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淺談SMT建線方案設(shè)計(jì)
最近更新時(shí)間：2014-10-9
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淺談SMT建線方案設(shè)計(jì)
摘要：本文提出了SMT生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、設(shè)備選型的關(guān)鍵點(diǎn)，給出了五種建線方案。探討了SMT生產(chǎn)線的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：生產(chǎn)線設(shè)計(jì)設(shè)備選型建線方案
1前言
由于SMT技術(shù)是涉及了多項(xiàng)技術(shù)的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，技術(shù)性強(qiáng)，投資大，面對(duì)型號(hào)眾多的SMT生產(chǎn)設(shè)備如何選型建線，仍是一個(gè)復(fù)雜而艱難的工作。本文結(jié)合DX-DN工業(yè)對(duì)講通信產(chǎn)品制造基地建設(shè)，提出了“SMT生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、設(shè)備選型”的關(guān)鍵要點(diǎn)，給出了五種建線方案。
2SMT生產(chǎn)線設(shè)計(jì)關(guān)鍵
根據(jù)SMT建線工程設(shè)備選型依據(jù)、步驟、注意事項(xiàng)，結(jié)合DX-DN工業(yè)通信產(chǎn)品制造基地建設(shè)，淺談SMT生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、設(shè)備選型要點(diǎn)：（生產(chǎn)布線、能源、供氣、送風(fēng)設(shè)計(jì)這里不做論述）
1.典型SMT生產(chǎn)線和主要設(shè)備
一般SMT生產(chǎn)工藝包括焊膏印刷、貼片和回流焊三個(gè)步驟，主要設(shè)備有印刷機(jī)、貼片機(jī)和回流焊爐構(gòu)成生產(chǎn)線（圖1）。
圖1典型SMT生產(chǎn)線
2.SMT生產(chǎn)線設(shè)備選型依據(jù)
?、努F(xiàn)有產(chǎn)品種類，器件，生產(chǎn)能力，線體建設(shè)的要求。
現(xiàn)在DX-DN對(duì)講產(chǎn)品SMT電路板年產(chǎn)量4千塊左右，品種達(dá)28種，zui大品種電路板年產(chǎn)量在2000塊。電路板zui大尺寸320mm*260mm*3mm;zui小尺寸120mm*80mm*3mm.器件zui大高度10mm.單品種器件數(shù)量zui多DUB用戶板：片式電阻，電容24種，SOP10種，PFP封裝2種，間距0.3mm.PLCC封裝44腳55mm*55mm一種，QFP封裝3種,80、160、208腳，間距0.3mm.；IP對(duì)講生產(chǎn)需要使用CSP、BGA、PGA、LBGA、連接器、屏蔽罩、晶振等新型SMT封裝器件；生產(chǎn)線能進(jìn)行智能儀表SMT電路板生產(chǎn)；下一步要進(jìn)行OEM代加工生產(chǎn)。
隨著電路板組裝器件密度越來越大、極窄間距新型封裝多、體積小、貼裝精度要求高，生產(chǎn)難度越來越來大。手工貼片的精度、生產(chǎn)速度滿足不了工業(yè)對(duì)講制造基地高產(chǎn)量、高精度、高品質(zhì)產(chǎn)品制造的要求。
要求現(xiàn)有的兩條平臺(tái)流水線搬遷到產(chǎn)業(yè)園，實(shí)現(xiàn)THT插件，分機(jī)裝配，節(jié)省投資。準(zhǔn)備新建一條全新自動(dòng)化SMT生產(chǎn)線。
?、艱X-DN對(duì)講SMT電路板貼裝缺陷，工藝流程。
手工SMT貼裝缺陷：
a.CHIP件貼裝偏移，手工加壓不一致、目視檢查不出細(xì)微的貼裝位置差距，QFP手貼不準(zhǔn)，不能一次貼裝到位、需二次貼裝，形成錫膏粘連，造成橋連。
b.手動(dòng)錫膏印刷速度慢，形成瓶頸制約整線生產(chǎn)速度。
c.回流焊接曲線優(yōu)化、冷卻區(qū)不合適，造成焊接不良和翹曲變形。
DX-DN數(shù)字對(duì)講電路板SMT生產(chǎn)目前使用半自動(dòng)印刷機(jī)，平臺(tái)生產(chǎn)線，真空吸筆或鑷子手工貼片，回流焊接工藝進(jìn)行生產(chǎn)。
搬遷到產(chǎn)業(yè)園后，電路板SMT組裝工藝為單面混裝。優(yōu)化后的工藝流程為：PCB檢驗(yàn)→A面自動(dòng)印刷錫膏→A面自動(dòng)貼裝SMT、SMD元件→回流焊接→AOI檢查→B面直插THT→B面THT引腳手工焊接→清洗→功能測(cè)試→入半成品庫。需要配置印刷機(jī)、貼片機(jī)和回流焊機(jī)設(shè)備。
