Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 70 из 102)
Для оценки уровня и потенциальных возможностей автоматов-укладчиков ПМ-компонентов можно использовать следующие критерии:
• сложность конструкции корпуса компонента;
• принятый метод позиционирования;
• производительность;
• уровень гибкости, программная перенастройка;
• наличие встроенных интегрированных систем контроля качества и устранения брака.
С точки зрения сборочного оборудования все виды корпусов ПМкомпонентов можно разделить на две группы: простые (чип-компоненты, прямоугольные, MELF, SOT) и сложные (SO, PLCC, кристаллоносители и др.). Разработка универсального оборудования для установки как простых, так и сложных корпусов даже при его высокой гибкости представляет большие конструкторские и технологические трудности. Это прежде всего связано с требуемой разной точностью позиционирования (например, для установки кристаллоносителей требуется точность ±0,1524—0,0508 мм и менее), в значительной степени определяющей сложность конструции и стоимостью оборудования. Кроме того, для простых и сложных компонентов применяются питатели различной конструкции.
Выпускаемые автоматы-укладчики разделены на пять групп исходя из их производительности и точности (табл. 3.5).
Таблица 3.5. Характеристики автоматов-укладчиков
| Номер группы | Группа | Производительност ь компонентов/ч | Минимальный шаг компонентов, мм |
| 1 | Низкой производительнос ти | <4000 | 0,65 ' |
| 2 | Средней производительнос ти | <8000 | 0,5 |
| 3 | Высокой производительнос ти | < 16000 | 0,5 |
| 4 | Очень высокой производительнос ти | <60000 | 0,5 |
| 5 | Высокоточные укладчики | <4000 | 0,3 |
Автоматы первой группы имеют относительно простую механику, которая чаще всего реализуется по Т-схеме (рис. 3.21), упрощѐнный алгоритм функционирования и схему управления, ограниченную точность позиционирования (+-0,15мм), механическую юстировку компонентов, ограниченный набор компонентов (R, C-чип, SO, PLCC, QFR с P>=0,65 мм).
Рис. 3.21. Схема реализации автоматов-укладчиков первой группы
а — одинарная Т-схема; б — сдвоенная Т-схема
Рис.3.22. Схема реализации автоматов второй группы:
Автоматы второй группы наряду с большей производительностью имеют более высокую точность позиционирования (погрешность — ± 0,12 мм), возможно применение наряду с механическими и оптических систем центрирования компонентов, больший выбор компонентов. Они могут быть реализованы по одинарной и сдвоенной Т-схеме (рис.3.22). Вторая схема обеспечивает большую производительность.
Рис. 3.23. Схема реализации автоматов-укладчиков на основе центральной роторной головки
Рис. 3.24. Схема автомата-укладчика с блоком головок
Автоматы третьей группы имеют более, сложную механику, оптическую систему центрирования компонентов, более высокую точность позиционирования (погрешность +-0,1 мм). Реализуются по схеме с центральной роторной головкой (рис. 3.23) и с использованием блока головок, осуществляющих синхронный захват и установку компонентов (рис. 3.24).
При использовании первой схемы обеспечивается одновременный захват и установка компонентов, большой их выбор, однако много времени тратится на транспортирование элементов.
Во второй схеме может осуществляться одновременный захват и позиционирование большого количества компонентов (более 28), печатная плата не перемещается, сокращается время на транспортировку.
Четвертая группа автоматов-укладчиков реализуется по схеме последовательно-параллельного позиционирования (рис 3.25). Одно- и многозахватные головки располагаются вдоль конвейера и осуществляют независимую установку компонентов. Погрешность позиционирования ±0,08— 0,1мм.
Рис. 3.25. Сема высокоскоростного укладчика
Особенность пятой группы автоматов-укладчиков - повышенная точность позиционирования (0,03-0,05 мм). Реализуется по Н-схеме с применением специальных материалов, подшипников на воздушной основе, разомкнутых шаговых двигателей, систем технического зрения, высокоточных систем измерения координат.
Применяются для позиционирования компонентов с шагом выводов менее 0,3 мм (QFR, ВGA, Flip-Chip, COB).
