0201 сборка, от сложного до обычного размещения
В этой статье объясняются и обсуждаются руководящие принципы, управляющие размещением 0201 как при больших объемах, так и при смешанных сборочных операциях.
Минг Ган, ming@smthelp.com
Хотя обычно печатные платы считаются относительно недавней разработкой, они доступны с начала 1950-х годов. С тех пор спрос на более компактные, легкие и быстрые электронные продукты привел к тому, что электронные компоненты, печатные платы и технологии сборочного оборудования перешли на поверхностный монтаж.
Первое широкое признание SMT произошло в начале 1980-х годов, когда на рынок вышли такие машины, как Dynapert MPS-500 и FUJI CP-2. В то время самыми популярными компонентами размещения были резисторы и конденсаторы 1206 (3216). Однако через год-два 1206 уступил место 0805 (2125) как наиболее распространенному пакету компонентов для размещения SMT.
За это время как машины, так и компоненты быстро развивались. По мере того, как машина становилась быстрее и гибче, компонент 0603 (1608) начал развиваться. В этот момент многие производители сборочных машин вернулись в научно-исследовательские лаборатории и лаборатории для переоценки технологий, используемых для размещения этих новых, более мелких компонентов. Камеры с более высоким разрешением и вакуумные сопла меньшего размера являются одними из вариантов, которые эти компоненты привносят в сборочное оборудование.
Появление упаковки 0402 (1608) создает новые проблемы во всех аспектах сборки печатных плат. С точки зрения развития машин вакуумные сопла стали меньше и более хрупкими. Новый акцент сделан на механизме подачи компонентов, который выступает в качестве усовершенствованного узла, обеспечивая станку более точные детали.
С появлением компонентов 0402 проблемы процесса увеличились до тех, которые необходимо решать для успешного размещения компонентов. Печать паяльной пасты становится еще более важным фактором: толщина трафарета и сетка паяльной пасты становятся все более важными параметрами процесса. Технология, необходимая для такого размещения, также связана со значительными новыми затратами.
Сочетание этих факторов создает новую форму упаковки, которая внедряется самым медленным образом в истории электронной промышленности. В общей сложности в течение почти пяти лет упаковка 0402 была широко распространена в отрасли — и сегодня многие сборочные предприятия так и не поставили лист 0402.
Я ввел 0201.
За последние полтора года размещение 0201 было ключевой темой обсуждения во всей отрасли. Из-за требований к размеру, весу и энергопотреблению многим OEM-сборщикам плат необходимо включать в свои продукты еще более мелкие компоненты и технологии. Контрактные производители (КМ, контрактный производитель) также должны иметь новые технологии, чтобы поддерживать процесс сборки в актуальном состоянии и предоставлять клиентам полный спектр услуг. Перед машиностроителями стоит задача разработать более устойчивое к устаревшему сборочному оборудованию в эпоху динамичных технологических изменений.
Задача размещения 0201
Размещение компонента 0201 является более сложной задачей, чем вмешательство компонента перед ним. Основная причина заключается в том, что размер пакета 0201 составляет примерно одну треть от размера соответствующего пакета 0402.
Хотя эти препятствия очень велики, они далеко не непреодолимы. Конечно, им нужна вся решимость, потому что технология, необходимая для размещения 0201, требует больших денег и обещания высшего руководства исследований и разработок (НИОКР).
Приемлемая ранее точность размещения машины сразу же стала ограничением внедрения 0201. Кроме того, традиционная спецификация промышленного тейпирования допускает слишком много движений для надежного размещения 0201, и уровень контроля процесса должен быть повышен, чтобы сделать размещение 0201 производственным. реальность.
Ключ к надежному размещению 0201
В компании FUJI активная программа исследований и разработок позволила сделать все машины для сборки схем совместимыми с 0201 на скорости 100 %, с минимальной надежностью всасывания 99,90 %, целевой надежностью всасывания 99,95 % и минимальной надежность размещения. Это 99,99%. Вначале каждый аспект конструкции оценивался на предмет его способности работать по полной программе 0201, и комбинация отдельных элементов с близко связанными параметрами компонентов машины оказалась решающей для успеха. Эти параметры включают в себя:
Рис. 1 Таблица подачи компонентов. Программа исследований и разработок пришла к выводу, что возможность точного позиционирования стола каретки и минимальных регулировок для компенсации неточности ленты является ключевым фактором в достижении надежности захвата компонента выше 99,95%.
Для этого стол питателя должен быть прецизионно обработан, чтобы обеспечить воспроизводимое позиционирование отдельных питателей, и объединен с сервосистемой полузамкнутого цикла с высоким разрешением, использующей двухдорожечную линейную подвижную направляющую. Эта конструкция позволяет вносить незначительные корректировки на основе результатов точности всасывания, оцененных системой технического зрения. Это гарантирует, что компонент находится как можно ближе к центру.
