ESSEMTEC: Система MPL3100 для высокоточной установки SMD-компонентов

Операция позиционирования и установки сложных компонентов является одним из ответственных и трудоемких процессов на этапе сборки печатных плат в технологии SMD-монтожа. Точность совмещения выводов корпусов микросхем типа BGA и Finepitch-компонентов с контактными площадками печатной платы при монтаже определяет надежность и качество готового изделия, снижения затрат на ремонт собранных печатных узлов и позволяет значительно уменьшить вероятность потерь сложных компонентов, стоимость которых достаточно высока. Швейцарская фирма ESSEMTEC для решения этой задачи предлагает микроустановщик MPL3100.

Вбазовый комплект системы MPL3100 входят: установочная головка со встроенным вакуумным пинцетом и 2 вакуумными насадками (4 и 10 мм); стол для фиксации печатных плат (ПП) с 2 микрошаговыми винтами для точного позиционирования ПП по осям X и Y; оптическая система, состоящая из стеклянной призмы, CCD-камеры, блока подсветки; мотопривода для подъема и опускания установочной головки с пультом управления (кабельное подсоединение); коммутационный блок для подключения (питание, монитор); внешняя вакуумная помпа; калибровочная плата с насадкой и набор ключей для настройки системы.

Процедура установки на MPL3100 достаточно проста. На стол фиксации устанавливается ПП с предварительно нанесенным гелевым флюсом или паяльной пастой. С помощью встроенного автоматического вакуумного пинцета со специальной ячейки захватывается устанавливаемый компонент и с помощью моторизованного привода (управление с пульта) установочная головка с захваченным компонентом поднимается в крайнюю верхнюю позицию. Выдвигается оптическая призма, совмещенная с CCD-камерой. На мониторе, подключенном к устройству через блок коммутации, отображаются две картинки: «низ » компонента с выводами (красная подсветка) и «верх » посадочного места на ПП с контактными площадками (зеленая подсветка). Перемещая микрошаговыми винтами ПП и выравнивая компонент вращением по оси Z, добиваются полного совпадения изображений контактов компонента и контактных площадок ПП на мониторе (при этом с помощью пульта можно регулировать фокус и размер изображения). Далее призма устанавливается в исходное положение и с помощью привода установочная головка с компонентом перемещается в крайнее нижнее положение — при этом компонент «зависает » точно над посадочным местом. Оператору остается вручную плавно опустить компонент на посадочное место (вакуум в установочной головке автоматически выключается). После процедуры монтажа рекомендуется переместить установочную головку в верхнее положение и,выдвинув призму, проконтролировать корректность установки компонента.

Система технического зрения создана на базе интегрированной стеклянной призмы, изготовленной по высоким стандартам оптики, с цветной CCD-камерой для одновременного обзора «низа » компонента и «верха » посадочного места на ПП. Это обеспечивает оператору при работе простое и точное выравнивание наложенных изображений объектов.

Встроенная CCD-камера, обору ованная моторизованной функцией увеличения изображения, обеспечивает оператору выбор необходимого режима работы камеры с помощью малогабаритного пульта:

• 2 предварительно заданных позиции зуммирования (для QFP/BGA и Micro-BGA);
• моторизованное зуммирование для индивидуального выбора размера изображения;
• моторизованная фокусировка изображения.

Для высокой контрастности накладываемых изображений используется система подсветки:

• красная LED-подсветка для отображения контактов (шариков) компонентов;
• зеленая LED-подсветка для отображения контактных площадок на ПП.

Моторизованное перемещение по оси Z осуществляется с помощью двух цилиндрических линейных направляющих установочной головки. В комбинации с линейной направляющей, обеспечивающей давление при установке, это гарантирует очень высокую точность.

Для обеспечения точности установки после этапа выравнивания используется двухшаговый привод. Перенос сориентированного компонента в позицию «зависания » над ПП выполняется простым нажатием кнопки на пульте.

Точное выравнивание ПП по осям X и Y производится с помощью микрометрических винтов стола, которые обеспечивают точное позиционирование даже для сверхсложных компонентов. Специальные метки показывают центральное положение стола.

Специальная ячейка для захвата компонента, которая также используется для его предварительного выравнивания, облегчает дальнейший процесс настройки.

Поскольку стандартная система MPL3100 позволяет устанавливать компоненты размером 40 .40 мм, а на практике приходится монтировать более габаритные корпуса, то специалистами ESSEMTEC была разработана специальная опция — сплит-линза. Использование этой детали позволяет отображать на мониторе не весь низ компонента, а только два противоположных угла с высоким уровнем увеличения изображения. Использование комбинации масштабирования изображения (стандартная функция) и сплит-линзы обеспечивает применение MPL3100 для позиционирования и установки компонентов практически любого размера.

И еще одна немаловажная деталь. Предусмотрена возможность встраивания аналогичного устройства для установки SMD-компонентов в ручные и полуавтоматические манипуляторы серии EXPERT (ESSEMTEC). Это комбинация манипулятора с микроустановщиком является очень интересным решением в случае изготовления лабораторных прототипов изделий, когда для монтажа ПП помимо стандартных «простых » SMD-компонентов используются также BGA и Finepitch-компоненты.

Оснастив же установщик серии EXPERT еще и диспенсером, можно получить «настольный микроучасток » поверхностного монтажа для лабораторного производства.

Дополнительно к вышеизложенному можно отметить следующие качества MPL3100: жесткая конструкция и компактное настольное исполнение, универсальный фиксатор для односторонних и двухсторонних ПП, автоматическое включение и выключение вакуума с предварительной установкой давления, малогабаритная внешняя вакуумная помпа с низким уровнем вибрации и шума.

Информация о микроустановщике бу ет несколько ограниченной без основных технических параметров, которые могут дать специалисту полную картину о возможности применения MPL3100 для решения конкретных задач.

И в завершении обзорной статьи — несколько слов об интересном использовании MPL3100 (из собственного опыта и опыта пользователей). Достаточно часто перед пользователем автоматического установщика SMD-компонентов низкой или средней производительности (примерно 1000 –2500 комп/час) встает вопрос об установке компонентов типа BGA и Finepitch. Поскольку дооснащение автомата (если оно возможно) модулем установки сложных компонентов сопровождается значительными материальными затратами (обычно несколько десятков тысяч долл.) и снижением скорости работы автомата, то в случае, когда на изделие устанавливаются единицы таких компонентов, возможно следующее решение проблемы. На автомат ложится задача установки стандартных компонентов (без потери скорости), а на микроустановщике с большой точностью доустанавливаются сложные компоненты. В этом случае удается «убить двух зайцев »: сэкономить денежные средства и обеспечить установку компонентов типа BGA и Finepitch с очень высокой точностью.

Статьи в журнале «Технологии в Электронной промышленности» по теме печатные платы