¿Cuál es el principio del programa de la máquina de colocación SMT? Si lo sabes, por favor dímelo.
La tecnología de montaje superficial (SMT) se ha desarrollado rápidamente y se utiliza ampliamente en la producción de ensamblajes de circuitos debido a su alta densidad de ensamblaje y buena producción automatizada. SMT es la cuarta generación de tecnología de ensamblaje electrónico, que tiene las ventajas de una alta densidad de instalación de componentes, fácil automatización, alta eficiencia de producción y bajo costo. La línea de producción SMT consta de tres procesos: serigrafía, colocación de componentes y soldadura por reflujo, como se muestra en la Figura 1. El montaje SMC/SMD (componente de montaje en superficie/dispositivo de montaje en superficie) es una parte importante de todo el proceso de montaje en superficie. Los problemas involucrados son más complejos y difíciles que otros procesos, y el equipo de montaje de componentes electrónicos de chip también es una parte importante de todo el proceso. Proceso de montaje en superficie. La mayor inversión en equipos.
En la actualidad, a medida que los productos electrónicos se desarrollan hacia la portabilidad y la miniaturización, el SMC/SMD correspondiente también se está desarrollando hacia la miniaturización, sin embargo, para cumplir con los requisitos multifuncionales de los chips IC. , múltiples conductores, espaciado delgado. La miniaturización se refiere a la miniaturización de las dimensiones externas de los componentes montados, que ha pasado por el siguiente proceso: 3225→3216→2520→2125→1608→1003→1603→0402→02065438. El paso principal de QFP se desarrollará desde 1,27 → 0,635 → 0,5 → 0,4 → 0,3 mm hasta un paso más fino. Sin embargo, debido a la limitación de la velocidad de procesamiento del marco principal del componente, el límite de paso de QFP es de 0,3 mm. Han aparecido los requisitos de embalaje de alta densidad, BGA (matriz de rejilla de bolas), CSP (paquete de tamaño de chip), Cob, etc. con mejor rendimiento.
El equipo de colocación de componentes electrónicos de chips (comúnmente conocido como máquinas de colocación) es uno de los equipos clave en la industria electrónica. El uso de tecnología de colocación automática puede mejorar eficazmente la eficiencia de la producción y reducir los costos de fabricación. Con la miniaturización de los componentes electrónicos y la tendencia de los componentes electrónicos con múltiples pines y paso fino, los requisitos de precisión y velocidad para las máquinas de colocación son cada vez mayores, pero la precisión y la velocidad deben verse comprometidas. Generalmente, la alta velocidad de las máquinas de colocación de alta velocidad suele ir en detrimento de la precisión.
2 El principio de funcionamiento de la máquina de colocación
De hecho, la máquina de colocación es un robot industrial de precisión que es una combinación de tecnología de control mecánico-electro-óptico y por computadora. A través de funciones como captación-desplazamiento-posicionamiento-ubicación, los componentes SMC/SMD se pueden montar de forma rápida y precisa en la posición designada de la almohadilla en la PCB sin dañar los componentes ni la placa de circuito impreso. Hay tres formas de alinear componentes: alineación mecánica, alineación láser y alineación visual. La máquina de colocación consta de un marco, un mecanismo de movimiento x-y (husillo de bolas, guía lineal, motor de accionamiento), un cabezal de colocación, un alimentador de componentes, un mecanismo de transporte de PCB, un dispositivo de detección de alineación del dispositivo y un sistema de control por computadora. El movimiento de toda la máquina se realiza principalmente mediante el mecanismo de movimiento x-y, la potencia se transmite mediante el husillo de bolas y el movimiento direccional se realiza mediante el par de movimiento de guía lineal rodante. Esta forma de transmisión no sólo tiene una pequeña resistencia al movimiento y una estructura compacta, sino que también tiene una alta eficiencia de transmisión.
