표면 장착 기술 (SMT) 은 높은 조립 밀도와 우수한 자동화 생산으로 인해 빠르게 발전하여 회로 조립 생산에 널리 사용되고 있습니다. SMT 는 4 세대 전자 조립 기술로, 부품 설치 밀도가 높고 자동화가 쉬우며 생산 효율이 높고 비용이 낮다는 장점이 있다. SMT 생산 라인은 실크 스크린 인쇄, 부품 배치 및 리플로우 용접의 세 가지 공정으로 구성됩니다 (그림 1 참조). Smc/SMD (표면 실장 요소/표면 실장 장치) 마운팅은 전체 표면 실장 프로세스의 중요한 부분이며, 관련된 문제는 다른 공정보다 더 복잡하고 어렵습니다. 칩 전자 부품 장착 장비도 전체 장비 투자 중 가장 크다.
현재 전자제품이 휴대형 소형화 방향으로 발전함에 따라 해당 SMC/SMD 도 소형화 방향으로 발전하고 있지만 IC 칩의 다기능 요구 사항을 충족하기 위해 다중 지시선, 가는 간격을 채택하고 있습니다. 소형화는 3225 → 3216 → 2520 → 2125 →1608 →/ QFP 의 지시선 간격은1.27 → 0.635 → 0.5 → 0.4 → 0.3 mm 에서 더 세밀한 간격으로 진행되지만, 부품 지시선 프레임 처리 속도의 제한으로 인해 QFP 간격 한계는 0.3mm 이므로 고밀도 패키지의 요구 사항을 충족하기 위해 성능이 나타납니다
칩 전자 부품 장착 장비 (일반적으로 마운터라고 함) 는 전자 업계의 핵심 장비 중 하나로, 자동 장착 기술을 사용하면 생산성을 높이고 제조 비용을 절감할 수 있습니다. 전자부품의 소형화와 전자부품의 다중 핀, 미세한 간격의 추세에 따라 스티커의 정확도와 속도에 대한 요구가 높아지고 있지만 정확도와 속도는 절충되어야 한다. 일반적으로 고속 스티커의 고속속도는 종종 정확도를 희생하는 대가로 한다.
2 배치 기계 작동 원리
실제로 스티커는 기계-전기-빛과 컴퓨터 제어 기술의 조합인 정교한 산업용 로봇입니다. 흡수-변위-위치 지정-배치와 같은 기능을 통해 부품 및 인쇄 회로 기판을 손상시키지 않고 SMC/SMD 부품을 PCB 에서 지정한 패드 위치에 빠르고 정확하게 장착할 수 있습니다. 구성요소 정렬에는 기계 정렬, 레이저 정렬 및 시각적 정렬의 세 가지 방법이 있습니다. 마운터는 랙, x-y 운동 메커니즘 (볼 스크류, 직선 레일, 구동 모터), 장착 헤드, 부품 공급기, PCB 캐리어 메커니즘, 부품 쌍 중간 감지 장치, 컴퓨터 제어 시스템으로 구성됩니다. 전체 기계의 운동은 주로 x-y 운동기구에 의해 이루어지며, 동력은 볼 스크류에 의해 전달되고, 방향 운동은 롤링 직선 레일 운동부에 의해 이루어진다. 이런 전동 형식은 운동 저항이 적고 구조가 촘촘할 뿐만 아니라 전동 효율이 높다.
마운터는 주 축 장착, 이동/정지 렌즈, 흡입구 좌석 및 이송기와 같은 중요한 부품에 표시를 합니다. 머신 비전은 이러한 표식 중심 시스템의 좌표를 자동으로 계산하고, 배치 기계의 시스템 좌표계와 PCB 및 배치 구성요소 좌표계 간의 변환 관계를 설정하고, 배치 기계의 정확한 좌표를 계산합니다. 배치 헤드는 가져온 배치 컴포넌트의 패키지 유형, 부품 번호 등의 매개변수에 따라 흡입구를 잡고 해당 위치에서 컴포넌트를 흡수합니다. 정적 렌즈는 시각적 처리기에 따라 구성요소를 감지, 식별 및 집중시킵니다. 정렬이 완료되면 장착 헤드는 PCB 의 미리 결정된 위치에 구성 요소를 설치합니다. 구성요소 식별, 정렬, 감지, 설치 등의 작업은 해당 지침에 따라 관련 데이터를 얻은 후 산업용 컴퓨터에 의해 자동으로 수행됩니다. 마운터의 워크 플로우 다이어그램은 그림 2 에 나와 있습니다.
