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探秘SMT生产线的科学配置

2024-12-20
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SMT 生产线基本构成要素解析

丝印

丝印是 SMT 生产线的道工序,位于生产线的最前端,其所用设备为丝网印刷机。它的主要作用是将焊膏或者贴片胶漏印到 PCB 的焊盘上,为后续元器件的焊接提前做好准备工作。例如,在生产手机主板等电子产品时,首先就要通过丝印这一环节,把相应的焊膏准确地漏印到 PCB 焊盘位置,后续才能更好地进行元器件的贴装等工序。

点胶

点胶这一环节的主要作用是将胶水滴到 PCB 的固定位置上,以此来帮助元器件更好地固定在 PCB 板上。点胶机是执行这一操作的设备,它在 SMT 生产线中的位置比较灵活,通常位于生产线的最前端或者检测设备的后面。比如在一些对元器件固定要求较高的产品生产中,像工业控制板的制造,通过点胶可以确保元器件在后续的生产流程以及使用过程中都能稳固地处在相应位置上。操作时需要注意,要根据不同的元器件以及 PCB 板的特点,精准控制胶水滴注的量和位置,避免胶水过多或过少影响固定效果。

贴装

贴装在 SMT 生产线中起着关键作用,它是将表面贴装元器件准确安装到 PCB 的固定位置上。执行贴装任务的设备是贴片机,其位于生产线中丝印机的后面。贴片机是一种自动化程度很高的设备,集精密机械、电动、气动、光学、计算机、传感技术等为一体,它能够以高速度和高精度自动安装贴片元件,不仅大大缩短了生产周期、提高了生产效率,支持大规模和批量生产,还能减少人力需求、降低人工成本,同时减少组装过程中的错误和损坏,保证产品的质量和可靠性。例如在电脑主板的生产过程中,众多如电阻、电容等贴片元器件,都是通过贴片机快速且精准地安装到相应位置的。

固化

固化环节的作用是将贴片胶融化,从而使表面组装元器件与 PCB 板牢固粘接在一起。完成固化工作的设备是固化炉,它一般放置在贴片机之后。在固化过程中,需要按照相应的工艺要求来设置温度、时间等参数,确保贴片胶能够充分融化并达到良好的粘接效果。像生产一些电子玩具的电路板时,经过贴装后的元器件,通过固化炉的作用,能与 PCB 板牢牢固定,使得产品在后续的使用、运输等过程中,元器件不易脱落,保障产品的稳定性和耐用性。

回流焊接

回流焊接的主要功能是将焊膏融化,进而保证元器件与 PCB 板牢固粘接。这一环节所使用的回流焊炉位于生产线后端位置,它对于焊接质量来说至关重要。回流焊操作方法相对简单,效率高、质量好、一致性也好,并且还能节省焊料,是一种非常适合自动化生产的电子产品装配技术,目前已成为 SMT 电路板组装技术的主流。例如在各类电子产品如家电控制板的生产中,回流焊接能让元器件与 PCB 板之间形成可靠的电气连接,保障产品正常发挥功能。

清洗

清洗环节的主要目的是去除焊接后残留在 PCB 板上的物质,像助焊剂等,这些残留物可能会影响电性能或者对人体有害,保障生产顺利进行。清洗所用到的设备是清洗机,它在生产线中的位置可以在线,也可以不在线,比较灵活。比如一些对产品清洁度要求较高的精密电子产品,如高端手机的电路板生产,清洗环节必不可少,通过清洗机可以将 PCB 板上的残留物彻底清除,避免对后续产品性能产生不良影响。

检测

在 SMT 生产完成后,对产品进行检测是十分必要的,这关乎着产品最终的质量是否能达到出厂要求。常用的检测设备有放大镜、显微镜、自动光学检测仪(AOI)、在线测试仪(ICT)、X-RAY 检测系统、功能测试仪等。这些检测设备可以根据检测的具体需求,被配置在生产线合适的地方。例如自动光学检测仪(AOI)可以快速对 PCB 板上的焊点、元器件贴装位置等进行检测,及时发现虚焊、漏焊、元器件偏移等问题;而 X-RAY 检测系统则能检测到一些隐藏在内部的焊接缺陷,像 BGA 封装元器件焊接是否良好等情况,保障产品质量可靠。

返修

当检测环节发现 PCB 板存在问题时,就需要进行返修操作了。返修的作用就是对有问题的 PCB 板进行返工修理,一般会使用烙铁、返修工作站等工具来完成。返修这一环节在生产线中的配置比较灵活,可以在生产线中的任意位置进行。比如在生产过程中,如果发现某个 PCB 板上有元器件焊接不良的情况,就可以通过返修工作站,利用烙铁等工具对相应的焊接点进行重新焊接等操作,使产品能够符合质量要求,避免浪费,降低生产成本。