La máquina colocadora tiene marcas en componentes importantes como el eje de colocación, la lente móvil/estacionaria, el portaboquillas y el alimentador. La visión artificial puede calcular automáticamente las coordenadas de estos sistemas de centros de marcas, establecer la relación de conversión entre el sistema de coordenadas del sistema de la máquina de colocación y el sistema de coordenadas de la PCB y los componentes de colocación, y calcular las coordenadas precisas de la máquina de colocación. El cabezal de colocación agarra la boquilla según el tipo de paquete, número de componente y otros parámetros de los componentes de colocación importados y recoge los componentes en la posición correspondiente; la lente estática detecta, identifica y centra el componente de succión según el programa de procesamiento visual; Una vez completada la alineación, el cabezal de montaje se montará. Los componentes se montarán en ubicaciones predeterminadas en la PCB. La computadora industrial completa automáticamente una serie de acciones como la identificación, alineación, detección e instalación de componentes después de obtener los datos relevantes de acuerdo con las instrucciones correspondientes. El diagrama de flujo de trabajo de la máquina de colocación se muestra en la Figura 2.
3 Formas estructurales de las máquinas colocadoras
Según las condiciones de movimiento del sistema del cabezal de colocación, el sistema de manipulación de placas PCB y el sistema de alimentación, las máquinas colocadoras se pueden dividir aproximadamente en tres tipos: transferencia Tipo torre (que se muestra en la Figura 3), tipo paralelo (que se muestra en la Figura 4) y tipo pórtico. Según la disposición del cabezal de colocación en el estante, la máquina de colocación de estantes se puede subdividir en un tipo de brazo oscilante (que se muestra en la Figura 5), un tipo de rotación vertical (que se muestra en la Figura 6) y un tipo de rotación paralela (que se muestra en la Figura 7).
La máquina colocadora de torreta, también llamada máquina de film, se caracteriza por su gran velocidad. Su principio de funcionamiento básico es que la plataforma que lleva el alimentador se mueve continuamente en las direcciones izquierda y derecha de la máquina colocadora, y el alimentador que lleva los componentes a succionar se mueve a la posición de succión. La PCB se mueve en la dirección x-y, lo que permite colocarla con precisión en la ubicación de colocación especificada. La plataforma giratoria en el corazón de la máquina de colocación transporta el componente en múltiples puntos y realiza inspección visual y correcciones rotacionales a medida que se mueve. La tecnología de torreta de la máquina de colocación de torreta está patentada por la empresa japonesa Sanyo. En la actualidad, la serie de máquinas de colocación de torretas de Panasert (la primera lanzada fue la serie MK, y luego se convirtió en la serie MV, y ahora el modelo principal es la serie MSR) y la serie CP de Fuji (la última es la serie CP7) se han aplicado con éxito. esta tecnología.
El alimentador y la PCB de la máquina montadora de bastidores son fijos. Mueve el cabezal de colocación montado en un marco móvil xy (generalmente montado en la viga del eje X) para recoger y colocar virutas. La precisión de la instalación de esta estructura depende de la precisión de los ejes de posicionamiento X, Y y θ.
Aunque todas adoptan una estructura de bastidor, debido a las diferentes formas de los cabezales de colocación, este tipo de máquina colocadora se puede dividir en tres tipos. Uno es el tipo pluma promovido por Samsung, Yamaha, Mirea y otros fabricantes. El primero es el tipo de rotación vertical promovido por Siemens Dematic y el tercero es el tipo de rotación paralela promovido por Sony.
Las máquinas colocadoras de marcos pueden aumentar la velocidad de colocación añadiendo vigas/voladizos (y también cabezales de colocación). El principio básico de esta estructura de la máquina de colocación es que cuando un cabezal de colocación recoge los componentes, el otro cabezal de colocación colocará los componentes.
Las máquinas colocadoras modulares pueden considerarse máquinas colocadoras combinadas compuestas por muchas máquinas colocadoras de marcos pequeños conectadas en paralelo. Actualmente, sólo los modelos FCM de Ampron (anteriormente Philips) y los modelos NXT recientemente lanzados por Fujifilm utilizan esta tecnología.
