Автоматическая линия поверхностного монтажа печатных плат

Автоматизированное производство печатных плат: поверхностный монтаж

Для серийного и мелкосерийного монтажа печатных плат используется автоматизированное оборудование. Его использование позволяет выполнять групповую пайку компонентов, обеспечивая стабильную повторяемость процесса, контроль температурного режима и качества соединений.

Основные этапы

В процессе типового автоматизированного монтажа печатных плат поверхностным методом (с установкой SMD-компонентов):

• на плату наносится паяльная паста;
• проверяется качество нанесения пасты на контактные площадки;
• устанавливаются электронные компоненты;
• выполняется групповая пайка по выбранной технологии;
• осуществляется контроль качества соединений.

Нанесение пасты контроль качества

Паяльная паста имеет клейкую гелеобразную консистенцию, помимо порошкообразного припоя в ее состав входит флюс, различные присадки и активаторы. Паста выполняет три функции:

• очищает контактные площадки платы и компонентов от оксидной пленки, препятствующей образованию паяного соединения;
• удерживает на плате поверхностно-монтируемые элементы до начала процесса пайки;
• служит припоем.

При автоматизированном производстве печатных плат паяльная паста обычно наносится методом трафаретной печати на специальных принтерах. Отверстия (апертуры) трафарета соответствуют расположению и форме контактных площадок на плате.

Высокотехнологичным методом нанесения паяльной пасты является каплеструйная печать. Капли материала «выстреливаются» из картриджа, эжектор которого позиционируется точно над выбранным участком платы согласно заданной схеме.

К традиционным способам относится дозированное нанесение с использованием пульсационно-нагнетательного насоса-дозатора, винтового либо поршневого насоса.

Каждая плата проходит проверку качества нанесения паяльной пасты. Современные автоматизированные линии оснащаются установкой 3D оптической инспекции, которая определяет точность нанесения и объем пасты (при недостаточном объеме компонент не удержится на плате), выявляет возможные дефекты.

Установка компонентов

Автоматизированный монтаж печатных плат подразумевает использование оборудования для автоматической установки электронных компонентов. Специальное устройство захватывает компонент из ленточного или иного носителя, центрирует его при помощи лазера или видеосистемы, а затем устанавливает на плату.

Автоматы различаются по конструкции, возможностям, назначению. Автоматизированная линия может быть укомплектована несколькими устройствами – для высокоскоростной установки простых элементов, для компонентов больших размеров, сложной конфигурации, с повышенными требованиями к точности позиционирования и т.д.

Процесс пайки

Автоматизированное производство печатных плат включает пайку собранных ПП в конвейерных печах. Наиболее востребованы следующие технологии групповой пайки поверхностным методом:

1. Конвекционный метод. Нагрев паяльной пасты осуществляется горячим воздухом (при пайке в среде инертного газа – азотом). Плата проходит через несколько зон с разным температурным режимом, что обеспечивает плавный равномерный управляемый прогрев и охлаждение без температурного стресса. Это наиболее распространенная технология, использование печи с семью зонами нагрева позволяет подобрать оптимальный термопрофиль в зависимости от используемых компонентов.
2. Пайка ИК-излучением. Паяльная паста нагревается сфокусированным потоком инфракрасных лучей. Для разных зон платы можно задействовать разный режим нагрева. Технология позволяем монтировать компоненты со скрытыми под корпусом контактными площадками.
3. Пайка в паровой фазе (конденсационная). Плата с компонентами, установленными на паяльную пасту, нагревается паром кипящей химически инертной жидкости. Жидкость подбирается в зависимости от требуемой температуры нагрева, вида пасты. Технология позволяет осуществлять пайку в безкислородной среде, применяется для автоматизированного монтажа печатных плат любой сложности.

Контроль качества пайки

На заключительном этапе автоматизированного производства печатных плат готовые электронные модули проходят проверку. Установка автоматической оптической инспекции выявляет возможные дефекты, включая отсутствие компонентов или их смещение, эффект холодной пайки, непропай, наличие перемычек припоя между выводами компонентов и т.д.

