SMT montavimo ir padėjimo mašinos pirkimo gidas: ką reikia apsvarstyti prieš investuojant

Suprantama Smt pick and place mašiną Tipai ir tinkamumas gamybai

Rankinis, pusiau automatinis ir visiškai automatinis Automatiniai SMT „pick and place“ mašinos

Paviršiaus montavimo technologijoje naudojami komponentų kėlimo ir dedimo automatai skirstomi į tris pagrindines kategorijas, priklausomai nuo jų automatizacijos lygio. Rankiniai modeliai per valandą gali apdoroti iki maždaug 500 komponentų, o detales žmonės deda patys. Jie puikiai tinka tuomet, kai reikia sukurti naujo produkto prototipą arba remontuoti sugedusias plokštes. Yra dar pusiau automatiniai modeliai, kurie per valandą apdoroja nuo 1 000 iki 5 000 komponentų. Jie automatiškai deda dalis, tačiau medžiagų įkrovimui vis tiek reikia žmogaus pagalbos. Daugelis mažesnių gamintojų šiuos įrenginius laiko pakankamai nebrangiais ribotoms gamybos serijoms, kai kartu gaminami skirtingi produktai. Visiškai automatiniai variantai pasiekia didelius greičius – nuo 8 000 iki daugiau nei 150 000 komponentų per valandą. Šie aukščiausios kokybės įrenginiai naudoja sudėtingas vaizdo sistemas ir programuojamus maitinimo mechanizmus, kad surinktų viską itin greitai ir tiksliai, todėl didelės gamyklos juos naudoja masinei gamybai. Pagal 2023 m. IPC ataskaitą net esant didelėms apkrovoms šios pažangios sistemos kiekvieną kartą teisingai sumontuoja apie 99,2 procentų komponentų.

Atitinkamo mašinos tipo parinkimas pagal gamybos apimtį ir PCB sudėtingumą

Teisingos mašinos pasirinkimas priklauso nuo dviejų pagrindinių veiksnių:

1. Gaminių kiekis : Rankinės ar pusiautomatinės sistemos yra idealus variantas įmonėms, gaminančioms mažiau nei 1 000 plokščių per mėnesį; visiškai automatinės linijos tampa efektyvios, kai mėnesinis kiekis viršija 10 000 vienetų.
2. Komponentų sudėtingumas : Montažai su labai mažais atstumais tarp kontaktų, tokie kaip 0,3 mm žingsnio BGAs arba 01005 dydžio neaktyvieji komponentai, reikalauja tikslumo mažesnio nei 15 μm, kuris paprastai pasiekiamas tik naudojant automatines sistemas.

Atvejo analizė: tinkamo automatizacijos lygio pasirinkimas mažo apimties, didelio mišinio gamybai

Viena medicinos prietaisų įmonė sumažino paruošimo išlaidas beveik 40 %, pereidama nuo visiškai automatinės gamybos sistemų prie pusiau automatinės alternatyvos. Jie kas mėnesį gamina apie 120 skirtingų spausdintinių grandinių schemų, dažniausiai apdorodami partijas po mažiau nei 300 vienetų. Pusiau automatinis metodas suteikė jiems būtiną lankstumą dirbant su mažais 0201 komponentais, tuo pačiu išlaikant pirmojo bandymo kokybės rodiklį įspūdingame 98,7 % lygyje, remiantis 2024 metų pramonės etalonais. Tokiu būdu keisdami sistemą, jie kasmet sutaupo apie septyni šimtai keturiasdešimt tūkstančių dolerių įrankių sąnaudose, kurios anksčiau buvo reikalingos specializuotoms automatinėms gamybos linijoms.

Pratekėjimo, greičio ir linijos integravimo reikalavimų vertinimas

Montavimo greitis ir CPH (komponentų per valandą) rodikliai – paaiškinimas

SMT įrenginių našumas daugiausiai matuojamas CPH arba komponentais per valandą, kas esmėje rodo, kiek detalių šie įrenginiai gali tiksliai sumontuoti per vieną valandą. Įrangos pradinio lygio modeliai paprastai apdoroja apie 8 000 komponentų per valandą, o aukščiausios kokybės modeliai siekia daugiau nei 250 000. Tačiau realūs skaičiai labai priklauso nuo tokių veiksnių kaip komponentų dydžiai, kokios galvutės naudojamos ir koks yra vaizdo sistemos greitis. Tačiau kompiuterinio matymo technologijos diegimas gamybos linijose padarė didelį poveikį. Gamytojai nurodo, kad naudodami šią technologiją padidino savo našumą nuo 30 iki 40 procentų, daugiausia todėl, kad montavimo klaidos sumažėjo, o gedimų atvejais mažiau laukimo laiko. Šiuos duomenis 2023 m. paskelbė „Appinventiv“, kas paaiškina, kodėl dabar tiek daug gamyklų keičia savo įrangą.

