La colocación de componentes es un proceso de fabricación de componentes electrónicos que coloca los componentes eléctricos con precisión en placas de circuito impreso (PCB) para crear interconexiones eléctricas entre los componentes funcionales y los circuitos de interconexión en las PCB (terminales de conexión). Los cables de los componentes deben sumergirse con precisión en la pasta de soldadura previamente depositada en las almohadillas de la placa de circuito impreso. El siguiente paso después de la colocación de los componentes es la soldadura .
Entradas de ubicación
- Colocador flexible, disparador de virutas y otras máquinas especializadas.
- PWB con impresión de soldadura.
- Componentes suministrados por alimentadores.
- Archivos de computadora: el programa de computadora controla la ubicación de cada componente en el PWB (X, Y y theta angular), los niveles de inventario del alimentador, la capacidad de soporte de vacío de la máquina de colocación, la realineación automática de componentes, la precisión de colocación, los sistemas de visión y el transporte de PCB a través de la línea. [1]
Proceso de colocación
La secuencia de colocación básica generalmente incluye: indexación de tableros, registro de tableros, alineación visual fiducial, recogida de componentes, centrado de componentes / inspección visual, colocación de componentes e indexación de tableros. [1] La recogida de componentes, el centrado de componentes / inspección por visión, la colocación de componentes se repiten para cada componente. A veces, la dispensación de adhesivo y la verificación eléctrica en línea también se incluyen en la secuencia.
A través del proceso de indexación de la placa, el PWB impreso con plantilla se carga en la posición adecuada. Las marcas fiduciales , también conocidas como marcadores fiduciales , proporcionan puntos medibles comunes para todos los pasos del proceso de ensamblaje. Hay muchos tipos de fiduciales. Los fiduciales globales se utilizan para localizar la posición de todas las funciones en una placa de circuito impreso individual. Cuando se procesan varias placas como un panel, los fiduciales globales también pueden denominarse fiduciales del panel si se utilizan para ubicar los circuitos desde el datum del panel. Los fiduciales locales se utilizan para localizar la posición de un patrón o componente de terreno individual que puede requerir una ubicación más precisa, como un QFP de paso de 0,02 pulgadas (0,51 mm). [1]
La junta se ubica identificando fiduciales globales en el PWB. Luego, los alimentadores recogen y centran los componentes a una distancia conocida del componente. Una mayor precisión de colocación requiere la ayuda de fiduciales locales visualizados por sensores ópticos o láser. El cabezal de aspiración elimina los componentes de los alimentadores. Al final, el componente se coloca en la ubicación correcta X, Y y theta con todos los cables en las almohadillas correctas en contacto con la pasta de soldadura. Los PWB con todos los componentes colocados correctamente pasarán al proceso de reflujo.
Hay tres atributos principales que se deben considerar en el sistema de colocación de componentes: precisión, velocidad y flexibilidad. La precisión involucra los aspectos de resolución, precisión de ubicación y repetibilidad. La velocidad involucra los aspectos de la tasa de colocación de equipos, la estrategia de reducción de calificación y el rendimiento de la producción. La tasa de colocación está determinada por el tipo de máquina y la distancia entre los componentes en una placa. La flexibilidad involucra los aspectos de variedad de componentes, número de alimentadores y rango de tamaño de PCB. [1]
Tipos de máquinas de recogida y colocación
Una máquina de recogida y colocación es una máquina de estilo robótico que coloca una variedad de tipos de componentes. Incluye características tales como: ubicaciones del alimentador de recolección de componentes, recolección por vacío, sistema de visión, realineación automática de componentes, precisión de colocación repetible y sistema de transporte para PCB.
La máquina de recoger y colocar es a menudo la pieza más importante del equipo de fabricación para colocar componentes de manera confiable y precisa para cumplir con los requisitos de rendimiento de manera rentable. Normalmente, los equipos de recogida y colocación de montaje en superficie, incluido un complemento completo de alimentadores, constituyen aproximadamente el 50% de la inversión de capital total necesaria para una línea de fabricación de montaje en superficie de volumen medio. [1]
Hay dos tipos principales de máquinas de recogida y colocación:
Tirador de chips
Los disparadores de chips se utilizan para hasta el 90% de los componentes más comunes, como pasivos y activos pequeños. Los disparadores de chips son rápidos (de 20.000 a 80.000 por hora, pueden ser tan rápidos como 100.000 por hora) con una precisión relativamente baja (generalmente 70 μm ). [1] Como resultado, los disparadores de chips no se utilizan para colocar componentes activos, que requieren una mayor precisión. Hay tres tipos principales de disparadores de chips: torreta estacionaria, aristocracia aérea y cabeza de revólver.
