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探秘SMT生產(chǎn)線的科學(xué)配置

2024-12-20
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SMT 生產(chǎn)線基本構(gòu)成要素解析

絲印

絲印是 SMT 生產(chǎn)線的道工序,位于生產(chǎn)線的最前端,其所用設(shè)備為絲網(wǎng)印刷機(jī)。它的主要作用是將焊膏或者貼片膠漏印到 PCB 的焊盤上,為后續(xù)元器件的焊接提前做好準(zhǔn)備工作。例如,在生產(chǎn)手機(jī)主板等電子產(chǎn)品時,首先就要通過絲印這一環(huán)節(jié),把相應(yīng)的焊膏準(zhǔn)確地漏印到 PCB 焊盤位置,后續(xù)才能更好地進(jìn)行元器件的貼裝等工序。

點膠

點膠這一環(huán)節(jié)的主要作用是將膠水滴到 PCB 的固定位置上,以此來幫助元器件更好地固定在 PCB 板上。點膠機(jī)是執(zhí)行這一操作的設(shè)備,它在 SMT 生產(chǎn)線中的位置比較靈活,通常位于生產(chǎn)線的最前端或者檢測設(shè)備的后面。比如在一些對元器件固定要求較高的產(chǎn)品生產(chǎn)中,像工業(yè)控制板的制造,通過點膠可以確保元器件在后續(xù)的生產(chǎn)流程以及使用過程中都能穩(wěn)固地處在相應(yīng)位置上。操作時需要注意,要根據(jù)不同的元器件以及 PCB 板的特點,精準(zhǔn)控制膠水滴注的量和位置,避免膠水過多或過少影響固定效果。

貼裝

貼裝在 SMT 生產(chǎn)線中起著關(guān)鍵作用,它是將表面貼裝元器件準(zhǔn)確安裝到 PCB 的固定位置上。執(zhí)行貼裝任務(wù)的設(shè)備是貼片機(jī),其位于生產(chǎn)線中絲印機(jī)的后面。貼片機(jī)是一種自動化程度很高的設(shè)備,集精密機(jī)械、電動、氣動、光學(xué)、計算機(jī)、傳感技術(shù)等為一體,它能夠以高速度和高精度自動安裝貼片元件,不僅大大縮短了生產(chǎn)周期、提高了生產(chǎn)效率,支持大規(guī)模和批量生產(chǎn),還能減少人力需求、降低人工成本,同時減少組裝過程中的錯誤和損壞,保證產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。例如在電腦主板的生產(chǎn)過程中,眾多如電阻、電容等貼片元器件,都是通過貼片機(jī)快速且精準(zhǔn)地安裝到相應(yīng)位置的。

固化

固化環(huán)節(jié)的作用是將貼片膠融化,從而使表面組裝元器件與 PCB 板牢固粘接在一起。完成固化工作的設(shè)備是固化爐,它一般放置在貼片機(jī)之后。在固化過程中,需要按照相應(yīng)的工藝要求來設(shè)置溫度、時間等參數(shù),確保貼片膠能夠充分融化并達(dá)到良好的粘接效果。像生產(chǎn)一些電子玩具的電路板時,經(jīng)過貼裝后的元器件,通過固化爐的作用,能與 PCB 板牢牢固定,使得產(chǎn)品在后續(xù)的使用、運(yùn)輸?shù)冗^程中,元器件不易脫落,保障產(chǎn)品的穩(wěn)定性和耐用性。

回流焊接

回流焊接的主要功能是將焊膏融化,進(jìn)而保證元器件與 PCB 板牢固粘接。這一環(huán)節(jié)所使用的回流焊爐位于生產(chǎn)線后端位置,它對于焊接質(zhì)量來說至關(guān)重要。回流焊操作方法相對簡單,效率高、質(zhì)量好、一致性也好,并且還能節(jié)省焊料,是一種非常適合自動化生產(chǎn)的電子產(chǎn)品裝配技術(shù),目前已成為 SMT 電路板組裝技術(shù)的主流。例如在各類電子產(chǎn)品如家電控制板的生產(chǎn)中,回流焊接能讓元器件與 PCB 板之間形成可靠的電氣連接,保障產(chǎn)品正常發(fā)揮功能。

