Los sistemas de colocación de componentes SMT (tecnología de montaje en superficie) , comúnmente llamados máquinas pick-and-place o P & Ps, son máquinas robóticas que se utilizan para colocar dispositivos de montaje en superficie (SMD) en una placa de circuito impreso (PCB). Se utilizan para la colocación de alta velocidad y alta precisión de una amplia gama de componentes electrónicos, como condensadores , resistencias , circuitos integrados en los PCB que a su vez se utilizan en computadoras , electrónica de consumo, así como en equipos industriales, médicos, automotrices, militares y de telecomunicaciones. . Existe un equipo similar para componentes de orificios pasantes . [1][2] Este tipo de equipo a veces también se usa para empaquetar microchips usando el método flip chip.
Historia
Décadas de 1980 y 1990
Durante este tiempo, una línea de montaje SMT típica empleaba dos tipos diferentes de máquinas pick-and-place (P&P) dispuestas en secuencia.
El tablero despoblado se introdujo en una máquina de colocación rápida. Estas máquinas, a veces llamadas disparadores de chips , colocan principalmente componentes de paquete simples y de baja precisión, como resistencias y condensadores. Estas máquinas P&P de alta velocidad se construyeron alrededor de un diseño de torreta única capaz de montar hasta dos docenas de estaciones. A medida que la torreta gira, las estaciones que pasan por la parte trasera de la máquina recogen piezas de los alimentadores de cinta montados en un carro en movimiento. A medida que la estación avanza alrededor de la torreta, pasa por una estación óptica que calcula el ángulo en el que se recogió la pieza, lo que permite que la máquina compense la deriva. Luego, cuando la estación llega al frente de la torreta, la placa se mueve a la posición adecuada, se hace girar la boquilla para colocar la pieza en la orientación angular adecuada y la pieza se coloca en la placa. Los disparadores de virutas típicos pueden, en condiciones óptimas, colocar hasta 53.000 piezas por hora, o casi 15 piezas por segundo. [ cita requerida ]
Debido a que la PCB se mueve en lugar de la torreta, solo las partes livianas que no se suelten por el movimiento violento de la PCB pueden colocarse de esta manera.
De la máquina de alta velocidad, el tablero pasa a una máquina de colocación de precisión. Estas máquinas de recoger y colocar a menudo utilizan cámaras de verificación de alta resolución y sistemas de ajuste fino a través de codificadores lineales de alta precisión en cada eje para colocar las piezas con mayor precisión que las máquinas de alta velocidad. Además, las máquinas de colocación de precisión son capaces de manipular piezas más grandes o con formas más irregulares, como circuitos integrados de paquete grande o bobinas inductoras y trimpots empaquetados. A diferencia de los colocadores rápidos, los colocadores de precisión generalmente no usan boquillas montadas en torreta y en su lugar dependen de un cabezal móvil soportado por un pórtico. Estos colocadores de precisión se basan en cabezales de colocación con relativamente pocas boquillas de recogida. La cabeza a veces tiene un identificador láser que escanea un marcador reflectante en la placa de circuito impreso para orientar la cabeza hacia la placa. Las piezas se recogen de los alimentadores de cinta o bandejas, se escanean con una cámara (en algunas máquinas) y luego se colocan en la posición adecuada en el tablero. Algunas máquinas también centran las piezas en la cabeza con dos brazos que se cierran para centrar la pieza; la cabeza luego gira 90 grados y los brazos se cierran nuevamente para centrar la pieza una vez más. El margen de error para algunos componentes es, en muchos casos, menos de medio milímetro (menos de 0,02 pulgadas). [ cita requerida ]
2000 al presente
Debido al enorme costo de tener dos máquinas separadas para colocar las piezas, las limitaciones de velocidad de los disparadores de chips y la inflexibilidad de las máquinas, los fabricantes de máquinas de componentes electrónicos abandonaron la técnica. Para superar estas limitaciones, se trasladaron a máquinas todo en uno, modulares, de múltiples cabezales y de pórtico múltiples que podían intercambiar rápidamente los cabezales en diferentes módulos dependiendo del producto que se estaba construyendo en máquinas con múltiples mini torretas capaces de colocar el conjunto. espectro de componentes con velocidades teóricas de 136.000 componentes por hora. Las máquinas más rápidas pueden tener velocidades de hasta 200.000 CPH (componentes por hora). [3]
