SMT發(fā)展非常迅猛。進入20世紀80年代SMT技術(shù)已成為國際上最熱門的新一代電子組裝技術(shù)，被譽為電子組裝技術(shù)一次革命。作為“世界工廠”的中國，目前SMT生產(chǎn)線的保有量不下上萬條，是名副其實的SMT生產(chǎn)大國。但由于SMT投資大、技術(shù)性強，對于很多初涉這一領(lǐng)域的國內(nèi)企業(yè)來說，面對型號眾多的SMT生產(chǎn)設(shè)備如何選型建線，仍是一個復(fù)雜而艱難的工作。


     1 SMT設(shè)備中貼片機的選擇最為關(guān)鍵

 
    一般SMT生產(chǎn)工藝包括焊膏印刷、貼片和回流焊3個步驟，所以要組成一條完整的SMT生產(chǎn)線，必然包括實施上述工藝步驟的設(shè)備。特別是貼片機，往往會占到整條生產(chǎn)線投資的60％以上，所以貼片機的選擇最為關(guān)鍵。


    1.1 貼片機


    (1)貼片機分類


    目前生產(chǎn)貼片機的廠家眾多，結(jié)構(gòu)也各不相同，但按規(guī)模和速度大致可分為大型高速機(俗稱“高檔機”和中型中速機(俗稱“中檔機”)，其他還有小型貼片機和半自動／手動貼片機。一部大型機的價格一般為中型機的3-4倍。生產(chǎn)大型高速貼片機的廠商主要有Panasonic、Siemens、F呻、Universal、Assembleon(安必昂)、Hitachi(原三洋)等；生產(chǎn)中型中速貼片機的廠商主要有Juki、Yamaha、Samsung、Mirae、Mydata等。其中Panasonic、Siemens、Fuji貼片機的市場占有率最高，號稱貼片機市場的“三駕馬車”。


    無論對于大型機廠商還是對中型機廠商來說，所推薦的SMT生產(chǎn)線一般由2臺貼片機組成：一臺片式Chip元件貼片機(俗稱高速貼片機)和一臺IC元件貼片機(俗稱高精度貼片機)，這樣各司其責(zé)，有利于貼片機發(fā)揮出最高的貼片效率。但現(xiàn)在情況正發(fā)生著改變，由于很多廠商都推出了多功能貼片機，使SMT生產(chǎn)線只有一臺貼片機成為可能。一臺多功能貼片機在保持較高貼片速度的情況下，可以完成所有元件的貼裝，減少了投資，這種貼片機頗受中小企業(yè)、科研院所的青睞。典型機型有Siemens的P5系列、Panasonic的MSF。


    (2)貼片機結(jié)構(gòu)


    目前貼片機結(jié)構(gòu)大致可分為四種類型：動臂式(又稱“拱架式”)、復(fù)合式、轉(zhuǎn)塔式和大型平行系統(tǒng)。


    動臂式機器是最傳統(tǒng)的貼片機，具有較好的靈活性和精度，適用于大部分元件，高精度機器一般都是這種類型，但其速度無法與其它類型相比。不過元件排列越來越集中在有源部件上，比如有引線的QFP(Quad flat package，四邊扁平封裝器件)和BGA(Ball grid darray，球柵陣列器件)，安裝精度對高產(chǎn)量有至關(guān)重要的作用。復(fù)合式、轉(zhuǎn)盤式和大型平行系統(tǒng)一般不適用于這種類型的元件安裝。動臂式機器分為單臂式和多臂式，單臂式是最早先發(fā)展起來的現(xiàn)在仍然使用的多功能貼片機。在單臂式基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多臂式貼片機可將工作效率成倍提高，如美國Universal公司的GSM2貼片機就有兩個動臂安裝頭，可交替對一塊PCB進行安裝。動臂式機器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。絕大多數(shù)貼片機廠商均推出了采用這一結(jié)構(gòu)的高精度貼片機和中速貼片機，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。

 

    復(fù)合式機器是從動臂式機器發(fā)展而來，它集合了轉(zhuǎn)塔式和動臂式的特點，在動臂上安裝有轉(zhuǎn)盤，像Siemens的Siplace80S系列貼片機，有兩個帶有12個吸嘴的轉(zhuǎn)盤，如圖2所示。Universal公司也推出了采用這一結(jié)構(gòu)的貼片機Genesis，有兩個帶有30個吸嘴的旋轉(zhuǎn)頭，貼片速度達到60000片／h。從嚴格意義上來說，復(fù)合式機器仍屬于動臂式結(jié)構(gòu)。由于復(fù)合式機器可通過增加動臂數(shù)量來提高速度，具有較大靈活性，因此它的發(fā)展前景被看好，例如Siemens的HS60機器就安裝有4個旋轉(zhuǎn)頭。

 