清洗

清洗環(huán)節(jié)的主要目的是去除焊接后殘留在 PCB 板上的物質(zhì),像助焊劑等,這些殘留物可能會影響電性能或者對人體有害,保障生產(chǎn)順利進(jìn)行。清洗所用到的設(shè)備是清洗機(jī),它在生產(chǎn)線中的位置可以在線,也可以不在線,比較靈活。比如一些對產(chǎn)品清潔度要求較高的精密電子產(chǎn)品,如高端手機(jī)的電路板生產(chǎn),清洗環(huán)節(jié)必不可少,通過清洗機(jī)可以將 PCB 板上的殘留物徹底清除,避免對后續(xù)產(chǎn)品性能產(chǎn)生不良影響。

檢測

在 SMT 生產(chǎn)完成后,對產(chǎn)品進(jìn)行檢測是十分必要的,這關(guān)乎著產(chǎn)品最終的質(zhì)量是否能達(dá)到出廠要求。常用的檢測設(shè)備有放大鏡、顯微鏡、自動光學(xué)檢測儀(AOI)、在線測試儀(ICT)、X-RAY 檢測系統(tǒng)、功能測試儀等。這些檢測設(shè)備可以根據(jù)檢測的具體需求,被配置在生產(chǎn)線合適的地方。例如自動光學(xué)檢測儀(AOI)可以快速對 PCB 板上的焊點、元器件貼裝位置等進(jìn)行檢測,及時發(fā)現(xiàn)虛焊、漏焊、元器件偏移等問題;而 X-RAY 檢測系統(tǒng)則能檢測到一些隱藏在內(nèi)部的焊接缺陷,像 BGA 封裝元器件焊接是否良好等情況,保障產(chǎn)品質(zhì)量可靠。

返修

當(dāng)檢測環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn) PCB 板存在問題時,就需要進(jìn)行返修操作了。返修的作用就是對有問題的 PCB 板進(jìn)行返工修理,一般會使用烙鐵、返修工作站等工具來完成。返修這一環(huán)節(jié)在生產(chǎn)線中的配置比較靈活,可以在生產(chǎn)線中的任意位置進(jìn)行。比如在生產(chǎn)過程中,如果發(fā)現(xiàn)某個 PCB 板上有元器件焊接不良的情況,就可以通過返修工作站,利用烙鐵等工具對相應(yīng)的焊接點進(jìn)行重新焊接等操作,使產(chǎn)品能夠符合質(zhì)量要求,避免浪費,降低生產(chǎn)成本。

SMT 生產(chǎn)線配置需考慮的關(guān)鍵因素

根據(jù)產(chǎn)品特性確定規(guī)模與設(shè)備類型

在配置 SMT 生產(chǎn)線時,首先要依據(jù)產(chǎn)品特性來確定生產(chǎn)線的規(guī)模以及所需的設(shè)備類型。要明確在生產(chǎn)線上加工的電子產(chǎn)品具體情況,像是產(chǎn)品種類有多少、復(fù)雜程度如何、產(chǎn)品上的元器件情況,還有年產(chǎn)量總量等。同時,也要結(jié)合是建立新生產(chǎn)線,還是對老生產(chǎn)線進(jìn)行改建、擴(kuò)建等實際狀況來綜合考慮。根據(jù)這些實際情況確定生產(chǎn)線的規(guī)模,進(jìn)而計算出需要具體的貼片機(jī)數(shù)量;如果是改建或擴(kuò)建,要統(tǒng)計可以繼續(xù)使用的機(jī)器,要是近期有擴(kuò)大生產(chǎn)的規(guī)劃,生產(chǎn)線還得考慮具備可擴(kuò)展性。


另外,根據(jù)電子產(chǎn)品組裝密度,貼裝元器件種類、數(shù)量等因素來確定設(shè)備類型也非常關(guān)鍵。比如,當(dāng)產(chǎn)品是高密度、存在有多引腳窄間距和尺寸較大的 SMD 器件,又或者有異形元器件時,那就必須選擇多功能貼片機(jī)。要是一臺多功能貼片機(jī)完不成貼裝任務(wù)的話,那么還應(yīng)配置一臺中速貼片機(jī)或高速貼片機(jī),以此來滿足生產(chǎn)需求,保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

