SMT異型元件的進(jìn)化

 老格言，“時間就是金錢”，在今天的smt技術(shù)進(jìn)步社會里更是應(yīng)驗(yàn)。特別是在電子工業(yè)，計算機(jī)、磁盤驅(qū)動器和便攜式電腦產(chǎn)品的產(chǎn)品到市場(product-to-market)的周期已經(jīng)從幾年縮短到12個月或更少。更快、更好、和更便宜的產(chǎn)品出現(xiàn)正以一個快速的步伐在進(jìn)化。希望在全球市場上保持競爭力的原設(shè)備制造商(OEM, original equipment manufacturer)和合約電子制造商(CEM, contract electronics manufacturer)必須通過盡可能的自動化來提高產(chǎn)量、品質(zhì)和生產(chǎn)效率。生產(chǎn)線上的手工工藝必須仔細(xì)審查，決定怎樣自動化或優(yōu)化這些工藝。

　　異型元件的現(xiàn)實(shí)與其繼續(xù)存在性

　　 異型裝配(odd-form assembly)是那些效率低的手工工藝，還可以在全球范圍內(nèi)的生產(chǎn)線上找到。它是那些可能具有不尋常形狀的元件貼裝；要求專門的處理；在板上的數(shù)量少；或者有其它的問題不允許它通過精巧的貼裝系統(tǒng)來自動化處理。通常，這些異型元件是手工裝配的。由于多樣化的特性和沒有可調(diào)節(jié)的穩(wěn)定方法，異型裝配通?？紤]是自動化的后難題?？墒牵愋?a href=https://www.xsjjx.net/ target=_blank class=infotextkey>自動化正變成工業(yè)領(lǐng)先者的一個增長的現(xiàn)實(shí)，它們認(rèn)識到這是完整生產(chǎn)線優(yōu)化的一個不必要的路障。

　　 本來就有的異型元件(Odd form by default)

　　 與原來的設(shè)想相反，通孔技術(shù)沒有完全消失。事實(shí)上，表面貼裝元件技術(shù)的進(jìn)步滲透著越來越多的通孔元件和異型元件的使用。隨著昨天的標(biāo)準(zhǔn)元件被諸如倒裝芯片(flip chip)和球柵陣列(BGA, ball grid array)這種更小、更先進(jìn)的包裝所取代，剩下的標(biāo)準(zhǔn)元件就變成異型元件了。例如，雙排包裝(DIP, dual inline package)元件與DIP設(shè)備都曾經(jīng)在PCB裝配中是標(biāo)準(zhǔn)的?？墒?/span>DIP現(xiàn)在由于其在PCB上使用的局限性，是一種常見得異型元件，因此不能購買到只裝這一種元件類型的設(shè)備。

　　 異型以前認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的元件的其它形狀因素已經(jīng)被更小、更快的元件包裝所替代。例子包括連接器、電阻和電容。雖然減少，但這類元件的使用將不會消失，因?yàn)槠淇煽啃?、完整性、成本和?shí)用性，不會要求小型的或先進(jìn)的包裝元件。另外，許多通孔元件比表面貼裝元件更容易購買和交貨時間更短。由于所有這些原因，工業(yè)似乎意識到盡可能地使用通孔元件，把異型當(dāng)作將來裝配工藝的一個完整部分是有良好的商業(yè)意義的。

　　 設(shè)計采用的異型元件(Odd form by design)

　　 異型元件裝配繼續(xù)存在的其它因素是，設(shè)計時考慮采用的異型元件。這些元件通常被看作異型，是由于相當(dāng)于PCB上其它表面貼裝或通孔元件，它們的尺寸大小和特別的處理要求。這些設(shè)計上的異型元件的例子包括變壓器、LED、顯示器、繼電器、頭(header)、SIMM、DIMM、和電源連接器等。這類元件為產(chǎn)品提供的價值是，更先進(jìn)成本更高的包裝價格上無法滿足，以及可達(dá)到更高的耐用性。例如，在成本密集的汽車工業(yè)，電子引擎控制模塊要求經(jīng)受一個難以寬容的環(huán)境。經(jīng)常暴露在極高溫和振動之下，要求以合理的價格采用穩(wěn)固和可靠的裝配技術(shù)。一些類似的例子可從電信、計算機(jī)電子、和消費(fèi)電子中找到。在這些應(yīng)用中，成本和可靠性就是成功與失敗的差別。

　　今天的異型自動化

　　直到現(xiàn)在，本來就有的異型元件使得采用自動化設(shè)備合理性更難，因?yàn)橘N裝/插件的量較少。另外，設(shè)計異型(odd form by design)的問題是沒有足夠靈活的設(shè)備來處理這些高度混合的異型元件。盡管如此，用現(xiàn)有的異型電子裝配技術(shù)，自動化既是合理的，也是可得到的。在大多數(shù)情況下，設(shè)備制造商提供足夠的靈活性，在一個平臺上處理高度混合與高產(chǎn)量的異型元件。使用今天的技術(shù)，異型通孔和表面貼裝元件可以用單一的系統(tǒng)來貼裝，通過提供先進(jìn)的送料、定位、抓取和夾緊技術(shù)(圖一)。

