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淺談SMT生產(chǎn)線建線方案設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間 :2017-01-17 10:15 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCBA部
摘要 :本文提出了SMT生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、設(shè)備選型的關(guān)鍵點(diǎn),給出了五種建線方案。探討了SMT生產(chǎn)線的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:SMT生產(chǎn)線設(shè)計(jì)  SMT設(shè)備選型   SMT建線方案
 
一、前言
由于SMT技術(shù)是涉及了多項(xiàng)技術(shù)的復(fù)雜的系統(tǒng)工程,技術(shù)性強(qiáng),投資大,面對(duì)型號(hào)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。本文結(jié)合工業(yè)對(duì)講通信產(chǎn)品電路板制造基地建設(shè),提出了“SMT生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、設(shè)備選型”的關(guān)鍵要點(diǎn),給出了五種建線方案。
        
二、SMT生產(chǎn)線設(shè)計(jì)關(guān)鍵
根據(jù)SMT建線工程設(shè)備選型依據(jù)、步驟、注意事項(xiàng),結(jié)合工業(yè)通信產(chǎn)品電路板制造基地建設(shè),淺談SMT生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、設(shè)備選型要點(diǎn):(生產(chǎn)布線、能源、供氣、送風(fēng)設(shè)計(jì)這里不做論述)
1.典型SMT生產(chǎn)線和主要設(shè)備
一般SMT生產(chǎn)工藝包括焊膏印刷、貼片和回流焊三個(gè)步驟,主要設(shè)備有印刷機(jī)、貼片機(jī)和回流焊爐構(gòu)成生產(chǎn)線(圖1)。
典型SMT生產(chǎn)線
                                                                                   圖1 典型SMT生產(chǎn)線
 
2.SMT生產(chǎn)線設(shè)備選型依據(jù) 
(1)現(xiàn)有產(chǎn)品種類,器件,生產(chǎn)能力,線體建設(shè)的要求。
現(xiàn)在對(duì)講產(chǎn)品SMT電路板年產(chǎn)量4千塊左右,品種達(dá)28種,最大品種電路板年產(chǎn)量在2000塊。
電路板最大尺寸320mm*260mm*3mm;最小尺寸120mm*80mm*3mm,器件最大高度10mm。
單品種器件數(shù)量最多DUB用戶板:片式電阻,電容24種、SOP10種,PFP 封裝2種、間距0.3 mm PLCC封裝 44腳55mm*55mm一種、QFP封裝3種,80、160、208腳,間距0.3 mm;
IP對(duì)講生產(chǎn)需要使用CSP、BGA、PGA、LBGA、連接器、屏蔽罩、晶振等新型SMT封裝器件;
生產(chǎn)線能進(jìn)行智能儀表SMT電路板生產(chǎn);
下一步要進(jìn)行PCBA OEM代加工生產(chǎn)。
隨著電路板組裝器件密度越來越大、極窄間距新型封裝多、體積小、貼裝精度要求高,生產(chǎn)難度越來越來大。手工貼片的精度、生產(chǎn)速度滿足不了工業(yè)對(duì)講制造基地高產(chǎn)量、高精度、高品質(zhì)產(chǎn)品電路板制造的要求。
要求現(xiàn)有的兩條平臺(tái)流水線搬遷到產(chǎn)業(yè)園,實(shí)現(xiàn)THT插件,分機(jī)裝配,節(jié)省投資。準(zhǔn)備新建一條全新自動(dòng)化SMT生產(chǎn)線。
 
(2)對(duì)講SMT電路板貼裝缺陷,工藝流程。
手工SMT貼裝缺陷:
a.CHIP件貼裝偏移,手工加壓不一致、目視檢查不出細(xì)微的貼裝位置差距,QFP手貼不準(zhǔn),不能一次貼裝到位、需二次貼裝,形成錫膏粘連,造成橋連。
b.手動(dòng)錫膏印刷速度慢,形成瓶頸制約整線生產(chǎn)速度。
c.回流焊接曲線優(yōu)化、冷卻區(qū)不合適,造成焊接不良和翹曲變形。
數(shù)字對(duì)講電路板SMT生產(chǎn)目前使用半自動(dòng)印刷機(jī),平臺(tái)生產(chǎn)線,真空吸筆或鑷子手工貼片,回流焊接工藝進(jìn)行生產(chǎn)。
搬遷到產(chǎn)業(yè)園后,電路板SMT組裝工藝為單面混裝。優(yōu)化后的工藝流程為:PCB檢驗(yàn)→ A面自動(dòng)印刷錫膏→ A面自動(dòng)貼裝SMT、SMD元件→回流焊接→AOI檢查→B面直插THT→B面THT引腳手工焊接→清洗→功能測試→入半成品庫。需要配置印刷機(jī)、貼片機(jī)和回流焊機(jī)設(shè)備。
 