Подача компонентов. Питатель должен быть изготовлен с очень жесткими допусками, чтобы обеспечить повторяемость положения всасывания, независимо от высоты компонента и большого количества возможных положений компонентов. Механизм, используемый для позиционирования и фиксации устройства подачи, должен быть прочным и точным, но в то же время удобным для пользователя. Кроме того, материалы, используемые для изготовления устройства подачи, должны быть высокопрочными и легкими, чтобы обеспечить эргономичную работу и обеспечить точную и воспроизводимую подачу несущей ленты.
Питатель приводит в движение звездочку. Ведущая звездочка играет ключевую роль в способности машины позиционировать ленту компонента. Форма, конусность и длина зубьев ведущей звездочки существенно влияют на способность подавателя позиционировать ленту. Также были исследованы другие факторы, такие как диаметр ведущей звездочки и количество ремней, соприкасающихся со звездочкой. Изменения в базовой конструкции звездочки привели к повышению точности позиционирования: более ранние конструкции увеличивали ее на 20 % в направлении X и на 50 % в направлении Y.
Рисунок 2 сосет голову. После правильной подачи компонента следующим шагом будет натягивание компонента на вакуумную насадку и поднесение его к плате. Вакуумные насадки способны поглощать удары при извлечении компонентов, компенсировать небольшие колебания высоты паяльной пасты и снижать риск поломки компонентов. По этим причинам сопло должно иметь возможность перемещаться внутри своего приспособления.
Выбор материала, твердость материала, допуски на механическую обработку и тепловые характеристики должны быть поняты для создания надежной всасывающей головки. Сопло должно свободно перемещаться внутри держателя без ущерба для точности (рис. 1).
Вал форсунки собран. Вал форсунки также является ключевым элементом конструкции. Он устраняет перегрузку за счет того, что вся форсунка находится на одном уровне с узлом вала. Избыточное давление возникает из-за инерции, возникающей при движении головы вверх и вниз. Если сопло и вал не находятся на одной линии, возникает небольшое биение или избыточное давление. Избыточное давление вызывает изменение точности позиционирования, которая определяется скоростью движения, массой сопла и массой детали. Устраняя избыточное давление, прямое выравнивание снижает количество негативных факторов, связанных с установкой компонентов методом «сбор и установка» (рис. 2).
Рисунок 3. Конструкция сопла. Вариации конструкции сопла являются важным фактором, позволяющим получить компонент 0201. Для вытягивания детали 0,6×0,3 мм внешний диаметр сопла должен быть не более 0,40 мм. Это образует длинный тонкий стержень сопла, который является хрупким, но также должен обеспечивать точность для обеспечения высокой надежности всасывания. Переход от линейной оси к конической конструкции повышает прочность сопла и позволяет соплу сопротивляться изгибу (рис. 3).
Матричная структура. Все машины генерируют вибрации во время работы. Конструкция базовой рамы является ключевым первым шагом в снижении скорости и эффектов движения вибрации и гармонического резонанса. Используя чугунную опорную раму и самые современные конструктивные технологии, вибрация и гармонический резонанс внутри машины могут быть снижены до контролируемого уровня, что позволяет устранить негативные последствия.
В соответствии со стандартом
Благодаря всем шести ключевым факторам препятствия для надежного размещения 0201 были устранены. В результате центр исследований и разработок сместился на новые, более мелкие компоненты, и 0201 больше не считается передовой технологией упаковки компонентов.
Для размещения компонента 0201 приемлемое технологическое окно составляет примерно 75 мкм по оси X и 75 мкм по оси Y при 3 。. Для достижения надежности размещения 6° допуски по осям X и Y должны быть уменьшены до 50 мкм. Новейшее высокоскоростное оборудование для размещения имеет рейтинг 66 мкм с фактическим стандартным отклонением примерно 35–45 мкм. По мере того, как компонент 0201 становится все более широко используемым, а производственный процесс становится более жестким, может быть достигнута повышенная точность.
Разница в размерах компонентов между поставщиками создает проблему для подачи и размещения 0201. Массовое кормление открывается и должно быть доступно в 2001 году.
Хотя теперь у машины есть такая возможность, лишь небольшой процент пользователей будет готов занять место 0201 в ближайшие 12–24 месяца. Это похоже на введение массива шариковых решеток (BGA) и компонентов 0402, в которых возможности машины опережают состояние процесса.
Задача впереди
Несмотря на то, что размещение компонентов 0201 теперь является стандартной функцией нового оборудования для размещения, необходима дополнительная работа, чтобы улучшить общий процесс для конечного пользователя. Отношения между машиностроителями, поставщиками компонентов, производителями плат, заводами по производству опалубки и производителями паяльной пасты должны быть укреплены, чтобы сделать процесс разработки более плавным. Конечным результатом станет единое понимание процесса и улучшение рабочих отношений, которые принесут пользу конечным пользователям, особенно за счет ускорения и повышения эффективности новых производственных технологий.
Минг Ган, ming@smthelp.com