Las máquinas colocadoras modulares utilizan una serie de pequeñas unidades de colocación independientes. Cada unidad tiene su propio sistema de movimiento x-y-z independiente y está equipada con un cabezal de colocación independiente y un sistema de centrado de componentes. Cada cabezal de colocación puede recoger componentes de un alimentador de cinta limitado para colocar una parte de la PCB, y la PCB avanza paso a paso a intervalos fijos en la máquina. Cada unidad independiente a menudo tiene solo una boquilla, por lo que la velocidad de colocación de cada unidad de colocación es relativamente lenta, pero cuando todas las unidades de colocación se suman, el rendimiento puede ser extremadamente alto.
Como se muestra en la Tabla 1, se compara exhaustivamente el rendimiento de este tipo de máquinas colocadoras.
(1) Velocidad de instalación
La velocidad siempre ha sido la ventaja de las máquinas colocadoras de torreta, pero con el desarrollo de la tecnología y la continua introducción de nuevas máquinas colocadoras, han aparecido varios modelos nuevos. La velocidad de colocación de las máquinas de colocación de marcos y de las máquinas de colocación de módulos ha superado a la de las nuevas máquinas de colocación de torretas. Esto se puede ver en las tablas de parámetros de rendimiento de diferentes tipos de máquinas colocadoras.
(2) Precisión de instalación
Con la aplicación generalizada de microcomponentes y componentes densamente empaquetados, los productos electrónicos han planteado requisitos más altos para las máquinas de colocación en términos de precisión de colocación. Hace unos años, los estándares de precisión aceptados por la industria eran 0,1 mm (componentes de chip) y 0,05 mm (componentes de CI). Actualmente este estándar se ha reducido a 0,05 mm (componentes de chip) y 0,025 mm (componentes de IC).
Es difícil para las máquinas de colocación de tipo torreta actuales superar el nivel de precisión de 0,05 mm, y las mejores máquinas de colocación de tipo torreta sólo pueden lograr esta precisión. Los sistemas de colocación de marcos más avanzados pueden alcanzar una precisión de 4σ y 25 μm; sin embargo, las velocidades de colocación de las máquinas que logran esta capacidad no son muy altas.
(3) Gama de componentes instalables
Afectado por el método de alimentación, el montador de chips tipo torreta solo puede montar componentes empaquetados en cinta o a granel, pero no puede montarlos. Carga de tubos de ensayo y bandejas, aunque su sistema de visión puede manejar estos elementos. Los componentes empaquetados generalmente se empaquetan en bandejas, por lo que la máquina de colocación de torreta es la más débil en este indicador. Y limitado por la estructura mecánica, no hay mucho margen de mejora.
4 Mecanismo de movimiento X-y de la máquina de colocación
La función del mecanismo de movimiento x-y es impulsar el cabezal de colocación para que se mueva alternativamente en las direcciones del eje X y del eje Y, haciendo que el El cabezal de colocación llega de forma rápida, precisa y estable al lugar designado.
Actualmente existen varias formas diferentes de mecanismos de movimiento x-y en máquinas de colocación de chips, accionados por servomotores accionados por husillos de bolas y guías lineales. Modo de accionamiento por servomotor accionado por correa dentada síncrona y modo de accionamiento por motor lineal;
Estos métodos de transmisión son similares en estructura y requieren rieles guía lineales para guiarse, pero son diferentes en los métodos de transmisión.
A continuación se presentan principalmente los métodos de accionamiento del servomotor del husillo de bolas y el accionamiento de guía lineal.
La Figura 8 muestra el mecanismo básico de movimiento x-y de la máquina de colocación. El servomotor del eje X impulsa el cabezal de montaje para que se mueva en la dirección del eje X mediante el uso de un husillo de bolas y una guía lineal montados en la viga, y el servomotor del eje Y impulsa toda la viga en el eje Y mediante el uso de un El husillo de bolas y la guía lineal montados en el marco se mueven en la dirección. La combinación de estos dos movimientos forma un mecanismo de movimiento x-y, que hace que el cabezal de colocación se mueva a alta velocidad en el plano x-y.