    轉(zhuǎn)塔的結(jié)構(gòu)如圖3所示。轉(zhuǎn)塔式機器由于拾取元件和貼片動作同時進行，使得貼片速度大幅度提高。這種結(jié)構(gòu)的高速貼片機在我國的應(yīng)用也很普遍，不但速度較高，而且歷經(jīng)十余年的發(fā)展技術(shù)已非常成熟，如F呻公司的CP842E機器貼裝速度可達到0．068s／片。但是這種機器由于機械結(jié)構(gòu)所限，其貼裝速度已達到一個極限值，不可能再大幅度提高。該機型的不足之處是只能處理帶狀料。 轉(zhuǎn)塔式機器主要應(yīng)用于大規(guī)模的計算機板卡、移動電話、家電等產(chǎn)品的生產(chǎn)上，這是因為在這些產(chǎn)品當(dāng)中，阻容元件特別多、裝配密度大，很適合采用這一機型進行生產(chǎn)。相當(dāng)多的臺資、港資電子組裝企業(yè)以及國內(nèi)電器生產(chǎn)商都采用這一機型，以滿足高速組裝的要求。生產(chǎn)轉(zhuǎn)塔式機器的廠商主要有Panasonic、Hitachi、Fuji。

 

    大規(guī)模平行系統(tǒng)使用一系列小的單獨的貼裝單元。每個單元有自己的絲桿位置系統(tǒng)，安裝有相機和貼裝頭。每個貼裝頭可吸取有限的帶式送料器，貼裝PCB的一部分，PCB以固定的間隔時間在機器內(nèi)步步推進。單獨地各個單元機器運行速度較慢。可是，它們連續(xù)的或平行的運行會有很高的產(chǎn)量。如Philips公司的FCM機器有16個安裝頭，實現(xiàn)了0．0375s／片的貼裝速度，但就每個安裝頭而言，貼裝速度在0．6s／片左右，仍有大幅度提高的可能。這種機型也主要適用于規(guī)模化生產(chǎn)，需要指出的是，由于各種原因這種機型在我國電子行業(yè)中的市場占有率較前3種機型要小許多。生產(chǎn)大規(guī)模平行系統(tǒng)式機器的廠商主要有Philips，F(xiàn)uji公司也推出了采用這一結(jié)構(gòu)的QP-132型超高速貼片機，整機貼裝速度高達13．3萬片／h，堪稱業(yè)界第一。


    復(fù)合式、轉(zhuǎn)塔式和大型平行系統(tǒng)屬于高速貼裝系統(tǒng)，一般用于小型片狀元件安裝。轉(zhuǎn)塔式機器也被稱作“射片機”(Chip shooter)，因為它通常用于組裝片式電阻電容。另外，此類機器具有高速“射出”的能力。因為無源元件，即“芯片”以及其他引線元件所需精度不高，射片機組裝可實現(xiàn)較高的產(chǎn)能。高速機器由于結(jié)構(gòu)較普通動臂式機器復(fù)雜許多，因而價格也高出許多，在選擇設(shè)備時要考慮到這一點。


    試驗表明，動臂式機器的安裝精度較好，安裝速度為5×103-20×103個／h元件(cph)。復(fù)合式和轉(zhuǎn)塔式機器的組裝速度較高，一般為20×103-50×103個／h。大型平行系統(tǒng)的組裝速度最快，可達50×103-100×103個／h。


    1．2 印刷機


    與貼片機的情況不同，印刷機的生產(chǎn)廠商要少許多，主要有美國的MPM、英國的DEK、日本的Minami、Hitachi、德國的EKRA，特別是前兩家，市場占有率較其它廠商高出許多。印刷機可分為半自動和全自動兩種，半自動不能與其他SMT設(shè)備連接，需要人為干預(yù)(例如傳送板子)，但結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜(僅相當(dāng)于全自動機型的1／10-1／5)，適合科研院所使用，典型機型DEK的248。全自動印刷機可連進SMT生產(chǎn)線里，無須人為干預(yù)，自動化程度高，適用于規(guī)模化生產(chǎn)。如英國DEK公司的DEK265 INF INITY型印刷機就是一種具有伺服壓力控制系統(tǒng)的全自動印刷機。印刷參數(shù)可用計算機數(shù)字化設(shè)置，絲網(wǎng)和基板的標記可用其視覺系統(tǒng)自動識別對準，其印刷重復(fù)定位精度可達±0．004mm、印刷循環(huán)周期為8s。其他較典型機型有MPM的UP3000系列、Minami的MK系列、EKRA的X5。


    需要指出，在傳統(tǒng)的焊膏印刷過程中，影響印刷效果的最大變量之一是放置在模板上的焊膏品質(zhì)不斷地變化；焊膏中助焊劑的蒸發(fā)；焊劑中的低沸點溶劑的蒸發(fā)；錫球在開放的環(huán)境中氧化及焊膏在印刷暫停時可印性變差等。另外，隨著焊膏的使用，刮刀推動的焊膏量減少，從而引起漏印，或者由于過多的焊膏粘在刮刀上而引起網(wǎng)孔不能完全填滿。解決這個問題的辦法是將焊膏放在一個容器里，采用自動焊膏涂敷系統(tǒng)，就可以保證焊膏適時適量地加到模板上。另外，使用帶有涂敷系統(tǒng)的容器還可減少焊膏在操作者面前的暴露程度，并且使設(shè)備和其它工具盡量保持干凈。目前MPM和DEK公司都開始采用這一新技術(shù)，MPM稱之為“流變泵”，DEK稱之為“ProFlow”。


