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您现在的位置: 电子之家 >> SMT技术 >> 正文   更新时间:2014-2-27 10:26:37  点击数:1706

元件贴装

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片状元件技术的一般趋势是什么?这个问题其实相当简单:片状元件及其包装的大小正在变得更小。事实上,0603包装形式(边长: 1.5 x 0.75 mm)是主流。并且0402贴片(边长: 1.0 x 0.5 mm)逐渐地更普通,特别在电信业。

然而,必须指出,大多数行业还没得益于更小的片状元件的技术优势,一个简单原因就是合适的贴片机器不是很容易地可以得到。

矩阵包装的进步

SMT将理所当然地将置身于,诸如BGA、m BGA、片状规模包装(CSP)和倒装芯片等,复杂包装的日益增加的使用中。这些矩阵式元件极大地增加了输出数量,和传统型的密脚(0.4mm或少些)QFP和TSOP相比,在一些情况中达到十倍。并且在缩减空间的年代,倒装芯片可以最终在电路板上提供可观的成本节约。当贴片时,矩阵包装比密脚QFP和TSOP更优异,因为他们有自我定位的能力,这是极大地增加放置准确性的一个特征。

BGA是最快速增长的新型IC包装,预计其扩展速度到二十一世纪都不会减少。m BGA和CSP也正在成为主流,虽然稍慢一点。价格是一个关注,同样可靠性也是(尽管日本的制造商在用CSP代替TAB元件方面取得了一些成功)。

在裸芯片领域,倒装芯片和COB有最高的年度的增长率,预计在2000年倒装芯片增长到超过20亿个单位。

至于SMT贴片如此发展的相关性,由于更小的尺寸和各种各样的矩阵包装,除了他们的好处之外,出现了产量和产出的问题;生产设备对混合技术装配和传统型的SMD两者,都必须能以高速贴片完成,使其成本达到合理水平。反映这点,市场要求已经正在从传统的片状元件高速机技术(Chipshooter)转移开,因为这种设备不容易赶上新的先进的包装要求。

贴片走近特殊市场

这是不说片状元件高速机失去了它的地位。(重要的是记住,虽然先进包装正成为主流,但绝非它主导所有的市场),无任如何,清楚的是,贴片机工业在四个不同的市场方面正面临产品挑战:灵活性与密脚、高速度、高速倒装片和超高速。每个都有其自己的处理要求,每个都要求特殊的贴片机考虑因素。

毫无疑问片状元件高速机在高速度与超高速方面是成功的。当元件混合程度有限、先进的矩阵包装使用为最小的时候,假设元件间隔为0.8mm或更大一点,片状元件高速机能达到很高的贴放速率(40,000cph或更多)。然而,对贴片过程是关键的送料方式,在高速机上是有限的,因为这些机器不能从从矩阵托盘上拿元件或粘性带上拿裸装芯片。

甚至在高速方面,高速机可能是质量问题的来源。因为他们的基本结构要求机板和送料器移动到贴片头位置,准确性被打折扣,(当机板移动时,元件也可能会跟着移动)。另外,对密脚元件或倒装芯片的应用,由于其原本的设计,高速机不能实现必要的贴片精度,这是那些有成本效益的电路装配所需要的。

对于灵活性/密脚的贴放,两个头的配置是必要的。大的元件由取放式贴片头来处理;更小或更特殊的元件,比如CSP或m BGA,则是一个快速的旋转型贴片头的范围,它可以达到更大的产量。一个灵活的系统将允许贴片头配置快速调整以满足变化的要求。

对倒装芯片的应用,高速机也不能满足。倒装芯片的应用要求助焊剂处理,这些机器不能把这个特征加到转塔式贴片头上。精确的倒装芯片的贴放也要求一个先进的视觉系统,在许多高速机上增加它是困难的。

