Технологии в электронной промышленности №5'2005

Автоматизированный комплект оборудования начального уровня для поверхностного монтажа

Александр Шеманов


Развитие производства электроники в России требует особого внимания к таким вопросам, как повышение качества и увеличение объемов продукции, снижение влияния человеческого фактора и усложнение выпускаемых изделий. Применение микросхем с малым шагом и BGA-пассивных компонентов малых размеров в сочетании с серийным выпуском продукции делает практически невозможным использование ручных методов нанесения паяльной пасты и установки компонентов, а также небольших камерных печей оплавления. Однако, часто исходя из объемов производства и необходимых капиталовложений, применение автоматических производственных линий для небольших предприятий пока нецелесообразно. В сложившихся условиях требуется комплексное решение для небольших производств высокого уровня. Как вариант используются отдельно стоящие единицы оборудования, выполняющие технологические операции нанесения паяльной пасты, установки компонентов, пайки оплавлением. Одним из наиболее популярных решений такого класса является комплект оборудования, состоящий из полуавтомата серии SD 903, автомата установки компонентов серии ЕСМ LUNA и печи конвекционного оплавления Mistral 360.


Первой и одной из наиболее важных технологических операций при сборке радиоэлектронной аппаратуры по технологии поверхностного монтажа становится операция нанесения паяльной пасты. Для обеспечения высокого качества и повторяемости процесса нанесения паяльной пасты, особенно при применении микросхем с малым шагом требуются автоматы или полуавтоматы трафаретной печати. Использование дозаторов на этой технологической операции нецелесообразно в серийном производстве из-за длительности данного процесса и сложности дозирования пасты при малом шаге компонентов. Полуавтоматы трафаретной печати серии SD 903 специально разработаны для нанесения паяльной пасты на поверхность печатных плат методом трафаретной печати в условиях мелкосерийного и серийного производства.

Полуавтоматы серии SD 903 выпускаются в двух исполнениях: SD 903.520 с ручным перемещением ракеля, а SD 903.620 с механизированным (рис. 1), что осуществляется дополнительным пневмоци-линдром. При этом стартовый импульс к началу движения ракеля подается оператором. Для моделей 520 и 620 максимальный размер печатных плат составляет 365x470 мм.

Превосходная повторяемость и высокое качество нанесения паяльной пасты достигаются благодаря регулировке давления ракеля и поддержанию этого значения постоянным в процессе всего цикла, а также за счет применения специ-

альных фиксаторов и плавающей подвески крепления ракелей. Наличие двух ракелей (прямого и обратного хода) позволяет избежать холостых перемещений. Универсальные держатели предоставляют возможность использовать металлические, полиуретановые, резиновые и пластиковые ракели.

Рис. 1. Полуавтомат трафаретной печати SD 903.620

Совмещение трафарета с рисунком обрабатываемой печатной платы осуществляется визуально по двум осям и углу регулировочными винтами. Диапазон линейной регулировки составляет ±13 мм, а диапазон угловой регулировки — ±0,5 градуса.

Металлический трафарет закрепляется в универсальной раме с помощью специальных фиксаторов, которые обеспечивают натяжение трафарета с четырех сторон.

Полуавтоматы серии SD 903 позволяют получить высокое качество нанесения паяльной пасты и уменьшить влияние человеческого фактора на процесс производства, что в конечном счете способствует получению высоких результатов при пайке печатных узлов и, следовательно, улучшает качество и надежность аппаратуры и уменьшает затраты на исправление дефектов пайки.

Автоматы установки компонентов серии ЕСМ LUNA 600/700/800 предназначены для сборки печатных узлов с применением технологии поверхностного монтажа. Устройства этой серии обеспечивают установку поверхностно монтируемых изделий электронной техники методом переноса от питателей с помощью вакуумной головки. При дополнительном оснащении цифровым дозатором на них можно производить нанесение клея, если в технологическом процессе выполняется пайка волной или паяльной пастой. Хотя, как было указано выше, для нанесения паяльной пасты лучше использовать трафаретную печать.

Модели автоматов 600, 700 и 800 отличаются между собой габаритами печатных плат, подлежащих сборке, и количеством мест под питатели. Модель 600 способна работать с платами размером до 250x260 мм и имеет 48 мест под 8-мм питатели, на модели 700 можно собирать платы размером до 350x385 мм, причем максимально возможное число питателей достигает 66, модель 800 предназначена для работы с печатными платами размером до 470x350, а количество мест под питатели возрастает до 81.

Автоматы серии ЕСМ LUNA 600/700/800 выпускаются в двух исполнениях — FV и FT. Исполнение FV оснащено нижней видеосистемой технического зрения (ВСТЗ) для цент-

рирования сложных компонентов с малым шагом и в корпусах BGA, ВСТЗ для считывания реперных знаков и ВСТЗ центрирующей компоненты «на лету». Максимальная производительность автоматов в исполнении FV— 3500 компонентов в час. Исполнение FT имеет в составе три ВСТЗ и две установочные головки. Максимальная производительность автомата увеличена до 5000 компонентов в час.

Система технического зрения LUNA состоит из подвижной верхней камеры для считывания реперных знаков печатной платы и контроля правильности установки компо-

нентов, а также неподвижной нижней камеры для центрирования компонентов, использующей новую технологию голубого освещения. В отличие от стандартных систем технического зрения с красным освещением, LUNA некритична к уровню освещенности помещения. Система LUNA может работать с широким спектром компонентов от 0201 (0,5x0,25 мм) до QFP (40x40 мм) с шагом выводов до 0,3 мм. Точность установки при использовании нижней камеры составляет ±0,05 мм.