SMT 生产线配置需考虑的关键因素

根据产品特性确定规模与设备类型

在配置 SMT 生产线时,首先要依据产品特性来确定生产线的规模以及所需的设备类型。要明确在生产线上加工的电子产品具体情况,像是产品种类有多少、复杂程度如何、产品上的元器件情况,还有年产量总量等。同时,也要结合是建立新生产线,还是对老生产线进行改建、扩建等实际状况来综合考虑。根据这些实际情况确定生产线的规模,进而计算出需要具体的贴片机数量;如果是改建或扩建,要统计可以继续使用的机器,要是近期有扩大生产的规划,生产线还得考虑具备可扩展性。


另外,根据电子产品组装密度,贴装元器件种类、数量等因素来确定设备类型也非常关键。比如,当产品是高密度、存在有多引脚窄间距和尺寸较大的 SMD 器件,又或者有异形元器件时,那就必须选择多功能贴片机。要是一台多功能贴片机完不成贴装任务的话,那么还应配置一台中速贴片机或高速贴片机,以此来满足生产需求,保障生产的顺利进行。

结合工艺流程确定选型方案

产品的工艺流程不同,对于 SMT 生产线设备选型的要求也不一样。如果产品比较简单,采用纯表面组装或单面混装工艺时,可选择一种焊接设备,比如回流焊炉或波峰焊机就可以满足焊接需求。然而,要是产品比较复杂、组装密度较高、又有较多插装元件的双面混装形式,这种情况下采用回流焊和波峰焊两种焊接工艺时,就应当选择回流焊炉和波峰焊机两种焊接设备,以确保各个焊接环节都能达到质量要求。并且,如果产品需要清洗,还得配置清洗设备,去除焊接后残留在 PCB 板上的物质,避免其影响电性能或者对人体有害,保障整个生产过程顺利且生产出的产品质量可靠。

避免设备选择误区

在选择 SMT 生产线设备时,不少人常常会陷入误区,比如经常有客户问哪个系列的贴片机、哪个回流焊系列是更好的,又或者哪个印刷机是更好的。但实际上,不同产品对设备的需求是不一样的,不能一概而论地说德国西门子的设备好,也不能说韩国三星贴片机不好。即便选择了高效的高速贴片机、产能理想又节能的回流焊、印刷精度高且价格不贵的锡膏印刷机等看上去很优质的设备,如果您是企业老板,也需要慎重考虑工程师所要求设备的可行性,以及投资高额设备的可行性、投资成本和回收成本这些因素。而作为工程师,更应该深入了解企业所生产产品的具体需求,尽量为企业选择高性价比的机器,避免盲目追求所谓更好的设备系列,而是要从实际出发,契合产品生产需要。

依据资金条件合理配置

企业自身的资金状况在 SMT 生产线配置中起着重要的影响作用。当资金条件比较紧缺时,应当优先考虑设备的性能价格比。毕竟 SMT 生产线投资较大,如果不考虑资金因素随意配置,可能会给企业带来较大的资金压力。所以,在资金有限的情况下,选择那些性价比高的设备,既能满足生产要求保证产品质量,又能避免不必要的浪费,使得企业在资金合理利用的基础上,让生产线发挥出更大的效益,推动企业的生产运营稳步开展。

SMT 生产线常见配置方案示例

多功能 SMT 生产线配置

对于一些小型企业以及科研院所来说,多功能 SMT 生产线是一种性价比较高的选择。以 DEK248 半自动印刷机、Siemens F5 多功能贴片机、劲拓 GS-800 回流焊炉、熊猫精机传送机构组成的多功能 SMT 生产线为例,来看看它的特点与优势。


DEK248 半自动印刷机属于半自动类型,它不能与其他 SMT 设备自动连接,需要一定的人为干预,例如传送板子等操作,不过其结构简单,价格方面比较便宜,仅相当于全自动机型的 1/10 - 1/5,很适合科研院所使用。


Siemens F5 多功能贴片机在多功能贴片机里颇具代表性,它能够在保持较高贴片速度的情况下,完成各种各样元件的贴装任务,即使生产线只采用这 1 台贴片机,也可应付几乎所有贴片元件,减少了企业在贴片机方面的投资成本,所以深受中小企业、科研院所的青睐。


回流焊炉选用的劲拓 GS-800 属于国产设备,在满足生产需求的同时,有助于压缩开支,并且其性能也能够符合基本的生产要求,和 Siemens F5 多功能贴片机以及其他配套设备共同协作,保障生产线的正常运转。而熊猫精机传送机构则能稳定地完成 PCB 板在各设备之间的传送工作。


这样一条多功能 SMT 生产线,预计总投资在 250 万元左右,比较适合批量不大、但生产品种较多的小型企业和科研院所,能够满足其多样化的生产需求,在控制成本的同时实现不同产品的 SMT 生产加工。

中速 SMT 生产线配置

中速 SMT 生产线通常适用于中小型企业规模化生产,这里介绍一种常见配置:由 YAMAHA 的 VP-Xg 全自动视觉印刷机、YAMAHA 的 V100Xg 片式 Chip 元件贴片机、YAMAHA 的 TV88Xg 高精度贴片机以及 Vitronics Soltec 的 XPM820N 回流焊炉构成。