Placer flexible
En comparación con los disparadores de chips, los colocadores flexibles son lentos (de 6.000 a 40.000 por hora) con una alta precisión (tan baja como 25 μm). [1] Como resultado, se están utilizando colocadores flexibles para colocar componentes activos complejos y de alta E / S, como los QFP, ya que los componentes de E / S de mayor rendimiento generalmente requieren una mayor precisión. Hay tres tipos principales de placeres flexibles: gentry aéreo, cabeza de revólver y eje dividido. Los disparadores de chips y los colocadores flexibles se combinan normalmente para su uso y pueden tener en cuenta casi el 65% del costo total de la línea de ensamblaje.
Tipos de cabezales de colocación
Pórtico aéreo
El cabezal de colocación del sistema de posicionamiento de estilo pórtico elevado está montado en una viga de pórtico (eje X). Durante la secuencia, la viga se mueve perpendicularmente a la dirección del movimiento del cabezal de colocación, lo que ofrece dos grados de libertad (alineación X e Y) en un plano paralelo a la mesa de la máquina. La PCB y los alimentadores se mantienen estacionarios durante la colocación. El PCB se ubica en la mesa identificando fiduciales globales y locales a través de un sistema de visión. Este cabezal de colocación se mueve a lo largo de las vigas del eje para tomar componentes de un alimentador y luego se mueve a su posición para colocar los componentes. Una boquilla de vacío en el cabezal de colocación se mueve hacia arriba y hacia abajo verticalmente para proporcionar el eje Z y gira en el plano horizontal para proporcionar una alineación angular theta. A veces, también se aplica un sistema de visión secundario para verificar la corrección y alineación de los componentes después de la recogida y antes de la colocación. Como la PCB y los alimentadores permanecen estacionarios en la secuencia de colocación, se eliminan las fuentes adicionales de inexactitud posicional. La máquina de estilo pórtico aéreo tiene la mejor precisión de colocación entre todos los tipos y es utilizada exclusivamente por colocadores flexibles. Ofrece una mayor flexibilidad y precisión, pero no puede igualar las velocidades de otros estilos. Las máquinas con múltiples pórticos pueden alcanzar una velocidad más rápida.
Torreta estacionaria / torreta fija
El sistema de torreta estacionaria tiene una velocidad relativamente más alta debido a una serie de cabezales idénticos que giran en una sola torreta. El alimentador se mueve en la dirección X a una ubicación de recogida fija. Hasta 36 boquillas de vacío alrededor del perímetro de la torreta giratoria proporcionan alineación Z y theta. La torreta gira varios cabezales entre las ubicaciones de recogida y colocación. La PCB se mueve en la dirección X e Y debajo de los cabezales giratorios, deteniéndose debajo de la ubicación de colocación correcta. En comparación con un cabezal de pórtico, los movimientos simultáneos de alimentadores y PCB mejoran en gran medida la tasa de colocación promedio. Debido a que los componentes pasivos no exigen una gran precisión de colocación, se aplica exclusivamente en disparadores de chips. El sistema de torreta fija tiene la limitación de requerir una gran superficie para el banco de alimentadores en movimiento (superficie = 2 * longitud total del alimentador). La posibilidad de que se desprendan componentes debido al mecanismo de la placa móvil es otra limitación. [2]
Cabeza de revólver
Este sistema combina la ventaja de velocidad de la torreta fija y la ventaja de la huella del pórtico elevado. Fue utilizado por primera vez por Siemens. [1] La torreta estacionaria con múltiples cabezales de recogida realiza funciones simultáneas mientras mueve componentes desde la recogida a las ubicaciones de colocación. Se montan varios revólveres en pórticos independientes para recoger varias piezas de alimentadores estacionarios antes de pasar al PWB. La torreta móvil y las torretas múltiples ofrecen una mayor velocidad de colocación y hacen que la cabeza del revólver se pueda usar tanto en disparadores de chips como en colocadores flexibles. Pero utilizarlo en lugares flexibles tuvo un éxito limitado en la realidad. [3]
Eje dividido
En un sistema de eje dividido, el cabezal de colocación se mueve en las direcciones X, theta y Z, mientras que el PWB se mueve en la dirección Y. Como están involucrados dos componentes móviles, la máquina de eje dividido es un poco más difícil de lograr una alta precisión en comparación con la máquina de pórtico aéreo. Pero mejora enormemente la velocidad de colocación.