Качество пайки компонентов со скрытыми выводами невозможно проверить оптическим устройством, платы с элементами CSP, BGA, QFN и т.д. дополнительно проверяются установкой рентгеноскопического контроля

Источник

SMD (поверхностный) монтаж печатных плат

Поверхностный монтаж печатных плат (SMT монтаж) выполняется на трех автоматизированных линях поверхностного монтажа. Каждая линия имеет отличительные особенности и используется в зависимости от сложности сборки изделия, размера заказа, многообразия номенклатуры компонентов, которые устанавливаются на печатную плату, а также технических требований к конечному продукту. Общая производительность – 271 тыс. комп/ч (1-я линия – 159 тыс. комп/ч, 2-я линия — 60 тыс. комп/ч, 3-я линия 52 – тыс. комп/ч).

В производственные линии включено оборудование для SMT монтажа от ведущих мировых производителей, таких как Yamaha, Nutek, Ersa, CyberOptics и др. Все образцы оборудования закупаются в максимальной комплектации с целью полной автоматизации процесса сборки печатных плат.

Технологические характеристики оборудования на производстве компании «ПАНТЕС»

Типы устанавливаемых компонентов

01005 и более, SOIC, PLCC, TSOP, QFP, BGA, μBGA, CSP, FLIP CHIP, SMT-разъёмы

Минимальный шаг выводов компонентов

Максимальный размер компонента

Максимальная высота компонента

Максимальный размер печатной платы

Толщина монтируемой печатной платы

±30 мкм (при 3 сигма)

Бессвинцовый монтаж (Lead-Free)

Одиночный монтаж BGA, μBGA

ПРЕИМУЩЕСТВА ПРОИЗВОДСТВА ГК «ПАНТЕС»

1. Собственная производственная база, постоянное обновление парка оборудования для SMT монтажа позволяют использовать для сборки изделий самые современные технологии.
2. Любое количество выпускаемых изделий: от единицы до крупных серий. Экономическая эффективность производства даже небольших серий обеспечивается за счет различной производительности линий поверхностного монтажа.
3. Планирование процесса технологической загрузки производственных линий в Microsoft Project. Четкое отслеживание сроков на каждом этапе производства.
4. Большой штат высококвалифицированных инженеров, участвующих в разработке индивидуального технологического процесса для каждого заказа.
5. Система входного контроля, обеспечивающая надлежащее качество электронных компонентов.
6. Система Traceability, позволяющая обеспечить сквозной контроль процесса производства, проследить путь каждого компонента на любом этапе изготовления продукции.

КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ

1. Полной автоматизацией процесса контроля качества продукции с использованием автоматических оптических инспекций (AOI) последнего поколения производства CyberOptics.
2. Выполнением рентгеновского контроля для выявления дефектов, скрытых от визуального контроля, например: дефекты установки в корпусах BGA, LGA, QFN и др., а так же для проверки обрывов в слоях печатных плат.
3. Отслеживанием температурного режима в секциях печи конвекционной оплавления при помощи термопрофайлера. Функция используется для корректировки технологического процесса при запуске новых партий изделий, с отличающимися параметрами пайки компонентов.

На этапе подготовки производства каждого заказа, специалисты ГК «ПАНТЕС» изучают характеристики и на основании анализа, могут предложить рассмотреть рекомендации по повышению технологичности изделия, выбирают производственную линию, а также оценивают целесообразность монтажа SMD компонентов в автоматическом режиме. В случае невозможности или нецелесообразности использования автоматического SMD монтажа при выполнении конкретного заказа, ГК «ПАНТЕС» может предложить услугу ручного монтажа.

Автоматический SMD монтаж нецелесообразно выполнять в следующих случаях:

• компоненты, предоставленные Заказчиком, не соответствуют требованиям для автоматического SMT монтажа;
• одиночные платы, платы с небольшими габаритными размерами, не мультиплицированные платы, отсутствие на платах технологических полей, нестандартная форма плат;
• на плате уже присутствуют смонтированные компоненты.
• малое количество компонентов на плате, экономическая нецелесообразность сборки на линии.

РАЗМЕЩЕНИЕ ЗАКАЗА НА SMT МОНТАЖ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Оформить заказ Вы можете на сайте ГК «ПАНТЕС», предварительно заполнив бланк заказа на изготовление печатных плат.

Подробно ознакомиться с системой обеспечения проектов электронными компонентами, требованиями к комплектации SMT монтажа, а также типичными ошибками подготовки комплектации можно в документе: «Требования к заказу автоматического монтажа».

