Технология оборудования для установки ПМ-компонентов на печатные платы

Установка компонентов на печатные платы при помощи автоматов укладчиков или интегрированных монтажно-сборочных комплексов, их характеристики. Автомат с блоком монтажных головок. Роторно-башенная схема построения автоматов (Rotary Turret Placement System).
Краткое сожержание материала:

Учреждение образования «Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники»

Кафедра РЭС

РЕФЕРАТ

На тему:

«ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УСТАНОВКИ ПМ-КОМПОНЕНТОВ НА ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ»

МИНСК, 2008

Одной из важных операций технологического процесса ПМ является установка компонентов на печатные платы. От точности выполнения этой операции в значительной степени зависят надежность, электрические характеристики ПМ-изделий. Учитывая малые геометрические размеры компонентов и малые расстояния между выводами, ручное выполнение этой операции в условиях серийного производства практически невозможно (за исключением ремонта). Поэтому чаще всего используются сборочные автоматы (автоматы укладчики), которые в международной технической литературе получили название «pick-and-place equipment» или «placement system». Такие установки осуществляют извлечение компонентов из подающих устройств и размещение их на контактных площадках печатных плат, обеспечивая необходимую точность установки. Основной тенденцией их развития является повышение точности позиционирования и производительности работы. Большое значение имеет также обеспечение гибкости в работе и программной перенастройке оборудования на новые виды корпусов, систем их подачи и новые топологии печатных плат.

Кроме того, важное значение для такого оборудования имеет повышение выхода годных изделий, что обеспечивается программным управлением процессом сборки, встроенными систе-мами контроля с поиском и заменой неисправных компонентов с использованием систем технического зрения.

В последние годы определилась также тенденция в разработке не отдельных автоматов-укладчиков, а интегрированных монтажно-сборочных комплексов, которые в наибольшей степени удовлетворяют требованиям крупносерийного производства. Некоторые фирмы идут по пути модернизации имеющихся поточных линий для монтажа компонентов со штыревыми выводами. Лидером по выпуску высокопроизводительного оборудования для монтажа чип-компонентов являются японские фирмы («Fuji», TDK, «Sony» и др.). В разработках оборудования для монтажа сложных ПМ-компонен-тов (SO, TAB, кристаллоносители) лидируют американские фирмы («Universal Instruments», «DynaPert», «Amistar» и др.). Оборудование для монтажа компонентов выпускается также и европейскими поставщиками ПМ-компонентов («Philips», «Siemens» и др.).

Для оценки уровня и потенциальных возможностей автоматов-укладчиков ПМ-компонентов можно использовать следующие критерии:

* сложность конструкции корпуса компонента;

* принятый метод позиционирования;

* производительность;

* уровень гибкости, программная перенастройка;

* наличие встроенных интегрированных систем контроля ка-чества и устранения брака.

С точки зрения сборочного оборудования все виды корпусов ПМ-компонентов можно разделить на две группы: простые (чип-компоненты, прямоугольные, MELF, SOT) и сложные (SO, PLCC, кристаллоносители и др.). Разработка универсального оборудования для установки как простых, так и сложных корпусов даже при его высокой гибкости представляет большие конструкторские и технологические трудности. Это прежде всего связано с требуемой разной точностью позиционирования (например, для установки кристаллоносителей требуется точность ±0,1524--0,0508 мм и менее), в значительной степени определяющей сложность конструции и стоимостью оборудования. Кроме того, для простых и сложных компонентов применяются питатели различной конструкции.

Выпускаемые автоматы-укладчики разделены на пять групп исходя из их производительности и точности (табл. 1).

Таблица 1. Характеристики автоматов-укладчиков

Номер группы	Группа	Производительность компонентов/ч	Минимальный шаг компонентов, мм
1	Низкой производительности	<4000	0,65 '
2	Средней производительности	<8000	0,5
3	Высокой производительности	< 16000	0,5
4	Очень высокой производительности	<60000	0,5
5	Высокоточные укладчики	<4000	0,3

Автоматы первой группы имеют относительно простую механику, которая чаще всего реализуется по Т-схеме (рис. 1), упрощённый алгоритм функционирования и схему управления, ограниченную точность позиционирования (+-0,15мм), механическую юстировку компонентов, ограниченный набор компонентов (R, C-чип, SO, PLCC, QFR с P>=0,65 мм).