3 배치 기계 구조
장착 헤드 시스템, PCB 보드 취급 시스템 및 공급 시스템의 움직임에 따라 배치 기계는 그림 3 과 같이 회전 타워, 병렬 (그림 4) 및 용문의 세 가지 유형으로 크게 나눌 수 있습니다. 랙 마운터는 랙에서의 배치에 따라 스윙 암 (그림 5 참조), 수직 회전 (그림 6 참조) 및 평행 회전 (그림 7 참조) 으로 세분화될 수 있습니다.
회전탑 스티커는 촬영기라고도 하는데, 속도가 빠른 것이 특징이다. 그것의 기본 작동 원리는 피더를 실은 플랫폼이 배치 기계의 좌우 방향으로 계속 이동하고, 흡입할 구성 요소를 실은 피더 (피더) 가 흡합 위치로 이동한다는 것이다. PCB 가 x-y 방향으로 이동하므로 PCB 가 지정된 배치 위치에 정확하게 배치됩니다. 마운터 코어의 턴테이블은 여러 지점에서 컴포넌트를 호스팅하고 이동 중 시각적 검사 및 회전 보정을 수행합니다. 전탑 스티커의 전탑 기술은 일본 산양회사의 특허이다. 현재 Panasert 의 전탑 배치 기계 시리즈 (MK 시리즈로 처음 출시된 이후 MV 시리즈로 발전했으며, 현재 주력 모델은 MSR 시리즈임) 와 후지사의 CP 시리즈 (최신 CP7 시리즈) 가 모두 이 기술을 성공적으로 적용했다.
프레임 설치기의 이송 장치와 PCB 는 고정되어 있습니다. X-y 이동 프레임에 설치된 장착 헤드 (일반적으로 X 축 빔에 설치됨) 를 이동하여 칩을 흡수하고 장착합니다. 이 구조의 설치 정밀도는 위치 축 X, Y 및 θ의 정밀도에 따라 달라집니다.
모두 프레임 구조를 채택하고 있지만, 부착 헤드 형식이 다르기 때문에 이 스티커는 삼성, 야마하, 미레아 등 업체가 홍보하는 팔형, 시멘스다이미틱 보급의 수직 회전, 소니가 보급하는 평행 회전식 등 세 가지로 나눌 수 있다.
프레임 스티커는 빔/캔틸레버 (장착 헤드도 증가) 를 늘려 장착 속도를 높일 수 있습니다. 이런 구조의 스티커의 기본 원리는 한 스티커가 부품을 빨아들이고 있을 때 다른 스티커가 부품을 부착하는 것이다. (존 F. 케네디, 컴퓨터명언) (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 예술명언)
모듈식 스티커는 많은 소형 프레임 스티커가 병렬로 결합된 콤비네이션 마운터로 볼 수 있습니다. 현재 세계에는 암페론 (전 필립스) 의 FCM 모델과 후지사의 새로운 NXT 모델만 이 기술을 사용하고 있다.
모듈식 배치 기계는 일련의 소형 독립 배치 장치를 사용합니다. 각 단위에는 독립적인 x-y-Z 운동 시스템이 있으며 별도의 마운팅 헤드와 컴포넌트 쌍 중간 시스템이 장착되어 있습니다. 각 장착 헤드는 제한된 벨트 공급기에서 부품을 추출하여 PCB 의 일부를 장착할 수 있으며, PCB 는 기계에서 일정한 간격으로 단계적으로 추진됩니다. 각 독립 유닛은 종종 흡입구가 하나뿐이므로 각 부착 장치의 장착 속도는 느리지만 모든 장착 장치를 합치면 생산량이 매우 높을 수 있습니다.
표 1 에서 볼 수 있듯이 이러한 유형의 배치 기계의 성능을 종합적으로 비교했습니다.
(1) 설치 속도
속도는 항상 터렛 마운터의 장점이었지만, 기술의 발전과 새로운 마운터가 출시됨에 따라 몇 가지 새로운 모델의 프레임 마운터와 모듈 마운터의 장착 속도가 새로운 터렛 마운터를 능가했습니다. 이는 여러 유형의 배치 기계의 성능 매개변수 테이블에서 확인할 수 있습니다.