Linijos greičio suderinimas su maitinimo blokų talpa ir plokščių dydžio palaikymu

Didelės CPH reikšmės yra neveiksmingos be atitinkamos maitinimo įrenginių talpos ir plokštės palaikymo. Pagal 2023 metų linijų efektyvumo tyrimą, 58 % pralaidumo susiaurėjimų kyla dėl nepakankamo maitinimo įrenginių skaičiaus, o 32 % – dėl per didelių PCB, kurie viršija aparatūros tvarkymo ribas. Optimali integracija reikalauja:

• Maitinimo įrenginių lizdai : daugiau nei 100 sudėtingoms, mišriais komponentais užpildytoms plokštėms
• Plokštės palaikymas : mažiausiai 500 mm × 450 mm automobilių klasės skydams
• Greičio kalibravimas : sinchronizacija tarp konvejerio žingsniavimo ir montavimo galvos judėjimo

Tendencijų analizė: augantis poreikis didelio greičio montavimui sutartiniame gamybos sektoriuje

Siekdami sumažinti pristatymo laikotarpius, šiuo metu 73 % sutarčių gamintojų reikalauja įrenginių, gebančių dirbti greičiu daugiau nei 150 000 CPH, kas lemiamai padidina poreikį tą pačią dieną atlikti užsakymus. Šią tendenciją stiprina inovacijos, tokios kaip servovaldžiai maitinimo įrenginiai ir modulinės bėgės, kurios palyginti su senesne įranga sutrumpina persitvarkymo laiką 40 %.

Tikslumas ir komponentų tvarkymas: tikslumas, pakartojamumas ir smulkių kontaktų gebėjimai

Montavimo tikslumas ir jo poveikis mažo žingsnio bei miniatiūriniams komponentams

Šiuolaikinėse spausdintinės plokštės dengiamos mažybiniais komponentais, tokiomis kaip mikro BGAs ir QFNs, kuriems reikia itin tikslaus montavimo – paprastai tikslumo geriau nei ±0,025 mm. Pagal 2023 m. IPC paskelbtą tyrimą, tarp detalių montavimo tikslumo ir gautų gamybos rezultatų yra aiškus ryšys. Kai gamintojai pasiekia montavimo tikslumą 0,02 mm arba mažesnį, jų pirmojo bandymo išeiga siekia apie 99,2 %. Tačiau jei tankiai supakuotose vietose pavyksta pasiekti tik 0,05 mm tikslumą, išeiga nukrenta iki vos 87,4 %. Naujausios kartos vaizdo sistemos taip pat pasiekė didelių patobulinimų: daugelis dabar siūlo skiriamąją gebą iki 15 mikronų vienam pikseliui bei protingas šiluminės kompensacijos funkcijas, kurios automatiškai koreguoja plokštės išsiplėtimą, atsirandantį lydant lituojant per reflow procesus.

Pakartojamumo standartai pagrindinių SMT komponentų montavimo automobilių markėse

Nuolatinė kokybė labai priklauso nuo pakartojamumo gamybos procesuose. Aukštos kokybės įranga gali pasiekti apie 99,8 % pakartojamumą per 10 tūkstančių komponentų sumontavimų, kas pranašesnis už daugumos paprastųjų mašinų rezultatą – apie 98,1 %. Paimkime, pavyzdžiui, Juki RX-7 seriją, kuri išlaiko nuokrypį ±12 mikronų ribose (3 sigma), gana įspūdingas rodiklis. Tuo tarpu Hanwha HM600 pasiekia tikslumą ±15 mikronų, nors veikia stulbinančiu 84 tūkstančių komponentų per valandą greičiu. Pagal 2024 m. NPI paskelbtus duomenis, beveik dvi trečiosios gamintojų rūpinasi atitikti ISO 9283 standartus dėl pakartojamo našumo labiau nei siekia maksimalaus greičio gamindami kritiškai svarbius komponentus, tokius kaip aviacijos sistemoms ar medicinos prietaisams, kur patikimumas yra svarbiausias.