(3)根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品組裝密度、窄間距QFP和大尺寸SMD、異形元器件,確定IC異型貼裝設(shè)備配置全視覺高精度多功能貼片機(jī)一臺(tái)。兼顧高速生產(chǎn)需要再配置一臺(tái)高速CHIP元件貼片機(jī)。
 
3.設(shè)備選型步驟(產(chǎn)能計(jì)算)。
(1)統(tǒng)計(jì)2009年最大產(chǎn)量計(jì)算出全年貼片SMD元件總點(diǎn)數(shù)為583840點(diǎn),我們按60萬點(diǎn)算。
(2)理論產(chǎn)能測算:
a.手工貼片
每個(gè)工位每班貼1千點(diǎn),五個(gè)工位,八小時(shí)(班產(chǎn))5千點(diǎn)  需120班次完成60萬點(diǎn)貼裝。
b.自動(dòng)貼片機(jī)
1臺(tái)高速機(jī)+1臺(tái)多功能機(jī)組合的貼裝速度在1萬點(diǎn)——十幾萬點(diǎn)/小時(shí)。我們以1萬點(diǎn)/小時(shí)測算。不考慮換線,單品種:八小時(shí)(班產(chǎn))8萬點(diǎn),需8班次完成60萬點(diǎn)貼裝。考慮多品種,小批量,頻繁換線,放寬1倍工時(shí)。
(3)SMT整線配置方式分為“多品種、小批量”和“少品種、大批量”的兩種類型。
“多品種小批量”的配置原則為,為靈活、拓展、節(jié)資。
 “少品種、大批量”的配置原則為:靈活、高速、可靠、創(chuàng)造。在大批量配置中要盡可能高速,來提高生產(chǎn)率,降低成本。同時(shí)高速中要求可靠性好、一致性強(qiáng)、靈活性和穩(wěn)定性高,才能有更高的創(chuàng)益,才能有更高的投資回報(bào)。
 
三、SMT設(shè)備選型關(guān)鍵
(1)規(guī)劃好整條生產(chǎn)線對(duì)基板的處理能力:如PCB尺寸、厚度、重量、板邊的留空要求、定位要求(基準(zhǔn)點(diǎn)、定位孔、邊定位的厚度和曲翹限制等)、必須有詳細(xì)和準(zhǔn)確的規(guī)劃。這些規(guī)劃應(yīng)以整線設(shè)備的層次來進(jìn)行的。如有多條不同規(guī)范的線,則統(tǒng)一規(guī)范。
(2)生產(chǎn)線整體要求貼裝能力達(dá)到3萬Chip/小時(shí);元件范圍從0402-55mm*55mm方型器件、CSP、QFP、BGA、UBGA、片式電解電容、電位器、電感、50*150mm連接器,元件高度為25mm;貼裝精度±0.08mm/Chip、±0.05mm/QFP;最大PCB面積510mmx460mm。 后續(xù)加線兼容性好。
(3)貼片機(jī)要注意選整體鑄造式機(jī)架,保證CHIP,QFP貼裝精度;選飛行對(duì)中、CCD安裝在貼片頭上的貼片機(jī),保證貼裝位置的準(zhǔn)確;配置離線編程設(shè)備和軟件,縮短換線準(zhǔn)備時(shí)間、優(yōu)化整線速度; 供料器按最多元件數(shù)量的電路板產(chǎn)品進(jìn)行配置,并適當(dāng)多配置幾個(gè),用于補(bǔ)充元件或換元件時(shí)提前準(zhǔn)備,以免影響貼裝速度。
(4)印刷機(jī)要選全自動(dòng)視覺,保證印刷精度,降低電路板焊接的不良率;特別注意選則印刷周期10S左右的設(shè)備,消除整線生產(chǎn)的瓶頸效應(yīng)。最后選換線時(shí)間短的設(shè)備,保證連續(xù)生產(chǎn)。
(5)回流焊要選加熱區(qū)長度大于1.8M、8溫區(qū)以上、有冷卻區(qū)、溫度曲線測試功能,配UPS電源保證回流焊接質(zhì)量。
(6)AOI光學(xué)檢查儀選擇CCD相機(jī),同軸碗狀光源、誤判率和漏判率穩(wěn)定可靠的設(shè)備,保證檢測的質(zhì)量和速度。
(7)如果資金條件比較緊缺,應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)備的性能價(jià)格比。
 
