راهنمای خرید ماشین‌های SMT پیک و پلیس: مواردی که قبل از سرمایه‌گذاری باید در نظر گرفت

درک Smt pick and place machine انواع و تناسب با تولید

دستی در مقابل نیمه‌خودکار و کاملاً خودکار دستگاه‌های خودکار SMT ماشین‌های پیک و پلیس

دستگاه‌های پیک و پلیس که در فناوری نصب سطحی (SMT) استفاده می‌شوند، بسته به میزان اتوماسیون، به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند. دستگاه‌های دستی حداکثر تا ۵۰۰ قطعه در هر ساعت را پردازش می‌کنند و کارگران به‌صورت فیزیکی قطعات را جایگذاری می‌کنند. این دستگاه‌ها برای ساخت نمونه اولیه یا تعمیر برد‌های معیوب بسیار مناسب هستند. سپس دستگاه‌های نیمه‌اتوماتیک آمده که بین ۱٬۰۰۰ تا ۵٬۰۰۰ قطعه در ساعت کار می‌کنند. این دستگاه‌ها قراردادن قطعات را به‌صورت خودکار انجام می‌دهند، اما بارگیری مواد همچنان به‌صورت دستی توسط اپراتور انجام می‌شود. بسیاری از تولیدکنندگان کوچک این دستگاه‌ها را به‌دلیل هزینه مناسب و مناسب بودن برای تولید محدود و ترکیب محصولات مختلف، ترجیح می‌دهند. مدل‌های کاملاً اتوماتیک با سرعتی بین ۸٬۰۰۰ تا بیش از ۱۵۰٬۰۰۰ قطعه در ساعت عملکرد بسیار بالایی دارند. این دستگاه‌های پیشرفته از سیستم‌های بینایی پیچیده و فیدر‌های قابل برنامه‌ریزی برای مونتاژ بسیار سریع و دقیق استفاده می‌کنند و به همین دلیل کارخانه‌های بزرگ برای تولید انبوه به آن‌ها وابسته‌اند. طبق گزارش اخیر IPC در سال ۲۰۲۳، حتی در شرایط بار کاری سنگین، این سیستم‌های پیشرفته تقریباً ۹۹٫۲ درصد از قطعات را به‌درستی جایگذاری می‌کنند.

تطبیق نوع ماشین با حجم تولید و پیچیدگی برد مدار چاپی (PCB)

انتخاب ماشین مناسب به دو عامل کلیدی بستگی دارد:

1. حجم تولید : سیستم‌های دستی یا نیمه‌اتوماتیک برای تأسیساتی که کمتر از ۱۰۰۰ برد در ماه تولید می‌کنند، ایده‌آل هستند؛ خطوط کاملاً اتوماتیک در حجم‌های بالاتر از ۱۰۰۰۰ واحد در ماه بهره‌وری دارند.
2. پیچیدگی قطعات : مونتاژهایی که شامل قطعات با گیج بسیار ریز مانند BGAهای ۰٫۳ میلی‌متری یا قطعات ۰۱۰۰۵ هستند، به دقت قرارگیری زیر ۱۵ میکرومتر نیاز دارند که معمولاً فقط با سیستم‌های اتوماتیک قابل دستیابی است.

مطالعه موردی: انتخاب سطح مناسب خودکارسازی برای تولید با حجم پایین و تنوع بالا

یک شرکت سازنده دستگاه‌های پزشکی با تغییر از سیستم‌های کاملاً خودکار به گزینه‌های نیمه‌خودکار، هزینه‌های راه‌اندازی خود را تقریباً ۴۰٪ کاهش داد. این شرکت هر ماه حدود ۱۲۰ طراحی مختلف برد مدار چاپی تولید می‌کند و معمولاً محموله‌هایی با کمتر از ۳۰۰ واحد در هر بار تولید می‌کند. رویکرد نیمه‌اتوماتیک به آن‌ها انعطاف‌پذیری لازم برای کار با قطعات بسیار کوچک 0201 را فراهم کرد، در حالی که نرخ بازدهی مرحله اولیه را همچنان در سطح ۹۸٫۷٪ نگه داشت، مطابق معیارهای صنعتی اخیر در سال ۲۰۲۴. با این تغییر، این شرکت سالانه حدود هفتصد و چهل هزار دلار در هزینه‌های ابزار دقیق صرفه‌جویی کرد که قبلاً برای خطوط تولید خودکار تخصصی مورد نیاز بود.