?、歉鶕?jù)現(xiàn)有產(chǎn)品組裝密度、窄間距QFP和大尺寸SMD、異形元器件，確定IC異型貼裝設(shè)備配置全視覺高精度多功能貼片機(jī)一臺(tái)。兼顧高速生產(chǎn)需要再配置一臺(tái)高速CHIP元件貼片機(jī)。
3.設(shè)備選型步驟（產(chǎn)能計(jì)算）。
?、沤y(tǒng)計(jì)2009年zui大產(chǎn)量計(jì)算出全年貼片SMD元件總點(diǎn)數(shù)為583840點(diǎn)，我們按60萬點(diǎn)算。
?、评碚摦a(chǎn)能測(cè)算：
a.手工貼片
每個(gè)工位每班貼1千點(diǎn)，五個(gè)工位，八小時(shí)（班產(chǎn)）5千點(diǎn)需120班次完成60萬點(diǎn)貼裝。
b.自動(dòng)貼片機(jī)
1臺(tái)高速機(jī)+1臺(tái)多功能機(jī)組合的貼裝速度在1萬點(diǎn)——十幾萬點(diǎn)/小時(shí)。我們以1萬點(diǎn)/小時(shí)測(cè)算。不考慮換線，單品種：八小時(shí)（班產(chǎn)）8萬點(diǎn)，需8班次完成60萬點(diǎn)貼裝?？紤]多品種，小批量，頻繁換線，放寬1倍工時(shí)。
?、荢MT整線配置方式分為“多品種、小批量”和“少品種、大批量”的兩種類型。
“多品種小批量”的配置原則為，為靈活、拓展、節(jié)資。
“少品種、大批量”的配置原則為：靈活、高速、可靠、創(chuàng)造。在大批量配置中要盡可能高速，來提高生產(chǎn)率，降低成本。同時(shí)高速中要求可靠性好、一致性強(qiáng)、靈活性和穩(wěn)定性高，才能有更高的創(chuàng)益，才能有更高的。
3SMT設(shè)備選型關(guān)鍵
?、乓?guī)劃好整條生產(chǎn)線對(duì)基板的處理能力：如PCB尺寸、厚度、重量、板邊的留空要求、定位要求(基準(zhǔn)點(diǎn)、定位孔、邊定位的厚度和曲翹限制等)、必須有詳細(xì)和準(zhǔn)確的規(guī)劃。這些規(guī)劃應(yīng)以整線設(shè)備的層次來進(jìn)行的。如有多條不同規(guī)范的線，則統(tǒng)一規(guī)范。
?、粕a(chǎn)線整體要求貼裝能力達(dá)到3萬Chip／小時(shí)；元件范圍從0402-55mm*55mm方型器件、CSP、QFP、BGA、UBGA、片式電解電容、電位器、電感、50*150mm連接器，元件高度為25mm；貼裝精度±0.08mm／Chip、±0.05mm／QFP；zui大PCB面積510mmx460mm。后續(xù)加線兼容性好。
?、琴N片機(jī)要注意選整體鑄造式機(jī)架，保證CHIP,QFP貼裝精度；選飛行對(duì)中、CCD安裝在貼片頭上的貼片機(jī)，保證貼裝位置的準(zhǔn)確；配置離線編程設(shè)備和軟件，縮短換線準(zhǔn)備時(shí)間、優(yōu)化整線速度；供料器按zui多元件數(shù)量的電路板產(chǎn)品進(jìn)行配置，并適當(dāng)多配置幾個(gè)，用于補(bǔ)充元件或換元件時(shí)提前準(zhǔn)備，以免影響貼裝速度。
?、扔∷C(jī)要選全自動(dòng)視覺，保證印刷精度，降低電路板焊接的不良率；特別注意選則印刷周期10S左右的設(shè)備，消除整線生產(chǎn)的瓶頸效應(yīng)。zui后選換線時(shí)間短的設(shè)備，保證連續(xù)生產(chǎn)。
⑸回流焊要選加熱區(qū)長度大于1.8M、8溫區(qū)以上、有冷卻區(qū)、溫度曲線測(cè)試功能，配UPS電源保證回流焊接質(zhì)量。
?、蔄OI光學(xué)檢查儀選擇CCD相機(jī)，同軸碗狀光源、誤判率和漏判率穩(wěn)定可靠的設(shè)備，保證檢測(cè)的質(zhì)量和速度。
?、巳绻Y金條件比較緊缺，應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)備的性能價(jià)格比。
4SMT生產(chǎn)線建線方案（這里省略傳送設(shè)備）
方案一：多功能SMT生產(chǎn)線
設(shè)備類型品牌/型號(hào)數(shù)量（臺(tái)）
印刷機(jī)德森DSP10081
多功能貼片機(jī)富士XPF-L1
回流焊爐日東IPC8101
評(píng)價(jià)：采用1臺(tái)富士XPF多功能貼片機(jī)，可貼所有貼片、IC元件，自動(dòng)更換貼片頭，可選配點(diǎn)膠頭。為壓縮開支，印刷機(jī)，回流爐采用國產(chǎn)。整線理論速度為2萬點(diǎn)/小時(shí)，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，預(yù)計(jì)整線投資在200萬人民幣。
方案二：中速SMT生產(chǎn)線
設(shè)備類型品牌/型號(hào)數(shù)量（臺(tái)）
印刷機(jī)德森DSP30081
高速貼片機(jī)JukiKE2070E1
高精度貼片機(jī)JukiKE2080E1
