Assemblage 0201, du placement difficile au placement conventionnel
Cet article explique et discute des principes directeurs régissant le placement de 0201 dans les opérations d'assemblage à volume élevé et à mélange élevé.
Par Ming Gan, ming@smthelp.com
Bien que généralement considérées comme un développement relativement récent, les cartes de circuits imprimés (PCB) sont disponibles depuis le début des années 1950. Depuis lors, la demande de produits électroniques plus petits, plus légers et plus rapides a poussé la technologie des composants électroniques, des circuits imprimés et des équipements d'assemblage vers les CMS.
La première acceptation générale du SMT a eu lieu au début des années 1980, lorsque des machines telles que le Dynapert MPS-500 et le FUJI CP-2 sont entrées sur le marché. À cette époque, les résistances et condensateurs 1206 (3216) étaient les composants de placement les plus populaires. Cependant, en un ou deux ans, 1206 a cédé la place à 0805 (2125) en tant que package de composants le plus courant pour le placement SMT.
Pendant ce temps, les machines et les composants ont évolué rapidement. Au fur et à mesure que la machine devenait plus rapide et plus flexible, le composant 0603 (1608) a commencé à évoluer. À ce stade, de nombreux fabricants de machines d'assemblage sont retournés au laboratoire de R&D, de recherche et de développement pour réévaluer la technologie utilisée pour accueillir ces nouveaux composants plus petits. Des caméras à plus haute résolution et des buses d'aspiration plus petites font partie des variations que ces composants apportent à l'équipement d'assemblage.
L'émergence de l'emballage 0402 (1608) pose de nouveaux défis dans tous les aspects de l'assemblage des PCB. En termes de développement de machines, les buses d'aspiration sont devenues plus petites et plus fragiles. Un nouvel accent est mis sur le chargeur de composants, qui agit comme une unité d'amélioration, donnant à la machine des pièces plus précises.
Avec l'avènement des composants 0402, les défis de processus sont devenus ceux qui doivent être résolus pour un placement réussi des composants. L'impression de pâte à souder devient encore plus critique - l'épaisseur du pochoir et le maillage de la pâte à braser sont des considérations de processus de plus en plus importantes. La technologie requise pour un tel placement implique également de nouveaux coûts importants.
La combinaison de ces facteurs crée une nouvelle forme d'emballage qui est la plus lente à adopter dans l'histoire de l'industrie électronique. Au total, pendant près de cinq ans, les emballages 0402 ont été largement acceptés dans l'industrie - et de nombreuses usines d'assemblage aujourd'hui n'ont jamais mis de feuille 0402.
Maintenant, j'ai entré 0201.
Au cours de la dernière année et demie, le placement 0201 a été un sujet de discussion clé dans toute l'industrie. En raison des exigences de taille, de poids et de consommation d'énergie, de nombreux assembleurs de cartes OEM doivent incorporer des composants et des technologies encore plus petits dans leurs produits. Les fabricants sous contrat (CM, sous-traitant) doivent également disposer de nouvelles technologies pour maintenir le processus d'assemblage à jour et fournir aux clients une gamme complète de services. Pour les constructeurs de machines, le défi consiste à développer des équipements d'assemblage plus résistants aux obsolètes dans une ère de changement technologique dynamique.
Défi du placement 0201
Le placement du composant 0201 est plus difficile que l'intervention du composant qui le précède. La raison principale est que le boîtier 0201 représente environ un tiers de la taille 0402 correspondante.
La précision de placement de la machine auparavant acceptable est immédiatement devenue une limitation de l'introduction de 0201. De plus, la spécification de ruban adhésif industriel traditionnel permet trop de mouvement pour un placement fiable de 0201, et le niveau de contrôle du processus doit être augmenté pour faire du placement 0201 une production. réalité.
Bien que ces obstacles soient très importants, ils sont loin d'être insurmontables. Bien sûr, ils ont besoin de toute la détermination, car la technologie nécessaire au stage 0201 nécessite beaucoup d'argent et la promesse de recherche et développement (R&D) du top management.
La clé d'un placement fiable du 0201
Chez FUJI, le programme de R&D agressif a permis de rendre toutes les machines d'assemblage de circuits compatibles avec le 0201 à une vitesse de 100 %, avec une fiabilité d'aspiration minimale de 99,90 %, une fiabilité d'aspiration cible de 99,95 % et une fiabilité du placement. C'est 99,99%. Au début, chaque aspect de la conception a été évalué pour sa capacité à fonctionner sur un programme 0201 complet, et la combinaison d'éléments uniques de paramètres de composants de machine étroitement liés s'est avérée essentielle au succès. Ces paramètres comprennent :
Figure 1 Tableau des chargeurs de composants. Le programme de R&D a conclu que la capacité à positionner avec précision la table du chariot - et à effectuer des ajustements minimes pour compenser l'imprécision de la bande - est un facteur clé pour atteindre une fiabilité de détection des composants supérieure à 99,95 %.
Pour ce faire, la table d'alimentation doit être usinée avec précision pour assurer un positionnement reproductible des alimentateurs individuels et combinée avec un système d'asservissement à cycle semi-fermé haute résolution utilisant un guide de déplacement linéaire à deux pistes. Cette conception permet des ajustements mineurs - basés sur les résultats de la précision d'aspiration telle qu'évaluée par le système de vision. Cela garantit que le composant est aussi proche que possible du centre.