ارزیابی نیازهای توان عملیاتی، سرعت و یکپارچه‌سازی خط

توضیح سرعت قرارگیری و معیارهای CPH (قطعات در هر ساعت)

عملکرد دستگاه‌های SMT عمدتاً با واحد CPH یا تعداد قطعات در هر ساعت اندازه‌گیری می‌شود که اساساً نشان می‌دهد این دستگاه‌ها در یک ساعت تا چه حد می‌توانند قطعات را به درستی قرار دهند. تجهیزات سطح پایین معمولاً حدود ۸۰۰۰ قطعه در ساعت را پردازش می‌کنند، در حالی که مدل‌های پیشرفته از مرز ۲۵۰٫۰۰۰ قطعه در ساعت فراتر می‌روند. اما اعداد واقعی به شدت به عواملی مانند اندازه قطعات، نوع نازل‌های استفاده‌شده و سرعت سیستم بینایی بستگی دارد. افزودن فناوری بینایی ماشین به خطوط تولید تفاوت قابل توجهی ایجاد کرده است. سازندگان گزارش داده‌اند که از زمان به‌کارگیری این فناوری، نرخ تولید آن‌ها به میزان ۳۰ تا ۴۰ درصد بهبود یافته است، که عمدتاً به دلیل کاهش خطا در قرارگیری قطعات و کاهش زمان انتظار در صورت بروز مشکل است. شرکت Appinventiv این یافته‌ها را در سال ۲۰۲۳ گزارش داد و دلیل این است که چرا امروزه تعداد زیادی از کارخانه‌ها در حال انجام این تغییر هستند.

تعادل بین سرعت خط، ظرفیت فیدر و پشتیبانی از اندازه برد

رتبه‌های بالای CPH بدون ظرفیت تغذیه‌کننده و پشتیبانی برد متناسب، بی‌اثر هستند. بر اساس مطالعه‌ای در سال ۲۰۲۳ درباره کارایی خط، ۵۸٪ از گلوگاه‌های تولید ناشی از شیارهای تغذیه‌کننده ناکافی است، در حالی که ۳۲٪ از برد‌های بزرگ‌تر از حدی ناشی می‌شود که ماشین قادر به مدیریت آنها نیست. یکپارچه‌سازی بهینه مستلزم موارد زیر است:

• شیارهای تغذیه‌کننده : ۱۰۰ عدد یا بیشتر برای برد‌های پیچیده با اجزای متنوع
• پشتیبانی از برد : حداقل ۵۰۰ میلی‌متر × ۴۵۰ میلی‌متر برای برد‌های صنعت خودروسازی
• کالیبراسیون سرعت : همگام‌سازی بین حرکت نقاله و حرکت سر جایگذاری

تحلیل روند: افزایش تقاضا برای قراردادن سریع در تولید قراردادی

برای پاسخگویی به بازه‌های تحویل کوتاه‌تر، اکنون ۷۳٪ از تولیدکنندگان قراردادی ماشین‌هایی با قابلیت بیش از ۱۵۰٬۰۰۰ CPH را مورد نیاز دارند که این امر ناشی از تقاضا برای تحویل در همان روز است. این روند با نوآوری‌هایی مانند تغذیه‌کننده‌های فعال‌شونده با سروو و سیستم‌های ریلی ماژولار پشتیبانی می‌شود که زمان تغییر تنظیمات را نسبت به تجهیزات قدیمی ۴۰٪ کاهش می‌دهند.

دقت و مدیریت اجزا: دقت، تکرارپذیری و قابلیت‌های فاصله کم

دقت قرارگیری و تأثیر آن بر روی اجزای با گیت‌های ریز و کوچک

امروزه، برد مدارهای نوین با اجزای بسیار کوچکی مانند میکرو BGA و QFN پر شده‌اند که نیازمند قرارگیری بسیار دقیق هستند، معمولاً در محدوده بهتر از مثبت و منفی 0.025 میلی‌متر. طبق تحقیقات منتشر شده توسط IPC در سال 2023، ارتباط مشخصی بین دقت قرارگیری قطعات و نتایج تولید وجود دارد. زمانی که تولیدکنندگان بتوانند دقت قرارگیری را در حد 0.02 میلی‌متر یا کمتر بدست آورند، بازدهی مرحله اول تولید به حدود 99.2 درصد می‌رسد. اما اگر تنها بتوانند دقتی در حد 0.05 میلی‌متر در مناطق متراکم داشته باشند، بازدهی به تنها 87.4 درصد کاهش می‌یابد. نسل جدید سیستم‌های بینایی نیز بهبودهای قابل توجهی داشته‌اند. بسیاری از این سیستم‌ها اکنون وضوحی به اندازه 15 میکرون بر پیکسل ارائه می‌دهند، همراه با ویژگی‌های هوشمند جبران حرارتی که به صورت خودکار برای انبساط برد در حین فرآیند لحیم‌کاری جریانی تنظیم می‌کنند.