回流焊爐日東IPC8101
評(píng)價(jià)：中速貼片線配置方案，適合中小型企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，整線理論速度4萬點(diǎn)/小時(shí)，實(shí)際2.7萬點(diǎn)/小時(shí)。既適合高產(chǎn)量的生產(chǎn)模式，又適合多品種小批量的生產(chǎn)模式。預(yù)計(jì)整線投資在220萬人民幣左右。
方案三：中高速SMT生產(chǎn)線
設(shè)備類型品牌/型號(hào)數(shù)量（臺(tái)）
印刷機(jī)德森DSP30081
高速貼片機(jī)富士XPF-L2
回流焊爐日東IPC8101
評(píng)價(jià)：采用富士的兩臺(tái)XPF，一臺(tái)作為高速機(jī)，另一臺(tái)作為泛用機(jī)，整線理論速度為5萬點(diǎn)/小時(shí)，預(yù)計(jì)整線投資在350萬人民幣左右。
方案四：高速SMT生產(chǎn)線
設(shè)備類型品牌/型號(hào)數(shù)量（臺(tái)）
印刷機(jī)DEK02ix1
高速貼片機(jī)富士NXT（含4臺(tái)M6模組）1
高精度貼片機(jī)富士XPF-L1
回流焊爐ErsaHotflow3/20E十溫區(qū)回流爐1
評(píng)價(jià)：采用了富士NXT模組機(jī)和XPF多功能機(jī)的組合方案。NXT通過搭載可以更換的貼裝工作頭，幾乎可應(yīng)對(duì)所有元件的挑戰(zhàn)，靈活性非常高，整線貼片速度接近13萬點(diǎn)/小時(shí)，預(yù)計(jì)總投資在700萬人民幣。
方案五：超高速SMT生產(chǎn)線
設(shè)備類型品牌/型號(hào)數(shù)量（臺(tái)）
印刷機(jī)DEKPhoton1
高速多功能貼片機(jī)富士NXT（含10臺(tái)M3模組，2臺(tái)M6模組）1
回流焊爐ERSAHotflow3/20E十二溫區(qū)回流爐1
評(píng)價(jià)：該方案的理論速度達(dá)到了驚人的31.2萬點(diǎn)/小時(shí)，幾乎是高速SMT生產(chǎn)線的兩倍以上。適合單一大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，如手機(jī)板卡。為跟上生產(chǎn)節(jié)奏，印刷機(jī)選用了DEK的型號(hào)Photon，印刷時(shí)間5秒；回流爐采用了ERSA十二溫區(qū)的型號(hào)，預(yù)計(jì)總投資會(huì)超過1000萬人民幣。
5SMT生產(chǎn)線發(fā)展趨勢(shì)
電子設(shè)備和工藝向“半導(dǎo)體和SMT”發(fā)展，PCB-SMD復(fù)合化、新型封裝FC-BGA、MCM多芯片模塊、3D封裝、POP技術(shù)應(yīng)用。貼片機(jī)朝“模塊化復(fù)合型架構(gòu)、模組化結(jié)構(gòu)、多懸臂、高速智能貼片頭、柔性化方向”發(fā)展。SMT生產(chǎn)線采用CIMS管理，朝“信息集成的柔性生產(chǎn)環(huán)境方向”“連線方向”發(fā)展。
6結(jié)束語
SMT自動(dòng)化生產(chǎn)線是實(shí)現(xiàn)電子規(guī)模化組裝的基礎(chǔ)，進(jìn)行SMT組線設(shè)計(jì)時(shí)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(jìn)計(jì)劃。必須對(duì)其中的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，了解其具體的技術(shù)參數(shù)；做好設(shè)備、工藝工序的優(yōu)化、就可以充分發(fā)揮SMT生產(chǎn)線的巨大潛力，大幅提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量可以穩(wěn)定在幾乎無缺陷的狀態(tài)。
參考資料：
1.電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝與管理廖芳主編電子工業(yè)出版社
2.DX-DN數(shù)字對(duì)講系統(tǒng)技術(shù)電訊公司
3.SMT通用工藝(上)顧靄云
4.SMT生產(chǎn)線選擇評(píng)估“SMT生產(chǎn)線選擇評(píng)估”
5.表面組裝技術(shù)（SMT）基礎(chǔ)與可制造性設(shè)計(jì)（DFM）顧靄云
1.13表面組裝建線工程和設(shè)備選型
作者簡介：
談瑩青男工程師，從事工業(yè)通訊研發(fā)技術(shù)工作，現(xiàn)任職武漢武鋼東湖*開發(fā)區(qū)武鋼電子產(chǎn)業(yè)園武鋼數(shù)字通信公司總。
劉大春（1972-），男，技師，從事電子組裝工藝技術(shù)工作十余年，現(xiàn)任職武漢武鋼東湖*開發(fā)區(qū)武鋼電子產(chǎn)業(yè)園武鋼數(shù)字通信公司產(chǎn)品部。