구성 요소 배치

Component placement

컴포넌트 배치는 PCB(PCB)에 전기 컴포넌트를 정확하게 배치해 기능 컴포넌트와 PCB(Lead-Pad)의 상호연결성을 전기적으로 만드는 전자제품 제조공정이다.구성 요소 리드는 PCB 패드에 이전에 침전된 솔더 페이스트에 정확히 담가야 한다.구성 요소 배치 후 다음 단계는 납땜이다.

배치 입력

  • 플렉시블 플래커, 칩 슈터 및 기타 특수 기계
  • 납땜 인쇄가 있는 PWB.
  • 피더가 공급하는 구성 요소.
  • 컴퓨터 파일: 컴퓨터 프로그램은 PWB(X, Y 및 각도 세타), 공급 재고 수준, 배치 기계 진공 홀더 기능, 자동 구성 요소 재배치, 배치 정확도, 비전 시스템 및 라인을 통한 PCB의 운송을 제어한다.[1]

배치 프로세스

기본 배치 순서는 일반적으로 보드 인덱싱, 보드 등록, 기준 시각 정렬, 구성 요소 픽업, 구성 요소 센터링/비전 검사, 구성 요소 배치 및 보드 인덱싱이 포함된다.[1]부품 픽업, 부품 센터링/비전 검사, 부품 배치를 각 부품에 반복한다.때로는 접착제 분사 및 온라인 전기 검증도 시퀀스에 포함된다.

보드 인덱싱 프로세스를 통해 스텐실로 인쇄된 PWB를 적절한 위치로 로드한다.기준 마커라고도 하는 기준 마크는 조립 프로세스의 모든 단계에 대해 공통의 측정 가능한 지점을 제공한다.많은 종류의 기준점이 있다.글로벌 기구는 개별 인쇄 회로 기판에서 모든 형상의 위치를 찾는 데 사용된다.여러 보드를 하나의 패널로 처리할 때, 패널 기준점에서 회로를 찾는 데 사용할 경우 글로벌 기구를 패널 기준점이라고도 할 수 있다.지역 기준점은 0.02인치(0.51mm) 피치 QFP와 같이 보다 정확한 위치가 필요할 수 있는 개별 토지 패턴 또는 구성요소의 위치를 찾는 데 사용된다.[1]

보드는 PWB의 글로벌 기구를 식별하여 위치한다.그런 다음 피더는 구성 요소로부터 알려진 거리에 있는 구성 요소를 집어들고 중심을 맞춘다.배치 정확도가 높아지려면 광학 센서 또는 레이저 센서로 시각화된 현지 기구의 도움이 필요하다.진공 픽업 헤드는 피더에서 구성 요소를 제거한다.결국 구성 요소는 올바른 X, Y 및 세타 위치에 배치되고 모든 리드가 솔더 페이스트와 접촉하는 올바른 패드가 이온에 배치된다.모든 구성 요소를 올바르게 배치한 PWB는 리플로우 프로세스로 이동한다.

구성 요소 배치 시스템에서 고려해야 하는 세 가지 주요 속성은 정확성, 속도 및 유연성이다.정확도는 분해능, 배치 정확도 및 반복성의 측면을 포함한다.속도는 장비 배치율, 디레이팅 전략, 생산 스루풋의 측면을 포함한다.배치율은 기계의 종류와 보드의 구성요소들 사이의 거리에 따라 결정된다.유연성은 구성요소 다양성, 피더 수 및 PCB 크기 범위의 측면을 포함한다.[1]

선택 및 배치 기계 유형

픽스 앤 배치 기계는 어떤 종류의 다양한 구성품을 배치하는 로봇 스타일 기계다.여기에는 부품 픽업 공급 장치 위치, 진공 픽업, 비전 시스템, 자동 구성 요소 재배치, 반복 가능한 배치 정확도 및 PCB 운송 시스템 등의 기능이 포함된다.

픽스 앤 플레이스 머신은 종종 비용 효율적인 방식으로 처리량 요구 사항을 충족할 수 있을 정도로 충분히 안정적이고 정확하게 부품을 배치하기 위한 가장 중요한 제조 장비다.일반적으로 피더를 완전히 보완하는 것을 포함하여 표면 장착 픽업 및 배치 장비는 중형 표면 장착 제조 라인에 필요한 총 자본 투자의 약 50%를 차지한다.[1]

픽업 및 배치 기계에는 크게 두 가지 유형이 있다.