استانداردهای تکرارپذیری در میان برندهای پیشرو ماشین‌های SMT پیک و پلیس

کیفیت ثابت به شدت به تکرارپذیری در فرآیندهای تولید بستگی دارد. تجهیزات پیشرفته می‌توانند به حدود 99.8٪ تکرارپذیری در طول قرار دادن 10 هزار قطعه برسند، که نسبت به اکثر دستگاه‌های پایه‌ای که به طور متوسط حدود 98.1٪ عملکرد دارند، بهتر است. به عنوان مثال، سری RX-7 شرکت جوکی (Juki)، در محدوده خطای مثبت و منفی 12 میکرون (3 سیگما) باقی می‌ماند، که البته قابل تحسین است. در همین حال، دستگاه HM600 شرکت هانوا (Hanwha) با وجود اینکه با سرعتی حیرت‌انگیز به میزان 84 هزار قطعه در ساعت کار می‌کند، دقتی در حد مثبت و منفی 15 میکرون دارد. بر اساس داده‌های اخیر NPI در سال 2024، تقریباً دو سوم تولیدکنندگان در واقع بیشتر به رعایت استانداردهای ISO 9283 در عملکرد تکرارپذیر اهمیت می‌دهند تا تعقیب حداکثر سرعت، هنگام تولید قطعات حیاتی مانند سیستم‌های هواپیما یا دستگاه‌های پزشکی که قابلیت اطمینان بیشترین اهمیت را دارد.

کار با قطعات فوق‌العاده کوچک: چالش‌های 0402، 0201 و 01005

کار با این قطعات کوچک غیرفعال که از قطعات 0402 به اندازه حدود 0.4 در 0.2 میلی‌متر تا اندازه بسیار ریز 01005 در حدود 0.25 در 0.125 میلی‌متر متغیر است، واقعاً نیازمند ابزارهای خاصی است. نازل‌هایی که در اینجا استفاده می‌شوند باید فوق‌العاده کوچک باشند، معمولاً قطری کمتر از 0.1 میلی‌متر داشته باشند و همچنین نیاز به سیستم کنترل ارتعاش دارند تا نیروی قرارگیری حداکثر در حدود 0.3 نیوتن باقی بماند. سازندگان با چالش‌های واقعی در برخورد با این قطعات میکروسکوپی روبرو هستند. به همین دلیل تجهیزات مدرن مجهز به سیستم‌های پیشرفته بازرسی سه‌بعدی هستند که قطعات را از زوایای متعدد بررسی می‌کنند، که این امر به ویژه برای قطعاتی که قدی کمتر از 0.15 میلی‌متر دارند و در آنها مشکل «تِمب‌استونینگ» (tombstoning) به مسئله‌ای جدی تبدیل می‌شود، بسیار مهم است. بر اساس یافته‌های اخیر منتشر شده توسط iNEMI در گزارش سال 2024، شرکت‌هایی که از فناوری ترکیبی نازل خلاء و الکترواستاتیک استفاده می‌کنند، کاهش چشمگیری در مشکلات عدم تراز قطعات تجربه کرده‌اند و این مشکلات را در مجموع تقریباً 41 درصد کاهش داده‌اند.