2010 en adelante
El intercambio de cabezales a bordo de las máquinas de colocación requirió más inventario de cabezales y repuestos relacionados para diferentes cabezales para minimizar el tiempo de inactividad. Las máquinas de colocación tienen un cabezal todo en uno que puede colocar componentes que van desde 01005 hasta 50 mm × 40 mm. Además de esto, había un nuevo concepto en el que el usuario podía tomar prestado el rendimiento durante los períodos pico. Hay un gran cambio en el enfoque de la industria en estos días con un mayor enfoque en las aplicaciones de software para el proceso. Con nuevas aplicaciones como POP y colocación de obleas sobre sustratos, la industria se está moviendo más allá de la colocación de componentes convencionales. Existe una gran diferencia en las necesidades de los usuarios de SMT. Para muchos, las máquinas de alta velocidad no son adecuadas debido al costo y la velocidad. Con los cambios recientes en el clima económico, el requisito de colocación de SMT se centra en la versatilidad de la máquina para hacer frente a tiradas cortas y cambios rápidos. [ cita requerida ] Esto significa que las máquinas de menor costo con sistemas de visión brindan una opción asequible para los usuarios de SMT. Hay más usuarios de máquinas de gama baja y media que los sistemas de colocación ultrarrápidos. [ cita requerida ]
Los fabricantes de máquinas de recogida y colocación SMT incluyen:
- Juki
- Fuji
- Panasonic
- Yamaha (compró I-Pulse, sin embargo, se comercializaron en EE. UU. Y Europa como Assembleon. Yamaha se comercializó principalmente en Asia, hasta que K&S adquirió Assembleon. [4] )
- Hanwha Precision Machinery (anteriormente Hanwha Techwin después de la adquisición de Samsung Techwin por Hanwha Holdings. [5] )
- Kulicke & Soffa (K&S) (antes Philips y luego Assembleon)
- Sony (ahora Juki [6] )
- Sistemas de montaje ASM (antes SIEMENS / SIPLACE y DEK)
- Instrumentos universales
- Mycronic
- Europlacer
- NEODEN
- Essemtec
- Nordson (compró Dima [7] )
- Hitachi (ex Sanyo, [8] división SMT vendida a Yamaha [9] )
- DDM Novastar
Operación
El equipo de colocación es parte de una máquina general más grande que lleva a cabo pasos programados específicos para crear un ensamblaje de PCB . Varios subsistemas trabajan juntos para recoger y colocar correctamente los componentes en la PCB. Estos sistemas normalmente utilizan ventosas neumáticas , unidas a un dispositivo similar a un trazador para permitir que la ventosa se manipule con precisión en tres dimensiones. Además, cada boquilla se puede girar de forma independiente.
Feeds de componentes
Los componentes de montaje en superficie se colocan a lo largo de las caras frontal (y a menudo posterior) de la máquina. La mayoría de los componentes se suministran en papel o cinta plástica, en carretes de cinta que se cargan en alimentadores montados en la máquina. Los circuitos integrados más grandes (IC) a veces se suministran dispuestos en bandejas que se apilan en un compartimento. Más comúnmente, los circuitos integrados se proporcionarán en cintas en lugar de bandejas o barras. Las mejoras en la tecnología del alimentador significan que el formato de cinta se está convirtiendo en el método preferido para presentar piezas en una máquina SMT.
Los primeros cabezales de alimentación eran mucho más voluminosos y, como resultado, no estaban diseñados para ser la parte móvil del sistema. Más bien, la PCB en sí se montó en una plataforma móvil que alineó las áreas de la placa que se poblarían con el cabezal de alimentación de arriba. [10]
Cinta transportadora
A través del centro de la máquina hay una cinta transportadora, a lo largo de la cual se mueven las placas de circuito impreso en blanco, y una abrazadera de placa de circuito impreso en el centro de la máquina. La PCB está sujeta y las boquillas recogen los componentes individuales de los alimentadores / bandejas, los giran a la orientación correcta y luego los colocan en las almohadillas correspondientes de la PCB con alta precisión. Las máquinas de alta gama pueden tener múltiples transportadores para producir múltiples tipos de productos iguales o diferentes simultáneamente.
