Как выбрать установщик SMD компонентов

Время чтения: 14 минут

Эксперт — Сергей Пустовой

Технический консультант, специалист по электромонтажным, ремонтным и наладочным работам, кандидат наук

Создание готовых печатных плат условно разделяют на четыре этапа. На первом этапе осуществляется нанесение паяльной пасты на контактные площадки, на втором – размещение электронных компонентов, на третьем – «запекание» плат в печах оплавления. И на четвертом этапе выполняется очистка платы от остатков флюса.

Второй этап является самым длительным и трудоёмким. Это связано с тем, что плата может содержать десятки или сотни электронных компонентов. Поэтому при выборе PnP машин в первую очередь руководствуются планируемым объемом производства. Это определяющий фактор, от которого будет зависеть тип установки, а также его функционал.

Объем производства сложно выразить в готовом продукте – печатной плате. Это связано с их отличием в размере и числе размещаемых радиоэлементов. Поэтому обычно объем производства измеряют в CPH (components per hour) – число компонентов в час. При этом стоит сразу задуматься о перспективах развития вашего производства и иметь минимум двукратный запас производительности.

В настоящее время существует несколько типов SMD укладчиков, которые в зависимости от требуемой производительности делятся на:

• механизированные – от 75 до 150 CPH;
• полуавтоматические – от 300 до 1000 CPH;
• автоматические малой производительности – от 1200 до 3500 CPH;
• автоматические средней производительности – от 3000 до 8000 CPH;
• автоматические высокоскоростные – от 9000 до 30000 CPH.

Механизированные, а также полуавтоматические машины подходят для штучного производства или для обучения технологии SMT. Автоматизированные SMD установщики более востребованы. Они используются как на малых, средних, так и на крупных предприятиях.

Если вы планируете занять определенную нишу в производстве электроники или электронных плат, то необходимо ориентироваться на полностью автоматические устройства.

Точность, а также возможность повторения операций – определяющий момент в массовом производстве.

Все современные автоматические установщики обладают точностью позиционирования в 0,025 мм (или 25 мкм). Этого достаточно даже для размещения 0201 компонентов, имеющие размер в 0,6 x 0,3 мм. Если в вашем производстве используются 01005 SMD компоненты, то точность машин должна составлять не менее чем 8 мкм.

Повторяемость – характеризует возможность реализации поточного производства плат. Для этого Pick and Place установщик должен иметь встроенное устройство обработки и хранения рабочих профилей.

Скорость укладки – относительная величина. Фактическая производительность зависит от множества факторов:

• типа системы управления установки;
• типа системы позиционирования;
• числа монтажных головок;
• числа и вида слотов питателей;
• размера элементов и их вида;
• размера печатной платы.

При настройке работы установки скорость перемещения головок подбирается индивидуально для каждого профиля. В первую очередь учитывается тонкость укладки, а также процент выбраковки элементов.

Для управления аппаратами автоматической установки компонентов могут использоваться либо промышленные контроллеры со встроенным программным обеспечением (ПО), либо персональный компьютер на базе операционной системы (чаще всего Windows 7).

Установщики на программируемых контроллерах

Машины малой производительности комплектуются программируемым контроллером. Из-за этой особенности в таких устройствах:

• профиль укладки электронных элементов хранится во встроенной памяти контроллера или на внешней Flash-карте;
• считывание профиля осуществляется однократно;
• для каждой последующей платы необходима калибровка и повторный запуск работы.

При этом встроенный контроллер позволяет значительно снизить стоимость устройства за счёт:

• низкой стоимости контроллера;
• отсутствия необходимости во внешней периферии (монитор, клавиатура и пр.).

Однако это также накладывает определенные недостатки:

• низкая производительность;
• сложность составления и редактирования профиля укладки;
• отсутствие оптического позиционирования головки;
• отсутствие или низкая эффективность распознавания размера и положения детали.

Ярким примером подобных машин является установщик SMD компонентов Zhengbang ZB3245T.

Установщики со встроенным компьютером

Большее распространение получили установщики со встроенным или внешним персональным компьютером.

Наличие материнской платы, а также дополнительных модулей управления практически не влияет на размеры самого устройства. В качестве примера можем сравнить модели Zhengbang ZB3245T и ZB3245TS.

В сводной таблице сравним характеристики этих устройств.

