SMT生产线-配置与优化-OEE

2010/8/10SMTLinesetup1PPCS第七部分SMT生产线配置与生产系统1）SMT生产线选择2）SMT工程管理及应用3）设备可靠性评估和保养维修方案4）SMT标准工时计算方法与应用5)如何优化生产线6）TPM（全员生产管理）OEESMT新技术锡焊机理回流焊波峰焊无铅焊接生产线配置无铅过渡2010/8/10SMTLinesetup2PPCSSMT生产线选择•SMT设备的发展自动插件抖动贴片机1.SMT元件材料的发展促进了机器的发展.2.机器性能的提高,促进生产率的提高和元件制造技术的提高与发展.2010/8/10SMTLinesetup3PPCS……ONEbyONEONEbyONEROTARYROTARYSMT少品少品种种大量生大量生产产多品多品种种少量生少量生产产02010201Chip0.25～0.30402“0.150201“0.3p0.3pCSP①生产革新②品质革新③物流革新MODULERMODULER①大量生産②品质维持19801990200020032003～2010/8/10SMTLinesetup4PPCS典型机器生产大型高速贴片机的厂商主要有Panasonic、Siemens、Fuji、Universal、Assembleon、Hitachi等；生产中型中速贴片机的厂商主要有Juki、Yamaha、Samsung、Mirae、Mydata其中Panasonic、Siemens、Fuji贴片机的市场占有率最高，号称贴片机市场的“三驾马车”。FujiPanasonicYamaha2010/8/10SMTLinesetup5PPCSSMT贴片机器的类型基本型１.动臂式拱架型(Gantry)由于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐标移动横梁上，所以得名。动臂式机器具有较好的灵活性和精度，适用于大部分元件，高精度机器一般都是这种类型，但其速度无法与复合式、转盘式和大型平行系统相比不过元件排列越来越集中在有源部件上，比如有引线的QFP和BGA阵列元件，安装精度对高产量有至关重要的作用。复合式、转盘式和大型平行系统一般不适用于这种类型的元件安装。动臂式机器分为单臂式和多臂式，单臂式是最早先发展起来的现在仍然使用的多功能贴片机。在单臂式基础上发展起来的多臂式贴片机可将工作效率成倍提高，例如环球公司的GSM系列、Assembleon公司的ACM、Hitachi公司的TIM-X、Fuji公司的QP-341E和XP系列、Panasonic公司的BM221、Samsung公司的CP60系列、Yamaha公司的YV系列、Juki公司的KE系列、Mirae公司的MPS系列。DualGantryDesignUsedinSiemensS23,UniversalGSM2andFujiQPx2010/8/10SMTLinesetup6PPCS基本型２.转塔型(Turret)SMT贴片机器的类型转盘式机器由于拾取元件和贴片动作同时进行，使得贴片速度大幅度提高，这种结构的高速贴片机在我国的应用最为普遍，不但速度较高，而且性能非常的稳定，如FUJI公司的CP7机器贴装速度可达到0.068秒／片。但是这种机器由于机械结构所限，其贴装速度已达到一个极限值，不可能再大幅度提高转塔式机器主要应用于大规模的计算机板卡、移动电话、家电等产品的生产上，这是因为在这些产品当中，阻容元件特别多、装配密度大，很适合采用这一机型进行生产。相当多的台资、港资电子组装企业以及我国内地电器生产商都采用这一机型，以满足高速组装的要求。生产转塔式机器的厂商主要有Panasonic、Hitachi、Fuji。2010/8/10SMTLinesetup7PPCS扩展型1.复合式SMT贴片机器的类型Universal公司也推出了采用这一结构的贴片机Genesis，有两个带有32个吸嘴的旋转头，贴片速度达到每小时60000片。从严格意义上来说，复合式机器仍属于动臂式结构。