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    詳細介紹轉塔貼片機與模組貼片機特征

    日期:2022-06-24 00:26
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    摘要:
    詳細介紹轉塔貼片機與模組貼片機特征
     
    1. 引言 
     
    SMT組裝廠在投資判斷新貼裝設備的能力時,設備的制造成本(COP)及適應性是兩個重要因素。目前,SMD貼裝設備類型眾多,令人迷惑。本
     
    文通過SMD貼裝設備結構的特征,制造者能正確判斷在特定生產環境的設備能力,并對不同類型貼裝設備在各種應用要求的適應性進行比較。
     
    2.貼片機的基本結構
     
    2.1X-1,Y-1,Y-2結構
     
    X-1,Y-1,Y-2三種結構十分類似,Y-2是兩臺Y-1簡單安裝在一個基座上。上述三種結構的貼片基本構件有:單個或雙架空梁架上裝有多個貼
     
    裝頭,現在大多數設備在吸持與貼裝之間配置‘飛行對中’(On-the-fly)光學視覺檢測系統。梁架的兩邊配置安裝送料器件裝載量不受限制
     
    的優點。
     
    吸持與貼裝操作同時進行,又節省為器件對準梁架的運動,提高了系統SMD的貼裝產量。
     
    PCB單向傳動軸的運動與梁架伺服系統增強了貼裝精度,Y-1建成通過式或T形結構,可與SMT流水線靈活組合。
     
    這種結構的缺點有:相對長的梁架行程對貼裝產量起到負面影響,中貼裝過程中,PCB的運動對板上先巾SMD器件上施加一個加速度力。對小型
     
    尺寸器件貼裝對準吸持,必需配置智能電動送料器。華夫盤送料器需要配置往復梭或行列檢拾裝置。 設備占有生產場地面積較大。Y-2貼片機
     
    ,需要兩邊進行操作。Y-1貼片機在同一個導軌上安裝兩個往復梭裝置為避免碰撞及Y-2貼片機復雜的PCB裝載都會給貼裝時間帶來損失。

    詳細介紹轉塔貼片機與模組貼片機特征
     
    2.2轉塔結構
     
    塔結構是高速貼片機(Chipshooting)*常見的一種貼片機結構。在理想條件下,這種結構貼片機的SMD貼裝產量達到40cph.
     
    設備通常配置12-24個貼裝頭,每個貼裝有3-6個吸嘴,能在飛中(On-the-fly)更換。從運動的送料臺上吸持器件,同時在轉塔的相對面貼裝
     
    器件。PCB固定在X/Y軸向運動將PCB對準需要貼裝的位置。器件吸持檢查,器件予旋轉,視覺檢查,對準*種旋轉定向定位等操作都同時發生
     
    在器件吸持與器件貼裝之間。有些轉塔結構貼片機配置一種組合送料器庫,能向貼裝頭送給鐵裝器件,同時,裝載區快速更換送料器。
     
    轉塔結構貼片產量的理論數據與實際存在很大差別。這是因為貼裝產量受到轉塔的移位與PCB運動雙重影響,而后者在大多數情況是決定因素
     
    ,PCB變換時間相對長,大約為3-5秒左右。大尺寸器件貼裝也限制了貼裝產量。
     
    貼裝**度受到在貼裝過程中,PCB的運動對板上先貼SMD器件上施加一個加速度力以及送料器裝載臺運動帶來振動的影響。轉塔結構貼片機不
     
    適用華夫盤送料盤。小尺寸器件吸持位置校準只能使用智能送料器才有可能。因送料器裝載臺的運動,轉塔結構貼片機的占了空間較大。
     
    詳細介紹轉塔貼片機模組貼片機特征
    2.3單梁結構-2,-2
     
    這是一種*簡單,低成本的貼片機結構,不適用于短周期開發型的SMT線。這種結構分別裝有一個或兩個機械手,設備安裝占地面積小,貼裝
     
    產量大約在10kcph.
     
