SMT贴片生产线的设计资料

1、SMT 贴片生产线的设计SMT 是 Surface Mount Technology 的缩写形式，译成表面自动贴装技术。美 国是 SMT 的发源地， 1963 年世界出现第一只表面贴装元器件和飞利浦公司推出第一 块表面贴装集成电路以来， SMT 已由初期主要应用在军事、航空、航天等尖端产品和 投资类产品逐渐广泛应用到计算机、通讯、工业自动化、消费类电子产品等各行各业。 SMT 发展非常迅猛，进入 20 世纪 80 年代， SMT 技术已成为国际上最热门的新一代 电子组装技术，被誉为电子组装技术一次革命。作为 “世界工厂 ”的中国，目前 SMT 生 产线的保有量不下上万条，是名副其实的 SMT

2、生产大国。但由于 SMT 投资大、技术 性强，对于很多初涉这一领域的国内企业来说， 面对型号众多的 SMT 生产设备如何选 型建线，仍是一个复杂而艰难的工作。第一章 SMT 设备中贴片机的选择最为关键一般 SMT 生产工艺包括： 焊膏印刷贴片机贴片回流焊 3 个步骤，所以 要组成一条完整的 SMT 生产线，必然包括实施上述工艺步骤的设备。特别是贴片机， 往往会占到整条生产线投资的 60以上，所以贴片机的选择最为关键。（我司 SMT 设备组架是半自动印刷机 +SiemensHS50+F5+ 回流焊。主要贴片设备都是以 Siemens S20 、HS50 、 F5 为主， JUKI 设备为副）1.

3、贴片机 1）贴片机的分类目前生产贴片机的厂家众多，结构也各不相同，但按规模和速度大致可分为大 型高速机 （俗称“高速机”和中型中速机 （俗称“中速机 ”，）其他还有小型贴片机和半自动 手动贴片机。一部大型机的价格一般为中型机的 3-4 倍。生产大型高速贴片机的厂商 主要有 Panasonic、Siemens、FUJI、飞利浦、Assemble。n（安必昂）、Hitachi（原三洋） 等；生产中型中速贴片机的厂商主要有 Juki、 Yamaha、 Samsung 、 Mirae、 Mydata 等。其中 Panasonic 、 Siemens 、 Fuji 贴片机的市场占有率最高， 号称贴片机市

4、场的 “三 驾马车 ”。无论对于大型机厂商还是对中型机厂商来说， 所推荐的 SMT 生产线一般由 2 台 贴片机组成：一台片式 Chip 元件贴片机 （俗称高速贴片机 ）和一台 IC 元件贴片机 （俗称 高精度贴片机 ），这样各司其责，有利于贴片机发挥出最高的贴片效率。但现在情况正 发生着改变，由于很多厂商都推出了多功能贴片机， 使SMT生产线只有一台贴片机成 为可能。一台多功能贴片机在保持较高贴片速度的情况下，可以完成所有元件的贴装， 减少了投资，这种贴片机颇受中小企业、科研院所的青睐。典型机型有 Siemens 的 F 5 系列、 Panasonic 的 MSF。2）贴片机结构目前贴片机结

5、构大致可分为四种类型：动臂式 （又称“拱架式 ”、）复合式、转塔式 和大型平行系统。动臂式机器是最传统的贴片机，具有较好的灵活性和精度，适用于大部分元件， 高精度机器一般都是这种类型，但其速度无法与其它类型相比。不过元件排列越来越 集中在有源部件上，比如有引线的 QFP（Quad flat package，四边扁平封装器件）和BGA（Ball grid darray ,球栅阵列器件）,安装精度对高产量有至关重要的作用。 复合式、 转盘式和大型平行系统一般不适用于这种类型的元件安装。动臂式机器分为单臂式和 多臂式，单臂式是最早先发展起来的现在仍然使用的多功能贴片机。在单臂式基础上 发展起来的多臂

6、式贴片机可将工作效率成倍提高，如美国Universal公司的GSM2贴片机就有两个动臂安装头，可交替对一块PCB进行安装。动臂式机器的结构如图1所 示。绝大多数贴片机厂商均推出了采用这一结构的高精度贴片机和中速贴片机，例如Universal 公司的 GSM 系列、Assembleon 公司的 ACM、Hitachi 公司的 TIM-X、Fuji 公司的QP-341E和XP系列、Panasonic公司的BM221、Samsung公司的CP60系 列、Yamaha公司的YV系列、Juki公司的KE系列、Mirae公司的MPS系列。貼热头在鷲方向移劝* 复合式机器是从动臂式机器发展而来，它集合了转塔

