SMT helyezőgép vásárlási útmutató: Fontos szempontok befektetés előtt

Megértés Smt pick and place géphez Típusok és gyártási alkalmazás

Kézi vs. Félautomata vs. Teljesen Automata Automatikus SMT Kiválasztó és elhelyező gépek

A felületre szerelt technológiában (SMT) használt pick-and-place gépek három fő kategóriába sorolhatók aszerint, hogy mennyire vannak automatizálva. A kézi modellek óránként legfeljebb körülbelül 500 alkatrészt tudnak kezelni, és a dolgozók közvetlenül helyezik el az alkatrészeket. Ezek ideálisak új prototípusok készítéséhez vagy hibás nyomtatott áramkörök javításához. A félig automatikus modellek óránként 1000 és 5000 alkatrész közötti teljesítményt nyújtanak. Ezek már automatikusan helyezik el az alkatrészeket, de az anyagok betöltését továbbra is embernek kell manuálisan végeznie. Sok kisebb gyártó számára ezek a gépek megfizethető megoldást jelentenek korlátozott sorozatgyártáshoz, ahol különböző termékeket kevernek egymással. A teljesen automatikus modellek maximális teljesítménnyel működnek, 8000 és több mint 150 000 alkatrész óránkénti sebességgel. Ezek a csúcstechnológiás gépek kifinomult látórendszereket és programozható adagolókat használnak, amelyek rendkívül gyors és pontos összeszerelést tesznek lehetővé, ezért nagyüzemi gyártásban a nagyobb gyárak ezekre támaszkodnak. A 2023-as IPC-jelentés szerint még nagy terhelés alatt is ezek az előrehaladott rendszerek átlagosan körülbelül 99,2 százalékos pontossággal helyezik el az alkatrészeket.

Géptípus illesztése a gyártási volumenhez és a PCB bonyolultsághoz

A megfelelő gép kiválasztása két fő tényezőtől függ:

1. Termelési mennyiség : Kézi vagy félig automatikus rendszerek ideálisak olyan gyártók számára, amelyek havi 1000-nél kevesebb nyomtatott áramköri lapot állítanak elő; teljesen automatizált vonalak hatékonyabbak havi 10 000 egységet meghaladó mennyiségeknél.
2. Komponens-bonyolultság : Olyan szerelvények, amelyek extrém finom rácstávolságú alkatrészeket tartalmaznak, például 0,3 mm-es rácstávolságú BGAs-t vagy 01005-ös passzív elemeket, általában csak automatizált rendszerekkel elérhető al-15 μm-es helyezési pontosságot igényelnek.

Esettanulmány: A megfelelő automatizálási szint kiválasztása alacsony volumenű, nagy vegyes termeléshez

Egy orvosi berendezéseket gyártó cég közel 40%-kal csökkentette beállítási költségeit, amikor a teljesen automatizált rendszerekről félig automatizált alternatívákra váltott. Havonta körülbelül 120 különböző nyomtatott áramkör-tervet gyártanak, jellemzően egyszerre kevesebb mint 300 egységes tételben. A félig automatikus megközelítés lehetővé tette számukra a szükséges rugalmasságot a kisméretű 0201-es alkatrészekkel való munkavégzéshez, miközben az első átmeneti minőségük továbbra is lenyűgöző 98,7% maradt, az iparági 2024-es referenciák szerint. Ezzel a változtatással évente körülbelül hétvendegynégyezer dollárt takarítottak meg azokon a szerszámköltségeken, amelyek korábban a specializált automatizált termelővonalakhoz kellettek.

A teljesítmény, sebesség és vonalintegráció igényeinek értékelése

Helyezési sebesség és CPH (komponens/óránként) mutatók magyarázata

Az SMT gépek teljesítményét általában CPH-ban, azaz óránként elhelyezett alkatrészben mérik, ami azt mutatja meg, hány alkatrészt tud egy ilyen gép helyesen elhelyezni egy óra alatt. A bejárató berendezések általában körülbelül 8000 alkatrészt helyeznek el óránként, míg a legkiválóbb modellek több mint 250 000 darab fölé mennek. Azonban a gyakorlati értékek nagyban függenek olyan tényezőktől, mint az alkatrészek mérete, a használt fúvókák típusa, illetve a látórendszer sebessége. A termelési sorokhoz hozzáadott számítógépes látás technológia jelentős különbséget eredményezett. A gyártók 30–40 százalékkal magasabb áteresztőképességről számolnak be a technológia bevezetése óta, főleg azért, mert csökkentek az elhelyezési hibák és a hibák miatti várakozási idő. Az Appinventiv tette közzé ezeket az eredményeket 2023-ban, ami megmagyarázza, hogy miért váltanak át ennyi gyár mostanság.

A sorsebesség és a tápegységek kapacitásának, valamint a lemezméretek támogatásának összehangolása

A magas CPH-értékek hatástalanok, ha nincs megfelelő adagolókapacitás és alátámasztás. Egy 2023-as soros hatékonyságvizsgálat szerint a teljesítmény szűk keresztmetszeteinek 58%-a a nem elegendő adagolóhely miatt merül fel, míg a 32% olyan túlméretezett NYÁK-okból ered, amelyek meghaladják a gép kezelési korlátait. Az optimális integrációhoz szükséges:

• Adagolóhelyek : 100 vagy több összetett, vegyes alkatrészekből álló nyomtatott áramkörökhöz
• Alátámasztás : Minimum 500 mm × 450 mm autóipari minőségű panelekhez
• Sebességkalibrálás : Szinkronizáció a szállítószalag indexelése és a helyezőfej mozgása között

Trendanalízis: Növekvő igény a nagysebességű helyezésre a szerződéses gyártásban

A csökkenő szállítási határidők kielégítése érdekében a szerződéses gyártók 73%-a jelenleg olyan gépeket követel meg, amelyek több mint 150 000 CPH teljesítményre képesek, elsősorban az aznapi átfutás iránti igény hajtja ezt. Ezt a tendenciát támogatják olyan újdonságok, mint a szervomeghajtású adagolók és moduláris sínrendszerek, amelyek 40%-kal rövidítik le az átállási időt a régi típusú berendezésekhez képest.

Pontosság és alkatrészkezelés: Pontosság, ismétlődési pontosság és finom pitchezési képességek

Elhelyezési pontosság és hatása a finom-rácsú és mini alkatrészekre

Manapság a modern nyomtatott áramkörök apró alkatrészekkel, például mikro BGAs és QFN-ekkel vannak tele, amelyek rendkívül pontos elhelyezést igényelnek, általában jobbat, mint plusz-mínusz 0,025 mm. Az IPC 2023-ban közzétett kutatása szerint valójában egyértelmű összefüggés van az alkatrészek elhelyezési pontossága és a gyártás során elért eredmények között. Amikor a gyártók az elhelyezési pontosságot 0,02 mm vagy annál kisebb értéken tartják, az első átmeneti késztermék-hozamuk körülbelül 99,2%-ra emelkedik. De ha csak 0,05 mm-es pontosságot tudnak elérni ezeken a sűrűn beépített területeken, a hozam csupán 87,4%-ra esik. A legújabb generációs képfeldolgozó rendszerek is komoly fejlődést mutatnak. Számos rendszer ma már 15 mikron/pixel felbontást kínál, valamint intelligens hőmérséklet-kiegyenlítő funkciókkal rendelkezik, amelyek automatikusan korrigálják a nyomtatott áramkörök kiterjedését a reflow forrasztási folyamatok során.

Ismételhetőségi szabványok a vezető SMT pick-and-place gépek márkáinál

A folyamatos minőség nagymértékben az ismételhetőségtől függ a gyártási folyamatok során. A kiváló minőségű berendezések körülbelül 99,8%-os ismételhetőséget érnek el 10 ezer alkatrész elhelyezése során, ami messze felülmúlja az alapmodellek körülbelül 98,1%-os teljesítményét. Vegyük például a Juki RX-7 sorozatát, amely ±12 mikron tűrésen belül marad (3 szigma), elég lenyűgöző eredmény. Eközben a Hanwha HM600 modellje ±15 mikron pontosságot ér el, annak ellenére, hogy elképesztő, óránkénti 84 ezer alkatrész elhelyezési sebességgel működik. A 2024-es NPI legfrissebb adatai szerint a gyártók közel kétharmada inkább az ISO 9283 szabványnak megfelelő ismételhető teljesítmény teljesítésére törekszik, mint a maximális sebesség elérésére olyan kritikus alkatrészek gyártása során, mint például repülőgépi rendszerek vagy orvosi eszközök, ahol a megbízhatóság a legfontosabb.