    首先,梁架結構機械手配置多個貼裝頭,以X/Y軸向平面運動,同時貼裝頭能以Θ角度轉動,Z軸向高度升降。大多數單梁結構貼片機貼裝頭采
     
    用滾珠軸套組單導軌X軸向驅動(T驅動方式),或者為了高精度貼裝也采用雙導軌線性伺服系統X軸向驅動(H驅動方式)。器件吸持校舍準由
     
    機械手與器件對準模塊在器件吸持與貼裝之間進行,器件對準模塊安裝在設備的兩邊。PCB傳送系統安裝設備的中央,PCB的固定采用邊沿夾持
     
    或定位銷。]
     
    根據需要一種柔性結構設計,在器件吸持貼裝同時,吸嘴在飛行中(On-the-fly)進行變換,適配不同攝像機及多個真空負**管。在送料器
     
    裝載區裝容大量不同規格的送料器及送料車,也可配裝各種華夫盤或異型松料器,為提高貼裝產量,提供成組吸持及補充送料器等功能。設備
     
    的貼裝精度因PCB固定PCB及送料器得到改進、缺點是PCB變換時間相對較長,大約2-3秒。單梁結構貼片機可兩邊進行操作。單梁結構可增裝第
     
    二個機械手,在設備上對**PCB進行器件貼裝,在不同的送料器組并行吸持器件,同時在不同的PCB上貼切裝器件。
     
    雖然這種配置能提高每平方米設備中用場地的貼裝產量,但因兩次貼裝器件,許多供給的器件碼被減少,PCB的兩次夾持延長傳送時間,在貼
     
    裝過程中,加速度力對先貼器件位置的影響,貼裝精度受到吸持及貼裝的復雜性 限制。


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    2.4雙梁結構-1-2
     
    雙梁結構的機械手共享設備工作區PCB上同一空產間,一個機械手在吸持器件,同時另一個機械手在貼裝器件,設備僅對貼裝頭的貼裝工作量
     
    平衡及避免貼裝頭同步運動造成碰撞所付出很小的代價,幾乎可達到雙倍的貼裝磁量,由于**個機械手的運動操作會產生振動對貼裝精度。
     
    雙梁結構貼片機的優缺點與單梁結構相同,雙梁結構的兩個機械手共享一個設備基座,傳送系統及控制系統,設備的貼裝成本就減少。
     
    雙梁結構-2的PCB傳送系統可分為兩部分,每個部分能在X/Y軸向移動PCB的位置,PCB進入 設備后被夾持固定,然后朝前后機械手方向移動,
     
    以盡可能減少器件吸持與貼裝壓制距離。因為兩個機械手有其獨立的茶花簪,兩者的碰撞是不可能的。
     
    這種結構能得到高達40kcph的貼裝產量,具有單梁結構的優點,但存在PCB的傳送系統的復雜性及費時較多,**個機械手的運動操作振動降
     
    低器件貼裝精度。


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    2.5集拾/貼裝結構-1,-2
     
    每臺貼片機安裝兩個機械手,每個機械手裝有一個旋轉貼裝輪,配置多個真空吸嘴的負**管吸嘴。當個機械手的旋轉貼裝輪依次吸持拾取器
     
    件時,另一個則貼裝器件,由于多個吸持位置,在器件吸持與貼裝間的運動時間較長。在單梁或雙梁結構貼片機的多個真空吸嘴也能實現時間
     
    共享。實際上,許多雙梁結構貼片機,,在梁上裝有多個貼裝頭,也可認為是一種集拾/貼裝結構的貼片機系統。這種結構提供許多雙梁結構
     
    的優點;共享一個設備基座,傳送系統及控制系統,設備每平方米占有場地的貼裝成本就減少。然而,避免碰撞及振動影響器件貼裝精度。裝
     
    有徑向吸嘴的貼裝信紙容易損壞,吸嘴更換只能一個一個進行。貼裝輪的換位運動。在吸嘴頂端增加額外的加速度力,減少了貼裝產量,貼裝
     
    頭的垂直高度也限制器件封裝高度(*高為6mm)。由于真空吸嘴數量有限,實際貼裝產量小于理信紙值。設備深度產生一些問題。
     
    -2結構與-1結構貼片機相同,只是配置雙份機械手裝置,每對機械手可看成一臺獨立的SMD貼片機。


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    2.6多頭吸持/貼裝結構(MPP)
     