Boquilla de vacío y pinzas
Las boquillas de vacío se utilizan comúnmente para manipular todos los componentes durante las operaciones de colocación. Hay una variedad de tamaños de boquillas de vacío para diferentes tamaños de componentes. Para manipular componentes pequeños, a menudo se suministra presión positiva además del vacío en el momento de la colocación para que el componente se libere por completo de la boquilla.
Además de las boquillas de vacío, podrían ser necesarias pinzas mecánicas para manipular algunas piezas de formas extrañas. Las pinzas mecánicas autocentrantes permiten la recogida y el centrado automático simultáneos sin necesidad de vacío. Un par de pinzas de agarre sujetarían la pieza mientras la centran a lo largo de un eje. Sin embargo, existen algunas desventajas con las pinzas mecánicas autocentrantes: es posible que los bordes de las pinzas entren en contacto con epoxi o pasta de soldadura. Además, se requiere espacio adicional entre los componentes para acomodar las pinzas.
Tipos de comederos
Los alimentadores se utilizan para alimentar componentes al mecanismo de recogida móvil de las máquinas de colocación. Los alimentadores mueven los componentes individuales a una ubicación fija y también ayudan al cabezal de recogida a retirar los componentes de su embalaje. A medida que ha aumentado la flexibilidad y la tasa de colocación de los sistemas, también lo han hecho las demandas de los sistemas de alimentación de componentes. Una mezcla de productos alta y los tamaños de lote correspondientemente pequeños dan como resultado cambios frecuentes de alimentador. Se requiere un cambio rápido de alimentador para minimizar el tiempo de inactividad de la máquina, por lo que los alimentadores deben diseñarse para un reemplazo rápido. Éstos son algunos de los tipos más comunes de comederos.
Alimentadores de cinta y carrete
El alimentador de cinta y carrete es el diseño de alimentador más utilizado. Los alimentadores de cinta en carrete se cargan con un carrete, que se coloca en una recepción de carrete. El carro despegable tira de la cinta del carrete hacia adelante hasta que el siguiente componente está en la posición de recogida. Cuando el sensor indica que el componente está en la posición de recogida, un soporte se mueve hacia abajo y bloquea la cinta. Los alimentadores de cinta son los más adecuados para colocar grandes cantidades de componentes pequeños idénticos. Los alimentadores de cinta vienen en una variedad de tamaños y se pueden usar para circuitos integrados de contorno pequeño (SOIC) y portadores de chips de plástico (PLCC). La principal desventaja del formato de cinta es la imposibilidad de reciclar las cintas vacías. Especialmente en el caso de dispositivos de chip pequeños, el material de desecho de la cinta pesa varias veces más que los componentes empaquetados. Además, hay un costo adicional por colocar pequeños componentes económicos en la cinta.
Comederos de palo
Los alimentadores de barras están diseñados para componentes empaquetados en barras lineales (pequeños circuitos integrados emitidos en volúmenes bajos). Los componentes se mueven al lugar de recogida por gravedad o vibración. Alimenta cualquier SOP, SOT y PLCC ordinarios que se empaquetan en forma de barra. Debido a las diversas posibilidades de ajustar el tamaño del carril, el alimentador se puede adaptar fácilmente a muchos tipos de componentes diferentes. [4]
Alimentadores de bandejas matriciales
Los alimentadores de bandejas matriciales se utilizan para componentes grandes, delicados o costosos. Se desarrollan a partir de la necesidad de manipular paquetes cuádruples planos y componentes de paso fino. Estos sostienen los componentes de forma segura sin dañar los frágiles cables. Se mueve una bandeja completa de componentes con perfil de matriz para llevar filas o componentes individuales al lugar de recogida. Este proceso suele ser más lento en comparación con los alimentadores de cinta, ya que los componentes que se alimentan en las bandejas de matriz a menudo requieren un mayor nivel de precisión de colocación.
Comederos a granel
Los alimentadores a granel pueden manejar componentes de estilo chip que se utilizan en grandes cantidades. Un alimentador a granel generalmente dispensa componentes, que se almacenan en una caja a granel, utilizando un mecanismo de posicionamiento giratorio único para colocar y orientar los componentes y alimentarlos a la posición de recogida utilizando una correa de acero inoxidable. Son más baratos en comparación con los alimentadores de cinta, ya que no hay empaque de cinta, pero tradicionalmente el rendimiento de los alimentadores a granel es problemático debido a la construcción y los escombros creados durante el proceso de alimentación.