(2) 설치 정확도
마이크로부품과 밀행 부품이 광범위하게 적용됨에 따라 전자 제품은 장착 정밀도에 있어서 마운터에 대한 요구가 높아지고 있다. 몇 년 전 업계에서 허용 가능한 정밀도 표준은 0. 1 mm (칩 구성요소) 과 0.05 mm(IC 구성요소) 이었습니다. 현재 이 표준은 0.05 mm (칩 어셈블리) 및 0.025 mm (IC 어셈블리) 로 감소했습니다.
현재의 터렛 마운터는 0.05mm 의 정밀도 수준을 초과하기가 어렵고, 최고의 터렛 마운터도 이 정밀도에 도달할 수 있습니다. 가장 진보한 프레임 장착 시스템은 4σ 및 25 μ m 의 정확도에 도달할 수 있지만, 이 능력에 도달하는 기계 장착 속도는 그리 높지 않다.
(3) 설치 가능한 구성 요소 범위
급료 방법의 영향으로, 회전탑 마운터는 벨트 패키지나 벌크 패키지의 컴포넌트만 부착할 수 있으며, 시험관과 트레이는 시각 시스템이 처리할 수 있지만 부착할 수 없습니다. 밀행 부품은 일반적으로 트레이 패키지이므로 회전탑 스티커는 이 지표에서 가장 약하다. 기계적 구조로 제한되어 공간을 크게 늘리지 않습니다.
4 부착 기계 X-y 운동 기구
X-y 동작 매커니즘의 역할은 고정 헤드가 X 축과 Y 축 방향으로 왕복하여 고정 헤드가 지정된 위치에 빠르고 정확하며 부드럽게 도달하도록 하는 것입니다.
현재 스티커에는 볼 스크류와 직선 레일에 의해 구동되는 서보 모터에 의해 구동되는 여러 가지 형태의 x-y 운동 메커니즘이 있습니다. 동기식 톱니 벨트 및 직선 레일 구동 서보 모터 구동 방식 선형 모터 구동 모드.
이러한 구동 방법은 구조적으로 유사하며 안내를 위해 직선 레일이 필요하지만 전달 방식에는 차이가 있습니다.
다음은 볼 스크류와 직선 레일로 구동되는 서보 모터 구동 방식을 주로 소개합니다.
그림 8 은 마운터의 기본 x-y 운동 매커니즘을 보여 줍니다. X 축 서보 모터는 빔에 설치된 볼 스크류와 선형 레일 드라이브 장착 헤드를 사용하여 X 축 방향으로 이동하고, Y 축 서보 모터는 프레임에 설치된 볼 스크류와 선형 레일을 사용하여 전체 빔을 구동하여 Y 축 방향으로 이동합니다. 이 두 운동의 조합은 x-y 운동 매커니즘을 형성하여 장착 헤드를 구동하여 x-y 평면 내에서 고속으로 움직입니다.
Y 축 방향의 경우 일정 길이의 빔을 구동하려면 빔의 양쪽 끝을 고정 직선 레일에 설치해야 합니다. 두 레일 사이에는 일정한 스팬은 있지만 모터와 구동 볼 스크류는 두 레일 중간에 설치할 수 없습니다. 한 쪽에 가까운 레일 내부에만 설치할 수 있습니다. 이렇게 하면 장착 헤드의 무게와 대들보의 스패닝이 큰 값에 도달하면 모터 한쪽 끝에서 멀리 떨어진 레일 근처의 장착 헤드 운동회가 Y 축 볼 스크류와 들보의 연결부에서 균형을 잡을 수 없는 각도 스윙 모멘트를 생성합니다. Y 축의 감속 및 위치 지정 성능은 모두 큰 영향을 받습니다. 이러한 단점을 완화하기 위해 그림 9 와 같이 많은 마운터가 Y 축에서 이중 모터 구동 모드를 채택하고 있습니다.
이중 모터 구동 방식을 사용하면 두 모터가 동시에 구동 빔 이동을 조정하여 위치 안정성을 높이고 위치 지정 시간을 줄여 Y 축의 속도와 정확도를 높입니다.
단일 마운터에서 더 빠른 마운팅 속도를 얻기 위해 현재 고속 마운터는 10 및 그림 1 1 과 같이 이중 빔/이중 마운팅 기술을 채택하고 있습니다.
그림 10 은 야마하가 개발한 프레임워크 모델입니다. X 보 시스템은 y 방향으로 이동하고 두 개의 장착 헤드는 x 보의 양쪽에 장착됩니다. 각 마운팅 헤드는 X 빔 양쪽의 선택소에서 구성요소를 선택하여 부착할 수 있습니다. PCB 는 x 평면과 y 평면에서 이동할 수 있습니다.
