eng
Выпуск #8/2004
В.Гаршин, А.Нисан.
Высокоточный автомат установки компонентов Emerald
Высокоточный автомат установки компонентов Emerald
Просмотры: 2543
Семейство автоматов Emerald-X (i)II — часть новейшей серии автоматов установки поверхностно монтируемых изделий XII компании Assembleon, входящей в группу компаний Philips. Emerald-X (i)II — это высокопрецизионные автоматы установки компонентов с малым шагом выводов (до 0,3 мм) и компонентов сложной формы на печатные платы (ПП). Благодаря широкому использованию инновационных технологий при разработке автоматов достигнута высокая гибкость для работы в условиях средне- и крупносерийного производства.
Наиболее важное отличие автоматов Emerald-X(i)II* (рис.1) от предыдущего поколения Emerald-X заключается в графическом интерфейсе пользователя на основе Windows NT. В целях достижения высокой производительности центрирование компонентов QFP производится “на лету”. Две независимые установочные головки могут осуществлять одновременный забор компонентов из питателей различных комбинаций. А усовершенствованная система технического зрения (СТЗ) на основе камеры с линейной матрицей обеспечивает точность установки, а также проверяет все выводы, в том числе и шариковые выводы микросхем типа BGA.
Основные технические характеристики автомата Emerald-X(i)II:
Производительность
по IPC 9850/максимальная 5900/6800 комп./ч
Устанавливаемые компоненты чип 0201 – микросхемы 54х54 мм
с малым шагом выводов; разъемы
длиной до 100 мм; компоненты
сложной формы
Минимальный шаг выводов
устанавливаемых компонентов 0,3 мм
Максимальная высота устанав-
ливаемых компонентов 20 мм
Точность установки по осям X
и Y, (3s) 30–70 мкм (в зависимости от типа
компонентов и СТЗ)
Габаритные размеры ПП (50х50–460х440) мм
Толщина ПП 0,4–4,0 мм
Максимальное число типоно-
миналов из ленты 8 мм 148
Максимальное число типономи-
налов из матричных поддонов 120
Типы питателей из ленты, кассет, кассет с россыпью,
матричных поддонов и пр.
Габаритные размеры 1650х1408х1850 мм
Масса 1600 кг
МОДИФИКАЦИИ АВТОМАТОВ EMERALD-X (I) II
Автоматы выпускаются в четырех модификациях (рис.2) — Emerald-XII SF, Emerald-XiII SF, Emerald-XII FNC и Emerald-XiII FNC, которые отличаются друг от друга типами установочных головок и питателей из ленты. Так, автоматы Emerald-XII SF и Emerald-XiII SF оборудованы двумя головками SF (рис. 3) со сменными захватами, причем для установки компонентов стандартной номенклатуры достаточно всего шести вакуумных захватов (см. таблицу).
Автоматы Emerald-XII FNC и Emerald-XiII FNC оснащены двумя установочными головками FNC со сменой вакуумных захватов “на лету” (рис.4, 5), что повышает производительность автоматов.
Emerald-X (i)II может быть оборудован станцией смены вакуумных захватов, расширяющей спектр устанавливаемых компонентов. Важная особенность станции — возможность использования специальных, изготовленных на заказ, вакуумных захватов. Станция для автоматов Emerald-XII SF и Emerald-XiII SF имеет 24 позиции под захваты (рис.6), для Emerald-XII FNC и Emerald-XiII FNC — 16 позиций.
Второе различие модификаций заключается в том, что в автоматах Emerald-XII для подачи компонентов, упакованных в ленту, используются пневмомеханические питатели, а в Emerald-XiII — электронные.
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТОВ EMERALD-X(I)II
Автоматы Emerald-X (i)II обладают всеми преимуществами автоматов серии XII, о которых говорилось ранее*. У них аналогичные принцип действия, основные блоки и узлы (конвейерная система, системы поддержки и фиксации ПП, СТЗ, система коррекции по реперным знакам, ПО и т.д.). Ключевые отличия автоматов Emerald-X (i)II от других автоматов серии XII:
· конфигурация установочного модуля (две головки);
· более широкая номенклатура устанавливаемых компонентов;
· более гибкая СТЗ (три типа ПЗС-камер для центрирования компонентов).
