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提高钢网印刷机的生产能力

在选择评估诸如钢网印刷系统之类的自动化SMT工艺设备时,生产效率、灵活性、成本效益以及性能等等都是需要关注的一些方面。

自动设备除了能将人员解放出来去从事其它的工作以外,它最根本的优点是可以针对特定的产品生产线来设置每项工作,以确保使用最优的操作参数。这些优点有助于达到所有SMT生产工艺中所共有的两个最高目标:缩短生产周期和得到最大产品一次合格率。

虽然目前的在线自动钢网印刷机也能缩短生产周期并使出线一次合格率达到最大,但现在又发展出一种新的称为“双通路”的标准,用来帮助在SMT组装工艺中提高生产效率。

在大多数情况下,钢网印刷不会是SMT生产过程中耗时最长的步骤,很多时候完成贴片要比丝印时间更长。尽管如此,评估并采用新方法来减少实际印刷过程时间还是有意义的,在实际印刷操作中节省下来的时间可以用来完成一些其他步骤,比如锡膏涂敷、模板擦拭及印后检查等。有几种因素会影响印刷工艺所需要的时间,这些因素对于缩短工艺时间来讲都同等重要。

视像对位是取得快速模板印刷的关键因素。

这些因素包括:印刷设备本身;PCB传送的快慢及视觉系统对PCB定位调整的快慢;以及机器执行涂敷、擦拭和印后检查等功能的快慢。焊锡膏本身决定了可以得到的极限速度,这也是一个主要的影响因素。即使是世界上最快的印刷机在印刷任何一种焊锡膏时,也只能以这种锡膏所设计的印刷速度进行。

影响印刷速度的另一个主要因素是元件焊盘尺寸与模板开口大小的比率。为了确保印刷速度最快,模板和印刷线路板上的元件焊盘一定要贴紧或者填实,这样可以保证焊锡膏不会在印刷过程中挤到模板的下面而造成湿性桥接。可以考虑元件的焊盘采用元件间距的一半再加0.002英寸,模板的开口则在焊盘每边减少约0.001英寸。对一个0.020英寸间距的元件而言,元件焊盘尺寸0.012英寸,模板开口0.010英寸是一种比较好的选择。

每种自动化特性都有其自身的优点。

涂敷焊锡膏

使用罐装焊锡膏操作的一个常见问题,是在模板上每次放置的焊锡膏太多。这一般是由于丝印操作员为节省时间进行其它操作而这样做的,通常是为了进行贴片盘料的补充。这样做会使得大量焊锡膏在模板上干掉,造成印刷缺陷,或者过多的焊锡膏沾在机器、支撑物或摄像头上。过量使用焊膏还会使操作员很快将焊锡膏用完,因而减少了焊膏在模板上的正常滚动,同时增加焊膏在操作员面前及空气中的暴露程度。将焊锡膏放在一个容器里,采用自动焊膏涂敷系统,就可以保证焊膏适时适量地加到模板上。另外使用带有涂敷系统的容器后还可以减少焊膏在操作者面前的暴露程度,并且使设备和其它工具尽量保持干净。

擦拭模板

即使是一个采用了元件焊盘平整的PCB并且是设计良好的印刷工艺,也需要定时擦拭模板的底部。模板开口相对元件焊盘作适当的收缩,以及采用平坦的元件焊盘,比如裸铜或Alpha Level(银浸润),都会减少挤入模板底部焊膏的量,但还是不能消除对擦拭的需要。可以设置一个自动系统以适当的时间间隔执行这项操作,保证模板底部是干净的而不会有桥连发生。现代模板印刷机比如Speedline MPM的产品,都带有自动擦拭系统,可以作干擦、加溶剂擦拭或真空擦拭。一张干的或加有溶剂的擦拭纸,都可以把模板底部的焊膏擦掉,消除桥连。真空擦拭可将每个开孔内的焊膏吸出,保证开孔都是干净敞通,这样就不会发生焊膏涂敷数量不足的情况了。