YAMAHA 的 VP-Xg 全自动视觉印刷机属于全自动视觉印刷机,它能够连进 SMT 生产线里,不需要人为干预,自动化程度高,适用于规模化生产。其印刷参数可以用计算机数字化设置,丝网和基板的标记还可用其视觉系统自动识别对准,印刷重复定位精度可达 ±0.004mm、印刷循环周期为 8 秒,能够为后续的贴装环节提供精准的焊膏印刷基础。


YAMAHA 的 V100Xg 片式 Chip 元件贴片机和 YAMAHA 的 TV88Xg 高精度贴片机这两款贴片机相互配合,能应对不同类型的元器件贴装工作,在中速生产线上发挥重要作用,满足一定规模下的贴片效率和精度要求,使得各类元器件可以准确地安装到 PCB 的对应位置上。


Vitronics Soltec 的 XPM820N 回流焊炉在整个生产线中承担着将已经贴好的 PCB 线路板和元器件的焊料融化后实现可靠粘结的任务,保障焊接质量,让元器件与 PCB 板牢固地结合在一起,确保产品的电气性能等符合要求。


这样一整套中速 SMT 生产线配置,预计总投资在 300 - 400 万元左右,对于有一定生产规模需求的中小型企业来说,是一种可以高效完成 SMT 生产,并且成本相对合理的配置方案选择。

高速 SMT 生产线配置

大中型电子企业在进行规模化生产时,往往会选择高速 SMT 生产线,下面介绍一种经典配置方案:采用 DEK265 INFINITY 全自动视觉印刷机、Universal 公司的 4797 高速转塔贴片机、Universal 公司的 Advantis 高精度贴片机、Nutek 公司的传送机构以及 Heller1800EXL 回流焊炉来搭建。


DEK265 INFINITY 全自动视觉印刷机具备伺服压力控制系统,是一款自动化程度很高的印刷设备,它可以精准地完成焊膏印刷工作,为后续高速、高效的贴装和焊接打下良好基础,其丝网和基板标记自动识别对准等功能进一步保障了印刷的准确性和稳定性,满足大规模生产时对印刷环节的高质量要求。


Universal 公司的 4797 高速转塔贴片机是高速贴片机的典型代表,它的贴片速度很快,能够快速拾取元件并进行贴片动作,适合处理大规模生产中数量众多的阻容元件等,尤其适用于像计算机板卡、移动电话、家电等产品的生产,这些产品中往往阻容元件特别多、装配密度大,该机型能很好地契合这类生产场景,提高整体生产效率。Universal 公司的 Advantis 高精度贴片机则可以对精度要求较高的元器件进行精准贴装,保障产品的质量和性能。


Nutek 公司的传送机构能稳定且高效地将 PCB 板在各生产环节的设备之间进行传送,确保整个生产线的流畅运转。Heller1800EXL 回流焊炉可以高质量地完成回流焊接工作,将焊膏融化,使元器件与 PCB 板牢固粘接,保障焊接质量。


这样一条高速 SMT 生产线配置,预计总投资在 700 - 900 万元左右,非常适合大中型电子企业进行规模化生产,助力企业高效地完成大量电子产品的 SMT 加工制造。

超高速 SMT 生产线配置

大型电子企业在进行单一产品大规模生产时,例如手机、电脑板卡等产品的生产,超高速 SMT 生产线是理想之选,像由 MPM 的 UP3000 全自动视觉印刷机、Panasonic 公司的 HT122 高速转塔贴片机(或者也可以选择 Fuji 公司的 CP842E 高速转塔贴片机)、Universal 公司的 Advantis 高精度贴片机、Nutek 传送机构以及 Vitronics Soltec 公司的 XPM2 - SERIES 回流焊炉组成的配置就很典型。


MPM 的 UP3000 全自动视觉印刷机是全自动印刷机里性能出色的设备,它的印刷精度、稳定性等各方面都表现优异,其印刷参数设置方便、精准,视觉系统能很好地辅助完成印刷工作,而且印刷重复定位精度等指标处于较高水平,能够为超高速的后续生产环节提供可靠的焊膏印刷保障,满足大规模、高精度生产时的印刷需求。


Panasonic 公司的 HT122 高速转塔贴片机(或 Fuji 公司的 CP842E 高速转塔贴片机)有着极高的贴片速度,在大规模生产单一产品时,可以快速地将数量庞大的元器件准确贴装到 PCB 板上,极大地提升了生产效率,而且技术成熟、性能稳定,是超高速生产线中承担高速贴装任务的关键设备之一。Universal 公司的 Advantis 高精度贴片机则针对一些高精度要求的元器件进行精细贴装,保证整体产品的高质量。


Nutek 传送机构负责在各设备间稳定快速地传输 PCB 板,确保整个生产线有条不紊地持续运行。Vitronics Soltec 公司的 XPM2 - SERIES 回流焊炉在焊接环节能出色地将元器件与 PCB 板牢固焊接在一起,保障焊接质量,让产品达到相应的电气性能等标准要求。


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