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Питатели из матричных поддонов. С автоматами могут быть использованы следующие типы питателей из матричных поддонов: внутренний, ручной, автоматический ATS 20, LCS-питатель из матричных поддонов с двойным челноком, питатель из матричных поддонов JEDEC.
Внутренний питатель из матричных поддонов (рис.7), устанавливаемый между задней базой питателей и задней направляющей конвейера, позволяет подавать компоненты из одного или двух поддонов. Немаловажно, что данный питатель не сокращает количество посадочных мест под питатели из ленты.
Ручной питатель из матричных поддонов (рис.8) — недорогое средство подачи компонентов из такой упаковки. Предназначен для установки на заднюю базу питателей, с которой, в случае необходимости, его можно быстро демонтировать.
Автоматический питатель ATS 20 (рис.9) устанавливается с задней стороны автомата, который может оснащаться одинарным или двойным питателем такого типа. Вместимость одного питателя — до 20 матричных поддонов. Установочные головки забирают компоненты непосредственно из матричных поддонов.
Вместимость автоматического питателя LCS (рис.10) — 120 матричных поддонов, их замена может производиться без остановки автомата. Питатель оборудован встроенным инспекционным конвейером, позволяющим проводить визуальный контроль ПП. Компоненты из матричных поддонов с помощью двойного челнока доставляются в зону захвата. Дополнительное преимущество питателя в том, что он не ограничивает максимальную ширину ПП и количество посадочных мест под питатели.
Питатель из матричных поддонов JEDEC (рис.11) имеет вместимость до 20 высоких или 30 низких поддонов. Позволяет проводить замену поддонов без остановки автомата и быстро демонтируется с задней базы питателей.
Питатели из кассет. Для подачи компонентов из упаковки в кассеты могут использоваться ременные (рис.12) и вибропитатели (рис.13). Они совместимы с автоматами с пневмомеханическими и электронными питателями ITF. Питатели из кассет занимают несколько посадочных мест в зависимости от своей ширины. Число потоков с компонентами зависит от типа подаваемых компонентов.
Питатели из кассет с россыпью. Питатель из кассет с россыпью (рис.14) занимает одно посадочное место, что, безусловно, является большим преимуществом. Его конструкция обеспечивает максимальную надежность подачи компонентов и автоматическое определение наличия компонента. Смена кассет может производиться без остановки автомата.
Мобильная система смены питателей*. Позволяет проводить быструю переналадку, а также комплектацию и проверку правильности установки питателей вне линии. Вывод базы с питателями в зону захвата компонентов осуществляется мощными пневмоцилиндрами. При этом обеспечивается высокая точность позиционирования системы внутри автомата и, как следствие, высокая повторяемость при захвате компонентов. Помимо этого на каждой системе смены питателей нанесены реперные знаки, которые автоматически считываются камерой их распознавания перед началом сборки плат, что позволяет еще более повысить точность захвата. Подключение электропитания и сжатого воздуха производится также автоматически.
ПРИМЕР КОНФИГУРАЦИИ АВТОМАТА
Широкий спектр дополнительного оборудования позволяет гибко конфигурировать автоматы под конкретные нужды производства. На рис.15 показан пример автомата, конфигурация которого отличается от стандартной наличием дополнительной камеры с линейной матрицей, ПЗС-камеры, станции смены вакуумных захватов и автоматического питателя LCS из матричных поддонов.
Автоматы Emerald-X (i)II — прекрасный выбор для пользователей, собирающих печатные узлы с большим числом сложных компонентов. Его можно использовать как гибкий отдельно стоящий автомат или совместно с другими автоматами серии XII для обеспечения максимальной гибкости. Высокая гибкость, возможность оптимизации рабочих программ вне линии и быстрая переналадка позволяют использовать автомат с максимальной эффективностью. Рассмотренные возможности в сочетании с простотой в эксплуатации повышают коэффициент использования автомата до 99%. Дополнительные затраты, связанные с простоями, вмешательством оператора, перенастройкой и техническим обслуживанием, существенно снижены.
Надежность узлов с бессвинцовой пайкой
В процессе перехода к бессвинцовой пайке надежность печатных узлов с ее использованием стала одной из основных областей исследования. Как известно, надежность паяного соединения означает его способность выполнять предназначенную ему функцию под воздействием предполагаемых условий эксплуатации в течение определенного периода времени. Таким образом, требования к надежности паяного соединения изменяются в зависимости от типа продукции.