可以设置定时做自动模板擦拭,保证模板底部干净而没有湿性桥连。

印刷后检查

随着阵列封装使用的增加,比如球栅格阵列(BGA)、芯片规模封装(CSP)、倒装芯片及其它等等,在PCB离开印刷机之前对涂敷的焊锡膏进行"观察"的能力正变得越来越重要。在阵列封装提供诸多优点的同时,它也带来了一个缺点,这就是实际焊点不能再通过常规的检验方法看到。采用印刷后检查可以在PCB离开丝印机前确保焊膏涂在每个元件焊盘上。象Speedline MPM公司发行的新版软件都含有定制的BGA检查能力,可以设置任何实际封装的二维印刷后检查几何形状。

采用印刷后检查可以保证PCB在离开丝印机之前每个元件焊盘都印有焊膏。

除了工艺上的问题,还必须要考虑长远的因素,比如工厂和设备资产的收益。在这一方面,有许多生产设备供应商在传统SMT生产设备比如印刷机、贴片机和回焊炉的基础上,发展出更新的成套生产线的思想,它建立在具有两条并行传送带设计的新一代设备基础上。这种思想称为“双通路”。

双通路思想

双通路思想可以这样描述:在SMT电子组装中,每个通路都能以逻辑排列顺序进行独立控制,从而形成有效的板子流动。这样减少了板子运送过程损失的时间并且延长SMT设备做自身工作的时间。一台双通路模板印刷机可以在一块板作装载/卸载的同时对第二块板进行印刷操作,这样就节省了整体时间。

双通路SMT思想可在给定的面积带来更高的产量。

双通路思想还会使生产线缩短,从而减小了对厂房面积的需求;另外,许多单件的设备都削减掉了,因此还可以降低先期投资、人力需求、设施开销以及总体运行成本。从设备角度上来讲,包括新型号丝印机在内的新组装系统,可以利用两个独立通路提供更大的灵活性。使用这种类型设备,双通路生产线可以同时处理几种板子。

在电子及PCB制造过程中,许多组装工作都必须高效地完成,才能得到最大产量与生产率。仔细筹划组装工艺是很关键的,要让SMT工艺的所有步骤都与其相邻的上步工序或下步工序紧密联系起来。需要考虑具有不同元件密度、不同层数、不同尺寸大小以及不同形状的各种类型PCB,为了解决这些组装难题,工艺工程师们必须要计划好组装设备生产线的设置,以便满足所加工的PCB类型。某些生产线可能会设置为具有最大的灵活性(可以快速换线),而另一些可能会设置为具有更高的产量,更多的设置则是将两种极端情况加在一起考虑。

但是在设置SMT电子产品组装线的同时,还必须要考虑产量以外的其它方面。虽然SMT继续在封装、制造及工艺的各方面不断发展,但是“更轻、更小、更快、更便宜”的想法正变得愈加根深蒂固。包括高密度内部互连在内的技术肯定会影响到产品的尺寸,作为电子产品组装生产商的目标是达到最佳的制造工艺。其结果是不管所牵涉到的生产数量有多少或产品的难易程度如何,生产率肯定是作为SMT制造中目前最根本的关注点。

因此,不能简单地将印刷机、贴片机、回焊系统、清洗机或其它SMT组装设备加在一起,而不考虑所涉及的厂房面积及投资者成本等因素。相反,必须要认识到根据生产率和利润率的最低要求,不同的机器或机器组合其结果会相差很大。

因为这个原因,象双通路方法这种制造思想就可以在丝印过程中带来一些明显实在的好处。双通路能缩减不产生附加值的装卸板所需时间,同时通过在给定面积带来更多的制造潜能而产生显著的成本节约,换句话说,就是在一个给定的面积能得到更高的产量。

像汽车制造业的PCB组装中,每块PCB组件的生产时间可能会低至7秒,所以通过像双通路这样的方法所节省的百分比就非常大。更重要的是,得到这些节省的时间不会危及到产品的品质。而且,通过用这种方法能减少对设备的需求,因而在直接人工、维护及设施方面的成本优势也可以得到体现。简言之,类似双通路这样的制造思想可以带来更低的采购成本、更低的运行成本、符合成本效益的生产以及最小的生产空间。

应用今天先进的模板印刷机器所带来的自动化优点,再加上适当地对印刷工艺进行设计,就可以保证最短的生产周期以及最佳的终端产品质量,尤其是在采用SMT工业中所看到的新的双通路思想时更是如此。

如欲了解更多信息,请联系作者Kenneth Sim。
Fax:65-2899411;
E-mail:ksim@speedline.cookson.com

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