Ultra mažų komponentų tvarkymas: 0402, 0201 ir 01005 iššūkiai

Dirbant su mažais pasyviais komponentais, kurių matmenys svyruoja nuo apie 0,4–0,2 milimetrų (0402) iki mikroskopiško 01005 dydžio – apie 0,25–0,125 mm, – tikrai reikia specialių įrankių. Naudojami antgaliai turi būti itin maži, paprastai siauresni nei 0,1 mm, ir turi būti aprūpinti kažkokiu virpesių valdymo mechanizmu, kad montavimo jėga nepakiltų aukščiau 0,3 Niutono. Gamytojai susiduria su tikromis problemomis, tvarkydami šiuos mikroskopiškus elementus. Dėl to šiuolaikinė įranga dažnai aprūpinama pažangiomis 3D apžiūros sistemomis, kurios komponentus tikrina iš kelių kampų – tai ypač svarbu detalėms, kurių aukštis mažesnis nei 0,15 mm, nes tuo atveju „kapotės“ reiškinys tampa rimta problema. Pagal naujausius 2024 m. metų pranešime paskelbtus duomenis, organizacijos iNEMI nustatė, kad įmonės, naudojančios hibridinę vakuumo ir elektrostatinio antgalio technologiją, pastebimai sumažino komponentų netinkamo išdėstymo problemas – visoje apimtyje sumažindamos jas beveik 41 %.

Pramonės paradoksas: greičio ir tikslumo kompromisai šiuolaikinėse SMT sistemose

Šiuo metu sutarties gamintojai labai aktyviai siekia didesnio gamybos greičio. Apie 70 % nori pasiekti daugiau nei 50 000 komponentų per valandą (CPH), tačiau yra viena problema. Pagal 2023 m. paskutinius SMT pramonės tyrimus, kai gamyklos bando dirbti greičiau nei 30 000 CPH su mažais 0201 komponentais, defektai pradeda sparčiai augti. Matavome, kad garantijos reikalavimai, susiję su tikslumo problemomis, padidėja apie 37 %, kai įrenginiai veikia virš jų deklaruotų ribų. Gera naujiena ta, kad naujesni įrenginiai keičia taisykles, naudodami tai, kas vadinama adaptaciniu judėjimo valdymu. Šios pažangios sistemos iš tiesų sulėtina montavimo galvutes, kai dirbama su mikroskopiniais komponentais, o po to vėl greitėja iki maksimalaus greičio didesniems komponentams. Tai tarsi protingas asistentas, kuris tiksliai žino, kada reikia būti atsargiam, o kada galima šiek tiek atsipalaiduoti, nesumažinant kokybės.

Bendrosios nuosavybės sąnaudos ir pirmaujančios SMT komponentų montavimo mašinų markės

Vertinant SMT „pick and place“ mašinos reikia bendros nuosavybės kainos (TCO) požiūrio, nes eksploatacijos išlaidos per dešimtmetį paprastai viršija pradines pirkimo išlaidas 60–70 %. Automatizacijos ekspertai pabrėžia, kad ilgalaikė vertė priklauso ne tik nuo įsigijimo kainos – lemiamą vaidmenį atlieka techninė priežiūra, energijos suvartojimas, prastovos ir palaikymas.

Kraštutinės reikšmės gamintojai išsiskiria dėl savų specialių maitinimo sistemų, kurios pagal 2024 m. efektyvumo tyrimą sumažina maitinimo klaidas apie 35 %, palyginti su standartinėmis parinktimis. Įdomu tai, kaip vietinė parama taip pat labai padeda didinti mašinų veikimo laiką. Įmonės, siūlančios techninę pagalbą visą parą plėtotose srityse, ilgainiui sutaupo lėšų, net jei pradžioje ir sumoka daugiau. Tačiau sudėtinga tampa naujose rinkose, kur prasta aptarnavimo kokybė lemia ilgesnes sustojimo trukmes ir laukimą atsarginių dalių, galiausiai padidinant bendrą savininkystės kainą.