Nagyon kisméretű alkatrészek kezelése: 0402, 0201 és 01005 kihívások

Az olyan apró passzív alkatrészekkel való munkavégzés, amelyek mérete 0402-es alkatrészeknél körülbelül 0,4 × 0,2 millimétertől egészen az aprócska 01005-ös méretű, mintegy 0,25 × 0,125 mm-es elemekig terjed, valóban speciális eszközöket igényel. A használt fúvókáknak rendkívül kicsiknek kell lenniük, általában kevesebb, mint 0,1 mm átmérőjűeknek, és szükség van valamilyen rezgésvezérlő rendszerre is, hogy a helyezési erőt legfeljebb 0,3 newton körül tartsák. A gyártók komoly kihívásokkal néznek szembe, amikor ezekkel a mikroszkopikus alkatrészekkel dolgoznak. Ezért a modern berendezések fejlett 3D ellenőrző rendszerekkel vannak felszerelve, amelyek több szögből is ellenőrzik az alkatrészeket, különösen fontos ez minden olyan esetben, amikor az alkatrész magassága 0,15 mm-nél kisebb, hiszen ekkor a „sírkőhatás” (tombstoning) komoly problémává válik. Az iNEMI 2024-es jelentésében közzétett legfrissebb eredmények szerint azok a vállalatok, amelyek hibrid vákuumos és elektrosztatikus fúvókatechnológiát vezettek be, jelentős csökkenést értek el az alkatrészek helytelen pozícionálásának problémáiban, összességében majdnem 41%-os visszaesést tapasztaltak.

Ipari paradox: A magas sebesség és a magas pontosság közötti kompromisszumok a modern SMT rendszerekben

A szerződéses gyártók napjainkban igazán nyomják a gyorsabb termelési sebességeket. Körülbelül 70% szeretne óránként 50 000 fölötti alkatrész (CPH) feldolgozási sebességet elérni, de van egy buktató. Az 2023-as legfrissebb SMT iparági felmérés szerint, amikor a gyárak megpróbálnak 30 000 CPH feletti sebességre váltani a mikroszkopikus méretű 0201-es alkatrészekkel, a hibák száma gyorsan emelkedni kezd. Tapasztaltuk, hogy a pontossággal kapcsolatos garanciális igények körülbelül 37%-kal nőnek, amint a gépek túllépik a megengedett teljesítményszintet. Azonban az újabb berendezések megváltoztatják a játékot az úgynevezett adaptív mozgásirányítással. Ezek az avanzsált rendszerek ténylegesen lelassítják a helyezőfejeket a mikroszkopikus alkatrészek feldolgozása során, majd visszagyorsulnak maximális sebességre a nagyobb alkatrészeknél. Olyan, mintha lenne egy okos asszisztens, aki pontosan tudja, mikor kell óvatosnak lennie, és mikor engedhet egy kicsit a tempón anélkül, hogy minőségbeli kompromisszumot követne el.

Teljes tulajdonlási költség és vezető SMT pick-and-place gépgyártók

Értékel SMT Pick and Place Gépek a teljes tulajdoni költség (TCO) megközelítést igényli, mivel a működési költségek általában 60–70%-kal meghaladják a kezdeti beszerzési költségeket egy évtized alatt. Az automatizálási szakértők hangsúlyozzák, hogy a hosszú távú érték többtől függ, mint a beszerzési ár – karbantartás, energiafogyasztás, leállások és támogatás döntő szerepet játszanak.

A legjobb gyártók saját, különleges adagolórendszereikkel emelkednek ki, amelyek a 2024-es termelési hatékonysági tanulmány szerint körülbelül 35%-kal csökkentik az adagolási hibákat az általánosan elérhető megoldásokhoz képest. Érdekes, hogy a helyi támogatás milyen nagy különbséget jelent a gépek üzemidejében is. A vállalatok, amelyek fejlett területeken folyamatos technikai segítséget nyújtanak, hosszú távon pénzt takarítanak meg, annak ellenére, hogy kezdetben magasabb költségekkel jár. Új piacokon azonban problémák merülhetnek fel, ahol a gyenge szervizellátás hosszabb leállásokhoz és tartozékok pótalkatrészekre várakozási időhöz vezet, végül növelve a teljes tulajdonlási költségeket.