7、式和动臂式的特点，在动臂上安装有转盘，像Siemens的Siplace80S系列贴片机，有两个带有12个吸嘴的转 盘，如图2所示。Uni versal公司也推出了采用这一结构的贴片机 Gen esis，有两个带 有30个吸嘴的旋转头，贴片速度达到 60000片/h。从严格意义上来说，复合式机器 仍属于动臂式结构。由于复合式机器可通过增加动臂数量来提高速度，具有较大灵活 性，因此它的发展前景被看好，例如 Siemens的HS60机器就安装有4个旋转头。由 2 Sienwns 帖 SiphrrSUS 系列 KK 片机转塔的结构如图3所示。转塔式机器由于拾取元件和贴片动作同时进行，使得 贴片速度大幅

8、度提高。这种结构的高速贴片机在我国的应用也很普遍，不但速度较高， 而且历经十余年的发展技术已非常成熟，如 F呻公司的CP842E机器贴装速度可达到 0. 068s/片。但是这种机器由于机械结构所限，其贴装速度已达到一个极限值，不可能再大幅度提高。该机型的不足之处是只能处理带状料转塔式机器主要应用于大规模的计算机板卡、移动电话、家电等产品的生产上，这是因为在这些产品当中，阻容 元件特别多、装配密度大，很适合采用这一机型进行生产。相当多的台资、港资电子 组装企业以及国内电器生产商都采用这一机型，以满足高速组装的要求。生产转塔式 机器的厂商主要有 Panasonic、Hitachi、Fuji。大规模

9、平行系统使用一系列小的单独的贴装单元。每个单元有自己的丝杆位置系统，安装有相机和贴装头。每个贴装头可吸取有限的带式送料器，贴装PCB的一部分，PCB以固定的间隔时间在机器内步步推进。单独地各个单元机器运行速度较慢。可是，它们连续的或平行的运行会有很高的产量。如Philips公司的FCM机器有16个安装头，实现了 0. 0375s /片的贴装速度，但就每个安装头而言，贴装速度在 0. 6S/片左右，仍有大幅度提高的可能。这种机型也主要适用于规模化生产，需要指出的 是，由于各种原因这种机型在我国电子行业中的市场占有率较前 3 种机型要小许多。 生产大规模平行系统式机器的厂商主要有 PhilipS

10、， Fuji 公司也推出了采用这一结构的 QP-132型超高速贴片机，整机贴装速度高达 13 . 3万片/ h，堪称业界第一。复合式、转塔式和大型平行系统属于高速贴装系统，一般用于小型片状元件安 装。转塔式机器也被称作 “射片机 ”(ChipShooter) ，因为它通常用于组装片式电阻电容。 另外，此类机器具有高速 “射出”的能力。因为无源元件，即 “芯片”以及其他引线元件所 需精度不高，射片机组装可实现较高的产能。高速机器由于结构较普通动臂式机器复 杂许多，因而价格也高出许多，在选择设备时要考虑到这一点。试验表明，动臂式机器的安装精度较好，安装速度为 5X103-20X103个/h元 件(

11、cph)。复合式和转塔式机器的组装速度较高，一般为 20X103-50 X103个/h。大型 平行系统的组装速度最快，可达 50X103-100 X103个/ h。第二章 印刷机与贴片机的情况不同，印刷机的生产厂商要少许多，主要有美国的MPM、英国的DEK、日本的Minami、Hitachi、德国的EKRA，特别是前两家，市场占有率较其 它厂商高出许多。 印刷机可分为半自动和全自动两种， 半自动不能与其他 SMT 设备连 接，需要人为干预 (例如传送板子 )，但结构简单、价格便宜 (仅相当于全自动机型的 1 10-1 5)，适合科研院所使用，典型机型 DEK 的 248。全自动印刷机可连进 S

12、MT 生产线里，无须人为干预，自动化程度高，适用于规模化生产。如英国 DEK 公司的 D EK265 INF INITY 型印刷机就是一种具有伺服压力控制系统的全自动印刷机。 印刷参 数可用计算机数字化设置，丝网和基板的标记可用其视觉系统自动识别对准，其印刷 重复定位精度可达 . 004mm、印刷循环周期为8s。其他较典型机型有 MPM的UP 3000 系列、 Minami 的 MK 系列、 EKRA 的 X5。需要指出，在传统的焊膏印刷过程中，影响印刷效果的最大变量之一是放置在 模板上的焊膏品质不断地变化；焊膏中助焊剂的蒸发；焊剂中的低沸点溶剂的蒸发； 锡球在开放的环境中氧化及焊膏在印刷暂停