四、SMT生產(chǎn)線建線方案(這里省略傳送設(shè)備)
方案一:多功能SMT生產(chǎn)線
設(shè)備類型 品牌/型號(hào) 數(shù)量(臺(tái))
印刷機(jī) 德森  DSP1008 1
多功能貼片機(jī) 富士XPF-L 1
回流焊爐 日東 IPC 810 1
評(píng)價(jià):采用1臺(tái)富士XPF多功能貼片機(jī),可貼所有貼片、IC元件,自動(dòng)更換貼片頭,可選配點(diǎn)膠頭。為壓縮開支,印刷機(jī),回流爐采用國產(chǎn)。整線理論速度為2萬點(diǎn)/小時(shí),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,預(yù)計(jì)整線投資在200萬人民幣。
 
方案二:中速SMT生產(chǎn)線
設(shè)備類型 品牌/型號(hào) 數(shù)量(臺(tái))
印刷機(jī) 德森 DSP3008 1
高速貼片機(jī) Juki KE2070E 1
高精度貼片機(jī) Juki KE2080E 1
回流焊爐 日東 IPC 810 1
評(píng)價(jià):中速貼片線配置方案,適合中小型企業(yè)規(guī)模化生產(chǎn),整線理論速度4萬點(diǎn)/小時(shí),實(shí)際2.7萬點(diǎn)/小時(shí)。既適合高產(chǎn)量的生產(chǎn)模式,又適合多品種小批量的生產(chǎn)模式。預(yù)計(jì)整線投資在220萬人民幣左右。
 
方案三:中高速SMT生產(chǎn)線
設(shè)備類型 品牌/型號(hào) 數(shù)量(臺(tái))
印刷機(jī) 德森 DSP3008 1
高速貼片機(jī) 富士XPF-L 2
回流焊爐 日東 IPC 810 1
評(píng)價(jià):采用富士的兩臺(tái)XPF,一臺(tái)作為高速機(jī),另一臺(tái)作為泛用機(jī),整線理論速度為5萬點(diǎn)/小時(shí),預(yù)計(jì)整線投資在350萬人民幣左右。
 
方案四:高速SMT生產(chǎn)線
設(shè)備類型 品牌/型號(hào) 數(shù)量(臺(tái))
印刷機(jī) DEK 02ix 1
高速貼片機(jī) 富士NXT(含4臺(tái)M6模組) 1
高精度貼片機(jī) 富士XPF-L 1
回流焊爐 Ersa  Hotflow 3/20E十溫區(qū)回流爐 1
評(píng)價(jià):采用了富士NXT模組機(jī)和XPF多功能機(jī)的組合方案。NXT通過搭載可以更換的貼裝工作頭,幾乎可應(yīng)對(duì)所有元件的挑戰(zhàn),靈活性非常高,整線貼片速度接近13萬點(diǎn)/小時(shí),預(yù)計(jì)總投資在700萬人民幣。
 
方案五:超高速SMT生產(chǎn)線
設(shè)備類型 品牌/型號(hào) 數(shù)量(臺(tái))
印刷機(jī) DEK Photon 1
高速多功能貼片機(jī) 富士NXT(含10臺(tái)M3模組,2臺(tái)M6模組) 1
回流焊爐 ERSA  Hotflow 3/20E十二溫區(qū)回流爐 1
評(píng)價(jià):該方案的理論速度達(dá)到了驚人的31.2萬點(diǎn)/小時(shí),幾乎是高速SMT生產(chǎn)線的兩倍以上。適合單一大批量產(chǎn)品的生產(chǎn),如手機(jī)板卡。為跟上生產(chǎn)節(jié)奏,印刷機(jī)選用了DEK的高端型號(hào)Photon,印刷時(shí)間5秒;回流爐采用了ERSA十二溫區(qū)的高端型號(hào),預(yù)計(jì)總投資會(huì)超過1000萬人民幣。
 
五、SMT生產(chǎn)線發(fā)展趨勢
電子設(shè)備和工藝向“半導(dǎo)體和SMT”發(fā)展,PCB-SMD復(fù)合化、新型封裝 FC-BGA 、MCM多芯片模塊、3D封裝、POP技術(shù)應(yīng)用。貼片機(jī)朝“模塊化復(fù)合型架構(gòu)、模組化結(jié)構(gòu)、多懸臂、高速智能貼片頭、柔性化方向”發(fā)展。SMT生產(chǎn)線采用CIMS管理,朝“信息集成的柔性生產(chǎn)環(huán)境方向”“連線高效方向”發(fā)展。
 
六、結(jié)束語
SMT自動(dòng)化生產(chǎn)線是實(shí)現(xiàn)電子規(guī)模化組裝的基礎(chǔ),進(jìn)行SMT組線設(shè)計(jì)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。必須對(duì)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);做好設(shè)備、工藝工序的優(yōu)化、就可以充分發(fā)揮SMT生產(chǎn)線的巨大潛力,大幅提高生產(chǎn)效率,產(chǎn)品質(zhì)量可以穩(wěn)定在幾乎無缺陷的狀態(tài)。


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