0201 montaje, de colocación difícil a convencional
Este artículo explica y analiza los principios rectores que rigen la colocación de 0201 en operaciones de ensamblaje de alto volumen y alta mezcla.
Por Ming Gan, ming@smthelp.com
Aunque generalmente se considera un desarrollo relativamente reciente, las placas de circuito impreso (PCB) han estado disponibles desde principios de la década de 1950. Desde entonces, la demanda de productos electrónicos más pequeños, livianos y rápidos ha impulsado la tecnología de componentes electrónicos, PCB y equipos de ensamblaje hacia SMT.
La primera aceptación general de SMT se produjo a principios de la década de 1980, cuando entraron en el mercado máquinas como Dynapert MPS-500 y FUJI CP-2. En ese momento, las resistencias y condensadores 1206 (3216) eran los componentes de colocación más populares. Sin embargo, en uno o dos años, 1206 dio paso a 0805 (2125) como el paquete de componentes más común para la colocación de SMT.
La aparición del empaque 0402 (1608) plantea nuevos desafíos en todos los aspectos del ensamblaje de PCB. En términos de desarrollo de máquinas, las boquillas de vacío se han vuelto más pequeñas y frágiles. Se pone un nuevo enfoque en el alimentador de componentes, que actúa como una unidad de mejora, dando a la máquina piezas más precisas.
Con la llegada de los componentes 0402, los desafíos del proceso se han incrementado a aquellos que deben abordarse para la colocación exitosa de los componentes. La impresión de pasta de soldadura se vuelve aún más crítica: el grosor de la plantilla y la malla de la pasta de soldadura son consideraciones de proceso cada vez más importantes. La tecnología requerida para dicha colocación también implica importantes costos nuevos.
La combinación de estos factores crea una nueva forma de empaque que es la más lenta de adoptar en la historia de la industria electrónica. En total, durante casi cinco años, el empaque 0402 fue ampliamente aceptado en la industria, y muchas plantas de ensamblaje hoy en día nunca colocan una hoja 0402.
Durante el último año y medio, la colocación de 0201 ha sido un tema clave de discusión en toda la industria. Debido a los requisitos de tamaño, peso y consumo de energía, muchos ensambladores de placas OEM necesitan incorporar tecnologías y componentes aún más pequeños en sus productos. Los fabricantes por contrato (CM, contract manufacturer) también deben disponer de nuevas tecnologías para mantener actualizado el proceso de montaje y ofrecer a los clientes una gama completa de servicios. Para los fabricantes de máquinas, el desafío es desarrollar equipos de ensamblaje más resistentes a los obsoletos en una era de cambios tecnológicos dinámicos.
Desafío de colocación de 0201
La colocación del componente 0201 es más desafiante que la intervención del componente frente a él. La razón principal es que el paquete 0201 es aproximadamente un tercio del tamaño correspondiente al 0402.
Aunque estos obstáculos son muy grandes, están lejos de ser insuperables. Por supuesto, necesitan toda la determinación, porque la tecnología necesaria para la colocación de 0201 requiere mucho dinero y la promesa de investigación y desarrollo (I+D) de la alta dirección.
La clave para una colocación confiable de 0201
En FUJI, el agresivo programa de I+D ha producido la capacidad de hacer que todas las máquinas de ensamblaje de circuitos sean compatibles con 0201 al 100 % de velocidad, con una confiabilidad de succión mínima de 99,90 %, una confiabilidad de succión objetivo de 99,95 % y una fiabilidad de colocación. Es 99.99%. Al principio, se evaluó cada aspecto del diseño en cuanto a su capacidad para funcionar en un programa 0201 completo, y la combinación de elementos individuales de parámetros de componentes de máquinas estrechamente relacionados resultó fundamental para el éxito. Estos parámetros incluyen:
Figura 1 Mesa alimentadora de componentes. El programa de I+D llegó a la conclusión de que la capacidad de colocar con precisión la mesa del carro, y realizar ajustes mínimos para compensar la imprecisión de la cinta, es un factor clave para lograr una fiabilidad de recogida de componentes superior al 99,95 %.
Para lograr esto, la mesa del alimentador debe mecanizarse con precisión para garantizar el posicionamiento repetible de los alimentadores individuales y combinarse con un servosistema de ciclo semicerrado de alta resolución que utiliza una guía de movimiento lineal de dos pistas. Este diseño permite ajustes menores, según los resultados de la precisión de la succión según lo juzgado por el sistema de visión. Esto asegura que el componente esté lo más cerca posible del centro.
Alimentador de componentes. El alimentador debe fabricarse con tolerancias extremadamente estrictas para garantizar la repetibilidad de la posición de succión, independientemente de la altura del componente y de un gran número de posibles posiciones de componentes. El mecanismo utilizado para posicionar y bloquear el alimentador debe ser duradero y preciso, pero fácil de usar. Además, los materiales utilizados para fabricar el alimentador deben ser de alta resistencia y peso ligero para permitir una operación ergonómica y garantizar una entrega precisa y repetible de la cinta portadora.
