SMT贴装设备选型与元件和生产效率的关系(二)

　　平行贴装概念主要用于高产量的应用。这里几个头同时独立地在一块板上运作。如果机器具有 16 个贴装模块，每个头大约每秒吸取和贴装一个组件，那么每秒钟为 16 个组件或每小时 64,000 个贴装。典型地，这些机器对在传送带上连续的板流同时运行。每个头将贴装板上一小部分的组件，而板在传送带上往下移动。

　　组件送料 (component feeding) 技术

　　带盘式 (tape-and-reel) 组件送料通常从机器的可用时间的观点上考虑，是最希望的。料带通常可以在机器停机补充料之间坚持较长时间，而且通常送料器重击 / 误吸率低。可是，对那些比小引出线集成电路 (SOIC, small outline integrated circuit) 大的组件，通常带状包装比管状包装多出额外的包装成本。

　　散装送料 (bulk feeding) 是一个相当较新的选择，用于小型片状元件的可靠供料。其优点是减少包装浪费和储存尺寸，以及非常有限的补充组件停机时间。对带盘式包装，行进中的 (on-the-fly) 组件补充要求搭接 (splicing) 技术，该技术不是十分安全的，可能引起送料器阻塞。对散装供料，组件是在一个装于送料器的料盒内供应的。当料盒门打开时，组件刚好落入料斗，在这里送料机构将组件单独出来传送给吸取头。不幸的是，每个组件尺寸要求自己专门的送料器。这个限制通常使得散料供应器更适合于大批量的组件。

　　管状送料主要用于较大的组件。两种广泛使用的这类组件送料方法是振动式和带式管状送料器。振动式管状送料器是一种低成本的传送系统，主要用于低至中等批量的送料应用。这种设计依靠送料器的振动和供料管的斜度来将组件传送到吸取点。缺点包括相对较慢的组件补充时间 ( 一般 1~2 秒 ) 和较不可靠的组件传送。皮带驱动式管状送料器具有快得多的组件补充时间 (0.5~1 秒的范围 ) 。通常，一个传感器在吸取期间将使前止停器收回，保证不与之摩擦。在组件从送料器拿开后，驱动马达将下一个组件排放到吸取位置，然后关闭。这些送料器具有良好的组件传送可靠性，因为组件通过驱动皮带主动移动到吸取位置。

　　托盘经常用于大型、密脚组件，当用其它技术送料时可能会被损伤。虽然当用于高产量时一些较小着陆点组件可能使用带盘式供料，几乎所有其它密脚方平包装 (QFP, quad flat pack) 组件都是在托盘内供应的。有些 BGA 也是在托盘内供料，但由于不象 QFP 一样引脚损伤是一个问题，更多的这类组件转向带式送料包装。

　　今天购买的任何机器都应该能够处理这些包装类型，以达到最大的灵活性。

　　组件对中 (component alignment) 技术

　　一个贴装系统必须足够灵活，可以对中所有在它上面运行的组件。现在有三种类型的对中系统投入使用：机械、激光和视觉。

　　机械系统 在贴装之前对头上的方形组件使用某种机械卡夹系统。它们不能贴装密脚组件，并且必须仔细校正。由于它们接触组件，可能会有损伤。由于这些局限性，这些系统正逐步过时。

　　激光系统 不接触组件，在吸取到贴装期间，可以通过在激光帘中转动来计算组件的质心。这种方法快速，因为不要求从摄像机上方走过。其主要缺陷是不能对引脚和密脚组件作引脚检查。对片状元件是一个好选择。

　　视觉对中系统 超过激光对中系统的优点，它可以检查组件引脚以及测量引脚宽度、间距和数量。这对贴装之前检查引脚组件，特别是小于 0.025"( 0.635mm ) 的密脚组件是很重要的。为达到高质量、低缺陷的生产输出，视觉检查是必要的。一般，视觉检查要求通过一个固定摄像机，来抓拍组件图像。为了抵消这个时间，更高速的系统同时吸取多个组件，以减少净周期时间。一些最快的系统使用线排列 (line-array) 相机，它比传统的面排列 (area-array)CCD 相机允许组件更快的通过，以达到甚至更高的产量。一些视觉系统设计将相机放在头上或头内，用于在吸取到贴放之间的视觉对中。额外的系统复杂性和稳固性是彻底研究所需要关注的。