    若干塊PCB依次排列裝載在傳送系統上,并以相同的移位行程同步進行換位,貼裝機械手安裝在貼片機的長軸向,每個機械手配置單個吸嘴的
     
    貼裝頭,貼片機的前部安裝一定數量的送料器,器件被吸持后,各機械手進行激光對準,移動器件到PCB上相對應的貼裝位置。這種結構的貼
     
    片機采用多個貼裝機械手并行操作。實現器件與貼裝并行完成。整個PCB貼裝區分為多個移位工序,沒有PCB的傳送時間而增加器件吸持貼裝時
     
    間。PCB與送料器是固定的,不必以增加速度,而是通過來提高貼裝產量。MPP結構可高精度貼裝器件。
     
    設備安裝占有場地小,貼裝產量可達120kcph. 在設備不停機條件下,可補充送料器,及*少的待工時間,能更換有故障的貼裝機械手,因此
     
    這種結構低制造成本適用于大批量生產。MPP結構的貼裝產量*高可達35kcjph。所以制造廠只要較小投入,生產量就可增加,而與貼裝機械手
     
    相關的COP保持穩定。
     
    當然MPP結構并非沒有缺點,送料器的數量關系到設備的貼裝機械手,這樣配置就與貼裝產量相關。而且PCB板上的器件布局對貼裝產量也有影
     
    響。華夫盤送料器不能使用。使用復蓋器件封裝類型寬的真空吸嘴,但在貼裝機械手上沒有吸嘴變換裝置,吸嘴的配置顯得不足。
     
    因PCB的器件貼裝需要分幾個工序區,所以新PCB的貼裝準備較麻煩費時,可使用智能化校準技術,但與貼裝工作區只有一塊PCB相比,校準仍
     
    較復雜。


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    3.SMD貼裝設備結構分析
     
    為了對每種SMD貼裝設備結構分析,對每臺設備采用同樣的參數建立一個時間模型。由這個時間模型就可以對不同貼片機的貼裝產理進行比較
     
    ,分析系統參數變化對產量的影響。本文建立時間模型的系統參數如下所列:
     
    ◆真空吸持軸管伺服運動:Amax=20m/s²,Vmax=1.5m/s,A dot=1000m/s³
     
    u PCB伺服運動:Amax=7m/s²,Vmanx=0.75m/s,A dot=1000m/s³
     
    u 吸持時間:60ms/每個器件
     
    u 貼片時間:60ms/每個器件
     
    u PCB寬度:500mm
     
    u 送料器寬度:16mm
     
    u 每臺設備送料器數量:100
     
    u PCB傳送時間:2s
     
    u PCB對準時間:2s
     
    u PCB器件貼裝數量:200
     
    u 參數變量:貼裝頭(真空吸持軸管)的數量,相近器件貼裝間的距離。Amax,Vmax
     
    4.貼裝產量時間模型測試結果


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    4.1X-1結構貼片機
     
    每個往復梭的貼裝頭多少明顯影響貼裝產量。Amax,Vmax的影響 不明顯。這主要是Vmax只對器件吸持與貼裝間的長行程有利,而在器件吸持與
     
    貼裝期間,Vmax沒有達到。高Vmac值也只是部分作用,這是為了防止在PCB板焊膏圖形上的先貼器件移位,降低Amax的允許值。
     
    當貼裝頭數量級大于8時,因共享時間減少,貼裝數量曲線呈平坦趨勢,此時,各別吸持與貼裝時間成為主要的因素。
     
    4.2Y-1結構貼片機
     
    Y-1結構貼片機與X-1比較,Y-1結構采用T型傳動方式,其貼裝產量小于X-1結構,這是由于PCB送入/送出的時間較后者長所致。
     
    4.3轉塔結構貼片機
     
    轉塔結構貼片機理論貼裝產量,由于真空吸嘴上徑向加速度的*大允許值而受到限制。吸嘴上的器件承受加速度矢量力的作用。此矢量力是離
     
    心力(m w2*R)和切向力(m*wdot*R)兩者的合力,這個合力作用在器件上和器件與吸嘴端面間的磨擦力保持平衡。此磨擦力受到吸嘴端面吸
     
    力及器件/吸嘴兩者間磨擦系數制約。
     
    實際上,器件與吸嘴間*大允許加速度,常規為50M/s².所以需要高貼裝產量,轉塔的直徑應減小。
     
    制約轉塔結構貼片機貼裝產量另一個因素是:PCB板上先貼器件允許的加速度*大值。通常此值為7-10M/s².
     