Chargeur de composants. Le chargeur doit être fabriqué avec des tolérances extrêmement serrées pour assurer la répétabilité de la position d'aspiration, quelle que soit la hauteur des composants et un grand nombre de positions de composants possibles. Le mécanisme utilisé pour positionner et verrouiller le chargeur en position doit être durable et précis, tout en étant convivial. De plus, les matériaux utilisés pour fabriquer le chargeur doivent être très résistants et légers pour permettre un fonctionnement ergonomique tout en garantissant une distribution précise et reproductible de la bande de support.
Le chargeur entraîne le pignon. Le pignon d'entraînement joue un rôle clé dans la capacité de la machine à positionner la bande de composants. La forme, la conicité et la longueur des dents du pignon d'entraînement affectent considérablement la capacité du chargeur à positionner la bande. D'autres facteurs ont également été étudiés, tels que le diamètre du pignon d'entraînement et le nombre de courroies en contact avec le pignon. Les modifications apportées à la conception de base du pignon ont entraîné une amélioration de la précision de positionnement, les conceptions antérieures augmentant de 20 % dans la direction X et de 50 % dans la direction Y.
La figure 2 suce la tête. Après avoir alimenté correctement le composant, l'étape suivante consiste à tirer le composant sur la buse d'aspiration et à l'amener sur la carte. Les buses à vide sont conformes pour absorber les chocs lors du prélèvement et du placement des composants, compenser les petites variations de hauteur de la pâte à souder et réduire le risque de rupture des composants. Pour ces raisons, la buse doit pouvoir se déplacer dans son logement.
La sélection des matériaux, la dureté des matériaux, les tolérances d'usinage et les caractéristiques thermiques doivent toutes être comprises pour construire une tête d'aspiration fiable. La buse doit se déplacer librement dans son support sans sacrifier la précision (Figure 1).
L'arbre de la buse est assemblé. L'arbre de la buse est également un élément de conception clé - éliminant la surmultiplication en maintenant l'ensemble de la buse en alignement direct avec l'ensemble de l'arbre. La surpression est causée par l'inertie générée lorsque la tête est déplacée de haut en bas. Si la buse et l'arbre ne sont pas en ligne droite, il y a un petit coup de fouet - ou une surpression. La surpression entraîne une modification de la précision de positionnement, qui est déterminée par la vitesse de déplacement, le poids de la buse et le poids du composant. En éliminant la surpression, l'alignement direct réduit le nombre de facteurs négatifs associés au placement des composants par prélèvement et placement (Figure 2).
Figure 3 conception de la buse. Les variations dans la conception de la buse sont un facteur important pour permettre la réception du composant 0201. Pour dessiner un composant de 0,6 x 0,3 mm, la buse doit avoir un diamètre extérieur ne dépassant pas 0,40 mm. Cela forme un arbre de buse long et mince qui est fragile mais qui doit également maintenir la précision pour maintenir une grande fiabilité d'aspiration. Les changements de l'axe linéaire à la conception conique augmentent la résistance de la buse et permettent à la buse de résister à la flexion (Figure 3).
Structure matricielle. Toutes les machines génèrent des vibrations pendant le fonctionnement. La conception du châssis de base est une première étape clé dans la réduction des effets de vitesse et de mouvement des vibrations et de la résonance harmonique. En utilisant un châssis de base en fonte et une technologie structurelle de pointe, les vibrations et la résonance harmonique peuvent être réduites à un niveau contrôlable dans la machine, de sorte que les effets négatifs peuvent être traités.
Conformité aux normes
Grâce aux six facteurs clés, les obstacles à un placement fiable du 0201 ont été éliminés. En conséquence, l'attention de la R&D s'est déplacée vers des composants plus récents et plus petits, et 0201 n'est plus considéré comme une technologie de conditionnement de composants de pointe.
Pour le placement des composants 0201, la fenêtre de processus acceptée est d'environ 75 μm X et 75 μm Y à 3 。. Pour obtenir une fiabilité de placement de 6 °, les tolérances X et Y doivent être réduites à 50 μm. Le dernier équipement de placement à grande vitesse a une cote de 66 μm avec un écart type réel d'environ 35 ~ 45 μm. Au fur et à mesure que le composant 0201 devient plus largement utilisé et que le processus de fabrication devient plus strict, une précision améliorée peut être obtenue.
La différence de taille des composants entre les fournisseurs pose un défi pour l'alimentation et le placement de 0201. L'alimentation en vrac est en cours d'ouverture et devrait être disponible en 2001.
Bien que la machine ait maintenant cette capacité, seul un petit pourcentage d'utilisateurs sera prêt à passer le placement 0201 dans les 12 à 24 prochains mois. Ceci est similaire à l'introduction d'un réseau à billes (BGA) et de composants 0402, dans lesquels les capacités de la machine sont en avance sur l'état du processus.
Un défi à relever
Alors que le placement des composants 0201 est désormais une caractéristique standard des nouveaux équipements de placement, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour améliorer le processus global pour l'utilisateur final. La relation entre les constructeurs de machines, les fournisseurs de composants, les fabricants de panneaux, les usines de coffrage et les fabricants de pâte à braser doit être renforcée pour créer un processus de développement plus transparent. Le résultat final sera une compréhension unifiée du processus et une meilleure relation de travail qui profitera aux utilisateurs finaux, notamment en rendant les nouvelles technologies de production plus rapides et plus efficaces.
Par Ming Gan, ming@smthelp.com