　　 現(xiàn)在的送料(feeding)技術(shù)包括可靠的帶料、管料、盤料和散料供給方法。這種不同的產(chǎn)品混合已經(jīng)使得幾乎所有異型元件的自動化成為可能。每一種送料方法有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，看其應(yīng)用而定，但是都為手工替代提供更可靠、更靈活和更快速的方法。還有，隨著工業(yè)將元件包裝和送料方法標(biāo)準(zhǔn)化，送料技術(shù)將得到改善。

　　 現(xiàn)在的定位(locating)技術(shù)包括三維(3-D)順應(yīng)與視覺。3-D順應(yīng)技術(shù)(3-D compliance technology)允許元件可靠地定位在送料器上，消除了不必要的視覺要求。視覺方案適合于異型、表面貼裝應(yīng)用，更精密間距的引腳和變化的包裝設(shè)計使得要求可靠的定位與貼裝。

　　 現(xiàn)在的抓取(grapping)技術(shù)允許在任何混合與順序中處理幾乎所有的異型通孔和表面貼裝元件，而不需要換工具?，F(xiàn)有的技術(shù)可通過元件身體或引腳來抓取，這是處理DIP時有效的。今天的抓取技術(shù)范圍從精密工具，只處理一些元件類型，到柔性3-D順應(yīng)工具，可處理多的元件類型。周期時間和混合/產(chǎn)量要求通常決定哪種技術(shù)適合于某種應(yīng)用。更精密的工具對較低混合、較高產(chǎn)量的應(yīng)用提供更好的效益，而更柔性的3-D順應(yīng)工具在中等和高混合、中等產(chǎn)量的應(yīng)用中產(chǎn)生更好的效益。

　　 現(xiàn)在的夾緊(clinching)技術(shù)是具靈活性的。高速、可編程、單頂針夾緊技術(shù)允許任何數(shù)量的引腳在任何方向(0~360°)和角度上夾緊。大的引腳(達(dá)到0.062"的鋼引腳)現(xiàn)在可以夾緊，用于決定手工工藝的專用夾緊程式現(xiàn)在可以更可靠更快地用今天的夾緊技術(shù)來處理。

　　 這些異型技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果是，以前用手工離線(off-line)完成的工作可以通過全自動或半自動異型貼裝系統(tǒng)來更有效地在線(in-line)完成。

　　從手工到自動化：理想的異型情況

　　 有一些存在于自動異型裝配過程的應(yīng)用將比手工裝配工藝在生產(chǎn)線上提供更有益的和生產(chǎn)力更高的結(jié)果。一些這種應(yīng)用包括：

• 要求引腳浸錫膏(pin-in-paste)工藝的元件
• 由于尺寸和形狀難以手工處理的元件，如LED、三端雙向可控硅開關(guān)元件(triac)、小型軸向元件和插針頭(pin header)
• 要求用戶剪切與成型的元件，如TO-220
• 帶有密腳的非標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝元件
• 有極性問題的元件
• 要求夾緊(即插件后彎腳)的元件，如頭部較重的元件
• 手工裝配不能保持生產(chǎn)線節(jié)奏速率的較高產(chǎn)量的元件
• 要求夾緊的大引腳元件(圖二)
• 要求專門夾緊程式的元件

　　一旦自動異型設(shè)備已經(jīng)購買，生產(chǎn)線平衡是下一步。通常，異型貼裝系統(tǒng)安裝在生產(chǎn)線靠近尾部 - 在頂面表面貼裝元件系統(tǒng)或?qū)ｉT徑向或軸向插件機(jī)之后，在波峰焊接工序之前。因?yàn)槎鄶?shù)通孔元件只能通過波峰焊接爐而不是回流焊接爐來處理，這種布局幫助把元件混合配合適當(dāng)?shù)暮附庸ば?。直到所有通孔元件可以?jīng)受回流焊接環(huán)境和波峰焊接沒有必要了，這種生產(chǎn)線的布局將繼續(xù)部分地依靠所要求的焊接工藝的供應(yīng)。

　　異型自動化經(jīng)濟(jì)上合算嗎？

　　 全自動裝配系統(tǒng)的投資回報(ROI, return on investment)可以在12~18個月內(nèi)實(shí)現(xiàn)，對類似的、高再用固定設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)是3~5年。半自動方法，具有相當(dāng)少的固定資產(chǎn)費(fèi)用，可能提供甚至更快的回報。

　　 另外，如果考慮到由于手工異型裝配通常所產(chǎn)生的品質(zhì)輸出差而造成的收入損失，那么自動化可能更加合理。如果計算報廢、浪費(fèi)、返工、修理、退回貨品的重檢查、裝運(yùn)和重新包裝、索賠應(yīng)付、更換、和聲譽(yù)的附加成本，那么手工異型裝配可能是成本太高了。


　　 結(jié)論

　　 異型裝配不一定是一個手工的過程。對那些已經(jīng)開始將其生產(chǎn)線上那些保留下來的手工工藝自動化的工廠來說，其結(jié)果更說明投資的合理。一些工業(yè)領(lǐng)先者光在返工一項(xiàng)就得到每年很多的節(jié)省，單線上的缺陷減少75%。有這樣的效益和全自動與半自動兩種裝配系統(tǒng)的存在，將生產(chǎn)線上現(xiàn)存的手工異型工藝自動化，對生意是有好意義的。