En la dirección del eje Y, para impulsar una viga de cierta longitud, ambos extremos de la viga deben instalarse en rieles guía lineales fijos. Hay una cierta distancia entre los dos rieles guía. , pero el motor y el husillo de bolas impulsor no se pueden instalar en el medio de dos rieles guía, solo se puede instalar en el interior del riel guía cerca de un lado. De esta manera, cuando el peso del cabezal de colocación y la luz del travesaño alcanzan un valor grande, el movimiento del cabezal de colocación cerca del riel guía lejos de un extremo del motor producirá un momento de giro angular que es difícil de controlar. equilibrio en la conexión entre el husillo de bolas del eje Y y la viga transversal, Y El rendimiento de aceleración, desaceleración y posicionamiento del eje se verá muy afectado. Para aliviar esta deficiencia, muchas máquinas de colocación ahora adoptan el modo de accionamiento de motor dual en el eje Y, como se muestra en la Figura 9.
Utilizando un método de accionamiento de motor dual, los dos motores impulsan el movimiento del haz de forma sincrónica y coordinada, lo que mejora la estabilidad del posicionamiento y reduce el tiempo de posicionamiento, mejorando así la velocidad y precisión del eje Y.
Para lograr mayores velocidades de colocación en una sola máquina de colocación, las máquinas de colocación de alta velocidad actuales adoptan tecnología de doble haz/doble cabezal de colocación, como se muestra en la Figura 10 y la Figura 11.
La figura 10 es el modelo de cuadro desarrollado por Yamaha. El sistema de viga X se mueve en la dirección Y y se instalan dos cabezales de montaje en ambos lados de la viga X. Cada cabezal de colocación puede recoger componentes de las estaciones de recogida a ambos lados de la viga X y colocarlos. Y la PCB puede moverse en los planos xey.
La Figura 11 es un modelo mejorado de la Figura 10 de Yamaha, que utiliza una estructura de cabezal de montaje doble de doble viga en X. La máquina colocadora con esta estructura tiene dos vigas en X y un sistema de cabezal de colocación dual a ambos lados del mecanismo de alimentación del tablero. Hay estaciones de recolección y áreas de colocación en ambos lados. Ambos sistemas pueden completar su respectiva recolección y colocación.
La máquina colocadora requiere gran velocidad y gran precisión. 65,438 0 ciclos de colocación (es decir, la máquina de colocación completa 65,438 0 acciones de colocación y selección de material), incluido el tiempo para que el husillo de colocación recoja los componentes, el tiempo para pasar a la lente estacionaria y el tiempo para tomar fotografías con el lente estacionaria El tiempo para moverse a la posición de colocación, el tiempo para corregir el desplazamiento del componente y el tiempo para montar los componentes en el eje, la suma de todos estos tiempos debe alcanzar 65,438 0 ~ 2 s. Cuando el número de boquillas en cada cabezal de colocación de la máquina de colocación es pequeño (menos de 3), el período de tiempo que el mecanismo de movimiento x-y hace que el cabezal de colocación se mueva se convierte en un factor clave que afecta la velocidad de colocación. Para cumplir con los requisitos de colocación a alta velocidad, la velocidad de movimiento en las direcciones X e Y debe ser superior a 1,25 m/s, la aceleración y desaceleración deben ser grandes (1 g ~ 2 g) y los tiempos de aceleración y frenado deben ser lo más corto posible. De esta manera, la máquina de colocación no puede hacer que las piezas móviles sean muy fuertes y pesadas como las máquinas herramienta CNC. En cambio, como los automóviles y los aviones, debe reducir la masa y la inercia de las piezas móviles de alta velocidad tanto como sea posible para lograr un posicionamiento de movimiento suficiente. exactitud y tanta precisión como sea posible. Alto rendimiento de aceleración y desaceleración, y elija el mejor de los dos para lograr la mejor coincidencia de inercia.