칩 슈터

칩 촬영기는 수동형이나 소형 액티비트와 같은 가장 일반적인 구성품의 90%에 사용되고 있다.칩 촬영기는 비교적 낮은 정확도(일반적으로 70μm)로 빠른 속도(시속 2만~8만 대, 시간당 10만 대에 이를 수 있음)를 자랑한다.[1]그 결과 칩 슈터는 능동 부품을 배치하는 데 사용되지 않아 정확도가 더 높아져야 한다.칩 슈터에는 고정식 포탑, 오버헤드 젠트리, 리볼버 헤드 등 크게 세 종류가 있다.

플렉시블 플래커

칩 촬영기에 비해 플렉시블 플래커는 높은 정확도(낮은 25μm)로 느린 속도(시속 6000~4만 대)이다.[1]그 결과 고성능 I/O 구성요소는 일반적으로 더 높은 정확도를 요구하기 때문에 QFP와 같이 복잡하고 높은 I/O 활성 구성요소를 배치하기 위해 유연한 플래커를 사용하고 있다.플렉시블 플래커에는 오버헤드 젠트리, 리볼버 헤드, 스플릿 축의 세 가지 주요 유형이 있다.칩 촬영기와 플렉시블 플래커를 결합하여 사용하는 것이 일반적이며, 그들은 총 조립 라인 비용의 거의 65%를 고려할 수 있다.

배치 헤드의 유형

오버헤드 갠트리

오버헤드 갠트리 스타일의 위치 고정 시스템의 배치 헤드는 갠트리 빔(X축)에 장착된다.시퀀스 동안 빔은 배치 헤드 이동 방향에 수직으로 이동하며, 기계 테이블과 평행한 평면에서 자유도(X 및 Y 정렬) 2도를 제공한다.PCB와 피더는 배치 중에 정지 상태를 유지한다.PCB는 비전 시스템을 통해 글로벌 및 로컬 기구를 식별하여 표에 위치한다.이 배치 헤드는 축 빔을 따라 이동하여 피더에서 구성부품을 선택한 다음 제 위치로 이동하여 구성부품을 배치한다.배치 헤드의 진공 노즐이 수직으로 상하로 이동하여 Z축을 제공하고 수평면에서 회전하여 세타 각도 정렬을 제공한다.픽업 후 및 배치 전 구성 요소의 정확성 및 정렬 상태를 점검하기 위해 보조 비전 시스템도 적용하는 경우가 있다.PCB와 피더는 배치 순서에서 정지 상태를 유지하므로 위치 부정확성의 추가 출처가 제거된다.오버헤드 갠트리 스타일의 기계는 모든 타입 중 배치 정확도가 가장 뛰어나며 플렉시블 플래커가 독점적으로 활용한다.유연성과 정확성이 뛰어나지만 다른 스타일의 속도에는 미치지 못한다.여러 개의 갠트리를 가진 기계는 더 빠른 속도를 달성할 수 있다.

고정형 터렛/고정형 터렛

고정형 포탑 시스템은 동일한 헤드가 한 포탑 위에서 일련의 회전하기 때문에 상대적으로 속도가 높다.공급기는 X 방향으로 고정된 픽업 위치로 이동한다.회전식 터렛의 둘레에 36개 정도의 진공 노즐이 Z와 세타 정렬을 제공한다.Turret은 픽업과 배치 위치 사이에서 여러 헤드를 회전시킨다.PCB는 회전 헤드 아래에서 X와 Y 방향으로 이동하여 올바른 위치 아래에서 일시 정지한다.갠트리 헤드와 비교하여 피더와 PCB의 동시 이동은 평균 배치율을 크게 향상시킨다.패시브 부품은 뛰어난 배치 정확도를 요구하지 않기 때문에 칩 슈터에만 적용되고 있다.고정식 터렛 시스템은 이동식 피더 뱅크(발자국 = 2*총 피더 길이)에 큰 공간을 필요로 하는 한계가 있다.이동 보드 메커니즘으로 인해 부품이 이탈할 가능성도 또 다른 한계다.[2]

리볼버 헤드

이 시스템은 고정식 포탑의 속도 장점과 오버헤드 갠트리(gantry)의 풋프린트 장점을 결합한 것이다.그것은 처음에 지멘스에 의해 이용되고 있었다.[1]픽업 헤드가 여러 개 있는 고정형 터렛은 픽업에서 배치 위치로 구성품을 이동하면서 동시에 기능을 수행한다.PWB로 이동하기 전에 정지 피더에서 여러 부품을 선택하기 위해 독립된 갠트리 위에 여러 개의 리볼버를 장착한다.움직이는 포탑과 다중 포탑은 배치 속도가 더 빠르고 리볼버 헤드를 만드는 것은 칩 슈팅어와 플렉시블 플래커 모두에 사용할 수 있다.그러나 플렉시블 플래커에 그것을 활용하는 것은 현실적으로 성공에 한계가 있었다.[3]

분할 축

분할 축 시스템에서 배치 헤드는 X, 세타, Z 방향으로 이동하는 반면 PWB는 Y 방향으로 이동한다.두 개의 움직이는 구성부품이 관련되어 있기 때문에, 분할축 기계는 오버헤드 갠트리 기계에 비해 높은 정확도를 달성하기가 약간 더 어렵다.그러나 배치 속도를 크게 향상시킨다.