新一代设备

对处理先进、高速倒装芯片和超高速电路装配的需求所作的反应,传统型的高速机正在被新一代机器的所代替。有些是从旧的设备而来的衍生物,但是具有极大地提高的能力;其它的放弃了片状元件高速机的方法,使用一条全新的途径。 已经变得很明显,PCB本身移动不再是一个选择。当机板是移动时,更小的元件包装很可能会转移,产量被妥协。一个解决办法就是取消水平贴片头,并且用垂直旋转的贴片头,或在一个X/Y拱架上的贴片头代替它。在这种配置中,板仍然是静止的,而吸嘴头则随机的拿取元件。贴片头向板移动,而不是相反,静止的送料器和PCB相结合,导致不管元件类型达到更大的产量。

在理论上,多重的吸嘴的使用,使系统能够“飞行中”处理许多元件。可以贴装奇特形状的包装(接头,变压器等等),并且,如有必要,吸嘴能被设计成适合特别的元件包装。然而,一些供应商怀疑这条途径,宁可选择变化贴片头来适应元件混合。这是一个可行的选择,并且在一些例子中,可以优先转塔式贴片头,但是如果对整体而言,它不可避免地增加机器的停机时间。另外,换头可能要求重新校准,也增加了机器停机时间。 元件混合、必要变化的频率和要贴装的元件类型,都将决定哪个系统类型是说得通的。没有单一的工业范围的解决方案。

视觉是关键

为了高精确地贴装先进的表面贴装元件,还有赖于复杂的视觉系统的使用。随着元件的演变,视觉系统也必须适应和改进。机械定位,曾经电子装配的一个必要的单元,不再是一个可行的处理方法。今天,,设备制造商要不使用一个光学的、基于相机的系统,要不使用激光定位系统。两者都有优点,当然也有差别。

激光定位允许“飞行中”修正,有能力处理所有形状和大小的元件,并且能精确地决定元件位置和方向。但是,甚至最复杂的激光系统也不能测量引脚和引脚间距。

相机则能够。这就是为什么供应商仍然依靠相机定位系统的原因。而且,随着更新的包裹走上生产线,这偏爱没有变化。照明是这些系统的关键,并且今天的贴装系统使用照明技术的组合。背光照明,或从在上面照亮元件,和分析阴影图象,被用于轮廓中心定位。对传统的SMD,这个方法工作很好。但对先进的元件,背光照明缺乏对元件包装触点或锡球点的图象识别能力。为解决这个问题,激光照明进入使用。

在操作中,元件在激光的光束中旋转。(通常,这种侧面照明和拾取-贴装头结合在一起),对焊接BGA的锡球定位,m BGA和倒装芯片,前光照明,而非背光照明,是必要的。为区分锡球,许多系统使用组合照明;元件从各个角度照明,以便锡球从背景中突出来。实际上,多重光源允许编程控制,使每个光源达到对每个元件理想照明。

加速SMD装配,双通道好过单通道

在所有产品上的价格压力,理所当然是电子产品的必要动力之一。比如想想个人计算机、移动电话或汽车立体声收音机,以及他们稳定增长的功能。这些产品的OEM通常在仅仅6到12个月后即拿出其新产品,他们的价格甚至有时到不达它们以前的东西。随之而来的是,准确地装配PCB越快,最后的成本越低,并且盈利越大。

今天,有两个技术用来将PCB以更快的步伐通过生产线。第一个是,以纯焊锡回流过程或者是通过贴片胶的固化/回流过程处理电路板的双面。第二方法是在一条贴片线上同时装配两种不同的板,加倍产量。

设备供应商艰苦地工作,开发更好、更快的方法,精确地、并且以每机最少的不生产时间来贴装元件。除了更快的贴片头、好的送料器和视觉系统外,改进PCB怎么移动通过机器是一个方法。

改进传送带技术是可行的;不管贴片头怎么快速地贴放元件,如果没有元件贴放,或者没有板来放他们,高速贴片头和先进的视觉系统是无用的。机器利用率可以通过使处理板速度更快来提高;花在等PCB移动进贴放区的时间最小。

大多数带有单个传送带的SMD贴装线都是一样的方法设置的,即用分开的生产线板,贴装板顶面来回流,而底面用粘剂固化过程。这种配置产生若干问题(除了两条线的维护和协作之外):当板从一条线移动到另一条线,有时叫“中间的存储”,需要操作两条线的人员数量和随之而来的“停机时间”。