La investigación sobre el rendimiento de las máquinas SMT nacionales y extranjeras
Las tecnologías de desarrollo de máquinas SMT extranjeras siempre han estado a la vanguardia, como Panasonic, Yamaha de Japón, Fuji, Samsung de Corea del Sur, Siemens, la estadounidense Universal y la holandesa Philips et al. Se ha desarrollado una gama de productos muy madura [3].
D. A. Bodner y M. Damrau del Instituto de Tecnología de Georgia en Estados Unidos utilizaron herramientas de simulación VirtualNC para construir un modelo de prototipo digital correspondiente basado en el equipo de colocación electrónica Siemens80S20, como se muestra en la Figura 12.
A partir de los tres componentes principales del sistema de colocación, el mecanismo de alimentación de tablas y el sistema de alimentación, se estudió en detalle el rendimiento de toda la máquina, se analizaron los factores que afectan la velocidad de colocación y cómo obtener el tiempo de ciclo de colocación más corto.
Basado en la idea de simulación de cuerpos múltiples, Feldmann y Christoph de la Universidad Ho Run integraron software de simulación de dinámica de cuerpos múltiples, software de análisis de elementos finitos y herramientas de simulación de control para establecer una simulación integral de cuerpos múltiples. plataforma de análisis. Tomando como prototipo la máquina colocadora SiLacef 4 de dos puertas, se estableció un modelo prototipo digital de simulación de múltiples cuerpos de la máquina colocadora y se estudiaron las características de los objetos en movimiento, la flexibilidad, las características de vibración y la deformación térmica de la máquina colocadora. Se centra en el método de establecer restricciones lineales en cuerpos flexibles y utiliza el "Mecanismo de sincronización" en el módulo ADAMS/ENGINE para establecer un modelo de simulación de una correa dentada impulsada por un motor.
El Dr. Masri Ayob de la Universidad de Nottingham en el Reino Unido estudió la optimización de máquinas de colocación secuencial de cabezales múltiples desde aspectos como la mejora de las operaciones de colocación de virutas, la mejora del control de movimiento, la selección de boquillas y la carga y descarga de máquinas. .
La máquina de colocación fue uno de los proyectos clave de desarrollo de equipos electrónicos durante el “Séptimo Plan Quinquenal”, el “Octavo Plan Quinquenal”, el “Noveno Plan Quinquenal” y el “Décimo Plan Quinquenal” de mi país. -Plan Anual”. Durante los últimos 20 años, algunos institutos de investigación científica, universidades y fábricas de mi país han desarrollado diversos equipos para líneas de producción SMT (incluidos equipos de serigrafía, montaje y soldadura).
Desde 65438 hasta 0978, cuando se introdujo la primera línea de producción doméstica de televisores en color, el Segundo Instituto de Electrónica inició la investigación y el desarrollo de máquinas de colocación. Desde entonces, institutos de investigación científica como el 56.º Instituto de Electrónica, la 4506.ª Fábrica de Electrónica, el Segundo Instituto Aeroespacial y el Instituto de Investigación de Máquinas Herramienta de Guangzhou han llevado a cabo investigación y desarrollo respectivamente y han logrado una gran cantidad de resultados de investigación científica. Aunque los resultados de estas investigaciones no se han industrializado, han acumulado una valiosa experiencia para los recién llegados.