結(jié)合工藝流程確定選型方案

產(chǎn)品的工藝流程不同,對于 SMT 生產(chǎn)線設(shè)備選型的要求也不一樣。如果產(chǎn)品比較簡單,采用純表面組裝或單面混裝工藝時,可選擇一種焊接設(shè)備,比如回流焊爐或波峰焊機(jī)就可以滿足焊接需求。然而,要是產(chǎn)品比較復(fù)雜、組裝密度較高、又有較多插裝元件的雙面混裝形式,這種情況下采用回流焊和波峰焊兩種焊接工藝時,就應(yīng)當(dāng)選擇回流焊爐和波峰焊機(jī)兩種焊接設(shè)備,以確保各個焊接環(huán)節(jié)都能達(dá)到質(zhì)量要求。并且,如果產(chǎn)品需要清洗,還得配置清洗設(shè)備,去除焊接后殘留在 PCB 板上的物質(zhì),避免其影響電性能或者對人體有害,保障整個生產(chǎn)過程順利且生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量可靠。

避免設(shè)備選擇誤區(qū)

在選擇 SMT 生產(chǎn)線設(shè)備時,不少人常常會陷入誤區(qū),比如經(jīng)常有客戶問哪個系列的貼片機(jī)、哪個回流焊系列是更好的,又或者哪個印刷機(jī)是更好的。但實際上,不同產(chǎn)品對設(shè)備的需求是不一樣的,不能一概而論地說德國西門子的設(shè)備好,也不能說韓國三星貼片機(jī)不好。即便選擇了高效的高速貼片機(jī)、產(chǎn)能理想又節(jié)能的回流焊、印刷精度高且價格不貴的錫膏印刷機(jī)等看上去很優(yōu)質(zhì)的設(shè)備,如果您是企業(yè)老板,也需要慎重考慮工程師所要求設(shè)備的可行性,以及投資高額設(shè)備的可行性、投資成本和回收成本這些因素。而作為工程師,更應(yīng)該深入了解企業(yè)所生產(chǎn)產(chǎn)品的具體需求,盡量為企業(yè)選擇高性價比的機(jī)器,避免盲目追求所謂更好的設(shè)備系列,而是要從實際出發(fā),契合產(chǎn)品生產(chǎn)需要。

依據(jù)資金條件合理配置

企業(yè)自身的資金狀況在 SMT 生產(chǎn)線配置中起著重要的影響作用。當(dāng)資金條件比較緊缺時,應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮設(shè)備的性能價格比。畢竟 SMT 生產(chǎn)線投資較大,如果不考慮資金因素隨意配置,可能會給企業(yè)帶來較大的資金壓力。所以,在資金有限的情況下,選擇那些性價比高的設(shè)備,既能滿足生產(chǎn)要求保證產(chǎn)品質(zhì)量,又能避免不必要的浪費,使得企業(yè)在資金合理利用的基礎(chǔ)上,讓生產(chǎn)線發(fā)揮出更大的效益,推動企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營穩(wěn)步開展。

SMT 生產(chǎn)線常見配置方案示例

多功能 SMT 生產(chǎn)線配置

對于一些小型企業(yè)以及科研院所來說,多功能 SMT 生產(chǎn)線是一種性價比較高的選擇。以 DEK248 半自動印刷機(jī)、Siemens F5 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)組成的多功能 SMT 生產(chǎn)線為例,來看看它的特點與優(yōu)勢。


DEK248 半自動印刷機(jī)屬于半自動類型,它不能與其他 SMT 設(shè)備自動連接,需要一定的人為干預(yù),例如傳送板子等操作,不過其結(jié)構(gòu)簡單,價格方面比較便宜,僅相當(dāng)于全自動機(jī)型的 1/10 - 1/5,很適合科研院所使用。