تناقض صنعت: مبادلات بین سرعت بالا و دقت بالا در سیستم‌های مدرن SMT

تولیدکنندگان قراردادی امروزه واقعاً به دنبال افزایش سرعت تولید هستند. حدود 70 درصد از آنها می‌خواهند از مرز 50,000 قطعه در ساعت (CPH) عبور کنند، اما یک مشکل وجود دارد. بر اساس آخرین نظرسنجی صنعت SMT در سال 2023، هنگامی که کارخانه‌ها سعی می‌کنند با قطعات ریز 0201 از مرز 30,000 CPH فراتر بروند، تعداد نقص‌ها به سرعت افزایش می‌یابد. شاهد افزایش حدود 37 درصدی شکایات ضمانت‌نامه‌ها مرتبط با مشکلات دقت بوده‌ایم، زمانی که ماشین‌ها فراتر از ظرفیت تعیین‌شده خود کار می‌کنند. خبر خوب این است که تجهیزات جدید در حال تغییر بازی هستند با چیزی به نام کنترل حرکت تطبیقی. این سیستم‌های پیشرفته در واقع سرعت سری‌های قرارگیری را هنگام کار با این قطعات میکروسکوپی کاهش می‌دهند و سپس برای قطعات بزرگتر دوباره به حداکثر سرعت بازمی‌گردند. انگار یک دستیار هوشمند دارید که دقیقاً می‌داند چه زمانی باید مراقب باشد و چه زمانی می‌تواند کمی آرامش بیاورد بدون اینکه به کیفیت آسیب برساند.

هزینه کل مالکیت و برندهای پیشروی ماشین‌های SMT پیک و پلیس

ارزیابی ماشین‌های برداشت و قرار دادن SMT نیازمند رویکرد هزینه کل مالکیت (TCO) است، زیرا هزینه‌های عملیاتی معمولاً در طول دهه، ۶۰ تا ۷۰ درصد بیشتر از هزینه اولیه خریداری می‌شوند. متخصصان خودکارسازی تأکید می‌کنند که ارزش بلندمدت تنها به قیمت خرید وابسته نیست — تعمیر و نگهداری، مصرف انرژی، توقف دستگاه و پشتیبانی نقش‌های تعیین‌کننده‌ای دارند.

تولیدکنندگان برتر به دلیل سیستم‌های فیدر اختصاصی خود متمایز می‌شوند که طبق مطالعه‌ای اخیر در سال ۲۰۲۴ در زمینه کارایی تولید، خطاهای تغذیه را حدود ۳۵٪ نسبت به گزینه‌های آماده کاهش می‌دهند. نکته جالب توجه این است که پشتیبانی محلی چقدر می‌تواند در زمان کارکرد دستگاه تأثیر بگذارد. شرکت‌هایی که در مناطق توسعه‌یافته خدمات فنی ۲۴ ساعته ارائه می‌دهند، هرچند در ابتدا هزینه بیشتری دارند، اما در بلندمدت صرفه‌جویی مالی دارند. اما در بازارهای نوپا وضعیت پیچیده می‌شود؛ در اینجا خدمات ضعیف منجر به توقف‌های طولانی‌تر و انتظار برای قطعات تعویضی می‌شود که در نهایت هزینه کلی مالکیت را افزایش می‌دهد.

آینده‌نگری سرمایه‌گذاری: انعطاف‌پذیری، مقیاس‌پذیری و کارایی عملیاتی

طراحی ماژولار و قابلیت ارتقاء نرم‌افزاری در دستگاه‌های SMT Pick and Place

جدیدترین سیستم‌های فناوری نصب سطحی مجهز به طراحی ماژولار هستند که به آنها کمک می‌کند تا عمر طولانی‌تری داشته باشند و در عین حال با هرگونه تغییرات احتمالی سازگار بمانند. این سیستم‌ها قطعات قابل تعویضی مانند واحدهای بینایی و مجموعه‌های فیدر دارند و همچنین به‌روزرسانی‌های نرم‌افزاری منظمی دریافت می‌کنند که ابزارهای بهینه‌سازی هوشمند مبتنی بر هوش مصنوعی را فراهم می‌آورند. نتیجه چیست؟ شرکت‌ها می‌توانند به جای خرید تجهیزات کاملاً جدید در هر بار قدیمی شدن یک بخش، به صورت تدریجی و قطعه‌قطعه ارتقا دهند. طبق گزارشی صنعتی که در سال ۲۰۲۴ منتشر شد، شرکت‌هایی که در این ارتقاهای جزئی پول صرفه‌جویی کردند، کاهش هزینه‌هایی بین ۳۵ درصد تا تقریباً نیمی از هزینه‌های معمول خود را تجربه کردند. با توجه به سرعت بالای تغییر محصولات در تولید الکترونیک امروزی، این امر کاملاً منطقی است. کارخانه‌ها به ماشین‌هایی نیاز دارند که بتوانند در لحظه و هنگام تغییر مشخصات در یک شب، به سرعت انطباق پیدا کنند.