Для повышения производительности при установке компонентов с размерами от 0201 (0,5x0,25 мм) до 10x10 мм или SOIC16 автоматы серии ЕСМ LUNA могут быть оснащены принципиально новой, запатентованной системой технического зрения для центрирования компонентов «на лету», также основанной на технологии голубого освещения. Такая система пришла на смену системе лазерного центрирования, поскольку обладает значительными преимуществами и в то же время является более дешевой.

Принцип работы системы технического зрения LUNA для центрирования компонентов «налету» показан на рис. 3. Установочная головка оснащена микроминиатюрной видеокамерой с одной стороны вакуумного захвата и экраном заднего света с другой стороны. На фоне освещенного экрана заднего света камера распознает изображение компонента. По специальному алгоритму определяется смещение компонента по осям X и Y относительно центра вакуумного захвата и вносятся соответствующие поправки при установке компонента на плату. Точность установки составляет ±0,1 мм.

Рис. 2. Автомат установки компонентов ЕСМ LUNA 700 FV
Рис. 3. Принцип работы ВСТЗ автомата ЕСМ LUNA 700 FV
Рис. 4. Печь конвекционного оплавления припоя MISTRAL 360

Автоматы могут комплектоваться питателями для подачи компонентов из ленты шириной 8, 12, 16, 24, 32, 44 мм, одиночными или многоканальными вибропитателями для подачи микросхем из прямоточных кассет, питателем для матричных поддонов, устанавливаемым на посадочные места ленточных питателей или в поле сборки, автоматическим питателем на 10 матричных поддонов.

Для модификаций автоматов V и FV, изготовленных по заказу, можно установить цифровой дозатор с датчиком высоты и с максимальной производительностью до 7000 доз в час. Кроме того, для встраивания в линию предусмотрена возможность оснащения автоматов конвейером.

Рис. 5. Процесс управляется компьютером

Конвейерная печь конвекционного нагрева MISTRAL 360 с компьютерным управлением (рис. 4, 5, 6) предназначена для серийного производства. Она разработана для пайки печатных узлов радиоэлектронной аппаратуры с компонентами поверхностного монтажа посредством паяльных паст. С помощью печи можно также отверждать клей при сборке плат со смешанным монтажом перед пайкой волной припоя.

Рис. 6. Управление печью производится при помощи клавиатуры и мыши
Рис. 7. Графическое отображение действительной температуры в зонах производится от 4 встроенных термопар

В печи MISTRAL 360 используется метод принудительной конвекции, обеспечивающий равномерный, щадящий нагрев печатного узла, исключающий появление теневых эффектов. Нагрев в печи производится с обеих сторон платы.

Печь MISTRAL 360 имеет четыре температурные зоны — три зоны предварительного нагрева и одну зону оплавления. Регулировка температуры в каждой зоне осуществляется раздельно. Диапазон регулирования температуры в зонах — от 180 до 260 °С, с точностью регулирования 1 °С. Для каждой зоны имеется индикация как установленной, так и действительной температуры нагреваемого воздуха.

Рис. 8. Термопрофиль можно проконтролировать во всех зонах непосредственно на изделии при помощи двух внешних термопар
Рис. 9. Циркуляция воздуха

Печь оснащена системой управления на основе персонального компьютера. Компьютерная система позволяет гибко управлять параметрами процесса и графически отображать температурные профили, сохраняя отработанные режимы для последующего использования и документирования процесса (рис. 7).

Печь поставляется в настольном исполнении или на станине, имеет конвейерную систему для транспортировки печатных плат с регулировкой скорости. Диапазон регулировок скорости составляет от 10 до 120 см/мин.

Нагревательные элементы в печи Mistral 360 установлены напротив друг друга параллельно конвейеру. Циркуляция воздуха показана на рис. 9. Такое направление циркуляции горячего воздуха предотвращает отражение потока от поверхности печатной платы, в отличие от печей с верхним и нижним расположением нагревательных элементов.

Печь MISTRAL 360 комплектуется двумя термопарами для измерения температуры в отдельных точках непосредственно на поверхности плат или компонентов.

Сверху рабочая зона печи закрыта термостойким стеклом, через которое можно наблюдать за процессом пайки. Это особенно удобно при подборе технологических режимов.

После завершения цикла пайки на выходе из печи производится охлаждение пропаянного печатного узла с помощью вентиляторов. Для отвода выделяющихся в процессе пайки дыма и вредных летучих продуктов предусмотрено подключение вытяжной вентиляционной системы.

Печь MISTRAL 360 является недорогой конвейерной печью с высокими техническими характеристиками и подходит для оснащения серийных производств.

Для облегчения пайки печатных узлов с двусторонним расположением компонентов печь комплектуется специальной пал-летой (рис. 10), которая обеспечивает параллельное расположение платы над полотном конвейера и при прохождении зоны оплавления исключает возможность сдвига компонентов, находящихся на ее нижней стороне.

Рис. 10. Паллета для пайки печатных узлов с двусторонним расположением компонентов в печи Mistral 360
Рис. 11. Изделие, собранное на комплекте оборудования: полуавтомат серии SD 903, автомат ЕСМ LUNA 700 FV, печь Mistral 360

Полуавтомат трафаретной печати серии SD 903, автомат установки компонентов серии ЕСМ LUNA и печь конвекционного оплавления Mistral 360 представляют собой наиболее популярное комплексное решение для организации производства радиоэлектронной аппаратуры с применением технологии поверхностного монтажа в условиях средних серий (рис. 11). Данное решение позволяет собирать сложные изделия с применением компонентов с малым шагом, микросхем BGA и используется на производстве наших заказчиков.


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо