SMT:n kappaleiden asettamislaiteen ostuksen opas: Mitä tulisi harkita ennen sijoittamista

Ymmärtäminen Smt pick and place -kone Tyypit ja tuotantoon sopivuus

Manuaalinen vs. puoliautomaattinen vs. täysautomaattinen Automaattiset SMT Napautus- ja asettelu-koneet

Pinta-asennustekniikassa käytettävät pick-and-place -koneet tulevat kolmessa pääluokassa riippuen niiden automaatiotason mukaan. Manuaaliset mallit selviytyvät enintään noin 500 komponentista tunnissa, ja osien asentamisen tekevät ihmiset itse. Nämä ovat erinomaisia silloin, kun joku tarvitsee prototypoida jotain uutta tai korjata vioittuneita piirilevyjä. Sen sijaan puoliautomaattiset mallit toimivat nopeudella 1 000–5 000 komponenttia tunnissa. Ne hoitavat osien asennuksen automaattisesti, mutta materiaalien lataus täytyy edelleen tehdä käsin. Monet pienet valmistajat pitävät näistä koneista kohtuullisen hintaisina rajoitetuille tuotantosarjoille, joissa erilaisia tuotteita sekoitetaan keskenään. Täysin automaattiset versiot taas pääsevät nopeuksiin 8 000:sta yli 150 000 komponenttiin tunnissa. Nämä huippuluokan koneet käyttävät kehittyneitä kuvajärjestelmiä ja ohjelmoitavia syöttölaitteita kootakseen kaiken erittäin nopeasti ja tarkasti, minkä vuoksi suuret tehtaat luottavat niihin massatuotannossa. Viimeisimmän IPC:n vuoden 2023 raportin mukaan nämä edistyneet järjestelmät saavuttavat jopa raskassakin kuormituksessa noin 99,2 prosentin tarkkuuden joka kerta.

Koneen tyypin yhdistäminen tuotantomäärään ja PCB:n monimutkaisuuteen

Oikean koneen valinta riippuu kahdesta keskeisestä tekijästä:

1. Tuotannon määrä : Manuaaliset tai puoliautomaattiset järjestelmät sopivat parhaiten tiloille, jotka tuottavat alle 1 000 kappaletta piirilevyjä kuukaudessa; täysautomaattiset linjat tulevat tehokkaiksi määriä yli 10 000 kappaletta kuukaudessa.
2. Komponenttien monimutkaisuus : Kokoonpanot, joissa on erittäin pienipiirtoisia komponentteja, kuten 0,3 mm -portin BGAt tai 01005-passiivikomponentit, vaativat alle 15 μm:n asennustarkkuuden, joka on yleensä saavutettavissa vain automaattisilla järjestelmillä.

Tapaus: Oikean automaatiotason valinta pienellä sarjatuotannolla ja monipuolisella tuotevalikoimalla

Yksi lääketekniikkayritys vähensi asennuskustannuksiaan lähes 40 %, kun se siirtyi täysin automatisoiduista järjestelmistä puoliautomaattisille ratkaisuille. Yritys valmistaa noin 120 erilaista piirilevyjen suunnittelua kuukaudessa, ja eräkoot ovat tyypillisesti alle 300 yksikköä kerrallaan. Puoliautomaattinen lähestymistapa tarjosi heille tarvittavan sopeutuvuuden pienten 0201-komponenttien kanssa työskentelyyn samalla kun ensimmäisen kierroksen tuottavuus pysyi vaikuttavalla 98,7 %:n tasolla, kuten vuoden 2024 teollisuusvertailut viittaavat. Tämän muutoksen ansiosta he säästivät noin seitsemänstoitatuhatta neljäsataatuhatta dollaria vuodessa työkalukustannuksissa, jotka aiemmin vaadittiin erikoistuneisiin automatisoituin tuotolinjoihin.

Tuottavuuden, nopeuden ja linjaintegraation vaatimusten arviointi

Asetusnopeus ja CPH (komponenttia tunnissa) -mittarit selitettynä

SMT-koneiden suorituskykyä mitataan pääasiassa CPH-arvolla eli komponenteilla tunnissa, mikä kertoo meille kuinka monta osaa nämä koneet voivat asettaa oikein yhden tunnin aikana. Alkutasoiset laitteet tyypillisesti käsittelevät noin 8 000 komponenttia tunnissa, kun taas huippumallit ylittävät 250 000:n rajan. Todelliset luvut riippuvat kuitenkin voimakkaasti tekijöistä, kuten komponenttien koista, käytetyistä suuttimista ja siitä, kuinka nopeasti näkösysteemi toimii. Tuotantolinjoihin lisätty tietokonenäkötekniikka on kuitenkin tehnyt suuren eron. Valmistajat raportoivat 30–40 prosenttia paremmista läpivirtausnopeuksista tämän teknologian käyttöönoton jälkeen, pääasiassa sen vuoksi, että vähemmän virheitä tapahtuu asennuksen aikana ja vähemmän odotusaikaa silloin, kun jotain menee pieleen. Appinventiv julkaisi nämä tulokset vuonna 2023, mikä selittää, miksi niin monet tehtaat ovat nyt siirtymässä uuteen tekniikkaan.

Linjanopeuden tasapainottaminen syöttökapasiteetin ja levyjen koko-tuen kanssa

Korkeat CPH-arvot ovat tehottomia ilman vastaavaa syöttökapasiteettia ja lautakunnan tukea. Vuoden 2023 tuotantokäyttöön liittyvän tutkimuksen mukaan 58 prosenttia tuotantokapasiteetin pullonkauloista johtuu riittävän vähäisestä syöttöajanjakopuolesta ja 32 prosenttia suurista PCB-levyistä, jotka ylittävät koneen käsittelyn rajoitukset. Optimaalinen integrointi edellyttää:

• Syöttölaitteet : 100+ monimutkaisten, sekoitettujen komponenttien levyihin
• Valtuuston tuki : Vähintään 500 mm × 450 mm autoteollisuuden laatut
• Nopeuden kalibrointi : Synkronointi kuljettajan indeksoinnin ja sijoituspääliikkeen välillä

Suuntausanalyysi: Suurinopeuslaitteiden käyttöä koskevan kysynnän kasvu sopimusvalmistuksessa

Jotta toimitusjaksoja voidaan lyhentää, 73 prosenttia sopimusvalmistajista vaatii nyt koneita, joiden kapasiteetti on yli 150 000 CPH, koska niiden toimitusta edellytetään samana päivänä. Tätä kehitystä tukevat innovaatiot, kuten servoohjatut syöttölaitteet ja modulaariset rautatiojärjestelmät, jotka lyhentävät vaihtovaikoja 40 prosentilla verrattuna vanhaan laitteeseen.

Tarkkuus ja komponenttien käsittely: Tarkkuus, toistettavuus ja hieno äänenvoima

Asennustarkkuus ja sen vaikutus pienikokoisiin ja tiheäpihdialueisiin komponentteihin

Nykyään modernit piirilevyt sisältävät lukuisia hyvin pieniä komponentteja, kuten mikro-BGAt ja QFN:t, joiden asennuksessa tarvitaan erittäin tarkkaa sijoitusta, yleensä parempaa kuin ±0,025 mm. IPC:n vuonna 2023 julkaisemien tutkimusten mukaan on olemassa selkeä yhteys osien sijoitustarkkuuden ja tuotannon lopputuloksen välillä. Kun valmistajat saavuttavat asennustarkkuuden 0,02 mm tai sitä paremman, ensimmäisen läpivientikierroksen tuottavuus nousee noin 99,2 prosenttiin. Jos taas tiheässä paketoinnissa saavutettava tarkkuus on vain 0,05 mm, tuottavuus laskee vain 87,4 prosenttiin. Uusimmat visiojärjestelmät ovat myös tehneet merkittäviä parannuksia. Monet tarjoavat nykyisin resoluution jopa 15 mikrometriä pikseliä kohti, sekä älykkäitä lämpötilakompensaatio-ominaisuuksia, jotka automaattisesti säätävät piirilevyn laajenemista reflow-hitsauksen aikana.

Toistettavuusstandardit johtavien SMT:n kokoamiskoneiden merkkien kesken

Vakioitu laatu riippuu ratkaisevasti tuotantoprosessien toistettavuudesta. Huippuluokan laitteet saavuttavat noin 99,8 %:n toistettavuuden 10 000 komponentin asennuksen yli, mikä on parempi kuin useimpien peruslaitteiden noin 98,1 %. Otetaan esimerkiksi Jukin RX-7 -sarja, joka pysyy plus- tai miinus 12 mikrometrin tarkkuusrajassa (3 sigma), melko vaikuttavaa. Samalla Hanwha HM600 hallitsee plus- tai miinus 15 mikrometrin tarkkuuden huolimatta ajosta uskomattomalla 84 000 komponenttia tunnissa. Viimeisten NPI:n vuoden 2024 tietojen mukaan lähes kaksi kolmesta valmistajasta arvostaa enemmän ISO 9283 -standardien noudattamista toistettavan suorituskyvyn osalta kuin maksiminopeuksien tavoittelua valmistettaessa kriittisiä osia esimerkiksi lentokonesysteemeihin tai lääketieteellisiin laitteisiin, joissa luotettavuus on tärkeintä.

Hyvin pienten komponenttien käsittely: 0402, 0201 ja 01005 -haasteet

Näiden pienten passiivikomponenttien, kooltaan 0402-komponenteista, jotka mitoittavat noin 0,4 x 0,2 millimetriä, alaspäin miniatyyrisiin 01005-kokoihin, noin 0,25 x 0,125 mm, työskentely vaatii todellakin erityistyökaluja. Täällä käytettävien suuttimien on oltava erittäin pieniä, tyypillisesti alle 0,1 mm halkaisijaltaan, ja niissä on oltava jokin värähtelyn hallintajärjestelmä, jotta asennusvoima pysyy noin 0,3 newtonin maksimissaan. Valmistajat kohtaavat todellisia haasteita käsitellessään näitä mikroskooppisia osia. Siksi moderniin laitteistoon kuuluu edistyneitä 3D-tarkastusjärjestelmiä, jotka tarkistavat komponentit useasta kulmasta, erityisen tärkeää kaikille alle 0,15 mm korkeille komponenteille, joissa haudankivi-ilmiö muodostuu vakavaksi ongelmaksi. Viimeaikaisen iNEMI:n vuoden 2024 raportissa julkaistun mukaan yritykset, jotka ovat ottaneet käyttöön hybridipaine- ja sähköstaattisen suutinteknologian, ovat nähneet huomattavan laskun komponenttien virheasennuksissa, vähentäen niitä lähes 41 % kokonaisuudessaan.

Teollisuuden paradoksi: Nopeuden ja tarkkuuden välisen kompromissin haasteet nykyaikaisissa SMT-järjestelmissä

Sopimustuottajat painostavat näitä päiviä entistä nopeampia tuotantonopeuksia. Noin 70 % haluaa saavuttaa yli 50 000 komponenttia tunnissa (CPH), mutta siinä on kuitenkin haittapuolensa. Viimeisimmän vuoden 2023 SMT-teollisuustutkimuksen mukaan, kun tehtaat yrittävät ylittää 30 000 CPH:n rajan hyvin pienillä 0201-komponenteilla, viallisuudet alkavat kasvaa nopeasti. Olemme nähneet tarkkuusongelmiin liittyvien takuukorvausten nousseen noin 37 %, kun koneita käytetään niiden nimellistehoja suuremmilla nopeuksilla. Hyvä uutinen on, että uudempi laitteisto muuttaa pelikenttää niin sanotulla adaptiivisella liikkeenohjauksella. Näissä edistyneissä järjestelmissä asennuspäät hidastuvat mikroskooppisten komponenttien kohdalla ja kiihdyttävät sitten takaisin täyteen nopeuteen suurempia osia varten. Se on kuin älykäs assistentti, joka tietää täsmälleen, milloin on oltava varovainen ja milloin voidaan rentoutua ilman laadun heikkenemistä.

Kokonaisomistuskustannukset ja johtavat SMT:n komponenttinippaus- ja asennuskoneiden merkit

Arvioi SMT-nouda-ja-laita-koneet edellyttää omistuksen kokonaiskustannusmallin (TCO) käyttöä, koska käyttökustannukset ylittävät tyypillisesti alkuhankintakustannukset 60–70 %:lla kymmenen vuoden aikana. Automaatioasiantuntijat korostavat, että pitkän aikavälin arvo perustuu enemmän kuin hankintahintaan – huolto, energiankulutus, käyttökate ja tuki ovat ratkaisevia tekijöitä.

Parhaat valmistajat erottuvat omistaan erityisistä syöttöjärjestelmistään, jotka vähentävät syöttövirheitä noin 35 % verrattuna hyllytuotteisiin tuoreen vuoden 2024 tuotanto­tehokkuus­tutkimuksen mukaan. Mielenkiintoista on, kuinka paikallinen tuki vaikuttaa myös koneiden käytettävyyteen. Yritykset, jotka tarjoavat vuorokauden ympäri jatkuvaa teknistä tukea kehittyneillä alueilla, säästävät usein rahaa pitkällä aikavälillä, vaikka alkuperäiset kustannukset ovat korkeammat. Uusilla markkinoilla tilanne on kuitenkin vaikeampi: huono palvelu johtaa pidempiin seisokkeihin ja varaosien odotusaikoihin, mikä lopulta kasvattaa kokonaisomistuskustannuksia.

Sijoituksen tulevaisuudensuojaaminen: Joustavuus, skaalautuvuus ja toiminnallinen tehokkuus

Modulaarinen rakenne ja ohjelmiston päivitettävyys SMT:n komponenttinostimissa

Uusimmat pintaliitoskomponenttitekniikan järjestelmät tulevat modulaarisilla suunnitelmilla, jotka auttavat niitä kestämään kauemmin ja pysymään mukana muutoksissa, jotka saattavat tulla vastaan. Näissä järjestelmissä on vaihdettavia osia, kuten näkölaitteita ja syöttökokoonpanoja, sekä säännöllisiä ohjelmistopäivityksiä, jotka tuovat mukaan tekoälyllä toimivia älykkäitä optimointityökaluja. Tuloksena yritykset voivat päivittää järjestelmiään osa kerrallaan sen sijaan, että ne ostaisivat aina uutta laitteistoa, kun vanha muuttuu vanhentuneeksi. Vuonna 2024 julkaistun alan raportin mukaan yritykset, jotka säästävät rahaa näillä osittaisilla päivityksillä, saavat kustannuksia alennettua 35–lähes 50 prosenttia tavallisesta menostaan. Tämä on ymmärrettävää, ottaen huomioon, kuinka nopeasti tuotteet muuttuvat elektronisten valmistustekniikoiden alalla nykyään. Tehtaiden tarvitsevat koneita, jotka voivat nopeasti sopeutua, kun tekniset vaatimukset muuttuvat yhdessä yössä.

Sopeutuminen uusiin komponenttipaketteihin ja piirilevyjen asetteluihin

Parhaat koneet tukevat kehittyviä teknologioita ja käsittelevät kaikkea perintöön kuuluvia läpivientiosia aina 01005-piireihin saakka. Tulevaisuuden valmiutta mahdollistavat keskeiset ominaisuudet sisältävät:

• Dynaamiset suutinvaihtimet : Vaihtaa automaattisesti yli 10 erilaista suutintyyppiä kohderyhmää kohden
• Näköjärjestelmän päivitykset : Saavuttaa 15 μm:n tarkkuus, joka vaaditaan µBGA-asennuksiin
• Ohjelmoitavat syöttörungot : Sopii epästandardeihin nauhaleveyksiin ja mukautettuihin keloihin

Helppo käyttö, koulutus ja seisokkiajan vähentämisen strategiat

Käyttäjäystävälliset graafiset käyttöliittymät vähentävät käyttäjän koulutusaikaa jopa 70 %:lla, kun taas pilvipohjainen virheloki mahdollistaa etädiagnostiikan. Standardoitua konealustaa käyttävät laitokset raportoivat 22 % nopeammasta henkilöstön ristiinkoulutuksesta ja 40 % vähemmän vaihtovirheitä (IPC 2023 -vertailuluvut), mikä parantaa sekä reagointikykyä että luotettavuutta.

Ennakoiva huolto ja käytettävyyden optimointi: Tietoa alan tiedoista

IoT:näkyvät anturit edistyneissä SMT-koneissa havaitsevat varhaiset kulumisen merkit – ennustavat laakeriviat 200–400 tuntia etukäteen – ja vähentävät odottamattomia seisokkeja 90 %. Yli 120 valmistajan tiedot osoittavat, että tekoälyohjattu huoltosuunnittelu saavuttaa keskimäärin 94,7 % käytettävyyden, mikä on merkittävästi parempi kuin reagointipohjaiset mallit, joiden keskimääräinen käytettävyys on vain 86,2 %.

UKK

Mitkä ovat eri tyypit SMT:n poiminta- ja asennuskoneita?

SMT:n poiminta- ja asennuskoneet luokitellaan manuaalisiksi, puoliautomaattisiksi ja täysautomaattisiksi. Ne vaihtelevat automaation tasojen ja asennusnopeuden perusteella ja vastaavat erilaisiin tuotantotarpeisiin.

Kuinka voidaan määrittää oikea koneensyöte tuotantovaatimuksiin?

Valitun koneen tulisi vastata tuotantonopeutta ja komponenttien monimutkaisuutta. Manuaaliset tai puoliautomaattiset järjestelmät sopivat tiloille, joiden tuotanto on alle 1 000 levyä kuukaudessa, kun taas täysautomaattiset koneet ovat ihanteellisia yli 10 000 yksikköä kuukaudessa tuottaville.

Mikä vaikutus asennustarkkuudella on tuotantotuloksiin?

Asennustarkkuus on ratkaisevan tärkeää korkean ensimmäisen kierroksen hyväksymistasojen saavuttamiseksi. Tarkat asennukset vähentävät virheiden määrää, erityisesti tiheäpihdillä ja miniatyyrikomponenteilla varustetuissa kokoonpanoissa, mikä johtaa parantuneisiin tuotantotuloksiin.

Miten nykyaikaiset SMT-koneet käsittelevät erittäin pieniä komponentteja?

Nykyaikaiset SMT-koneet käyttävät erikoistuneita suuttimia ja värähtelynohjausjärjestelmiä tehokkaaseen käsittelemiseen erittäin pieniä komponentteja, kuten 0402, 0201 ja 01005. Edistyneet 3D-tarkastusjärjestelmät auttavat rajoittamaan kohdistusongelmia.