Источник

Линия поверхностного монтажа

Поверхностный монтаж — технология изготовления электронных изделий на печатных платах, а также связанные с данной технологией методы конструирования печатных узлов.

Для того чтобы сделать заказ, заполните бланк и прикрепите его с форме с заявкой. Скачать бланк заказа .

Технологию поверхностного монтажа печатных плат также называют ТМП , SMT и SMD-технология, а компоненты для поверхностного монтажа также называют «чип-компонентами». ТМП является наиболее распространённым на сегодняшний день методом конструирования и сборки электронных узлов на печатных платах. Основным отличием ТМП от «традиционной» технологии — сквозного монтажа в отверстия — является то, что компоненты монтируются на поверхность печатной платы только со стороны токопроводящих дорожек и для этого не требуются отверстия. Сквозной монтаж и ТМП могут комбинированно использоваться на одной печатной плате. Преимущества ТМП проявляются благодаря комплексу особенностей элементной базы, методов конструирования и технологических приёмов изготовления печатных узлов.

Типовая последовательность операций в ТМП включает:

• изготовление печатной платы;
• нанесение паяльной пасты на контактные площадки платы:
  • дозирование пасты из специального шприца вручную или на станке в единичном и мелкосерийном производстве;
  • трафаретная печать в серийном и массовом производстве;
• установка компонентов на плату;
• групповая пайка методом оплавления пасты в печи (преимущественно методом конвекции);
• очистка (мойка) платы (выполняется или нет в зависимости от активности флюса) и нанесение защитных покрытий.

В единичном производстве, при ремонте изделий и при монтаже компонентов, требующих особой точности, как правило, в мелкосерийном производстве также применяется индивидуальная пайка струёй нагретого воздуха или азота.

Одним из важнейших технологических материалов, применяемых при поверхностном монтаже, является паяльная паста (также иногда называемая «припойной пастой»). Паяльная паста представляет собой смесь порошкообразного припоя с органическими наполнителями, включающими флюс. Назначение паяльной пасты:

• выполнение роли флюса (паста содержит флюс):
  • удаление оксидов с поверхности под пайку;
  • снижение поверхностного натяжения для лучшей смачиваемости поверхностей припоем;
  • улучшение растекания жидкого припоя;
  • защита поверхностей от действия окружающей среды;
• обеспечения образования соединения между контактными площадками платы и электронными компонентами (паста содержит припой);
• фиксирование компонентов на плате (за счёт клеящих свойств пасты).

Во время пайки важно обеспечить правильное изменение температуры во времени (термопрофиль), чтобы:

• избежать термоударов;
• обеспечить хорошую активацию флюса;
• обеспечить хорошее смачивание поверхностей припоем.

Разработка термопрофиля (термопрофилирование) в настоящее время приобретает особую важность в связи с распространением бессвинцовой технологии. При бессвинцовой технологии «окно» процесса (разница между минимальной необходимой и максимально допустимой температурой термопрофиля) значительно у́же из-за повышенной температуры плавления припоя.

Преимущества поверхностного монтажа

С точки зрения технологии, у поверхностного монтажа следующие достоинства перед сквозным:

• отсутствие либо очень малая длина выводов у компонентов: нет необходимости в их обрезке после монтажа;
• меньшие габариты и масса компонентов;
• нет необходимости прогрева припоя внутри металлизированного отверстия;
• нет необходимости в сверлении отверстий в плате для каждого компонента;
• можно использовать для монтажа обе стороны платы;
• более простая и легко поддающаяся автоматизации процедура монтажа: нанесение паяльной пасты, установка компонента на плату и групповая пайка являются разнесёнными во времени технологическими операциями;
• можно использовать печатные платы с металлическим основанием для рассеивания тепла от компонентов, а также электромагнитной экранизации.

Из этих достоинств также вытекают:

• высокая плотность монтажа, как за счёт меньших габаритов компонентов, так и за счёт меньшего количества отверстий в плате и меньшей площади контактных площадок;
• улучшение массо-габаритных характеристик готового изделия;
• улучшение электрических характеристик: за счёт отсутствия выводов и уменьшения длины дорожек снижаются паразитные ёмкости и индуктивности, уменьшается задержка в сигналах сверхвысокой частоты;
• снижение себестоимости готовых изделий.