El alimentador impulsa la rueda dentada. La rueda dentada de transmisión juega un papel clave en la capacidad de la máquina para colocar la cinta del componente. La forma, la conicidad y la longitud de los dientes de la rueda dentada motriz afectan significativamente la capacidad del alimentador para colocar la cinta. También se han investigado otros factores, como el diámetro de la rueda dentada de transmisión y el número de correas en contacto con la rueda dentada. Los cambios en el diseño básico de la rueda dentada dieron como resultado una precisión de posicionamiento mejorada; los diseños anteriores aumentaron un 20 % en la dirección X y un 50 % en la dirección Y.
La figura 2 chupa la cabeza. Después de alimentar correctamente el componente, el siguiente paso es colocar el componente en la boquilla de vacío y llevarlo a la placa. Las boquillas de vacío cumplen con los requisitos para absorber los impactos durante la toma y colocación de componentes, compensar las pequeñas variaciones en la altura de la soldadura en pasta y reducir el riesgo de rotura de los componentes. Por estas razones, la boquilla debe poder moverse dentro de su accesorio.
La selección del material, la dureza del material, las tolerancias de mecanizado y las características térmicas deben comprenderse para construir un cabezal de succión confiable. La boquilla debe moverse libremente dentro de su soporte sin sacrificar la precisión (Figura 1).
El eje de la boquilla está ensamblado. El eje de la boquilla también es un elemento clave del diseño: elimina la sobremarcha al mantener toda la boquilla en alineación directa con el conjunto del eje. La sobrepresión es causada por la inercia generada cuando la cabeza se mueve hacia arriba y hacia abajo. Si la boquilla y el eje no están en línea recta, hay un pequeño latigazo o sobrepresión. La sobrepresión provoca un cambio en la precisión de posicionamiento, que está determinada por la velocidad de movimiento, el peso de la boquilla y el peso del componente. Al eliminar la sobrepresión, la alineación directa reduce la cantidad de factores negativos asociados con la colocación de selección y colocación de componentes (Figura 2).
Figura 3 diseño de boquilla. Las variaciones en el diseño de la boquilla son un factor importante para permitir que se reciba el componente 0201. Para dibujar un componente de 0,6 × 0,3 mm, la boquilla debe tener un diámetro exterior de no más de 0,40 mm. Esto forma un eje de boquilla largo y delgado que es frágil pero que también debe mantener la precisión para mantener una alta confiabilidad de succión. Los cambios del eje lineal al diseño cónico aumentan la resistencia de la boquilla y permiten que la boquilla resista la flexión (Figura 3).
Estructura matricial. Todas las máquinas generan vibraciones durante su funcionamiento. El diseño del marco base es un primer paso clave para reducir la velocidad y los efectos de movimiento de la vibración y la resonancia armónica. Mediante el uso de un bastidor base de hierro fundido y tecnología estructural de última generación, la vibración y la resonancia armónica se pueden reducir a un nivel controlable dentro de la máquina, de modo que se puedan tratar los efectos negativos.
Hasta el estándar
A través de los seis factores clave, se han eliminado los obstáculos para la colocación confiable de 0201. Como resultado, el enfoque de I+D se ha desplazado hacia componentes más nuevos y pequeños, y el 0201 ya no se considera una tecnología de empaquetado de componentes de vanguardia.
Para la colocación de componentes 0201, la ventana de proceso aceptada es de aproximadamente 75 μm X y 75 μm Y a 3 。. Para lograr una confiabilidad de colocación de 6 贴, las tolerancias X e Y deben reducirse a 50 μm. El último equipo de colocación de alta velocidad tiene una clasificación de 66 μm con una desviación estándar real de aproximadamente 35~45 μm. A medida que el componente 0201 se usa más ampliamente y el proceso de fabricación se vuelve más estricto, se puede lograr una mayor precisión.
La diferencia en el tamaño de los componentes entre proveedores plantea un desafío para la alimentación y colocación de 0201. La alimentación a granel se está abriendo y debería estar disponible en 2001.
Aunque la máquina ahora tiene esta capacidad, solo un pequeño porcentaje de usuarios estará listo para tomar la ubicación 0201 en los próximos 12 a 24 meses. Esto es similar a la introducción de una matriz de rejilla esférica (BGA) y componentes 0402, en los que las capacidades de la máquina están por delante del estado del proceso.
Desafío por delante
Si bien la colocación de los componentes 0201 es ahora una característica estándar de los nuevos equipos de colocación, se necesita trabajo adicional para mejorar el proceso general para el usuario final. Es necesario fortalecer la relación entre los fabricantes de máquinas, los proveedores de componentes, los fabricantes de tableros, las fábricas de encofrados y los fabricantes de soldadura en pasta para crear un proceso de desarrollo más fluido. El resultado final será una comprensión unificada del proceso y una mejor relación de trabajo que beneficiará a los usuarios finales, especialmente al hacer que las nuevas tecnologías de producción sean más rápidas y eficientes.
Por Ming Gan, ming@smthelp.com