그림 1 1 은 야마하투 10 의 향상된 모델로 이중 X 빔 이중 장착 헤드 구조를 사용합니다. 이 구조의 스티커는 보드 매커니즘 양쪽에 두 개의 X 빔과 이중 장착 헤드 시스템이 있고, 양쪽에 픽업 스테이션과 장착 영역이 있으며, 두 시스템 모두 각각의 픽업 및 장착을 완료할 수 있습니다.
마운터는 고속과 정확도가 필요합니다. 65,438+0 개 장착 주기 (즉, 마운터가 65,438+0 회 패치 동작을 완료하는 경우), 주 축을 부착하여 부품을 흡수하는 시간, 정지 렌즈로 이동하는 시간, 정지 렌즈로 사진을 찍는 시간, 장착 위치로 이동하는 시간, 부품 오프셋을 수정하는 시간, 주 축에 부품을 부착하는 시간 등이 포함됩니다 X-y 운동 매커니즘이 장착 헤드당 흡입구 수가 적으면 (3 개 미만) X-Y 운동 매커니즘이 장착 헤드 이동을 구동하는 기간이 장착 속도에 영향을 미치는 핵심 요소가 됩니다. 고속 마운팅의 요구 사항을 충족하기 위해 X, Y 방향의 이동 속도는 1.25m/s 이상이어야 하며, 가속 및 제동 시간은 최대한 짧아야 합니다 (1g ~ 2g). 이렇게 하면 스티커는 디지털 제어 기계처럼 움직이는 부품을 매우 견고하고 육중하게 만드는 것이 아니라, 자동차와 비행기처럼 고속 운동 부품의 질량과 관성을 최대한 낮춰야 한다. 충분한 운동 위치 정확도와 가능한 한 높은 가속 및 감속 성능을 달성하고, 둘 중 정수를 취하여 최적의 관성 일치를 달성해야 한다.
국내외 배치 기계 성능 연구
해외 스티커 개발 기술은 파나소닉, 일본 야마하, 후지, 한국 삼성, 독일 지멘스, 미국 글로벌, 네덜란드 필립스 등 선두를 달리고 있다. 매우 성숙한 제품군 [3] 이 개발되었습니다.
D. 미국 조지아 공대의 A.Bodner, M. Damrau 는 VirtualNC 시뮬레이션 도구를 사용하여 전자 장착 장치인 Siemens80S20 을 원형으로 하여 12 와 같이 해당 디지털 원형 모델을 구축했습니다. 장착 시스템, 보드 매커니즘, 공급 시스템의 세 가지 핵심 부품부터 전체 기계의 성능을 자세히 살펴보고 장착 속도에 영향을 미치는 요인과 가장 짧은 장착 주기 시간을 얻는 방법을 분석했습니다.
다중체 시뮬레이션에 기반한 Herrun University 의 Feldmann 과 Christoph 는 다중체 역학 시뮬레이션 소프트웨어, 유한 요소 분석 소프트웨어 및 제어 시뮬레이션 도구를 통합하여 13 과 같이 포괄적인 다중체 시뮬레이션 분석 플랫폼을 구축했습니다. 두 개의 SiLacef 4 스티커를 원형으로 하여 스티커의 다체 시뮬레이션 디지털 원형 모형을 만들어 스티커의 움직이는 물체 특성, 유연성, 진동 특성 및 열 변형을 연구했다. 유연체에 선형 구속을 설정하는 방법을 중점적으로 설명하고 ADAMS/ENGINE 모듈의 "TimingMechanism" 을 사용하여 모터 구동 톱니 벨트의 시뮬레이션 모형을 설정합니다.
영국 노팅엄 대학의 MasriAyob 박사는 조각 부착 작업 개선, 운동 제어 강화, 흡입기 선택, 조립기 등을 통해 여러 단계의 순서 배치 기계의 최적화 문제를 연구했다.
스티커는 일찍이 우리나라의' 칠오',' 팔오',' 구오',' 십오' 전자 설비의 중점 발전 프로젝트 중 하나였다. 20 여 년 동안 우리나라의 일부 과학연구소, 고교, 공장에서는 SMT 생산 라인의 각종 설비 (실크 스크린 인쇄, 배치, 용접 설비 포함) 를 개발하였다.