    轉塔時間模型圖有三個時間確定周期:
     
    ◆轉塔移位運動加速限制
     
    ◆PCB運動加速限
     
    ◆送料器移位運動限制,取決于為成功吸持必需的兩個送料器間的變換。
     
    這三個時間周期中,*長的周期是轉塔結構貼裝產量的制約因素,PCB板上兩個貼裝位置間捉耿30mm,會造成貼裝產量降低50%。大尺寸封裝,
     
    體積重的器件也會減少貼裝產量。這是由于貼裝此類器件是在全部小尺寸器件貼裝完成后,貼裝周期的終端才進行貼裝。
     
    4.4單梁架結構貼片機
     
    每個梁架配置若干個貼裝頭對貼裝產量*明顯的影響。Amax,Vmax的影響并不重要。高Vmac只對器件吸持與貼裝間的長行程有利,而在器件吸
     
    持與貼裝期間,Vmax沒有達到。當貼裝頭數量大于8時,因共享時間減少,貼裝數量曲線呈平坦趨勢。此時,各別吸持與貼裝時間成為主要的
     
    因素。


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    4.5雙梁架結構片機
     
    雙梁架結構貼片機的貼裝產量可近似單梁架結構的兩倍,但為了避免兩個梁架間的碰撞,產量略小一些。
     
    雙梁架結構的典型特征,為平衡兩個梁架間的運動以避免碰撞,貼裝產量略為減小。
     
    4.6集拾/貼裝結構貼片機
     
    集拾/貼裝結構貼片機的貼裝產量與集拾轉輪配置的真空負**管數量有關,真空負**管數量超過一定值,貼裝產量呈平坦趨勢,*大值為
     
    12個。
     
    4.7多頭吸持/貼裝結構(MPP)貼片機
     
    多頭吸持/貼裝結構(MPP)貼片機的時間模型可與單梁架配置一個貼裝頭的結構比較。每個機械手對應的送料器只有6-10個,所以被吸持的器
     
    件類型受到限制。器件吸持與貼裝區的距離也受限制,這樣影響了貼裝產量PCB送入/送出及定位對準所需的時間沒有包括在整個貼裝時間內,
     
    因為設備這些操作與器件吸持及貼裝時間并行。每個機械手的貼裝產量達5-7kcph.
     
    多頭吸持/貼裝結構(MPP)貼片機的貼裝產量是每個模塊的產量乘上安裝在該系統機械手的數量。這種模塊化結構設計,用戶能根據生產量大
     
    小配置貼裝機械手的數量,使其相匹配。模塊組合的設備對貼裝產量有正面影響。
     
    與轉塔結構及集拾/貼裝結構貼片機比較,多頭吸持/貼裝結構(MPP)貼片機的貼裝成本是*低的,這是因為MPP結構由兩部份組成;其一,固
     
    定部份包括設備的基座,PCB傳送系統,控制系統,PCB視覺檢查系統等;可變部份包括貼裝機械手,送料器及真空吸嘴。
     
    MPP結構貼片機能允許較小的投資增加貼裝產量,其制造成本曲線(COP)平直。而其他設備如轉塔結構,集拾/貼裝結構必須對設備作大的投
     
    資(整個設備的改進),由此導致高高等成本(COP)。
     
    在低貼裝產量等于或小于35kcph以下,單梁架結構及雙梁架結構制造成本良好。而在磊小此值時,轉塔結構,集拾/貼裝結構及多頭吸持/貼裝
     
    結構(MPP)貼片機的貼裝成本是*好的。


    詳細介紹轉塔貼片機與模組貼片機特征
    5.結論
     
    綜上所述,PCB固定式結構的貼片在貼裝過程中,PCB固定不動,具有下列優點:
     
    ◆對PCB先貼器件無加速度影響,具有更好的貼裝精度。但隨著電子產品的不斷小型化,貼裝精度將繼續是貼片機的重要因素之一。
     
    ◆高貼裝產量也是重要因素之一,因PCB上的先貼器件移位問題,所以貼裝產量沒有限制。
     
    滿足上述要求的貼片機有:單梁架結構,雙梁架結構,集拾/貼裝結構,MPP結構貼片機。
     
    模塊化結構設計的貼片機提供設備投資與貼裝產量之間的*好匹配,低成本限定貼裝增量的貼片機,例:單梁架結構及雙梁結構貼片機實現模
     
    塊化,必須多臺貼片機排列成流水線,這樣需要更多的占地面積及操作人員。所以MPP結構貼片機顯示貼裝產量高于35kcph,*低制造成本)
     
    (COP),模塊結構的MPP貼片機因低MTTR具有*高的設備機械能力。
     
    送料器與操作人員在貼片機的同一面操作,可減少設備安裝占地面積及操作人員。
     
    貼片機結構的優選必須考慮貼裝產量這個重要因素,這可以通過盡量減少傳動部件的運動距離,輔助動作如PCB送入/送出及視覺檢查與器件貼
     
    裝操作并行,不需要附加貼裝時間。真空吸嘴的適用性,快速變換裝置如PCB定位銷固定方法。
     
    MPP結構貼片機為SMT的發展提供進一步升級能力
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