由于复合式机器可通过增加动臂数量来提高速度，具有较大灵活性，因此它的发展前景被看好，如Simens的HS50机器就安装有4个这样的旋转头，贴装速度可达每小时5万片。SiplaceX4i理论每小时135000，在IPC9850下102000，是迄今速度最快的复合式机器是从动臂式机器发展而来，它集合了转盘式和动臂式的特点，在动臂上安装有转盘，像Simens的Siplace80S系列贴片机，有两个带有12个吸嘴的转盘。SiemensHS502010/8/10SMTLinesetup8PPCS扩展性2.平行系统(massivelyparallelsystem)SMT贴片机器的类型大型平行系统由一系列的小型独立组装机组成。各自有丝杠定位系统机械手，机械手带有摄像机和安装头。各安装头都从几个带式送料器拾取元件，并能为多块电路板的多块分区进行安装，这些板通过机器定时转换角度对准位置。如PHILIPS公司的FCM机器有16个安装头，实现了0.0375秒／片的贴装速度，但就每个安装头而言，贴装速度在1秒／片左右，仍有大幅度提高的可能。以及FUJI的ＮＸＴQP132等2010/8/10SMTLinesetup9PPCS富士NXT模组型高速多功能贴片机•该贴片机有8模组和4模组两种基座，M6和M3两种模组，8吸嘴,4吸嘴和单吸嘴三种贴片头，可通过灵活组合满足不同产量要求。•单台产量最高可达40000芯片/小时•单台机器可完成从微型0201到74×74mm的大型器件（甚至大到32×180mm的连接件）的贴装。动臂式机器的贴装精度较好，贴装速度为每小时5000个-20000个元件(cph)。复合式和转塔式机器的组装速度较高，一般为每小时20000个-50000个。大型平行系统的组装速度最快，可达50000个-100000个。2010/8/10SMTLinesetup10PPCSFeederConfigurations喂料器Splitcarriagefeederbanksonturretmachine.Canbeoperatedinseveralconfigurationsdependingonpartcount.Off-linefeedercardsforquickexchangeonGantrystylemachinesExampleofcomponenttapesplicingpriortoapartsexhaust,AvailableonlyonGantrymachines.2010/8/10SMTLinesetup11PPCSSMT贴片机器视觉系统1.PCB定位系统A:俯视摄像机在电路板上搜寻目标（称作基准），以便在组装前将电路板置于正确位置.B:定位孔定位2.元件识别系统A:仰视摄像机用于在固定位置检测元件，一般采用CCD技术，在安装之前，元件必须移过摄像机上方，以便做视像处理。B:头部摄像机直接安装在贴片头上，一般采用Line-sensor技术，在拾取元件移到指定位置的过程中完成对元件的检测，这种技术又称为飞行对中技术，它可以大幅度提高贴装效率；C:激光对齐是指从光源产生一适中的光束，照射在元件上，来测量元件投射的影响。这种方法可以测量元件的尺寸、形状以及吸嘴中心轴的偏差。2010/8/10SMTLinesetup12PPCSSMT印刷及回流焊机器的类型印刷机1.手工印刷2.半自动化印刷机3.自动印刷机印刷机的厂商要少许多，主要有美国的MPM、英国的DEK、日本的Minami、Hitachi、德国的EKRA，特别是前两家，市场占有率较其他厂商高出许多。半自动不能与其他SMT设备连接，需要人为干预(例如传送板子)，但结构简单、价格便宜(仅相当于全自动机型的1/10～1/5)，适合科研院所使用，典型机型有DEK的248。全自动印刷机可连进SMT生产线里，无须人为干预，自动化程度高，适用于规模化生产。如英国DEK公司的DEK265INFINITY型印刷机就是一种具有伺服压力控制系统的全自动印刷机。