Диапазон устанавливаемых электронных компонентов

Чип-компоненты от 008004 и больше, микросхемы в любом из существующих корпусов, в том числе DIP, SOIC, PLCC, TQFP, PQFP, TSOP, HSOP, QFP, LCC, BGA, LGA с максимальными размерами корпусов не менее 55х100 мм и весом до 100 г, флип-чипы, поверхностно-монтируемые разъемы, компоненты монтируемые в отверстия.

Источник

Автоматическая установка компонентов на печатную плату в технологии поверхностного монтажа

Функции автомата по установке радиоэлементов, который также называют установочным или монтажным автоматом, можно описать следующим образом: выбор нужного компонента , его правильная ориентация — центрирование, а затем установка на печатной плате. Все эти действия по автоматической установке поверхностно монтируемых изделий (ПМИ) должны производиться с высокой степенью точности, чтобы свести к минимуму брак готовой продукции. Кроме того, элемент должен быть размещен на точке паяльной пасты, клея или сочетании этих двух точек, при этом должно быть приложено заданное давление, которое не вызовет растекания материала и не повредит корпус компонента. Кроме того, автоматический установщик радиоизделий должен выполнять эти задачи в кратчайшие сроки, чтобы максимизировать объем производства. Наконец, оборудование для автоматической установки элементов должно быть достаточно универсальным, чтобы устанавливать ПМИ в разных корпусах с различными конфигурациями выводов. Переход к бессвинцовым технологиям оказал небольшое влияние на конструкции и функции монтажных автоматов. Косвенно, однако, потребность в других финишных покрытиях для элементов, а также реперных метках печатных плат, которые обладают другими отражающими способностями, может повлиять на функции систем машинного зрения, используемыми для точного размещения как самой печатной платы, так и инструментов, которые устанавливают на ней радиокомпоненты.

Существует несколько типов установочных автоматов (автоматических установщиков элементов):

• револьверные;

• портальные (гибкие системы для установки ПМИ с малым шагом выводов) системы широко используются в производстве бытовой электроники, телекоммуникациях, ЭВМ, серверных компьютеров, а также в меньших объемах — в производстве высоконадежной электронной техники.

Тем не менее, потребность в еще более высоких объемах производства, гибких производственных линиях заставили производителей разработать альтернативную архитектуру установочных автоматов, способных параллельно устанавливать множество радиокомпонентов. Такие автоматические установщики радиокомпонентов включают в себя высокоскоростные шаговые электродвигатели, оптические датчики.

Револьверные установочные автоматы (для установки пассивных устройств).

Базовый револьверный автомат использовался для установки пассивных ПМИ (например, конденсаторов, резисторов) на самых ранних стадиях развития технологии поверхностного монтажа. Револьверная головка автоматического установщика представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Пример автоматического установщика с револьверной головкой

Несколько захватывающих головок располагают вокруг стационарной револьверной головки, вращающейся в горизонтальной плоскости. Движущаяся тележка устанавливает ленты питателей, из которых радиокомпоненты подаются в каждую головку. После захвата элемента револьверный барабан поворачивает его к оптической рабочей станции для получения изображения на камере прибора с зарядовой связью. Это изображение затем обрабатывается и идентифицируется, чтобы установить радиокомпонент в заданном месте печатной платы. При вращении револьверной головки движущийся стол позиционирует печатную плату таким образом, чтобы нужное место находилось точно под головкой с компонентом. Головка опускается на печатную плату, устанавливая ПМИ. Затем головка поворачивается для захвата следующего радиоэлемента – цикл повторяется. В таблице 1 даны общие технические характеристики револьверных установочных автоматов. Эта технология постоянно используется для установки мелких пассивных устройств (типоразмеров 0101 и 01005). Растет ее использование в монтаже бескорпусных кристаллов (флип-чипов) на печатных платах с большей плотностью радиокомпонентов. Производители оборудования и пользователи должны постоянно решать вопросы с установкой новых ПМИ с различной геометрией выводов.

Таблица 1 – Технические характеристики установочных револьверных автоматов

Характеристика	Величина (описание)
Размер устанавливаемых элементов	От пассивных устройств типоразмером 0201 до компонентов в матричных корпусах размером 10 мм
Количество устанавливаемых элементов	Несколько сотен
Скорость установки	25 000-40 000 компонентов в час
Основные функции	1. Захват кристаллов (чипов) и компонентов в матричных корпусах 2. Подвижная револьверная головка и печатная плата для увеличения скорости установки 3. Гибкость в эксплуатации — захват компонентов как с лент, так и россыпью

Портальные установочные автоматы (для установки активных устройств).

