk feeding)是一個相當較新的選擇,用于小型片狀元件的可靠供料。其優點是減少包裝浪費和儲存尺寸,以及非常有限的補充組件停機時間。對帶盤式包裝,行進中的(on-the-fly)組件補充要求搭接(splicing)技術,該技術不是非常安全的,可能引起送料器阻塞。對散裝供料,組件是在一個裝于送料器的料盒內供應的。當料盒門打開時,組件剛好落入料斗,在這里送料機構將組件單獨出來傳送給吸取頭。不幸的是,每個組件尺寸要求自己專門的送料器。這個限制一般使得散料供應器更適合于大批量的組件。

  管狀送料主要用于較大的組件。兩種廣泛使用的這類組件送料技巧是振動式和帶式管狀送料器。振動式管狀送料器是一種低成本的傳送系統,主要用于低至中等批量的送料應用。這種設計依靠送料器的振動和供料管的斜度來將組件傳送到吸取點。缺點包括相對較慢的組件補充時間(一般1~2秒)和較不可靠的組件傳送。皮帶驅動式管狀送料器具有快得多的組件補充時間(0.5~1秒的范圍)。一般,一個傳感器在吸取期間將使前止停器收回,保證不與之摩擦。在組件從送料器拿開后,驅動馬達將下一個組件排放到吸取位置,然后關閉。這些送料器具有良好的組件傳送可靠性,因為組件通過驅動皮帶主動移動到吸取位置。

  托盤經常用于大型、密腳組件,當用其它技術送料時可能會被損傷。雖然當用于高產量時部分較小著陸點組件可能使用帶盤式供料,幾乎所有其它密腳方平包裝(QFP,quad flat pack)組件都是在托盤內供應的。有些BGA也是在托盤內供料,但因為不象QFP一樣引腳損傷是一個問題,更多的這類組件轉向帶式送料包裝。

  今天購買的任何機器都應當能夠處理這些包裝類型,以達到最大的靈活性。

  組件對中(component alignment)技術

  一個貼裝系統必須足夠靈活,能夠對中所有在它那里運行的組件。目前有三種類型的對中系統投入使用:機械、激光和視覺。

  機械系統在貼裝之前對頭上的方形組件使用某種機械卡夾系統。它們不能貼裝密腳組件,而且必須認真校正。因為它們接觸組件,可能會有損傷。因為這些局限性,這些系統正逐步過時。

  激光系統不接觸組件,在吸取到貼裝期間,能夠通過在激光簾中轉動來計算組件的質心。這種技巧快速,因為不要求從攝像機上方走過。其主要缺陷是不能對引腳和密腳組件作引腳檢查。對片狀元件是一個好選擇。

  視覺對中系統超過激光對中系統的優點,它能夠檢查組件引腳以及測量引腳寬度、間距和數量。這對貼裝之前檢查引腳組件,特別是小于0.025"(0.635mm)的密腳組件是很重要的。為達到高質量、低缺陷的生產輸出,視覺檢查是必要的。一般,視覺檢查要求通過一個固定攝像機,來抓拍組件圖像。為了抵消這個時間,更高速的系統同時吸取多個組件,以減少凈周期時間。部分最快的系統使用線排列(line-array)相機,它比傳統的面排列(area-array)CCD相機允許組件更快的通過,以達到甚至更高的產量。部分視覺系統設計將相機放在頭上或頭內,用于在吸取到貼放之間的視覺對中。額外的系統復雜性和穩固性是徹底研究所需要關注的。

  設計良好的視覺系統具有許多對組件識別的不同組件運算法則,比激光對中系統更加靈活。更新的SMT組件,例如BGA、CSP和倒裝芯片,要求視覺系統來達到高質量的貼裝。視覺允許更緊湊的頭的設計,消除了激光和要求組件旋轉的機械硬件。因為這些優點,系統設計的趨勢對除了射片之外的所有應用都已經轉向視覺技術。

  柔性視覺系統允許組件從前光也許后光照明,看組件類型而定。引腳QFP組件從后面照明,因為沒有虛光反射出現。相反,BGA組件最好是從前光照明,將完整的錫球分布在包裝底面上顯示出來。有些微型BGA在組件底面有可見的走線,可能混淆視覺系統。這些組件要求側面照明系統。它將從側面照明錫球,而不是底面的走線,因此視覺系統可檢查錫球分布,正確地識別組件。