Befektetése jövőbiztossá tétele: rugalmasság, skálázhatóság és működési hatékonyság

Moduláris kialakítás és szoftverfrissíthetőség az SMT pick-and-place gépekben

A legújabb felületre szerelt technológiájú rendszerek moduláris kialakítással kerülnek forgalomba, amely hozzájárul élettartamuk meghosszabbodásához, miközben lépést tudnak tartani a jövőben esetlegesen felmerülő változásokkal. Ezek a rendszerek cserélhető alkatrészekkel, például látóegységekkel és tápláló egységekkel rendelkeznek, továbbá rendszeres szoftverfrissítésekkel, amelyek olyan okos optimalizáló eszközöket is biztosítanak, amelyek mesterséges intelligencián alapulnak. Ennek eredményeként a vállalatok fokozatosan, elemenként tudják fejleszteni berendezéseiket, anélkül hogy minden alkalommal teljesen új felszerelést kellene vásárolniuk, amikor valami elavulttá válik. Egy 2024-ben közzétett iparági jelentés szerint azok a vállalkozások, amelyek pénzt takarítottak meg ezekkel a részleges frissítésekkel, költségeik 35%-a és majdnem a fele közötti csökkenést értek el. Ez igazán érthető, figyelembe véve, milyen gyorsan változnak napjainkban az elektronikai gyártásban a termékek. A gyáraknak olyan gépekre van szükségük, amelyek gyorsan alkalmazkodhatnak, ha az előírások egyik napról a másikra megváltoznak.

Új komponenscsomagokhoz és NYÁK-elrendezésekhez való alkalmazkodás

A felső kategóriás gépek támogatják a fejlődő technológiákat, és mindenféle régi típusú furatos alkatrésztől egészen az 01005-ös chipekig mindent kezelnek. A jövőképes működést lehetővé tevő kulcsfontosságú funkciók közé tartoznak:

• Dinamikus fúvókacsere-rendszerek : Automatikusan vált 10+ fúvókatípus között panelenként
• Látórendszer-frissítések : Eléri a µBGA elhelyezésekhez szükséges 15 μm-es pontosságot
• Programozható adagolótartó állványok : Nem szabványos szalagméreteket és egyéni orsókat is befogad

Könnyű kezelhetőség, képzés és leállási idő csökkentési stratégiák

A felhasználóbarát grafikus felületek akár 70%-kal csökkentik az operátorok képzési idejét, miközben a felhőalapú hibalogzás lehetővé teszi a távdiagnosztikát. Azok a gyártók, amelyek szabványos gépplatformokat használnak, 22%-kal gyorsabb alkalmazott átképzést és 40%-kal kevesebb átállási hibát jelentenek (IPC 2023-as referenciák), így növelve a reakciókészséget és a megbízhatóságot.

Prediktív karbantartás és kihasználtság optimalizálása: Ipari adatokból származó betekintés

Az IoT-képes szenzorok az előrehaladott SMT gépekben korai kopásjeleket észlelnek – 200–400 órával a csapágyhibák bekövetkezte előtt – és 90%-kal csökkentik a tervezetlen leállásokat. Több mint 120 gyártó adatai azt mutatják, hogy az AI-vezérelt karbantartási ütemezés átlagosan 94,7%-os rendelkezésre állást ér el, jelentősen felülmúlva a reaktív modelleket, amelyek átlagosan csak 86,2%-ot érnek el.

GYIK

Mik az SMT pick-and-place gépek különböző típusai?

Az SMT pick-and-place gépeket manuális, félig automatikus és teljesen automatikus típusokra osztják. Ezek az automatizáltsági szinttől és a helyezési sebességtől függően különböznek, így különböző termelési igényeket szolgálnak ki.

Hogyan lehet meghatározni a megfelelő géptípust a termelési igényekhez?

A kiválasztott gépnek illeszkednie kell a termelési mennyiséghez és az alkatrészek bonyolultságához. A manuális vagy félig automatikus rendszerek akkor ideálisak, ha a havi termelés 1000 nyomtatott áramkör alatti, míg a teljesen automatikus gépek havi 10 000 egységet meghaladó termeléshez ajánlottak.

Milyen hatással van a helyezési pontosság a gyártási eredményekre?

A helyezési pontosság elengedhetetlen a magas első átmeneti kijutási arány eléréséhez. A pontos helyezések minimalizálják a hibákat, különösen a finom-rácsú és miniatűr alkatrészekből álló szerelvények esetében, ami javult gyártási eredményekhez vezet.

Hogyan kezelik a modern SMT gépek az extrém kis alkatrészeket?

A modern SMT gépek speciális fúvókákat és rezgésirányító rendszereket használnak az ultra kis méretű alkatrészek, mint például az 0402, 0201 és 01005 típusok hatékony kezelésére. A fejlett 3D ellenőrző rendszerek segítenek az igazítási problémák csökkentésében.