13、时可印性变差等。另外，随着焊膏的使用， 刮刀推动的焊膏量减少，从而引起漏印，或者由于过多的焊膏粘在刮刀上而引起网孔 不能完全填满。解决这个问题的办法是将焊膏放在一个容器里，采用自动焊膏涂敷系 统，就可以保证焊膏适时适量地加到模板上。另外，使用带有涂敷系统的容器还可减 少焊膏在操作者面前的暴露程度，并且使设备和其它工具尽量保持干净。目前 MPM 和DEK公司都开始采用这一新技术，MPM称之为 流变泵” DEK称之为“ProFlow。第三章 回流焊炉回流焊接设备正向着高效、多功能、智能化发展，其中有具有独特的多喷口气 流控制的回流焊炉、带氮气保护的回流焊炉、带局部强制冷却的回流焊炉、可以监测 元器

14、件温度的回流焊炉、带有双路输送装置的回流焊炉、带中心支撑装置的回流焊炉 等。除了上述这些新型回流焊炉外，智能化再流焊炉也已经出现了，其调整运转由内 置计算机控制，在 Window 视窗操作环境下可很方便使用键盘或光笔输入各种数据， 又可迅速地从内存中取出或更换回流焊工艺曲线，节省调整时间，提高了生产效率。 智能化回流焊炉的许多机构的运作，例如：回流炉自动启动和停止，在规定时间选定 存储的回流焊工艺曲线，自动调整加热区设置，启动回流焊炉，到时关闭。链式传送 带宽度自动调节，与加工印制板尺寸相匹配，通氮工艺与常规空气回流焊工艺变换等功能的自动设置都不必人工操作，全由计算机程序控制。智能化回流焊炉的

15、出现，给SMT 焊接工艺增添了新的活力。回流焊炉的主要厂家有美国 BTU 、Heller 、德国 ERSA 、SEHO 、荷兰的 SOLT EC 及日本 ANTOM 等公司。回流焊炉国内厂家也可制造，例如劲拓、创益等，尽管在 功能性、稳定性、温控精度上与国外先进水平有些差距，但性能完全可以满足需求， 价格也要便宜很多。第四章 组线设计不可盲目求大求全在建立 SMT 生产线时要根据企业的投资能力， 产量的大小， 线路板的贴装精度 要求等因素， 制定合理的引进计划。 选择设备时应 “量体裁衣 ”，切不可盲目地求大求全， 以免造成不必要的浪费。 根据不同用户的需求， 笔者设计了几种建线方案， 仅供参

16、考 （未 加说明均为一台 ）：方案一：多功能 SMT 生产线。 DEK248 半自动印刷机、 SiemensF5 多功能贴 片机、劲拓 GS-800 回流焊炉、熊猫精机传送机构。评价：该生产线尽管只采用 1 台 Siemens F5 多功能贴片机，但可贴装近乎所有元件，另外为压缩开支，回流焊炉和 传送机构均可采用国产设备，印刷机为半自动。预计总投资在 250 万元左右。该生产 线适合批量不大、品种较多的小型企业和科研院所。方案二：中速 SMT 生产线。 YAMAHA YVP-Xg 全自动视觉印刷机、 YAMAHA YVl00Xg 片式 Chip 元件贴片机、 YAMAHA YV88Xg 高精度

17、贴片机、 Vitronics Sohe c XPM 820N 回流焊炉。评价：典型的中速贴片线配置方案，适合中小型企业规模化 生产，预计总投资在 300-400 万元。l 公司的 4797 高速转塔贴片机、 Universal 公司的 Advantis 高精度贴片机、 Nutek 传 送机构、 Heller 1800EXL 回流焊炉。评价：经典的高速贴片线配置方案，适合大中型 电子企业规模化生产，预计总投资在 700-900 万元。方案四：超高速 SMT 生产线。 MPM 的 UP3000 全自动视觉印刷机、 Panasoni c 公司的 HTl22 高速转塔贴片机三台 （ 或 Fuji 公司

18、的 CP842E 高速转塔贴片机 ）、Unive rsal 公司的 Advantis 高精度贴片机二台、 Nutek 传送机构、 Vitronics Sohec 公司的 X PM2-SERIES 回流焊炉。评价：典型的 “三高两泛 ”配置，适合大型电子企业某单一产 品的大规模生产，例如手机、电脑板卡等等，预计总投资在 1500-1800 万元。第五章 评估确保设备性能符合要求当购买 SMT 设备时，按适当的标准评估设备是很重要的， 评估应围绕拟购设备 的各方面能力展开， 确保设备性能符合要求。 我们以 SMT 设备中最关键的贴片机评估 为例，以下是对某型高精度贴片机进行评估的一览表。分四个方面： PCB 处理、元件 范围、元件送料器和贴放要求。见表 1 表 4。1