  SMT組件趨勢

  SMT組件繼續進化。今天,許多制造商在新的設計中正從舊的、較大的1206和0805轉向0603和0402。這些數字是mil為單位的外形尺寸,即,0805就是0.080"×0.050"。下一步更小的組件即將出來:0201的組件。今天所選擇的任何設備都應當能夠處理可能在不久的將來出目前生產車間的最大的組件范圍。

  傳統的通孔組件,如連接器和其它異型組件,正轉換成SMT包裝。具有最大的柔性來處理這些組件的才能是所希望的。具有增加用戶吸嘴才能的自動吸嘴轉換器也是一個優點。對大多數組件,更密腳距的組件趨勢已經停留在0.020"(0.508mm)。今天所貼裝的密腳組件只要一個很少的百分比是在0.020"腳間距之下。大多數是0.015"(0.4mm);在美國生產中,幾乎沒有0.012"(0.3mm)腳間距的貼裝。原因是更高引腳數的和更小形狀因素(form-factor)的組件都以BGA和CSP的形式包裝。球柵列陣包裝的優點包括:

  組件更堅固,沒有簡單彎曲的引腳和很少共面性問題

  一般,對相當的引出數,腳間距更大,很少造成印刷/橋接的問題

  BGA在印刷電路板(PCB)上的覆蓋區域比相當引腳組件的更小

  一般能夠用現有的SMT印刷和貼裝工藝允許。

  怎樣為工廠車間選擇合適的設備

  每一個生產環境都是不同的。對一個轉包商,靈活性是重要的。對一個原設備制造商(OEM),或許效率將是一個更大的因素。一般,有兩個主要評定生產線要求的標準。第一個是靈活性與轉換的數量。大的OEM可能轉換的需求很少,可能少到每年一兩次。合約制造商或許想減少轉換時間,大概每天就有幾次。

  Cpp是重要的,因為管理層都努力使投資回報最大。這對OEM也是重要的,因為有越來越多的轉包選擇能夠利用。在這個成本競爭的世界市場,小的、效率高的生產過程是關鍵的。對這個計量有一個簡單的計算公式:

  Cpp=$機器成本÷每小時貼片數

  例如,$175,000÷12,250=14.3

  這不過一個比較率,可為所有考慮中的機器計算。很明顯,數位越低越好。該計算用實際的每小時貼裝數,而不是用機器規格中的速率。

  每一種機器將對每一種板有不同的折扣因素。有些機器幾乎達到其規格中的速率,而有些只能達到50%。應保證速率包括所有傳送和基準點識別時間。還有,指定用于組件供應的帶盤式、管狀或托盤—這將影響產量,甚至工作才能。評估這個的最好技巧是樣板PCB,以CAD數據把它送給所有在考慮之列的供貨商。確保供貨商用書面形式寫出他的貼裝速率并保證它。表一是比較Cpp的一個例子。

  表一、貼裝成本的比較

  機型

  速率

  實際效率

  成本

  Cpp

  供貨商A,轉塔和密腳

  30+5=35k

  23+3=26k

  500+250=$750k

  750/26=29

  供貨商B,兩臺高速拱架

  20+20=40k

  16+9=25k

  350+250=$600k

  600/25=24

  供貨商C,兩臺高速拱架

  15+15=30k

  12+9=21k

  200+200=$400k

  400/21=19

  當然,有許多其它無形的東西在作供貨商選擇之前應當考慮。服務支持是保證生產線運行的關鍵。供貨商有多少服務工程師?最新的有多近?他們有24小時熱線嗎?這些類型的機器的安裝基礎是什么?這給你一個機器設計好壞與市場份額的概念。他們能提供廣泛的滿意顧客清單嗎?所有這些問題可幫助構畫出公及其作品的輪廓圖。

  總之,SMT貼裝設備才能正在增加,因此Cpp在減少。與其它諸如PC之類的高科技作品類似,SMT機器設計的技術進步經常在發生。不管是轉包商或OEM,都有必要選擇合適的機器來滿足變幻的需求、和使貼裝成本(Cpp)最小,以維持在世界市場上的競爭性。

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