Условия эксплуатации могут вызывать нагрузку на паяные межсоединения и на весь узел в целом. Для моделирования различных механизмов разрушения, которые могут возникать в течение срока службы продукции, изготовители конечной продукции проводят широкий спектр ускоренных испытаний. Известно, что процесс, связанный с усталостью материала, – одна из наиболее вероятных причин отказа материала в условиях циклической или повторяющейся нагрузки для электронных узлов в отсутствие других видов отказов. Функционирование схем или внешние условия создают флуктуации температуры, которые приводят к циклическим деформациям. Для мягких припоев – бессвинцовых или SnPb – даже наружные температуры достигают гомологических значений за пределами основного критерия ползучести. Следовательно, предполагается, что паяное соединение проходит стадии ползучессти и усталости.
Для понимания явлений ползучести и усталости установлены отдельные схемы испытаний. Приняты методы испытаний – ASTM Standard E139 (стандартная практика для проведения испытаний металлических материалов на ползучесть и разрыв) и ASTM Standard E606 (стандартная практика для испытаний на усталость при управляемой нагрузке). Они содержат мониторинг скорости деформации под постоянной нагрузкой при фиксированной температуре (режим ползучести) или исследование поведения материала под воздействием циклических нагрузок при постоянной температуре (изотермический режим усталости) выбранного диапазона значений.
Усталость паяных соединений также измеряется в термомеханическом режиме, проводимом при непрерывном спектре температурного циклирования между двумя выбранными экстремальными значениями температуры. Здесь циклическое деформирующее воздействие на материал оказывает изотермический или термомеханический метод.
Другие переменные величины включают время выдержки при экстремальных температурах, скорость изменения температуры, амплитуду и частоту нагрузки. Значения всех этих параметров влияет на результаты испытаний и их интерпретацию. Кроме того, критерии отказов из-за усталости изменяются в зависимости от продукции. Осложнить отказ паяного соединения могут также границы соединения, которые определяются природой поверхности подложки и ее микроструктурой, влияющие на процесс пайки.
Для моделирования подобных механизмов разрушения, охватывающих условия усталости и текучести, выбираются различные амплитуды температурного циклирования и времена выдержки:
· обычно используемые условия: -40–125°С, минимальное время выдержки 15 мин;
· -25–85 °С, время выдержки 30 мин;
· -25–85 °С, время выдержки 120 мин;
· -25–85 °С, время выдержки 240 мин.
Кроме того, проводятся испытания на старение, старение при высокой температуре, вибрацию и другие. Испытания на коррозию и моделирование заусенцев – также часть верификации надежности продукции.
Условия ускоренных испытаний для бессвинцовых припоев жестче тех, что использовались для межсоединений 63Sn37Pb.
http://surfacemount.printthis.
Основные технические характеристики автомата Emerald-X(i)II:
Производительность
по IPC 9850/максимальная 5900/6800 комп./ч
Устанавливаемые компоненты чип 0201 – микросхемы 54х54 мм
с малым шагом выводов; разъемы
длиной до 100 мм; компоненты
сложной формы
Минимальный шаг выводов
устанавливаемых компонентов 0,3 мм
Максимальная высота устанав-
ливаемых компонентов 20 мм
Точность установки по осям X
и Y, (3s) 30–70 мкм (в зависимости от типа
компонентов и СТЗ)
Габаритные размеры ПП (50х50–460х440) мм
Толщина ПП 0,4–4,0 мм
Максимальное число типоно-
миналов из ленты 8 мм 148
Максимальное число типономи-
налов из матричных поддонов 120
Типы питателей из ленты, кассет, кассет с россыпью,
матричных поддонов и пр.
Габаритные размеры 1650х1408х1850 мм
Масса 1600 кг
МОДИФИКАЦИИ АВТОМАТОВ EMERALD-X (I) II
Автоматы выпускаются в четырех модификациях (рис.2) — Emerald-XII SF, Emerald-XiII SF, Emerald-XII FNC и Emerald-XiII FNC, которые отличаются друг от друга типами установочных головок и питателей из ленты. Так, автоматы Emerald-XII SF и Emerald-XiII SF оборудованы двумя головками SF (рис. 3) со сменными захватами, причем для установки компонентов стандартной номенклатуры достаточно всего шести вакуумных захватов (см. таблицу).