Las empresas nacionales que han desarrollado o producido máquinas de parcheo incluyen: Yangcheng Technology, Panda Electronics, Fenghua Hi-Tech, Shanghai Hyundai, Shanghai Microelectronics, Shenzhen Ridong, etc. Partiendo del mercado de gama baja de máquinas de colocación, Yangcheng Technology desarrolla de forma independiente máquinas de colocación SMT2505 para pequeñas y medianas empresas electrónicas, institutos de investigación científica y otras unidades, y coopera con la Universidad Xi'an Jiaotong y la Universidad Central Sur. A partir de productos desarrollados de forma independiente se estudiaron mediante prototipos digitales el rendimiento de la máquina de colocación y se obtuvieron determinados resultados. Sin embargo, en comparación con los modelos extranjeros, todavía existe una cierta brecha y, debido a problemas financieros, el producto aún no ha entrado en la etapa de producción en masa. Otras empresas de investigación también desarrollaron máquinas de colocación, completaron sus propios proyectos de investigación y prototipos y lograron ciertos resultados. Debido al alto contenido tecnológico, el largo ciclo de I+D y las grandes inversiones, la mayoría de las pequeñas y medianas empresas todavía se encuentran en la etapa de prototipo y no pueden aplicar sus productos a la línea de producción.
Las universidades nacionales nunca han dejado de investigar sobre máquinas de colocación. Por ejemplo, Yan y Jiang Jianguo de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de Xi'an utilizaron un algoritmo genético híbrido mejorado para optimizar el proceso de ensamblaje de la máquina de colocación. Li Lei y Du Chunhua de la Universidad Liang'an Jiaotong estudiaron el algoritmo de inspección visual de la máquina de colocación. John Young de la Universidad Southwest Jiaotong estudió el control de movimiento de posicionamiento de máquinas de colocación SMT. Long Xuming resumió el sistema de visión de la máquina de colocación. Liu Jinbo, de la Universidad de Shandong, estudió un sistema de control de movimiento de una máquina de colocación de cuñas basado en visión. Mo, Cheng Zhiguo y Pu Xiaofeng de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Energética de la Universidad Jiao Tong de Shanghai estudiaron el sistema de control de la máquina de colocación y Jin Zeng del Instituto de Investigación CIM estudiaron la optimización de la colocación de la máquina de colocación. Se estudió la tecnología de procesamiento de imágenes del sistema de la máquina de colocación. Tian Fuhou del Instituto de Automatización estudió la optimización de la distribución del alimentador de la máquina de colocación y su algoritmo genético. Shi et al. de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong realizaron investigaciones relevantes sobre máquinas de colocación de chips desde aspectos como la visión y las imágenes. La Universidad Tecnológica del Sur de China coopera con Fenghua Hi-Tech para realizar investigaciones relevantes en aspectos como inspección visual, procesamiento de imágenes, sistema de control de movimiento y optimización de la eficiencia.
6 Conclusión
Según los diferentes componentes de montaje y el grado de versatilidad del montaje, la máquina de colocación se puede dividir en tipos dedicados y universales. El tipo dedicado incluye chip específico y. Tipo específico de IC, el primero busca principalmente alta velocidad y el segundo busca principalmente alta precisión; el tipo general se puede usar para SMT o IC, y se usa ampliamente en líneas de producción de colocación y producción continua de volumen medio. La alta adaptabilidad de la máquina de colocación universal sacrifica el compromiso del diseño entre precisión y velocidad.
Su velocidad de colocación es más lenta que la de las máquinas de colocación de alta velocidad y su precisión de colocación es menor que la de las máquinas de colocación de precisión. El desarrollo de máquinas colocadoras de alta velocidad ha llegado a un cierto límite. En la actualidad, los fabricantes de máquinas de colocación de chips desarrollan principalmente modelos de uso general para cumplir con más requisitos del proceso de colocación. Desde que los procesos de post-envasado y SMT comenzaron a fusionarse entre sí, esto ha planteado mayores requisitos para la precisión de la máquina de colocación.
La exigencia simultánea de alta velocidad y alta precisión es la principal dificultad en el desarrollo de máquinas colocadoras. Resolver la contradicción entre alta velocidad y alta precisión requiere la combinación perfecta de múltiples disciplinas. Se requiere la combinación orgánica de diseño, simulación, tecnología, ensamblaje y pruebas para desarrollar una máquina de colocación de alto nivel. Sin embargo, la fabricación de máquinas colocadoras depende del desarrollo de industrias básicas, lo que también dificulta en gran medida el desarrollo de máquinas colocadoras de alta velocidad y precisión.