Рис. 1. Схема реализации автоматов-укладчиков первой группы

а -- одинарная Т-схема; б -- сдвоенная Т-схема

Рис.2. Схема реализации автоматов второй группы:

Автоматы второй группы наряду с большей производительностью имеют более высокую точность позиционирования (погрешность -- ± 0,12 мм), возможно применение наряду с механическими и оптических систем центрирования компонентов, больший выбор компонентов. Они могут быть реализованы по одинарной и сдвоенной Т-схеме (рис.2). Вторая схема обеспечивает большую производительность.

Рис. 3. Схема реализации автоматов-укладчиков на основе центральной роторной головки

Рис. 4. Схема автомата-укладчика с блоком головок

Автоматы третьей группы имеют более, сложную механику, оптическую систему центрирования компонентов, более высокую точность позиционирования (погрешность +-0,1 мм). Реализуются по схеме с центральной роторной головкой (рис. 3) и с использованием блока головок, осуществляющих синхронный захват и установку компонентов (рис. 4).

При использовании первой схемы обеспечивается одновременный захват и установка компонентов, большой их выбор, однако много времени тратится на транспортирование элементов.

Во второй схеме может осуществляться одновременный захват и позиционирование большого количества компонентов (более 28), печатная плата не перемещается, сокращается время на транспортировку.

Четвертая группа автоматов-укладчиков реализуется по схеме последовательно-параллельного позиционирования (рис 5). Одно- и многозахватные головки располагаются вдоль конвейера и осуществляют независимую установку компонентов. Погрешность позиционирования ±0,08--0,1мм.

Рис. 5. Сема высокоскоростного укладчика

Особенность пятой группы автоматов-укладчиков - повышенная точность позиционирования (0,03-0,05 мм). Реализуется по Н-схеме с применением специальных материалов, подшипников на воздушной основе, разомкнутых шаговых двигателей, систем технического зрения, высокоточных систем измерения координат.

Применяются для позиционирования компонентов с шагом выводов менее 0,3 мм (QFR, ВGA, Flip-Chip, COB).

Рабочий цикл любого автомата-укладчика включает в себя следующие технологические действия:

- выбор из накопителя требуемого компонента;

- перемещение его к посадочному месту на печатной плате;

- установка компонента с точностью позиционирования.

Кроме того, в некоторых конструкциях автоматов перед установкой осуществляется контроль электрических и геометрических параметров устанавливаемого компонента.

Такой технологический цикл возможно практически реализовать с помощью взаимного перемещения основных конструктивных элементов автомата -- монтажной головки, координатного стола и магазина с компонентами. Исходя из этого, в настоящее время приняты следующие варианты комбинации перемещений основных элементов автоматов.

Вариант 1. Печатная плата и магазин с компонентами неподвижны (магазин может перемещаться только в направлении X). Компоненты захватываются монтажной головкой с необходимой позиции питателя и устанавливаются на посадочное место (рис. 6) (первый вариант автомата последовательного действия). Как видно из рисунка, монтажная головка перемещается в таких автоматах по всем направлениям (x, y, z) и вокруг своей оси (6), что позволяет ей по заданной программе выбирать требуемый элемент из питателя, перемещать и устанавливать его в любую точку на печатной плате. Как было отмечено выше, такие автоматы обладают наибольшей гибкостью и позволяют устанавливать компоненты любых типов, что наиболее эффективно в условиях мелкосерийного производства при большой номенклатуре изделий и типоразмеров компонентов. Их производительность может быть, повышена за счет применения двух монтажных головок. Кроме того, при такой схеме может быть легко осуществлен кон-троль электрических...