Siemens F5 多功能貼片機(jī)在多功能貼片機(jī)里頗具代表性,它能夠在保持較高貼片速度的情況下,完成各種各樣元件的貼裝任務(wù),即使生產(chǎn)線只采用這 1 臺貼片機(jī),也可應(yīng)付幾乎所有貼片元件,減少了企業(yè)在貼片機(jī)方面的投資成本,所以深受中小企業(yè)、科研院所的青睞。


回流焊爐選用的勁拓 GS-800 屬于國產(chǎn)設(shè)備,在滿足生產(chǎn)需求的同時,有助于壓縮開支,并且其性能也能夠符合基本的生產(chǎn)要求,和 Siemens F5 多功能貼片機(jī)以及其他配套設(shè)備共同協(xié)作,保障生產(chǎn)線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而熊貓精機(jī)傳送機(jī)構(gòu)則能穩(wěn)定地完成 PCB 板在各設(shè)備之間的傳送工作。


這樣一條多功能 SMT 生產(chǎn)線,預(yù)計總投資在 250 萬元左右,比較適合批量不大、但生產(chǎn)品種較多的小型企業(yè)和科研院所,能夠滿足其多樣化的生產(chǎn)需求,在控制成本的同時實現(xiàn)不同產(chǎn)品的 SMT 生產(chǎn)加工。

中速 SMT 生產(chǎn)線配置

中速 SMT 生產(chǎn)線通常適用于中小型企業(yè)規(guī)模化生產(chǎn),這里介紹一種常見配置:由 YAMAHA 的 VP-Xg 全自動視覺印刷機(jī)、YAMAHA 的 V100Xg 片式 Chip 元件貼片機(jī)、YAMAHA 的 TV88Xg 高精度貼片機(jī)以及 Vitronics Soltec 的 XPM820N 回流焊爐構(gòu)成。


YAMAHA 的 VP-Xg 全自動視覺印刷機(jī)屬于全自動視覺印刷機(jī),它能夠連進(jìn) SMT 生產(chǎn)線里,不需要人為干預(yù),自動化程度高,適用于規(guī)模化生產(chǎn)。其印刷參數(shù)可以用計算機(jī)數(shù)字化設(shè)置,絲網(wǎng)和基板的標(biāo)記還可用其視覺系統(tǒng)自動識別對準(zhǔn),印刷重復(fù)定位精度可達(dá) ±0.004mm、印刷循環(huán)周期為 8 秒,能夠為后續(xù)的貼裝環(huán)節(jié)提供精準(zhǔn)的焊膏印刷基礎(chǔ)。


YAMAHA 的 V100Xg 片式 Chip 元件貼片機(jī)和 YAMAHA 的 TV88Xg 高精度貼片機(jī)這兩款貼片機(jī)相互配合,能應(yīng)對不同類型的元器件貼裝工作,在中速生產(chǎn)線上發(fā)揮重要作用,滿足一定規(guī)模下的貼片效率和精度要求,使得各類元器件可以準(zhǔn)確地安裝到 PCB 的對應(yīng)位置上。


Vitronics Soltec 的 XPM820N 回流焊爐在整個生產(chǎn)線中承擔(dān)著將已經(jīng)貼好的 PCB 線路板和元器件的焊料融化后實現(xiàn)可靠粘結(jié)的任務(wù),保障焊接質(zhì)量,讓元器件與 PCB 板牢固地結(jié)合在一起,確保產(chǎn)品的電氣性能等符合要求。


這樣一整套中速 SMT 生產(chǎn)線配置,預(yù)計總投資在 300 - 400 萬元左右,對于有一定生產(chǎn)規(guī)模需求的中小型企業(yè)來說,是一種可以高效完成 SMT 生產(chǎn),并且成本相對合理的配置方案選擇。

高速 SMT 生產(chǎn)線配置

大中型電子企業(yè)在進(jìn)行規(guī)?;a(chǎn)時,往往會選擇高速 SMT 生產(chǎn)線,下面介紹一種經(jīng)典配置方案:采用 DEK265 INFINITY 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)以及 Heller1800EXL 回流焊爐來搭建。