    1．3 回流焊爐


    回流焊接設(shè)備正向著高效、多功能、智能化發(fā)展，其中有具有獨特的多噴口氣流控制的回流焊爐、帶氮氣保護的回流焊爐、帶局部強制冷卻的回流焊爐、可以監(jiān)測元器件溫度的回流焊爐、帶有雙路輸送裝置的回流焊爐、帶中心支撐裝置的回流焊爐等。除了上述這些新型回流焊爐外，智能化再流焊爐也已經(jīng)出現(xiàn)了，其調(diào)整運轉(zhuǎn)由內(nèi)置計算機控制，在Window視窗操作環(huán)境下可很方便使用鍵盤或光筆輸入各種數(shù)據(jù)，又可迅速地從內(nèi)存中取出或更換回流焊工藝曲線，節(jié)省調(diào)整時間，提高了生產(chǎn)效率。智能化回流焊爐的許多機構(gòu)的運作，例如：回流爐自動啟動和停止，在規(guī)定時間選定存儲的回流焊工藝曲線，自動調(diào)整加熱區(qū)設(shè)置，啟動回流焊爐，到時關(guān)閉。鏈式傳送帶寬度自動調(diào)節(jié)，與加工印制板尺寸相匹配，通氮工藝與常規(guī)空氣回流焊工藝變換等功能的自動設(shè)置都不必人工操作，全由計算機程序控制。智能化回流焊爐的出現(xiàn)，給SMT焊接工藝增添了新的活力。


    回流焊爐的主要廠家有美國BTU、Heller、德國ERSA、SEHO、荷蘭的SOLTEC及日本ANTOM等公司。回流焊爐國內(nèi)廠家也可制造，例如勁拓、創(chuàng)益等，盡管在功能性、穩(wěn)定性、溫控精度上與國外先進水平有些差距，但性能完全可以滿足需求，價格也要便宜很多。



    2 組線設(shè)計不可盲目求大求全


    在建立SMT生產(chǎn)線時要根據(jù)企業(yè)的投資能力，產(chǎn)量的大小，線路板的貼裝精度要求等因素，制定合理的引進計劃。選擇設(shè)備時應(yīng)“量體裁衣”，切不可盲目地求大求全，以免造成不必要的浪費。根據(jù)不同用戶的需求，筆者設(shè)計了幾種建線方案，僅供參考(未加說明均為一臺)：


    方案一：多功能SMT生產(chǎn)線。DEK248半自動印刷機、SiemensF5多功能貼片機、勁拓GS-800回流焊爐、熊貓精機傳送機構(gòu)。評價：該生產(chǎn)線盡管只采用1臺Siemens F5多功能貼片機，但可貼裝近乎所有元件，另外為壓縮開支，回流焊爐和傳送機構(gòu)均可采用國產(chǎn)設(shè)備，印刷機為半自動。預(yù)計總投資在250萬元左右。該生產(chǎn)線適合批量不大、品種較多的小型企業(yè)和科研院所。


    方案二：中速SMT生產(chǎn)線。YAMAHA YVP-Xg全自動視覺印刷機、YAMAHA YVl00Xg片式Chip元件貼片機、YAMAHA YV88Xg高精度貼片機、Vitronics Sohec XPM 820N回流焊爐。評價：典型的中速貼片線配置方案，適合中小型企業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)，預(yù)計總投資在300-400萬元。


    方案三：高速SMT生產(chǎn)線。DEK265 INFIN-ITY全自動視覺印刷機、Universal公司的4797高速轉(zhuǎn)塔貼片機、Universal公司的Advantis高精度貼片機、Nutek傳送機構(gòu)、Heller 1800EXL回流焊爐。評價：經(jīng)典的高速貼片線配置方案，適合大中型電子企業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)，預(yù)計總投資在700-900萬元。


    方案四：超高速SMT生產(chǎn)線。MPM的UP3000全自動視覺印刷機、Panasonic公司的HTl22高速轉(zhuǎn)塔貼片機三臺(或Fuji公司的CP842E高速轉(zhuǎn)塔貼片機)、Universal公司的Advantis高精度貼片機二臺、Nutek傳送機構(gòu)、Vitronics Sohec公司的XPM2-SERIES回流焊爐。評價：典型的“三高兩泛”配置，適合大型電子企業(yè)某單一產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)，例如手機、電腦板卡等等，預(yù)計總投資在1500-1800萬元。



    3 評估確保設(shè)備性能符合要求

    當(dāng)購買SMT設(shè)備時，按適當(dāng)?shù)臉藴试u估設(shè)備是很重要的，評估應(yīng)圍繞擬購設(shè)備的各方面能力展開，確保設(shè)備性能符合要求。我們以SMT設(shè)備中最關(guān)鍵的貼片機評估為例，以下是對某型高精度貼片機進行評估的一覽表。分四個方面：PCB處理、元件范圍、元件送料器和貼放要求。見表1—表4。