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浅谈SMT生产线建线方案设计

time : 2019-08-15 09:03       作者:凡亿pcb

摘要 :本文提出了SMT生产线设计、设备选型的关键点,给出了五种建线方案。探讨了SMT生产线的发展方向。
关键词:SMT生产线设计  SMT设备选型   SMT建线方案
 
一、前言
由于SMT技术是涉及了多项技术的复杂的系统工程,技术性强,投资大,面对型号众多的SMT生产设备如何选型建线,仍是一个复杂而艰难的工作。本文结合工业对讲通信产品电路板制造基地建设,提出了“SMT生产线设计、设备选型”的关键要点,给出了五种建线方案。
        
二、SMT生产线设计关键
根据SMT建线工程设备选型依据、步骤、注意事项,结合工业通信产品电路板制造基地建设,浅谈SMT生产线设计、设备选型要点:(生产布线、能源、供气、送风设计这里不做论述)
1.典型SMT生产线和主要设备
一般SMT生产工艺包括焊膏印刷、贴片和回流焊三个步骤,主要设备有印刷机、贴片机和回流焊炉构成生产线(图1)。
典型SMT生产线
                                                                                   图1 典型SMT生产线
 
2。SMT生产线设备选型依据 
(1)现有产品种类,器件,生产能力,线体建设的要求。
现在对讲产品SMT电路板年产量4千块左右,品种达28种,最大品种电路板年产量在2000块。
电路板最大尺寸320mm*260mm*3mm;最小尺寸120mm*80mm*3mm,器件最大高度10mm。
单品种器件数量最多DUB用户板:片式电阻,电容24种、SOP10种,PFP 封装2种、间距0.3 mm PLCC封装 44脚55mm*55mm一种、QFP封装3种,80、160、208脚,间距0.3 mm;
IP对讲生产需要使用CSP、BGA、PGA、LBGA、连接器、屏蔽罩、晶振等新型SMT封装器件;
生产线能进行智能仪表SMT电路板生产;
下一步要进行PCBA OEM代加工生产。
随着电路板组装器件密度越来越大、极窄间距新型封装多、体积小、贴装精度要求高,生产难度越来越来大。手工贴片的精度、生产速度满足不了工业对讲制造基地高产量、高精度、高品质产品电路板制造的要求。
要求现有的两条平台流水线搬迁到产业园,实现THT插件,分机装配,节省投资。准备新建一条全新自动化SMT生产线。
 
(2)对讲SMT电路板贴装缺陷,工艺流程。
手工SMT贴装缺陷:
a.CHIP件贴装偏移,手工加压不一致、目视检查不出细微的贴装位置差距,QFP手贴不准,不能一次贴装到位、需二次贴装,形成锡膏粘连,造成桥连。
b.手动锡膏印刷速度慢,形成瓶颈制约整线生产速度。
c.回流焊接曲线优化、冷却区不合适,造成焊接不良和翘曲变形。
数字对讲电路板SMT生产目前使用半自动印刷机,平台生产线,真空吸笔或镊子手工贴片,回流焊接工艺进行生产。
搬迁到产业园后,电路板SMT组装工艺为单面混装。优化后的工艺流程为:PCB检验→ A面自动印刷锡膏→ A面自动贴装SMT、SMD元件→回流焊接→AOI检查→B面直插THT→B面THT引脚手工焊接→清洗→功能测试→入半成品库。需要配置印刷机、贴片机和回流焊机设备。
 
(3)根据现有产品组装密度、窄间距QFP和大尺寸SMD、异形元器件,确定IC异型贴装设备配置全视觉高精度多功能贴片机一台。兼顾高速生产需要再配置一台高速CHIP元件贴片机。
 
3.设备选型步骤(产能计算)。
(1)统计2009年最大产量计算出全年贴片SMD元件总点数为583840点,我们按60万点算。
(2)理论产能测算:
a。手工贴片
每个工位每班贴1千点,五个工位,八小时(班产)5千点  需120班次完成60万点贴装。
b。自动贴片机
1台高速机+1台多功能机组合的贴装速度在1万点——十几万点/小时。我们以1万点/小时测算。不考虑换线,单品种:八小时(班产)8万点,需8班次完成60万点贴装。考虑多品种,小批量,频繁换线,放宽1倍工时。
(3)SMT整线配置方式分为“多品种、小批量”和“少品种、大批量”的两种类型。
“多品种小批量”的配置原则为,为灵活、拓展、节资。
 “少品种、大批量”的配置原则为:灵活、高速、可靠、创造。在大批量配置中要尽可能高速,来提高生产率,降低成本。同时高速中要求可靠性好、一致性强、灵活性和稳定性高,才能有更高的创益,才能有更高的投资回报。
 