Автоматы Emerald-XII FNC и Emerald-XiII FNC оснащены двумя установочными головками FNC со сменой вакуумных захватов “на лету” (рис.4, 5), что повышает производительность автоматов.
Emerald-X (i)II может быть оборудован станцией смены вакуумных захватов, расширяющей спектр устанавливаемых компонентов. Важная особенность станции — возможность использования специальных, изготовленных на заказ, вакуумных захватов. Станция для автоматов Emerald-XII SF и Emerald-XiII SF имеет 24 позиции под захваты (рис.6), для Emerald-XII FNC и Emerald-XiII FNC — 16 позиций.
Второе различие модификаций заключается в том, что в автоматах Emerald-XII для подачи компонентов, упакованных в ленту, используются пневмомеханические питатели, а в Emerald-XiII — электронные.
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТОВ EMERALD-X(I)II
Автоматы Emerald-X (i)II обладают всеми преимуществами автоматов серии XII, о которых говорилось ранее*. У них аналогичные принцип действия, основные блоки и узлы (конвейерная система, системы поддержки и фиксации ПП, СТЗ, система коррекции по реперным знакам, ПО и т.д.). Ключевые отличия автоматов Emerald-X (i)II от других автоматов серии XII:
· конфигурация установочного модуля (две головки);
· более широкая номенклатура устанавливаемых компонентов;
· более гибкая СТЗ (три типа ПЗС-камер для центрирования компонентов).
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Питатели из матричных поддонов. С автоматами могут быть использованы следующие типы питателей из матричных поддонов: внутренний, ручной, автоматический ATS 20, LCS-питатель из матричных поддонов с двойным челноком, питатель из матричных поддонов JEDEC.
Внутренний питатель из матричных поддонов (рис.7), устанавливаемый между задней базой питателей и задней направляющей конвейера, позволяет подавать компоненты из одного или двух поддонов. Немаловажно, что данный питатель не сокращает количество посадочных мест под питатели из ленты.
Ручной питатель из матричных поддонов (рис.8) — недорогое средство подачи компонентов из такой упаковки. Предназначен для установки на заднюю базу питателей, с которой, в случае необходимости, его можно быстро демонтировать.
Автоматический питатель ATS 20 (рис.9) устанавливается с задней стороны автомата, который может оснащаться одинарным или двойным питателем такого типа. Вместимость одного питателя — до 20 матричных поддонов. Установочные головки забирают компоненты непосредственно из матричных поддонов.
Вместимость автоматического питателя LCS (рис.10) — 120 матричных поддонов, их замена может производиться без остановки автомата. Питатель оборудован встроенным инспекционным конвейером, позволяющим проводить визуальный контроль ПП. Компоненты из матричных поддонов с помощью двойного челнока доставляются в зону захвата. Дополнительное преимущество питателя в том, что он не ограничивает максимальную ширину ПП и количество посадочных мест под питатели.
Питатель из матричных поддонов JEDEC (рис.11) имеет вместимость до 20 высоких или 30 низких поддонов. Позволяет проводить замену поддонов без остановки автомата и быстро демонтируется с задней базы питателей.
Питатели из кассет. Для подачи компонентов из упаковки в кассеты могут использоваться ременные (рис.12) и вибропитатели (рис.13). Они совместимы с автоматами с пневмомеханическими и электронными питателями ITF. Питатели из кассет занимают несколько посадочных мест в зависимости от своей ширины. Число потоков с компонентами зависит от типа подаваемых компонентов.
Питатели из кассет с россыпью. Питатель из кассет с россыпью (рис.14) занимает одно посадочное место, что, безусловно, является большим преимуществом. Его конструкция обеспечивает максимальную надежность подачи компонентов и автоматическое определение наличия компонента. Смена кассет может производиться без остановки автомата.
Мобильная система смены питателей*. Позволяет проводить быструю переналадку, а также комплектацию и проверку правильности установки питателей вне линии. Вывод базы с питателями в зону захвата компонентов осуществляется мощными пневмоцилиндрами. При этом обеспечивается высокая точность позиционирования системы внутри автомата и, как следствие, высокая повторяемость при захвате компонентов. Помимо этого на каждой системе смены питателей нанесены реперные знаки, которые автоматически считываются камерой их распознавания перед началом сборки плат, что позволяет еще более повысить точность захвата. Подключение электропитания и сжатого воздуха производится также автоматически.