Конструкция портальных автоматов отличается от револьверных тем, что печатная плата неподвижно фиксируется на месте, а движущаяся установочная головка захватывает радиоэлементы и устанавливает их в правильное положение (рисунок 2).

Рисунок 2 – Портальная система, используемая для установки крупных компонентов в матричных поддонах

Питатели также являются неподвижными. Портальные автоматы, как правило, используются для размещения больших радиокомпонентов (например, SOICs, PLCCs и т.д.). Некоторые технические характеристики портальных автоматических установщиков приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Технические характеристики портальных установочных автоматов

Характеристика	Величина или описание
Размер устанавливаемых ПКИ	Элементы в корпусах SMT (SOD, SOT, SOIC, PLCC, CCGA, BGA), а также компоненты сложной формы
Количество устанавливаемых ПКИ	Несколько сотен
Скорость установки	5 000-15 000 компонентов в час
Основные функции	1. Установка элементов негабаритых размеров и сложной формы с высокой точностью 2. Подвижная головка, неподвижные печатная плата и питатели 3. Гибкость в эксплуатации — захват элементов с лент, из туб, матричных носителей и россыпью

Некоторые модели этого оборудования специально разработаны для монтажа на печатных платах разнообразных ПМИ. Каждый портальный автоматический установщик приспособлен для установки различных компонентов, поскольку оборудован многошпиндельной установочной головкой. Монтажная головка автоматического установщика размещается над питателем, откуда захватывает элемент. Затем головка переносит ПМИ к видеокамере нижнего просмотра для проверки, после чего устанавливает компонент на печатной плате. Вторым вариантом является двухпортальная система с двумя блоками установочных головок, каждая из которых может устанавливать как один тип радиокомпонентов, так и несколько благодаря шпиндельной головке.

Некоторые функции портальных установщиков позволяют приблизить их скорость монтажа к самым «высокоскоростным» моделям револьверных автоматов. В таблице 3 приведены некоторые технические характеристики двухпортальных систем. Функции портального автомата, которые позволяют повысить скорость установки радиоэлементов: слайсинг ленты питателя для бесперебойной работы машины и упрощение банка данных, что позволяет быстро заменять типы компонентов на различных технологических линиях. Кроме того, контроль радиокомпонентов может производиться во время движения установочных головок («на лету») благодаря видеокамере, установленной на самой головке, что исключает из производственного цикла промежуток времени, необходимый для центрирования ПМИ с помощью стационарной камеры нижнего просмотра.

Таблица 3 – Технические характеристики высокоскоростных портальных установочных автоматов

Характеристика	Величина или описание
Размер устанавливаемых ПКИ	Элементы в корпусах SMT (SOD, SOT, SOIC, PLCC, CCGA, BGA), а также компоненты сложной формы
Количество устанавливаемых компонентов	Несколько сотен
Скорость установки	15 000-21 000 компонентов в час
Основные функции	1. Установка элементов сверхгабаритных размеров и сложной формы с высокой точностью 2. Установка элементов с повышенной плотностью 3. Питатели повышенной емкости подачи элементов из лент, туб, матричных носителей и россыпью

Дальнейшие улучшения оборудования для монтажа радиокомпонентов могут быть реализованы в автоматах с модулями параллельно работающих головок. Технические характеристики такого оборудования приведены в таблице 4. Несколько установочных модулей способны захватывать, центрировать и устанавливать радиоэлементы в соответствующее место печатной платы. Печатная плата перемещается шаговым конвейером таким образом, чтобы место установки находилось точно под захваченным элементом.

Таблица 4 – Технические характеристики модульных портальных систем

Характеристика	Величина или описание
Размер устанавливаемых компонентов	От пассивных устройств типоразмером 0201 до компонентов в матричных корпусах размером 25 мм
Количество устанавливаемых компонентов	Несколько сотен
Скорость установки	60 000-100 000 компонентов в час
Основные функции	1. Установка чип-компонентов и компонентов в матричных корпусах 2. Монтаж печатных плат большого размера 3. Несколько ленточных питателей

Система машинного зрения.