Рабочий цикл любого автомата-укладчика включает в себя следующие технологические действия:
- выбор из накопителя требуемого компонента;
- перемещение его к посадочному месту на печатной плате; - установка компонента с точностью позиционирования.
Кроме того, в некоторых конструкциях автоматов перед установкой осуществляется контроль электрических и геометрических параметров устанавливаемого компонента.
Такой технологический цикл возможно практически реализовать с помощью взаимного перемещения основных конструктивных элементов автомата — монтажной головки, координатного стола и магазина с компонентами. Исходя из этого, в настоящее время приняты следующие варианты комбинации перемещений основных элементов автоматов.
Вариант 1. Печатная плата и магазин с компонентами неподвижны (магазин может перемещаться только в направлении X). Компоненты захватываются монтажной головкой с необходимой позиции питателя и устанавливаются на посадочное место (рис. 3.26) (первый вариант автомата последовательного действия). Как видно из рисунка, монтажная головка перемещается в таких автоматах по всем направлениям (x, y, z) и вокруг своей оси (6), что позволяет ей по заданной программе выбирать требуемый элемент из питателя, перемещать и устанавливать его в любую точку на печатной плате. Как было отмечено выше, такие автоматы обладают наибольшей гибкостью и позволяют устанавливать компоненты любых типов, что наиболее эффективно в условиях мелкосерийного производства при большой номенклатуре изделий и типоразмеров компонентов. Их производительность может быть, повышена за счет применения двух монтажных головок. Кроме того, при такой схеме может быть легко осуществлен контроль электрических и геометрических параметров компонентов, которые перед установкой помещаются в устройство контроля.
1 — печатная плата; 2 —• бобины с упакованными компонентами; 3 — монтажная головка; 4 —устанавливаемый компонент; 5 — вакуумный пинцет (захват)
Рис. 3.26. Схема автомата-укладчика последовательного типа
Вариант 2. В этом случае (рис. 3.27) позиционирование места установки компонента осуществляется перемещением стола с печатнои платой в направлении X (второй вариант автомата последовательного действия). При этом цикл работы автомата состоит из следующих операций: 1) подача компонентов под монтажную головку (направление Х); 2) выбор компонента монтажной головкой (перемещение в направлении Y, Z); 3) возврат накопителей в исходное состояние; 4) перемещение стола с печатной платой под монтажную головку с позиционированием посадочного места относительно головки, установка компонента.
При использовании блока головок (до 30) и нескольких печатных плат такие системы могут обеспечить высокую производительность (рис 3.28). Однако наиболее эффективным является их применение для компонентов простой формы. Примером такой разработки является автомат МСМ VII (фирма «Philips»).
1 — печатная плата; 2 — лента с ПМ-компонентами; 3 — монтажная головка;
4 — монтируемый компонент
Рис. 3.27. Схема автомата с позиционированием места установки компонента с помощью рабочего стола
1 — бобина с ПМ-компонентами; 2 — блок монтажных головок; 3 — турель;
4 — двухкоординатный стол
Рис. 3.28. Схема автомата с блоком монтажных головок
Вариант 3. Роторно-башенная схема построения автоматов (Rotary Turret
Placement System) в последние годы находит все большее применение в конструкциях высокоскоростных автоматов-укладчиков. В этой схеме также используется блок монтажных головок, которые по кругу перемещаются с одной позиции в другую. Место установки компонента позиционируется координатным столом.
Применяется несколько разновидностей автоматов-укладчиков, реализующих роторную схему: с поворотом ротора вокруг вертикальной и горизонтальной оси и с различными вариантами подачи компонентов. Один из вариантов горизонтальной схемы показан на рис. 3.29. Роторная головка 1 имеет четыре вакуумных захвата и четыре рабочие позиции. На первой позиции захватывается компонент из питателя, бобины которого поворачиваются вокруг вертикальной оси на 90°. Во второй позиции осуществляется контроль электрических параметров компонента, в третьей – его центрирование, в четвѐртой — установка на печатную плату, которая перемещается в направлении X, Y для совмещения захвата с посадочным местом компонента. Эти циклы повторяются каждой монтажной головкой, что обеспечивает высокую производительность автомата. Недостаток варианта — ограниченность номенклатуры устанавливаемых компонентов (без переналадки устройства чаще всего устанавливается один тип).