印刷参数可用计算机数字化设置，丝网和基板的标记可用其视觉系统自动识别对准，其印刷重复定位精度可达±0.004mm、印刷循环周期为8秒。其他较典型机型有MPM的UP3000系列、Minami的MK系列、EKRA的X5。2010/8/10SMTLinesetup13PPCS回流炉热交换类型辐射型热风强制对流热传导氮气炉空气炉正向着高效、多功能、智能化发展，其中有具有独特的多喷口气流控制的回流焊炉、带氮气保护的回流焊炉、带局部强制冷却的回流焊炉、可以监测元器件温度的回流焊炉、带有双路输送装置的回流焊炉、带中心支撑装置的回流焊炉等。除了上述这些新型回流焊炉外，智能化再流炉也已经出现了，在规定时间选定存储的回流焊工艺曲线，自动调整加热区设置，启动回流焊炉，到时关闭，链式传送带宽度自动调节，与加工印制板尺寸相匹配，通氮工艺与常规空气回流焊工艺变换等功能的自动设置都不必人工操作，全由计算机程序控制。回流焊炉的主要厂家有美国BTU、Heller、德国ERSA、SEHO、荷兰的SOLTEC及日本ANTOM等公司。回流焊炉国内厂家也可制造，例如劲拓、日东，建时，大创，创益等，尽管在功能性、稳定性、温控精度上与国外先进水平有些差距，但性能完全可以满足需求，价格也要便宜很多。2010/8/10SMTLinesetup14PPCS汽相回流焊(VPS)接技术原理：将含有碳氟化物的液体加热至沸点（约215℃）汽化后产生蒸汽。利用蒸汽做为传热媒介。将完成贴片的基板放入蒸汽炉中，通过凝结的蒸汽将热量（潜热）传递热量进行焊接。•先在烘箱中预热130～150℃→放下吊篮VPS中20～40s→吊篮上升加热器碳氟化物液体冷却水控温系统（7～15℃）2级或3级冷凝管过虑净化系统立式立式VPSVPS炉原理示意图炉原理示意图回流蒸汽温度215℃覆盖层蒸汽温度47～48℃2010/8/10SMTLinesetup15PPCS局部加热再流焊热丝回流焊热气流回流焊激光回流焊感应回流焊inductioncoileddycurrentHFcurrent储能回流焊2010/8/10SMTLinesetup16PPCSSMT建线方案设计建线的原则：适用、经济、可扩展。1.建立产品模型要结合SMT使用的目的，生产产品的性质和类型，考虑产品使用元器件及IC的尺寸和精度，元器件的种类及数量，产品所要求的PCB板大小,和质量水平要求，确定设备机型。2.建立生产模型生产规模及批量要求,小批量多品种呢，或是大批量少品种,3.投资与预算总的投资,每单位地面空间的产量4.必须考虑到可扩展性•四个经典的标准：速度(cph贴放率)、精度、性价比和质量印刷机和回流炉从机器结构上比贴片机要简单一些,但从工艺角度上讲要比贴片机严格得多.所以印刷机和回流炉的选择更应谨慎.2010/8/10SMTLinesetup17PPCSSMT生产线选择生产线配置样板传统配置印刷机+高速贴片机+泛用贴片机+回流炉印刷高速贴片机回流炉多功能贴片机印刷高速贴片机回流炉多功能贴片机DEKMPMFUJISanyoPansertFUJIGSMPansertBTUHeller2010/8/10SMTLinesetup18PPCSSMT建线方案设计方案一：多功能SMT生产线·DEK248半自动印刷机·SiemensF5多功能贴片机·劲拓GS-800回流焊炉·熊猫精机传送机构评价：该生产线尽管只采用一台SiemensF5多功能贴片机，但可应付几乎所有贴片元件，另外为压缩开支，回流焊炉和传送机构均采用国产设备，印刷机为半自动。预计总投资在250万元左右。该生产线适合批量不大、品种较多的小型企业和科研院所。2010/8/10SMTLinesetup19PPCSSMT建线方案设计方案二：中速SMT生产线·YAMAHAYVP-Xg全自动视觉印刷机·YAMAHAYV100Xg片式Chip元件贴片机·YAMAHAYV88Xg高精度贴片机·VitronicsSoltecXPM820N回流焊炉评价：典型的中速贴片线配置方案，适合中小型企业规模化生产，预计总投资