Сжатое визуальное представление является одним из самых важных достижений в системе машинного зрения, которая используется для монтажа ПМИ. На ранних стадиях развития автоматизации функция «захват – установка» была основана на работе механических упоров (фиксаторов), переключателей, а также точности инструментов, что обеспечивало установку ПМИ в нужном месте с правильным расположением выводов относительно контактной площадки. По мере повышения плотности монтажа и разнообразия радиокомпонентов эта технология оказалась слишком медленной для поддержания больших объемов производства и снижения брака установки элементов. Главным стимулом для перехода от механического центрирования к установке с помощью машинного зрения стало уменьшение размеров выводов на элементах. В DCA/FC – компонентах используются кристаллы с шариковыми выводами размером менее 0,1 мм. Типоразмеры пассивных устройств, как правило, 0402 и 0201.

Радиокомпоненты в квадратных корпусах с малым шагом имеют расстояние между выводами до 0,3 мм. В каждом из этих случаев жизненно необходима высочайшая точность установки, которая может быть получена только с помощью технологии машинного зрения. Кроме того, наблюдается устойчивый рост числа устройства сложной формы – индуктивностей, светодиодов, поверхностно-монтируемых разъемов и т.д. В результате получаются печатные платы с огромным разнообразием радиокомпонентов. Поэтому значительно дешевле и быстрее перепрограммировать компьютерные системы машинного зрения для распознавания этих элементов, чем переоборудовать машины, работающие на основе механических реле и фиксаторов.

Системы машинного зрения, в которых используются электронные камеры и оптика совместно со специализированным программным обеспечением для управления шаговыми двигателями, отвечают за позиционирование радиокомпонента и печатной платы (или ее участка) относительно друг друга с необходимой точностью. Для реализации этой цели установочный автомат должен идентифицировать радиокомпонент в револьверной или портальной головке и установить положение этих головок относительно платы. В то же время установочный автомат должен определить позицию платы. Программное обеспечение связывает эти два требования, поскольку программирует автомат с помощью рисунка, который и определяет место каждого из ПМИ на печатной плате. Процессы распознавания элемента и положения печатной платы рассмотрены ниже, затем будут даны некоторые сведения об ограничениях в функциях систем машинного зрения.

Распознавание радиокомпонента обычно происходит по конфигурации его выводов. Конфигурация выводов включает в себя две характеристики: форму вывода — балочный, «крыло чайки» или шарик припоя и положение вывода, например, расположение периферийных выводов на двух, а не четырех сторонах корпуса, или расположение матричных выводов по всей поверхности корпуса, а не по периметру. Система машинного зрения определяет положение корпуса на основе координат выводов, например, два или четыре угловых вывода, или шарики припоя. Дополнительные реперные метки или несимметричное расположение выводов (например, отсутствуют угловые выводы или шарики припоя) используются для угловой ориентации элемента относительной координатной системы автомата.

Кроме определения типа и ориентации ПМИ, системы машинного зрения также запрограммированы распознавать брак компонентов. Например, квадратные плоские корпуса с мелким шагом выводов часто имеют брак в виде изгиба мелких выводов, особенно по углам из-за износа пресс-форм или неправильного обращения. У матричных корпусов (BGA, CSP и DCA) могут отсутствовать шарики припоя. Поврежденный радиокомпонент отправляется в «бункер брака», а из питателя для установки выбирается новый компонент. Следует отметить, что функция распознавания ПМИ у систем машинного зрения разработана в основном для установки компонентов. Несмотря на то, что распознавание бракованных радиоэлементов может быть запрограммировано, слишком высокая степень контроля может значительно замедлять процесс монтажа компонентов. Таким образом, оптимальный подход — это позволить системе машинного зрения распознавать только серьезный брак, ориентируясь на те дефекты, которые могут возникнуть между входным контроль и установкой компонентов. С другой стороны полный входной контроль компонентов нужно выполнять перед загрузкой компонентов в питатели автомата.

Автомат должен распознавать положение печатной платы, а затем позиционировать ее так, чтобы нужный участок находился точно под радиоэлементом, захваченным установочной головкой. Во-первых, печатная плата закрепляется на конвейере с помощью механических зажимов, вакуумных патронов или других методов. Затем печатная плата позиционируется под видеокамерой для идентификации на ее поверхности метки совмещения или реперной метки.

