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淺談SMT生產線建線方案設計

time : 2019-08-15 09:03       作者:凡億pcb

摘要 :本文提出了SMT生產線設計、設備選型的關鍵點,給出了五種建線方案。探討了SMT生產線的發展方向。
關鍵詞:SMT生產線設計  SMT設備選型   SMT建線方案
 
一、前言
由于SMT技術是涉及了多項技術的復雜的系統工程,技術性強,投資大,面對型號眾多的SMT生產設備如何選型建線,仍是一個復雜而艱難的工作。本文結合工業對講通信產品電路板制造基地建設,提出了“SMT生產線設計、設備選型”的關鍵要點,給出了五種建線方案。
        
二、SMT生產線設計關鍵
根據SMT建線工程設備選型依據、步驟、注意事項,結合工業通信產品電路板制造基地建設,淺談SMT生產線設計、設備選型要點:(生產布線、能源、供氣、送風設計這里不做論述)
1.典型SMT生產線和主要設備
一般SMT生產工藝包括焊膏印刷、貼片和回流焊三個步驟,主要設備有印刷機、貼片機和回流焊爐構成生產線(圖1)。
典型SMT生產線
                                                                                   圖1 典型SMT生產線
 
2.SMT生產線設備選型依據 
(1)現有產品種類,器件,生產能力,線體建設的要求。
現在對講產品SMT電路板年產量4千塊左右,品種達28種,最大品種電路板年產量在2000塊。
電路板最大尺寸320mm*260mm*3mm;最小尺寸120mm*80mm*3mm,器件最大高度10mm。
單品種器件數量最多DUB用戶板:片式電阻,電容24種、SOP10種,PFP 封裝2種、間距0.3 mm PLCC封裝 44腳55mm*55mm一種、QFP封裝3種,80、160、208腳,間距0.3 mm;
IP對講生產需要使用CSP、BGA、PGA、LBGA、連接器、屏蔽罩、晶振等新型SMT封裝器件;
生產線能進行智能儀表SMT電路板生產;
下一步要進行PCBA OEM代加工生產。
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,生產難度越來越來大。手工貼片的精度、生產速度滿足不了工業對講制造基地高產量、高精度、高品質產品電路板制造的要求。
要求現有的兩條平臺流水線搬遷到產業園,實現THT插件,分機裝配,節省投資。準備新建一條全新自動化SMT生產線。
 
(2)對講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、目視檢查不出細微的貼裝位置差距,QFP手貼不準,不能一次貼裝到位、需二次貼裝,形成錫膏粘連,造成橋連。
b.手動錫膏印刷速度慢,形成瓶頸制約整線生產速度。
c.回流焊接曲線優化、冷卻區不合適,造成焊接不良和翹曲變形。
數字對講電路板SMT生產目前使用半自動印刷機,平臺生產線,真空吸筆或鑷子手工貼片,回流焊接工藝進行生產。
搬遷到產業園后,電路板SMT組裝工藝為單面混裝。優化后的工藝流程為:PCB檢驗→ A面自動印刷錫膏→ A面自動貼裝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→功能測試→入半成品庫。需要配置印刷機、貼片機和回流焊機設備。
 
(3)根據現有產品組裝密度、窄間距QFP和大尺寸SMD、異形元器件,確定IC異型貼裝設備配置全視覺高精度多功能貼片機一臺。兼顧高速生產需要再配置一臺高速CHIP元件貼片機。
 
3.設備選型步驟(產能計算)。
(1)統計2009年最大產量計算出全年貼片SMD元件總點數為583840點,我們按60萬點算。
(2)理論產能測算:
a.手工貼片
每個工位每班貼1千點,五個工位,八小時(班產)5千點  需120班次完成60萬點貼裝。
b。自動貼片機
1臺高速機+1臺多功能機組合的貼裝速度在1萬點——十幾萬點/小時。我們以1萬點/小時測算。不考慮換線,單品種:八小時(班產)8萬點,需8班次完成60萬點貼裝。考慮多品種,小批量,頻繁換線,放寬1倍工時。
(3)SMT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、節資。
 “少品種、大批量”的配置原則為:靈活、高速、可靠、創造。在大批量配置中要盡可能高速,來提高生產率,降低成本。同時高速中要求可靠性好、一致性強、靈活性和穩定性高,才能有更高的創益,才能有更高的投資回報。
 