三、SMT设备选型关键
(1)规划好整条生产线对基板的处理能力:如PCB尺寸、厚度、重量、板边的留空要求、定位要求(基准点、定位孔、边定位的厚度和曲翘限制等)、必须有详细和准确的规划。这些规划应以整线设备的层次来进行的。如有多条不同规范的线,则统一规范。
(2)生产线整体要求贴装能力达到3万Chip/小时;元件范围从0402-55mm*55mm方型器件、CSP、QFP、BGA、UBGA、片式电解电容、电位器、电感、50*150mm连接器,元件高度为25mm;贴装精度±0.08mm/Chip、±0.05mm/QFP;最大PCB面积510mmx460mm。 后续加线兼容性好。
(3)贴片机要注意选整体铸造式机架,保证CHIP,QFP贴装精度;选飞行对中、CCD安装在贴片头上的贴片机,保证贴装位置的准确;配置离线编程设备和软件,缩短换线准备时间、优化整线速度; 供料器按最多元件数量的电路板产品进行配置,并适当多配置几个,用于补充元件或换元件时提前准备,以免影响贴装速度。
(4)印刷机要选全自动视觉,保证印刷精度,降低电路板焊接的不良率;特别注意选则印刷周期10S左右的设备,消除整线生产的瓶颈效应。最后选换线时间短的设备,保证连续生产。
(5)回流焊要选加热区长度大于1.8M、8温区以上、有冷却区、温度曲线测试功能,配UPS电源保证回流焊接质量。
(6)AOI光学检查仪选择CCD相机,同轴碗状光源、误判率和漏判率稳定可靠的设备,保证检测的质量和速度。
(7)如果资金条件比较紧缺,应优先考虑设备的性能价格比。
 
四、SMT生产线建线方案(这里省略传送设备)
方案一:多功能SMT生产线
设备类型 品牌/型号 数量(台) 印刷机 德森  DSP1008 1 多功能贴片机 富士XPF-L 1 回流焊炉 日东 IPC 810 1
评价:采用1台富士XPF多功能贴片机,可贴所有贴片、IC元件,自动更换贴片头,可选配点胶头。为压缩开支,印刷机,回流炉采用国产。整线理论速度为2万点/小时,该生产线适合批量不大、品种较多的小型企业和科研院所,预计整线投资在200万人民币。
 
方案二:中速SMT生产线
设备类型 品牌/型号 数量(台) 印刷机 德森 DSP3008 1 高速贴片机 Juki KE2070E 1 高精度贴片机 Juki KE2080E 1 回流焊炉 日东 IPC 810 1
评价:中速贴片线配置方案,适合中小型企业规模化生产,整线理论速度4万点/小时,实际2.7万点/小时。既适合高产量的生产模式,又适合多品种小批量的生产模式。预计整线投资在220万人民币左右。
 
方案三:中高速SMT生产线
设备类型 品牌/型号 数量(台) 印刷机 德森 DSP3008 1 高速贴片机 富士XPF-L 2 回流焊炉 日东 IPC 810 1
评价:采用富士的两台XPF,一台作为高速机,另一台作为泛用机,整线理论速度为5万点/小时,预计整线投资在350万人民币左右。
 
方案四:高速SMT生产线
设备类型 品牌/型号 数量(台) 印刷机 DEK 02ix 1 高速贴片机 富士NXT(含4台M6模组) 1 高精度贴片机 富士XPF-L 1 回流焊炉 Ersa  Hotflow 3/20E十温区回流炉 1
评价:采用了富士NXT模组机和XPF多功能机的组合方案。NXT通过搭载可以更换的贴装工作头,几乎可应对所有元件的挑战,灵活性非常高,整线贴片速度接近13万点/小时,预计总投资在700万人民币。
 
方案五:超高速SMT生产线
设备类型 品牌/型号 数量(台) 印刷机 DEK Photon 1 高速多功能贴片机 富士NXT(含10台M3模组,2台M6模组) 1 回流焊炉 ERSA  Hotflow 3/20E十二温区回流炉 1
评价:该方案的理论速度达到了惊人的31.2万点/小时,几乎是高速SMT生产线的两倍以上。适合单一大批量产品的生产,如手机板卡。为跟上生产节奏,印刷机选用了DEK的高端型号Photon,印刷时间5秒;回流炉采用了ERSA十二温区的高端型号,预计总投资会超过1000万人民币。
 
五、SMT生产线发展趋势
电子设备和工艺向“半导体和SMT”发展,PCB-SMD复合化、新型封装 FC-BGA 、MCM多芯片模块、3D封装、POP技术应用。贴片机朝“模块化复合型架构、模组化结构、多悬臂、高速智能贴片头、柔性化方向”发展。SMT生产线采用CIMS管理,朝“信息集成的柔性生产环境方向”“连线高效方向”发展。
 
六、结束语
SMT自动化生产线是实现电子规模化组装的基础,进行SMT组线设计时要根据企业的投资能力、产量的大小、线路板的贴装精度要求等因素,制定合理的引进计划。必须对其中的关键设备进行详细的调研,了解其具体的技术参数;做好设备、工艺工序的优化、就可以充分发挥SMT生产线的巨大潜力,大幅提高生产效率,产品质量可以稳定在几乎无缺陷的状态。