Этот процесс повторяется для двух-трех других реперных меток на печатной плате. В этот момент машина «знает» расположение и ориентацию печатной платы, таким образом, благодаря схеме рисунка в ее программе, соотносит реперные метки с участками, предназначенными для размещения каждого компонента. Затем программа соотносит координаты конкретного участка печатной платы с радиоэлементом, который находится в револьверной или портальной головке. В итоге программа посылает команду шаговым двигателям переместить компонент на нужное расстояние и опустить на печатную плату.

Иногда, например, при использовании керамических подложек, которые склонны к усадке в процессе изготовления (например, низкотемпературная керамика, керамика совместного обжига или LTCC), может возникнуть расхождение между местом на рисунке, заложенным в программу, и знакоместом печатной платы, закрепленным за данным радиокомпонентом (контактной площадкой). В этом случае место каждого компонента определяется непосредственно с помощью реперных меток рядом с знакоместом компонента.

Несмотря на то, что местные реперные метки могут повысить точность размещения ПМИ в определенной степени, особенно когда из-за наложения допусков фактическое расположение радиокомпонента расходится с его параметрами в проектной документации, такой подход требует дополнительного времени на обработку информации в машинном компьютере. Результатом является снижение скорости монтажа, что может привести к значительному замедлению процесса, особенно при больших объемах производства.

Ограничения системы машинного зрения определяются по той скорости, с которой компьютер обрабатывает информацию (например, координаты печатной платы, геометрию или брак компонента). Чем больше информации приходится обрабатывать, тем больше требуется времени для установки компонентов. Для изделий с тысячами компонентов на плате даже дополнительные десятые доли секунды на компонент могут значительно снизить производительность производства.

Кроме того, существуют ограничения самих систем машинного зрения (камеры или оптики). Был достигнут компромисс между разрешением камер и диапазоном размеров обрабатываемых радиоэлементов. Основной предпосылкой является число пикселей. Для распознавания характеристики (вывод, шарик припоя, реперная метка и т.д.) системе машинного зрения требуется минимальное количество пикселей. Для распознавания очень мелких деталей (например, шариков припоя на бескорпусном кристалле) требуется не только сильное увеличение, а также высокая разрешающая способность (например, пикселей на единицу длины или площади). Однако, используя ту же систему для распознавания компонентов к крупных BGA-корпусах потребуется совсем другая степень увеличения, которая вполне может находиться за пределами возможностей той же оптики. Более того, даже если корпус попадет в поле зрения камеры, то использование того же высокого разрешения, которое теперь совсем не нужно, сильно перегрузит память компьютера и затормозит обработку изображения, что приведет к замедлению процесса установки компонентов. Наоборот, та же камера, которая может эффективно обрабатывать большие компоненты (32 мм QFP (208 выводов)), превращая их в единое изображение, как правило, не имеет достаточного разрешения для обработки изображений шариков припоя флип-чипов диаметром 0,1 мм. Таким образом выбор оптики особенно важен для повышения эффективности автомата на этапе установки компонентов. Для достижения оптимальной эффективности иногда приходится устанавливать радиоэлементы на одной плате с помощью двух автоматов. Кроме того, на одну единицу оборудования необходимо устанавливать множество камер и оптических систем. Стоимость автомата становится критическим фактором.

После установки радиоэлементов печатные платы подвергаются пайке. Этап размещения радиокомпонентов взаимосвязан с этапом пайки, особенно пайки оплавлением припоя. Эта взаимосвязь обусловлена тем, что неточность установки может быть компенсирована самоцентрированием радиоэлементов под действием силы поверхностного натяжения расплавленного припоя (точнее, поверхностного натяжения флюса и припоя). Это самоцентрирование открываем возможность для размещения пассивных устройств размером более 0603, мелких LCCC-микросхем и матричных радиоэлементов с несколькими сотнями шариков припоя, размещенных с шагом 1,27 мм. К сожалению, для пассивных устройств меньшего размера и с большими массивами шариков припоя процесс самоцентрирования уже не способен компенсировать неточности установки. В случае меньших по размеру пассивных устройств, существует высокая вероятность, что дисбаланс сил поверхностного натяжения может привести к асимметричному движению радиоэлемента и, следовательно, эффекту «надгробного камня». В случае крупных матричных ПМИ неправильная установка (которая становится критическим фактором при монтаже корпусов с мелким шагом очень малых по размеру шариков припоя) не всегда может быть устранена путем самоцентрирования просто из-за большей массы радиоэлемента.

Источник