三、SMT設備選型關鍵
(1)規劃好整條生產線對基板的處理能力:如PCB尺寸、厚度、重量、板邊的留空要求、定位要求(基準點、定位孔、邊定位的厚度和曲翹限制等)、必須有詳細和準確的規劃。這些規劃應以整線設備的層次來進行的。如有多條不同規范的線,則統一規范。
(2)生產線整體要求貼裝能力達到3萬Chip/小時;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;最大PCB面積510mmx460mm。 后續加線兼容性好。
(3)貼片機要注意選整體鑄造式機架,保證CHIP,QFP貼裝精度;選飛行對中、CCD安裝在貼片頭上的貼片機,保證貼裝位置的準確;配置離線編程設備和軟件,縮短換線準備時間、優化整線速度; 供料器按最多元件數量的電路板產品進行配置,并適當多配置幾個,用于補充元件或換元件時提前準備,以免影響貼裝速度。
(4)印刷機要選全自動視覺,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左右的設備,消除整線生產的瓶頸效應。最后選換線時間短的設備,保證連續生產。
(5)回流焊要選加熱區長度大于1.8M、8溫區以上、有冷卻區、溫度曲線測試功能,配UPS電源保證回流焊接質量。
(6)AOI光學檢查儀選擇CCD相機,同軸碗狀光源、誤判率和漏判率穩定可靠的設備,保證檢測的質量和速度。
(7)如果資金條件比較緊缺,應優先考慮設備的性能價格比。
 
四、SMT生產線建線方案(這里省略傳送設備)
方案一:多功能SMT生產線
設備類型 品牌/型號 數量(臺) 印刷機 德森  DSP1008 1 多功能貼片機 富士XPF-L 1 回流焊爐 日東 IPC 810 1
評價:采用1臺富士XPF多功能貼片機,可貼所有貼片、IC元件,自動更換貼片頭,可選配點膠頭。為壓縮開支,印刷機,回流爐采用國產。整線理論速度為2萬點/小時,該生產線適合批量不大、品種較多的小型企業和科研院所,預計整線投資在200萬人民幣。
 
方案二:中速SMT生產線
設備類型 品牌/型號 數量(臺) 印刷機 德森 DSP3008 1 高速貼片機 Juki KE2070E 1 高精度貼片機 Juki KE2080E 1 回流焊爐 日東 IPC 810 1
評價:中速貼片線配置方案,適合中小型企業規模化生產,整線理論速度4萬點/小時,實際2.7萬點/小時。既適合高產量的生產模式,又適合多品種小批量的生產模式。預計整線投資在220萬人民幣左右。
 
方案三:中高速SMT生產線
設備類型 品牌/型號 數量(臺) 印刷機 德森 DSP3008 1 高速貼片機 富士XPF-L 2 回流焊爐 日東 IPC 810 1
評價:采用富士的兩臺XPF,一臺作為高速機,另一臺作為泛用機,整線理論速度為5萬點/小時,預計整線投資在350萬人民幣左右。
 
方案四:高速SMT生產線
設備類型 品牌/型號 數量(臺) 印刷機 DEK 02ix 1 高速貼片機 富士NXT(含4臺M6模組) 1 高精度貼片機 富士XPF-L 1 回流焊爐 Ersa  Hotflow 3/20E十溫區回流爐 1
評價:采用了富士NXT模組機和XPF多功能機的組合方案。NXT通過搭載可以更換的貼裝工作頭,幾乎可應對所有元件的挑戰,靈活性非常高,整線貼片速度接近13萬點/小時,預計總投資在700萬人民幣。
 
方案五:超高速SMT生產線
設備類型 品牌/型號 數量(臺) 印刷機 DEK Photon 1 高速多功能貼片機 富士NXT(含10臺M3模組,2臺M6模組) 1 回流焊爐 ERSA  Hotflow 3/20E十二溫區回流爐 1
評價:該方案的理論速度達到了驚人的31.2萬點/小時,幾乎是高速SMT生產線的兩倍以上。適合單一大批量產品的生產,如手機板卡。為跟上生產節奏,印刷機選用了DEK的高端型號Photon,印刷時間5秒;回流爐采用了ERSA十二溫區的高端型號,預計總投資會超過1000萬人民幣。
 
五、SMT生產線發展趨勢
電子設備和工藝向“半導體和SMT”發展,PCB-SMD復合化、新型封裝 FC-BGA 、MCM多芯片模塊、3D封裝、POP技術應用。貼片機朝“模塊化復合型架構、模組化結構、多懸臂、高速智能貼片頭、柔性化方向”發展。SMT生產線采用CIMS管理,朝“信息集成的柔性生產環境方向”“連線高效方向”發展。
 
六、結束語
SMT自動化生產線是實現電子規模化組裝的基礎,進行SMT組線設計時要根據企業的投資能力、產量的大小、線路板的貼裝精度要求等因素,制定合理的引進計劃。必須對其中的關鍵設備進行詳細的調研,了解其具體的技術參數;做好設備、工藝工序的優化、就可以充分發揮SMT生產線的巨大潛力,大幅提高生產效率,產品質量可以穩定在幾乎無缺陷的狀態。