ПРИМЕР КОНФИГУРАЦИИ АВТОМАТА
Широкий спектр дополнительного оборудования позволяет гибко конфигурировать автоматы под конкретные нужды производства. На рис.15 показан пример автомата, конфигурация которого отличается от стандартной наличием дополнительной камеры с линейной матрицей, ПЗС-камеры, станции смены вакуумных захватов и автоматического питателя LCS из матричных поддонов.
Автоматы Emerald-X (i)II — прекрасный выбор для пользователей, собирающих печатные узлы с большим числом сложных компонентов. Его можно использовать как гибкий отдельно стоящий автомат или совместно с другими автоматами серии XII для обеспечения максимальной гибкости. Высокая гибкость, возможность оптимизации рабочих программ вне линии и быстрая переналадка позволяют использовать автомат с максимальной эффективностью. Рассмотренные возможности в сочетании с простотой в эксплуатации повышают коэффициент использования автомата до 99%. Дополнительные затраты, связанные с простоями, вмешательством оператора, перенастройкой и техническим обслуживанием, существенно снижены.
Надежность узлов с бессвинцовой пайкой
В процессе перехода к бессвинцовой пайке надежность печатных узлов с ее использованием стала одной из основных областей исследования. Как известно, надежность паяного соединения означает его способность выполнять предназначенную ему функцию под воздействием предполагаемых условий эксплуатации в течение определенного периода времени. Таким образом, требования к надежности паяного соединения изменяются в зависимости от типа продукции.
Условия эксплуатации могут вызывать нагрузку на паяные межсоединения и на весь узел в целом. Для моделирования различных механизмов разрушения, которые могут возникать в течение срока службы продукции, изготовители конечной продукции проводят широкий спектр ускоренных испытаний. Известно, что процесс, связанный с усталостью материала, – одна из наиболее вероятных причин отказа материала в условиях циклической или повторяющейся нагрузки для электронных узлов в отсутствие других видов отказов. Функционирование схем или внешние условия создают флуктуации температуры, которые приводят к циклическим деформациям. Для мягких припоев – бессвинцовых или SnPb – даже наружные температуры достигают гомологических значений за пределами основного критерия ползучести. Следовательно, предполагается, что паяное соединение проходит стадии ползучессти и усталости.
Для понимания явлений ползучести и усталости установлены отдельные схемы испытаний. Приняты методы испытаний – ASTM Standard E139 (стандартная практика для проведения испытаний металлических материалов на ползучесть и разрыв) и ASTM Standard E606 (стандартная практика для испытаний на усталость при управляемой нагрузке). Они содержат мониторинг скорости деформации под постоянной нагрузкой при фиксированной температуре (режим ползучести) или исследование поведения материала под воздействием циклических нагрузок при постоянной температуре (изотермический режим усталости) выбранного диапазона значений.
Усталость паяных соединений также измеряется в термомеханическом режиме, проводимом при непрерывном спектре температурного циклирования между двумя выбранными экстремальными значениями температуры. Здесь циклическое деформирующее воздействие на материал оказывает изотермический или термомеханический метод.
Другие переменные величины включают время выдержки при экстремальных температурах, скорость изменения температуры, амплитуду и частоту нагрузки. Значения всех этих параметров влияет на результаты испытаний и их интерпретацию. Кроме того, критерии отказов из-за усталости изменяются в зависимости от продукции. Осложнить отказ паяного соединения могут также границы соединения, которые определяются природой поверхности подложки и ее микроструктурой, влияющие на процесс пайки.
Для моделирования подобных механизмов разрушения, охватывающих условия усталости и текучести, выбираются различные амплитуды температурного циклирования и времена выдержки:
· обычно используемые условия: -40–125°С, минимальное время выдержки 15 мин;
· -25–85 °С, время выдержки 30 мин;
· -25–85 °С, время выдержки 120 мин;
· -25–85 °С, время выдержки 240 мин.
Кроме того, проводятся испытания на старение, старение при высокой температуре, вибрацию и другие. Испытания на коррозию и моделирование заусенцев – также часть верификации надежности продукции.
Условия ускоренных испытаний для бессвинцовых припоев жестче тех, что использовались для межсоединений 63Sn37Pb.
http://surfacemount.printthis.
Отзывы читателей