65438 부터 0978 까지 국내 최초의 컬러텔레비전 생산 라인을 도입한 이후 전자 2 곳이 스티커 연구 개발을 시작했다. 이후 전자 56 곳, 전자 4506 공장, 우주 2 곳, 광저우 공작기계 연구소 등 과학연구소가 각각 연구개발을 진행해 대량의 과학연구 성과를 거두었다. 이러한 연구 성과는 산업화는 없지만 후발자를 위해 귀중한 경험을 쌓았다.
국내에서 스티커를 개발하거나 생산한 기업은 양성과학, 판다전자, 풍화고과, 상하이 현대, 상하이 마이크로전자, 선전 일동 등이다. 양성기술은 스티커 로우엔드 시장에서 출발해 중소형 전자기업, 과학연구소 등을 위한 SMT2505 스티커를 자체 개발하고 Xi 안교대 중남대학과 협력한다. 자체 R&D 제품을 기반으로 디지털 원형을 이용하여 스티커의 성능을 연구하여 어느 정도 성과를 거두었다. 그러나 외국 차종에 비해 여전히 약간의 차이가 있으며, 자금 문제로 인해 제품은 아직 양산 단계에 들어가지 않았다. 다른 연구업체들도 스티커를 개발해 자신의 연구 과제와 원형을 완성하여 어느 정도 성과를 거두었다. 기술 함량이 높고, R&D 주기가 길고, 투자가 많기 때문에, 대부분의 중소기업은 여전히 원형 단계에 머물러 있어 제품을 생산 라인에 적용할 수 없다.
국내 고교의 마운터 연구는 멈추지 않았다. 예를 들어, 시안전자과학기술대학의 텅스텐과 장건국은 개선된 혼합유전알고리즘을 이용하여 스티커의 조립 과정을 최적화했다. 양안 교통대학의 이뢰와 두춘화는 스티커의 시각검사 알고리즘을 연구했다. 서남교통대학의 John young 은 SMT 스티커의 위치 모션 제어를 연구했다. 용서명은 스티커의 시각 시스템을 요약했다. 산둥 대학 유진파는 시각에 기반한 쐐기 스티커 운동 제어 시스템을 연구했다. 상하이 교통대학 기계동력공학대학의 모, 정치국, 포효봉은 스티커의 제어 시스템을 연구했다. CIM 연구소의 쩡 (), 김진 () 은 스티커의 배치 최적화를 연구했다. 마이크로전자 설비의 유신서 (), 스티커 시스템의 이미지 처리 기술, 자동화소의 전복후 (), 스티커 배급 최적화 및 유전 알고리즘을 연구했다. 화중과학기술대학의 석등은 시각 이미지 등에서 스티커에 대한 연구를 진행했다. 화남공대는 풍화고과와 협력하여 시각검사, 영상처리, 운동제어시스템, 효율최적화 등에서 관련 연구를 진행했다.
6 결론
마운터는 마운팅된 구성요소의 다양성과 마운팅의 보편성에 따라 전용형과 일반형으로 나눌 수 있습니다. 전용형에는 칩 전용형과 IC 전용형이 포함됩니다. 전자는 주로 고속을 추구하고, 후자는 주로 높은 정확도를 추구합니다. 일반형은 패치나 IC 에 사용할 수 있으며 중간 생산량의 연속 생산 및 배치 생산 라인에 널리 사용됩니다. 범용 스티커의 높은 적응성은 정확도와 속도의 절충 설계를 희생했다. 그 장착 속도는 고속 배치 기계보다 느리며, 장착 정확도는 정밀 배치 기계보다 낮다. 고속 배치 기계의 발전은 이미 일정한 한계에 이르렀다. 현재 마운터 제조업체는 더 많은 마운팅 프로세스 요구 사항을 충족하기 위해 범용 모델을 주로 개발하고 있습니다. 포스트 패키징과 SMT 프로세스가 서로 융합되기 시작했기 때문에 마운터의 정확도에 대한 요구가 높아지고 있습니다.
동시에 높은 속도와 높은 정확도를 요구하는 것은 스티커 개발의 주요 어려움이다. 속도와 정밀도 사이의 모순을 해결하려면 다학과의 완벽한 결합이 필요하며, 설계, 시뮬레이션, 프로세스, 조립 및 테스트의 유기적 결합이 필요합니다. 그래야 높은 수준의 스티커를 개발할 수 있습니다. 그러나 스티커의 제조는 기초공업의 발전에 달려 있어 고속 고정밀 스티커의 발전을 크게 방해하고 있다.