سازگاری با بسته‌بندی‌های جدید قطعات و چیدمان‌های برد مدار چاپی

دستگاه‌های درجه یک از فناوری‌های در حال تحول پشتیبانی می‌کنند و می‌توانند تمام قطعات قدیمی سوراخ‌دار تا تراشه‌های 01005 را پردازش کنند. ویژگی‌های کلیدی که آمادگی برای آینده را فراهم می‌کنند عبارتند از:

• تعویض‌کننده‌های خودکار نازل : به صورت خودکار بین بیش از 10 نوع نازل در هر برد تعویض کنید
• ارتقاء سیستم دید ماشینی : دستیابی به دقت 15 میکرومتری مورد نیاز برای قرارگیری تراشه‌های µBGA
• قفسه‌های فیدر قابل برنامه‌ریزی : پشتیبانی از عرض نوارهای غیراستاندارد و پیچ‌های سفارشی

سادگی در عملیات، آموزش و استراتژی‌های کاهش توقف تولید

رابط‌های گرافیکی کاربرپسند زمان آموزش اپراتورها را تا 70٪ کاهش می‌دهند، در حالی که ثبت خطاهای مبتنی بر ابر امکان تشخیص دور از محل را فراهم می‌کند. واحدهایی که از پلتفرم‌های استاندارد شده دستگاه استفاده می‌کنند، 22٪ آموزش سریع‌تر کارکنان و 40٪ خطای کمتر در تعویض عملیات گزارش داده‌اند (معیارهای IPC 2023)، که این امر هم پاسخگویی و هم قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشد.

نگهداری پیش‌بینانه و بهینه‌سازی زمان کارکرد: بینش‌های حاصل از داده‌های صنعتی

سنسورهای مجهز به اینترنت اشیا در دستگاه‌های پیشرفته SMT، علائم اولیه سایش را تشخیص می‌دهند—و خرابی یاتاقان‌ها را ۲۰۰ تا ۴۰۰ ساعت زودتر پیش‌بینی می‌کنند—و توقف‌های ناگهانی را تا ۹۰٪ کاهش می‌دهند. داده‌های جمع‌آوری‌شده از بیش از ۱۲۰ تولیدکننده نشان می‌دهد که زمان‌بندی نگهداری مبتنی بر هوش مصنوعی، متوسط زمان کارکرد ۹۴٫۷٪ را فراهم می‌کند که به‌طور قابل‌توجهی از مدل‌های واکنشی (با میانگین تنها ۸۶٫۲٪) عملکرد بهتری دارد.

‫سوالات متداول‬

انواع مختلف دستگاه‌های قراردادن قطعات SMT چیست؟

دستگاه‌های قراردادن قطعات SMT به انواع دستی، نیمه‌خودکار و کاملاً خودکار تقسیم می‌شوند. این دستگاه‌ها از نظر سطح اتوماسیون و سرعت قرارگیری قطعات متفاوت هستند و نیازهای تولیدی مختلفی را پوشش می‌دهند.

چگونه می‌توان نوع مناسب دستگاه را برای نیازهای تولیدی خود تعیین کرد؟

دستگاه انتخابی باید با حجم تولید و پیچیدگی قطعات متناسب باشد. سیستم‌های دستی یا نیمه‌خودکار برای تولیدگاه‌هایی با حجم تولید کمتر از ۱۰۰۰ برد در ماه مناسب هستند، در حالی که دستگاه‌های کاملاً خودکار برای حجم‌های تولیدی بالاتر از ۱۰۰۰۰ واحد در ماه ایده‌آل می‌باشند.

دقت قرارگیری چه تأثیری بر نتایج تولید دارد؟

دقت در قرارگیری برای دستیابی به نرخ بالای بازدهی اولیه بسیار حیاتی است. قرارگیری دقیق، معایب را به حداقل می‌رساند، به ویژه در مونتاژهایی که شامل اجزای با گام ریز و ابعاد کوچک هستند و منجر به بهبود نتایج تولید می‌شود.

دستگاه‌های مدرن SMT چگونه با اجزای فوق‌العاده کوچک کار می‌کنند؟

دستگاه‌های مدرن SMT از نازل‌های تخصصی و سیستم‌های کنترل ارتعاش برای کار با اجزای بسیار کوچک مانند 0402، 0201 و 01005 به‌طور مؤثر استفاده می‌کنند. سیستم‌های پیشرفته بازرسی سه‌بعدی به رفع مشکلات ترازبندی کمک می‌کنند.