　　设计良好的视觉系统具有许多对组件识别的不同组件运算法则，比激光对中系统更加灵活。更新的 SMT 组件，比如 BGA 、 CSP 和倒装芯片，要求视觉系统来达到高质量的贴装。视觉允许更紧凑的头的设计，消除了激光和要求组件旋转的机械硬件。由于这些优点，系统设计的趋势对除了射片之外的所有应用都已经转向视觉技术。

　　柔性视觉系统允许组件从前光或者后光照明，看组件类型而定。引脚 QFP 组件从后面照明，因为没有虚光反射出现。相反， BGA 组件最好是从前光照明，将完整的锡球分布在包装底面上显示出来。有些微型 BGA 在组件底面有可见的走线，可能混淆视觉系统。这些组件要求侧面照明系统。它将从侧面照明锡球，而不是底面的走线，因此视觉系统可检查锡球分布，正确地识别组件。

　　SMT 组件趋势

　　SMT 组件继续进化。今天，许多制造商在新的设计中正从旧的、较大的 1206 和 0805 转向 0603 和 0402 。这些数字是 mil 为单位的外形尺寸，即， 0805 就是 0.080" × 0.050" 。下一步更小的组件即将出来： 0201 的组件。今天所选择的任何设备都应该能够处理可能在不久的将来出现在生产车间的最大的组件范围。

　　传统的通孔组件，如连接器和其它异型组件，正转换成 SMT 包装。具有最大的柔性来处理这些组件的能力是所希望的。具有增加用户吸嘴能力的自动吸嘴转换器也是一个优点。对大多数组件，更密脚距的组件趋势已经停留在 0.020"( 0.508mm ) 。今天所贴装的密脚组件只有一个很少的百分比是在 0.020" 脚间距之下。大多数是 0.015"( 0.4mm ) ；在美国生产中，几乎没有 0.012"( 0.3mm ) 脚间距的贴装。原因是更高引脚数的和更小形状因素 (form-factor) 的组件都以 BGA 和 CSP 的形式包装。球栅列阵包装的优点包括：

　　组件更坚固，没有容易弯曲的引脚和很少共面性问题

　　一般，对相当的引出数，脚间距更大，很少造成印刷 / 桥接的问题

　　BGA 在印刷电路板 (PCB) 上的覆盖区域比相当引脚组件的更小

　　一般可以用现有的 SMT 印刷和贴装工艺允许。

　　怎样为工厂车间选择合适的设备

　　每一个生产环境都是不同的。对一个转包商，灵活性是重要的。对一个原设备制造商 (OEM) ，或许速度将是一个更大的因素。通常，有两个主要评定生产线要求的标准。第一个是灵活性与转换的数量。大的 OEM 可能转换的需求很少，可能少到每年一两次。合约制造商或许想减少转换时间，大概每天就有几次。

　　Cpp 是重要的，因为管理层都努力使投资回报最大。这对 OEM 也是重要的，因为有越来越多的转包选择可以利用。在这个成本竞争的世界市场，小的、效率高的生产过程是关键的。对这个计量有一个简单的计算公式：

Cpp = $ 机器成本 ÷ 每小时贴片数

例如， $175,000 ÷ 12,250 = 14.3

　　这只是一个比较率，可为所有考虑中的机器计算。很明显，数位越低越好。该计算用实际的每小时贴装数，而不是用机器规格中的速率。

　　每一种机器将对每一种板有不同的折扣因素。有些机器几乎达到其规格中的速率，而有些只能达到 50% 。应保证速率包括所有传送和基准点识别时间。还有，指定用于组件供应的带盘式、管状或托盘 — 这将影响产量，甚至工作能力。评估这个的最好方法是样板 PCB ，以 CAD 数据把它送给所有在考虑之列的供货商。确保供货商用书面形式写出他的贴装速率并保证它。表一是比较 Cpp 的一个例子。

　　当然，有许多其它无形的东西在作供货商选择之前应该考虑。服务支持是保证生产线运行的关键。供货商有多少服务工程师？最近的有多近？他们有 24 小时热线吗？这些类型的机器的安装基础是什么？这给你一个机器设计好坏与市场份额的概念。他们能提供广泛的满意顾客清单吗？所有这些问题可帮助构画出公及其产品的轮廓图。

　　总之， SMT 贴装设备能力正在增加，因此 Cpp 在减少。与其它诸如 PC 之类的高科技产品类似， SMT 机器设计的技术进步经常在发生。不管是转包商或 OEM ，都有必要选择合适的机器来满足变幻的需求、和使贴装成本 (Cpp) 最小，以维持在世界市场上的竞争性。