Компьютерное управление позволяет:

• ускорить обработку данных;
• повысить скорость (производительность) установки;
• вести удобную и быструю разработку профиля укладки непосредственно на самом устройстве;
• использовать видеокамеры и машинное зрение для повышения точности позиционирования;
• реализовать автоматическую идентификацию платы;
• хранить большое количество профилей и базу данных электронных компонентов;
• использовать дополнительное и вспомогательное ПО.

Как вы уже смогли обратить внимание, лазерное позиционирование используется на установках с низкой производительностью. Помимо низкой стоимости, им присуща частая выбраковка компонентов из-за некорректного или ошибочного распознавания.

Современные PnP автоматы используют машинное зрение для анализа типа, размера и положения захваченного элемента. Для этих целей используются видеокамеры, а также специальное программное обеспечение. Для быстрого, а также качественного анализа изображения, получаемого с камеры, мощностей контроллера уже недостаточно. Поэтому машинное зрение используется только в сочетании с компьютером.

К преимуществам машинного зрения SMD установщиков можно отнести:

• высокая скорость и точность распознавания положения компонента;
• высокая скорость обработки данных;
• эффективная выбраковка дефектных элементов;
• автоматическая идентификация платы;
• оптическая калибровка.

Также наличие верхней (летающей) камеры позволяет на экране монитора отслеживать точность ручного позиционирования при составлении профиля укладки.

Число монтажных головок – важная характеристика укладывающих машин.

Одновременный захват нескольких элементов позволяет сэкономить время, затрачиваемое на их перемещения к плате. Скорость монтажа кратно увеличивается при увеличении числа используемых головок.

Другим преимуществом наличия нескольких головок является возможность одновременного использования SMT насадок различного размера. Большие размеры используют для микрочипов, мелкие — для остальных элементов.

SMT насадки выпускаются нескольких размеров. Наиболее часто используемыми являются насадки 5хх серии. Такие, например, как:

• 502 – для компонентов 0402;
• 503 – для компонентов 0402,0603;
• 504 – для компонентов 0603,0805,1206, SOP8, SOT23;
• 505 – для компонентов SOP8, SOP32, SOT, QFN;
• 506 – для компонентов QFN, TQFP, BGA, и другие с размером до 20 мм.

Помните, что насадки являются расходным материалом и подлежат периодической замене.

Это второй пункт, на который нужно обратить внимание.

Если в вашем производстве не требуется использование большого разнообразия электронных компонентов, как, например, при производстве плат для светодиодных устройств, то выбор машины с небольшим количеством слотов позволит сэкономить существенную сумму.

Однако для большинства проектов требуется много видов элементов. При этом нужно учитывать способ их подачи. Большинство элементов подаются в лентах. В зависимости от их размера ленты могут иметь ширину 8, 12, 16 и даже 24 мм.

Часть элементов может подбираться с лотка. В первую очередь это относится к микрочипам. Поэтому практически все укладчики оборудованы площадкой для их размещения.

При использовании в монтаже «рассыпухи», потребуется установка вибропитателей, подающих такие элементы. Вибропитатели могут использоваться как для подачи одного, так и нескольких типов компонентов одновременно. При этом машинное зрение самостоятельно определит, что это за элемент и его ориентацию в пространстве. При этом некоторые модели укладчиков могут оборудоваться механизмом переворачивания компонента.

О поточности производства нужно задуматься также изначально. Даже если планируется поэтапное развитие предприятия, то возможность встраивания SMD установщика в технологическую линию также следует учитывать. Для этого нужно уделить внимание наличию автоматической подачи PCB плат, а также конструктивному исполнению аппарата.

Автоматическая подача

Наличие площадок или отсеков, предназначенных для загрузки и разгрузки плат, является обязательным условием для внедрения машины в непрерывный технологический процесс. Помимо этого, установка должна иметь транспортер для перемещения PCB заготовок.

Исполнение устройства

Исполнение PnP автомата не менее важно. Как настольное, так и стендовое исполнение одинаково востребованы и имеют ряд своих преимуществ. Давайте выделим их.

Преимущества настольных SMD установщиков:

• низкий вес;
• мобильность;
• возможность размещения на уже существующей рабочей поверхности;
• возможность разработки индивидуального основания с необходимой высотой для совмещения с оборудованием других производителей.

Преимущества установщиков SMD в стендовом исполнении:

• высокая устойчивость при работе на высоких скоростях;
• возможность построения технологической линии на оборудовании одного производителя;
• свободное размещение управляющих органов, что способствует их эффективному охлаждению;
• возможность размещения в корпусе дополнительного оборудования.