Investicijų apsauga ateityje: lankstumas, mastelio keitimo galimybė ir operacinis efektyvumas

Modulinis konstrukcijos sprendimas ir programinės įrangos atnaujinamumas SMT montavimo automatuose

Naujausios paviršiaus montavimo technologijos sistemos yra aprūpintos moduliniais dizainais, kurie padeda jiems tarnauti ilgiau ir prisitaikyti prie bet kokių ateinančių pokyčių. Šios sistemos turi keičiamas dalis, tokias kaip vaizdo vienetai ir maitinimo blokai, taip pat reguliariai atnaujinamas programinę įrangą, kuri prideda dirbtinio intelekto valdomas protingo optimizavimo priemones. Rezultatas? Įmonės gali atnaujinti sistemą palaipsniui, o ne kiekvieną kartą, kai kas nors pasens, pirkti visiškai naują įrangą. Pagal 2024 metais praneštą pramonės ataskaitą, įmonės, taupiusios lėšas dėl dalinių atnaujinimų, sumažino išlaidas nuo 35 % iki beveik pusės savo įprastų sąnaudų. Tai visiškai suprantama, atsižvelgiant į tai, kaip greitai šiuolaikinėje elektronikos gamyboje keičiasi produktai. Gamyklos reikalauja įrenginių, kurie gebėtų greitai prisitaikyti, kai specifikacijos per naktį pasikeičia.

Prisitaikymas prie naujų komponentų korpusų ir spausdintinių jungiklių išdėstymo

Aukščiausios klasės mašinos palaiko besivystančias technologijas, tvarkydamos viską – nuo senos kartos skylutes turinčių detalių iki 01005 mikroschemų. Pagrindinės savybės, užtikrinančios pasiruošimą ateities reikalavimams, yra:

• Dinaminiai antgalio keitikliai : Automatiškai perjungia tarp daugiau nei 10 antgalių tipų vienai plokštei
• Vaizdo sistemos atnaujinimai : Pasiekia 15 μm tikslumą, būtiną µBGA montavimui
• Programuojamos maitinimo lentynos : Pritaikytos nestandartinėms juostų plotims ir nestandartinėms ritėms

Patogumas eksploatacijoje, mokymas ir strategijos, sumažinančios prastovų trukmę

Vartotojui draugiškos grafinės sąsajos sumažina operatorių mokymo laiką iki 70 %, tuo tarpu debesijų klaidų žurnalizavimas leidžia atlikti nuotolinę diagnostiką. Įmonės, naudojančios standartizuotas staklių platformas, pagal IPC 2023 metų rodiklius praneša apie 22 % greitesnį darbuotojų perkvalifikavimą ir 40 % mažiau klaidų keičiant gamybą, dėl ko pagerėja tiek reakcijos greitis, tiek patikimumas.

Prognozuojama techninė priežiūra ir veikimo laiko optimizavimas: pramonės duomenų analizės įžvalgos

Išmanieji jutikliai, integruoti į pažangias SMT mašinas, aptinka ankstyvus dėvėjimosi požymius – išankstinį guolių gedimą numatant 200–400 valandų iki jo įvykio – ir sumažina nenuspėjamą prastovą 90 %. Duomenys iš daugiau nei 120 gamintojų rodo, kad dirbtinio intelekto valdomas techninės priežiūros tvarkaraštis pasiekia 94,7 % vidutinį veikimo laiką, kuris ženkliai pranašesnis už reaktyvius modelius, kurių vidutinis veikimas siekia tik 86,2 %.

DUK

Kokie yra skirtingi SMT komponentų montavimo automato tipai?

SMT komponentų montavimo automatų tipai skirstomi į rankinius, pusiau automatus ir visiškai automatus. Jie skiriasi pagal automatizacijos lygį ir montavimo greitį, atitinkantį skirtingas gamybos poreikius.

Kaip galima nustatyti tinkamiausią automato tipą savo gamybos reikalavimams?

Pasirinktas automatas turėtų atitikti gamybos apimtį ir komponentų sudėtingumą. Rankiniai ar pusiau automatiniai sprendimai tinka įmonėms, gaminančioms mažiau nei 1 000 plokščių per mėnesį, o visiškai automatiniai automatų tipai yra idealūs gamybai, viršijančiai 10 000 vienetų per mėnesį.

Kokį poveikį gamybos rezultatams turi montavimo tikslumas?

Montavimo tikslumas yra svarbus siekiant pasiekti aukštą pirmojo bandymo išeigos rodiklį. Tiksli montavimas sumažina defektus, ypač surinkimuose su siaurais tarpais ir mažomis detalėmis, dėl ko pagerėja gamybos rezultatai.

Kaip šiuolaikinės SMT mašinos tvarkosi su itin mažomis detalėmis?

Šiuolaikinės SMT mašinos naudoja specialius antgalius ir vibracijos valdymo sistemas, kad efektyviai tvarkytų itin mažas dalis, tokias kaip 0402, 0201 ir 01005. Pažangūs 3D apžiūros sistemos padeda išvengti lygiavimui būdingų problemų.