Alimentador directo de matrices
Los alimentadores de matrices directos se utilizan principalmente para flip-chip o chip-on board. El alimentador de troquel directo podría eliminar las líneas de producción separadas y dedicadas para SMT, troquel desnudo y flip chip combinándolos en uno. También podría permitir soluciones de ensamblaje total con una velocidad y flexibilidad mucho más altas, lo que resultaría en un menor costo por ubicación. Además, podría eliminar procesos costosos como la transferencia de troquel intermedio a paquetes de cinta con bolsillos, cinta de surf o gofres antes de la colocación. [5]
Velocidad de colocación
La velocidad de colocación está influenciada por muchos factores en el proceso de colocación.
Desglose del alimentador
La velocidad de colocación se ve afectada por el tiempo de inactividad de la línea. Dado que los problemas de los alimentadores son la principal fuente de tiempo de inactividad, la reparación y el mantenimiento de los alimentadores son cruciales para las operaciones de colocación de componentes. Estas son las formas comunes de detectar problemas en el alimentador: [6]
- El alimentador no logra la salida deseada o la salida cae después de estar en el nivel deseado. El alimentador tiene una salida baja o reducida.
- El alimentador funciona ruidosamente solo durante ciertos períodos.
- El alimentador funciona pero tiene un rendimiento reducido.
- El alimentador funciona ruidosamente pero alcanza una salida normal.
- La amplitud del alimentador se desvanece o disminuye gradualmente.
- El flujo de material que se descarga del alimentador es turbulento, lo que crea un flujo inconsistente en el proceso.
- La salida del alimentador es inconsistente, lo que genera fluctuaciones en la velocidad de alimentación.
Configuración del sistema de colocación
Toda la configuración en línea reduce la capacidad y los procedimientos de configuración inadecuados también pueden generar tiempo de inactividad adicional en la línea. No se pueden producir tablas si no se configura el sistema de colocación. Debido a la complejidad de la configuración del alimentador y el proceso de cambio, es importante que los operadores conozcan la variedad de tipos de mecanismos de alimentador. Hay herramientas adicionales que podrían implementarse para ayudar en la configuración de la ubicación, como carros alimentadores enrollables, métodos just-in-time ( JIT ) y alimentadores inteligentes.
Reducción de la velocidad de colocación
En la práctica, no es posible obtener la tasa de rendimiento máxima teórica cotizada para las máquinas en un sistema de colocación. Es necesario reducir los números teóricos para obtener valores realistas, debido a tiempos de inactividad inesperados, tiempo de carga y descarga de la placa y configuración de la máquina. Otros factores incluyen el tamaño de PWB, la mezcla de componentes y el requisito de un reconocimiento de visión más complejo para componentes de paso fino. Hay muchas técnicas de reducción de potencia . La reducción de potencia global considera paradas, desaceleraciones y configuraciones de todo el sistema, así como factores de la máquina. Para calcular la cantidad de reducción de potencia global o del sistema, se debe tomar el promedio del número total de componentes colocados por hora en un período largo (es decir, un turno completo de producto). Deben incluirse paradas programadas con regularidad al determinar el nivel de reducción global que requiere el sistema. La reducción rigurosa, que considera cada equipo en servicio para un producto en particular individualmente, debe realizarse mediante un modelo de máquina específico para el balanceo de la línea. Se necesitan valores de reducción rigurosos para la optimización completa del proceso.
Ver también
Referencias
- ^ a b c d e f g h Lasky, Ronald. Manual de Ensamblaje Electrónico y Guía para la Certificación de SMTA .
- ^ "Colocación de componentes SM" . ami.ac.uk. Archivado desde el original el 6 de julio de 2014 . Consultado el 23 de mayo de 2014 .
- ^ "PCB007 SMT 101 Paso 6 - Colocación de componentes" . pcb007.com . Consultado el 23 de mayo de 2014 .
- ^ "SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN JUKI | Alimentadores" . jas-smt.com . Consultado el 23 de mayo de 2014 .
- ^ "HD_DDF_2_Seiter.QXD" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 22 de mayo de 2014 . Consultado el 2 de junio de 2014 .
- ^ Jim Mitchell (5 de enero de 2007). "Alimentadores de bandejas vibratorias: Diez problemas comunes y cómo solucionarlos" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 27 de marzo de 2014 . Consultado el 5 de julio de 2014 .