진공 노즐 및 그리퍼

진공 노즐은 일반적으로 배치 작업 중 모든 구성 요소를 취급하는 데 사용된다.다양한 구성 요소 크기에 맞는 다양한 진공 노즐 크기가 있다.소형 구성품을 취급할 경우 배치 순간 진공 외에 양압도 공급되어 구성부품이 노즐에서 완전히 해제될 수 있다.

진공 노즐 외에도 일부 홀수 모양의 부품을 취급하기 위해 기계식 그리퍼가 필요할 수 있다.셀프 센터링 기계 그립은 진공 없이 동시 픽업과 자동 센터링이 가능하다.핀셋형 그리퍼 한 쌍이 한 축을 따라 중심을 잡으면서 부품을 고정할 수 있다.그러나 자기 중심적인 기계 그립에는 몇 가지 단점이 있다: 그리퍼 가장자리가 에폭시 또는 솔더 페이스트와 접촉할 수 있다.또한 그리퍼를 수용하기 위해 구성 요소들 사이에 여분의 공간이 필요하다.

피더의 종류

피더는 이동 가능한 배치 기계의 픽업 메커니즘에 부품을 공급하는 데 사용된다.피더는 개별 구성품을 고정된 위치로 이동시키고 픽업 헤드가 포장에서 구성품을 제거하는 것을 돕는다.시스템의 유연성과 배치율이 증가함에 따라, 부품 공급 시스템에 대한 요구도 증가했다.높은 제품 혼합과 그에 상응하는 작은 배치 크기는 공급자를 자주 변화시킨다.기계 다운타임을 최소화하기 위해서는 빠른 피더 전환이 필요하므로 피더는 빠른 교체를 위해 설계되어야 한다.다음은 일반적인 공급자의 몇 가지 유형이다.

테이프 및 릴 피더

테이프와 릴 피더는 가장 일반적으로 사용되는 피더 설계다.테이프 온 리엘 피더에는 릴이 실려 있는데, 릴 리셉션 위에 올려져 있다.필오프 마차는 다음 부품이 픽업 위치에 있을 때까지 릴 테이프를 앞으로 당긴다.센서가 구성 요소가 픽업 위치에 있다고 표시하면 홀더가 아래로 이동하여 테이프를 잠근다.테이프 피더는 동일한 소형 부품을 대량으로 배치하는 데 가장 적합하다.테이프 피더는 다양한 크기로 제공되며 소형 아웃라인 집적회로(SOIC)와 플라스틱 납 칩 캐리어(PLCC)에 사용할 수 있다.테이프 형식의 주요 단점은 빈 테이프를 재활용할 수 없다는 점이다.특히 소형 칩 장치의 경우 테이프 폐기물의 무게가 포장된 부품보다 몇 배나 더 나간다.게다가, 테이프에 작고 저렴한 부품을 넣는 데는 추가 비용이 든다.

스틱피더

스틱 피더는 선형 스틱으로 포장된 구성품(작은 IC는 낮은 부피로 발행)을 위해 설계된다.부품은 중력이나 진동에 의해 픽업 위치로 이동한다.그것은 스틱 형태로 포장된 모든 일반 SOP, SOT, PLCC를 공급한다.차선의 크기를 조정할 수 있는 다양한 가능성 때문에 피더는 여러 가지 다른 구성 요소 유형에 쉽게 적응할 수 있다.[4]

매트릭스 트레이 피더

매트릭스 트레이 피더는 크고, 섬세하거나 비싼 부품에 사용된다.쿼드 플랫 팩과 미세한 피치 구성 요소를 취급할 필요성 때문에 개발되었다.이들 부품은 깨지기 쉬운 납을 손상시키지 않고 구성 요소를 단단히 고정시킨다.전체 매트릭스 프로파일 구성요소의 트레이를 이동하여 행 또는 개별 구성요소를 픽업 위치로 이동시킨다.이 프로세스는 매트릭스 트레이에서 공급되는 구성 요소들이 높은 수준의 배치 정확도를 필요로 하기 때문에 테이프 피더에 비해 종종 느리다.

벌크피더

벌크 피더는 대량으로 사용되는 칩 스타일 구성요소를 처리할 수 있다.벌크 피더는 보통 벌크 케이스에 저장되는 구성부품을 독특한 회전 위치결정 메커니즘을 사용하여 구성부품의 위치와 방향을 정하고 스테인리스강 벨트를 사용하여 픽업 위치에 공급한다.테이프 패킹이 없어 테이프 피더에 비해 가격이 저렴하지만 전통적으로 대량 피더의 성능은 공급 과정에서 발생하는 구조와 파편 때문에 문제가 있다.