双线格局的替换是滴胶线和回流线的结合,其特点是,PCB的顶面和底面一次过贴片。这配置的不利因素包括整个生线长度,操作的困难,和要求额外的人员。

组板技术是另外一个选择。组合板一次通过,然后顶面和底面翻转贴片。作为一个选择, 组合PCB可以通过贴片区两次,代价是生产线减慢,即时PCB存储和停机时间。相对单板技术,组合板的生产更贵,并且在完成生产运行后,板必须分开。

解决方案可能是一个双通道的传送带(图一),能同时(同步的模式)处理双PCB的一个运输系统,和/或在同一机器上贴片一个装配的顶面和底面(异步的模式)。在同步模式,相同或不同类型的双PCB,同时传送通过贴片系统。这给机器的灵活性最大。在异步模式,非生产性的运输时间也减到最小。一块板移动进机器,在贴片的同时,同一类型的第二块被传送到机器。这是传统型的高速机上不可能的一个特征。

双传送带技术当然不是为所有的应用。但是,对于使用高速、高产量的合同制造商和 OEM, 双传送带技术的价值是清楚的。

改进工艺技术

当大多数合同制造商和OEM为生产设施选择最佳的设备时,四个经典的标准必须考虑:速度(cph贴放率)、精度、性价比和质量。然而,越来越多的制造商正在寻求并不重要的自动化方面的方法,例如,进程监视、进程文档和数据流。引起的问题是存在的设备怎么能连接到一个在生产设备中的过程控制系统,并且怎么能得到已有的过程参数。 曾经,更大的努力放在了,与实时的进程监视与控制、生产文件和非生产时间减少相关的优化自动化上面。生产特定的性质和内部的过程政策与指南在三个应用方面起重要的作用:

统计的进程控制(SPC)。过程中的偏离在早期被认识。生产中可能的混乱,例如设备的停止,通过监视恰当的过程参数来预防。

可追溯性。哪个元件在哪个时间贴装在哪个PCB?这个信息只能通过文档和在生产期间的材料跟踪获得,并且是唯一的方法,来防止源于失败的大规模追溯,以保证可追溯性。

“从生产线飒飒而下”使提高生产设备的生产率成为可能。PCB特定的数据沿着与单个产品平行的全部进程而分程传递的。

通讯协议

众所周知,在不同的供应商生产的设备之间传递信息是困难的。通讯标准的呼吁时常被提起,正如所料,,通常在委员会会议、标准组织和国际争论中陷入困境。这是为什么半导体设备和材料国际协会(SEMI)的成员为通讯协议的定义起草了一个倡议,它可有利制造,因为在半导体工业,不同的制造商的连接设备是标准的。同样,在PCB制造中,生产过程的监视和控制为了节俭生产也是必要的。

进入半导体设备通讯标准(SECS)和通用设备模型(GEM),SECS II 的延续,其 定义了在SECS II 命令上,机器行为。其目的是使来自不同供应商的控制系统和设备统一通讯协议。

使用一个基本的本地局域网和GEM控制器,SECS II/GEM 通讯协议使OEM和合约制造商完成全生产线水平的监视,即,观察整条生产线和优化生产,而不是个别地观察每台设备。用该协议,SPC容易完成,因为过程参数的任何变化都可容易追踪,如果必要,改正。另外,“从生产线飒飒而下”成为现实,例如,当PCB特定的信息在全部生产线上交换时,生产率被增加。最后,可追溯性(定位一个错误并且跟踪它到准确的PCB和元件)是可能的。结果是减少运行成本错误。

SECS II/GEM接口的最佳使用的关键是,在每台机器放安装的传感器的数量。越多的传感器意味着越多的过程信息,但是关键的是决定多少信息要交换。

结论

在半导体硅的进步将继续推动贴片设备的革新。事实上,已看到贴片设备革命的早期,主导工业的元件包装类型在逐步变化。无疑,褚如BGA,m BGA和CSP的先进的包装将继续成长,并且最后占据工业的大部分。元件将是更小,新的贴片系统将不得不处理诸如0402、0302和0201这样的元件,当然是机器变化和停机时间最少。

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