Inspección
La pieza se transporta desde los alimentadores de piezas a cada lado de la cinta transportadora hasta el PCB, se fotografía desde abajo. Su silueta se inspecciona para ver si está dañada o falta (no se recogió), y los inevitables errores de registro en la recogida se miden y compensan cuando se coloca la pieza. Por ejemplo, si la pieza se desplazó 0,25 mm y se giró 10 ° cuando se levantó, el cabezal de recogida ajustará la posición de colocación para colocar la pieza en la ubicación correcta. Algunas máquinas tienen estos sistemas ópticos en el brazo del robot y pueden realizar los cálculos ópticos sin perder tiempo, logrando así un factor de reducción menor. Los sistemas ópticos de alta gama montados en los cabezales también se pueden utilizar para capturar detalles de los componentes de tipo no estándar y guardarlos en una base de datos para uso futuro. Además de esto, se encuentra disponible un software avanzado para monitorear la producción y la base de datos de interconexión, del piso de producción al de la cadena de suministro, en tiempo real. ASM proporciona una función opcional para aumentar la precisión al colocar los componentes LED en un producto de alta gama donde el centro óptico del LED es crítico en lugar del centro mecánico calculado en función de la estructura principal del componente. El sistema de cámara especial mide tanto el centro físico como el óptico y realiza los ajustes necesarios antes de la colocación.
Una cámara separada en el cabezal de recogida y colocación fotografía las marcas de referencia en la PCB para medir su posición en la cinta transportadora con precisión. Dos marcas de referencia, medidas en dos dimensiones cada una, generalmente colocadas en diagonal, permiten medir y compensar también la orientación y la expansión térmica de la PCB . Algunas máquinas también pueden medir el cizallamiento de la PCB midiendo una tercera marca de referencia en la PCB.
Variaciones
Para minimizar la distancia que debe recorrer el pórtico de recogida, es común tener varias boquillas con movimiento vertical independiente en un solo pórtico. Esto puede recoger varias piezas con un solo viaje a los alimentadores. Además, el software avanzado en las máquinas de nueva generación permite que diferentes cabezales robóticos funcionen de forma independiente entre sí para aumentar aún más el rendimiento.
Los componentes se pueden adherir temporalmente a la PCB usando la propia pasta de soldadura húmeda , o usando pequeñas gotas de un adhesivo separado , aplicado por una máquina dispensadora de pegamento que se puede incorporar a la máquina de recoger y colocar. El pegamento se agrega antes de la colocación de los componentes. Se dispensa mediante boquillas o mediante dispensación por chorro. La dispensación por chorro dispensa material disparándolo hacia el objetivo, que en este caso es la placa de circuito.
Ver también
Referencias
- ^ "Ejemplo de montaje de PCB" . Fuji . Archivado desde el original el 1 de abril de 2018.
- ^ "SMT-JUKI, pionero de la" Plataforma Multitarea JM-20 " " . www.juki.co.jp .
- ^ "Z: TA-R" . Yamaha Motor Co., Ltd .
- ^ "Revista online de montaje de circuitos - Colocación de componentes - SMT" . circuitsassembly.com .
- ^ https://www.securityinformed.com/insights/samsung-techwin-renamed-hanwha-techwin-co-9381-ga-co-1437-ga-sb.19858.html
- ^ "EMCS | Sony | Juki | Asumir el control |" . 12 de Diciembre del 2013.
- ^ "Revista online de montaje de circuitos - Nordson adquiere Dima Group" . circuitsassembly.com .
- ^ "Hitachi High Technologies America, Inc" . smtnet.com .
- ^ "Salida SMT de Hitachi" . Cables calientes . 5 de septiembre de 2014.
- ^ Ford, Michael. "Revista en línea de la asamblea de circuito - una historia de la programación y de la optimización de la colocación" . circuitsassembly.com . Consultado el 10 de mayo de 2016 .