다이 직접 공급기

다이 직접 공급기는 대부분 플립칩이나 칩온 보드에 사용된다.다이피더는 시만텍, 베어 다이, 플립 칩을 하나로 결합하여 별도의 전용 생산 라인을 없앨 수 있다.또한 훨씬 더 빠른 속도와 유연성을 가진 토탈 조립 솔루션을 가능하게 하여 배치당 비용을 낮출 수 있다.또한, 그것은 배치하기 전에 포켓 테이프, 서프 테이프 또는 와플 팩으로의 중간 다이 이전과 같은 값비싼 과정을 없앨 수 있다.[5]

배치 속도

배치 속도는 배치 과정에서 많은 요인에 의해 영향을 받는다.

피더 파손

배치 속도는 라인 다운타임의 영향을 받는다.공급 장치 문제는 주요 다운타임 원인이므로 공급 장치의 수리 및 유지보수는 구성 요소 배치 작업에 매우 중요하다.공급 장치 문제를 감지하는 일반적인 방법은 다음과 같다.[6]

  • 피더가 원하는 출력을 달성하지 못하거나 원하는 레벨에 도달한 후 출력이 감소한다.공급기의 출력이 낮거나 감소함
  • 공급기는 특정 시간 동안만 소음이 나게 작동한다.
  • 피더가 작동하지만 출력이 감소함
  • 피더는 소리 없이 작동하지만 정상 출력을 달성한다.
  • 피더의 진폭은 점차 희미해지거나 서서히 감소한다.
  • 공급기에서 방출되는 물질의 흐름이 난류하여 공정으로 일관되지 않는 흐름을 생성한다.
  • 공급기 출력이 일정하지 않아 공급 속도 변동이 발생한다.

배치 시스템 설정

모든 온라인 설정은 용량을 감소시키고 부적절한 설치 절차 또한 추가적인 라인 다운타임을 야기할 수 있다.배치 시스템이 설정되지 않은 경우 보드를 제작할 수 없다.피더 설정과 전환 과정이 복잡하기 때문에 운영자는 다양한 유형의 피더 메커니즘을 인지하는 것이 중요하다.롤업 피더 카트, JIT(Just-in-Time) 방법 및 스마트 피더와 같이 배치 설정을 지원하기 위해 구현될 수 있는 추가 도구가 있다.

배치 속도 조롱

실제로 배치 시스템의 기계에 대해 인용된 이론적 최대 처리 속도를 얻을 수 없다.예상치 못한 다운타임, 보드 로딩 및 언로드 시간 및 기계 구성으로 인해 이론적 수치를 희석하여 현실적인 값을 얻을 필요가 있다.다른 요인으로는 PWB 크기, 구성 요소 혼합 및 미세 피치 구성 요소에 대한 보다 복잡한 시력 인식 요건이 포함된다.조롱하는 기술에는 여러 가지가 있다.글로벌 조롱은 기계 요소뿐만 아니라 시스템 전체의 정지, 저속, 셋업 등을 고려한다.글로벌 또는 시스템 조롱의 양을 계산하려면 장기간에 걸쳐 시간당 배치된 총 구성 요소의 수(즉, 전체 제품 이동)의 평균을 취해야 한다.정기적으로 예정된 정지는 시스템이 요구하는 전지구적 조롱 수준을 결정할 때 포함되어야 한다.특정 제품에 대해 개별적으로 서비스 중인 각 장비를 고려하는 엄격한 조롱은 라인 밸런싱을 위해 특정 기계 모델에 의해 수행되어야 한다.공정의 완전한 최적화를 위해서는 엄격한 조롱 값이 필요하다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d e f g h Lasky, Ronald. Handbook of Electronic Assembly and A Guide to SMTA Certification.
  2. ^ "SM component placement". ami.ac.uk. Archived from the original on 2014-07-06. Retrieved 2014-05-23.
  3. ^ "PCB007 SMT 101 Step 6 - Component Placement". pcb007.com. Retrieved 2014-05-23.
  4. ^ "JUKI AUTOMATION SYSTEMS Feeders". jas-smt.com. Retrieved 2014-05-23.
  5. ^ "HD_DDF_2_Seiter.QXD" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2014-05-22. Retrieved 2014-06-02.
  6. ^ Jim Mitchell (5 January 2007). "Vibratory tray feeders: Ten common problems and how to fix them" (PDF). Archived from the original (PDF) on 27 March 2014. Retrieved 2014-07-05.