DEK265 INFINITY 全自動視覺印刷機(jī)具備伺服壓力控制系統(tǒng),是一款自動化程度很高的印刷設(shè)備,它可以精準(zhǔn)地完成焊膏印刷工作,為后續(xù)高速、高效的貼裝和焊接打下良好基礎(chǔ),其絲網(wǎng)和基板標(biāo)記自動識別對準(zhǔn)等功能進(jìn)一步保障了印刷的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,滿足大規(guī)模生產(chǎn)時對印刷環(huán)節(jié)的高質(zhì)量要求。


Universal 公司的 4797 高速轉(zhuǎn)塔貼片機(jī)是高速貼片機(jī)的典型代表,它的貼片速度很快,能夠快速拾取元件并進(jìn)行貼片動作,適合處理大規(guī)模生產(chǎn)中數(shù)量眾多的阻容元件等,尤其適用于像計算機(jī)板卡、移動電話、家電等產(chǎn)品的生產(chǎn),這些產(chǎn)品中往往阻容元件特別多、裝配密度大,該機(jī)型能很好地契合這類生產(chǎn)場景,提高整體生產(chǎn)效率。Universal 公司的 Advantis 高精度貼片機(jī)則可以對精度要求較高的元器件進(jìn)行精準(zhǔn)貼裝,保障產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。


Nutek 公司的傳送機(jī)構(gòu)能穩(wěn)定且高效地將 PCB 板在各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)備之間進(jìn)行傳送,確保整個生產(chǎn)線的流暢運(yùn)轉(zhuǎn)。Heller1800EXL 回流焊爐可以高質(zhì)量地完成回流焊接工作,將焊膏融化,使元器件與 PCB 板牢固粘接,保障焊接質(zhì)量。


這樣一條高速 SMT 生產(chǎn)線配置,預(yù)計總投資在 700 - 900 萬元左右,非常適合大中型電子企業(yè)進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn),助力企業(yè)高效地完成大量電子產(chǎn)品的 SMT 加工制造。

超高速 SMT 生產(chǎn)線配置

大型電子企業(yè)在進(jìn)行單一產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)時,例如手機(jī)、電腦板卡等產(chǎn)品的生產(chǎn),超高速 SMT 生產(chǎn)線是理想之選,像由 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)(或者也可以選擇 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)、Nutek 傳送機(jī)構(gòu)以及 Vitronics Soltec 公司的 XPM2 - SERIES 回流焊爐組成的配置就很典型。


MPM 的 UP3000 全自動視覺印刷機(jī)是全自動印刷機(jī)里性能出色的設(shè)備,它的印刷精度、穩(wěn)定性等各方面都表現(xiàn)優(yōu)異,其印刷參數(shù)設(shè)置方便、精準(zhǔn),視覺系統(tǒng)能很好地輔助完成印刷工作,而且印刷重復(fù)定位精度等指標(biāo)處于較高水平,能夠為超高速的后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供可靠的焊膏印刷保障,滿足大規(guī)模、高精度生產(chǎn)時的印刷需求。


Panasonic 公司的 HT122 高速轉(zhuǎn)塔貼片機(jī)(或 Fuji 公司的 CP842E 高速轉(zhuǎn)塔貼片機(jī))有著極高的貼片速度,在大規(guī)模生產(chǎn)單一產(chǎn)品時,可以快速地將數(shù)量龐大的元器件準(zhǔn)確貼裝到 PCB 板上,極大地提升了生產(chǎn)效率,而且技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定,是超高速生產(chǎn)線中承擔(dān)高速貼裝任務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備之一。Universal 公司的 Advantis 高精度貼片機(jī)則針對一些高精度要求的元器件進(jìn)行精細(xì)貼裝,保證整體產(chǎn)品的高質(zhì)量。


Nutek 傳送機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)在各設(shè)備間穩(wěn)定快速地傳輸 PCB 板,確保整個生產(chǎn)線有條不紊地持續(xù)運(yùn)行。Vitronics Soltec 公司的 XPM2 - SERIES 回流焊爐在焊接環(huán)節(jié)能出色地將元器件與 PCB 板牢固焊接在一起,保障焊接質(zhì)量,讓產(chǎn)品達(dá)到相應(yīng)的電氣性能等標(biāo)準(zhǔn)要求。


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