Wie funktioniert eine SMT-Maschine? Von der Bauteilversorgung bis zur Leiterplattenbestückung

In diesem Artikel wird ein SMT-Maschine bezieht sich speziell auf ein automatisiertes Bestückungsautomat Wird während der Bestückungsphase von Leiterplatten (PCB) eingesetzt. Es arbeitet mit vorbereiteten Produktionsdaten, ermittelt die tatsächliche Position der Leiterplatte, entnimmt die Bauteile aus den vorgegebenen Positionen, misst deren Position und Ausrichtung, korrigiert die Platzierungskoordinaten und gibt sie an den programmierten Positionen frei.

Der Betriebsablauf lässt sich wie folgt zusammenfassen:

Produktionsdaten → Leiterplattenpositionierung → Bauteilpräsentation → Aufnahme → Bildverarbeitung → Koordinatenkorrektur → Platzierung → Wiederholung

Dieser übergeordnete Prozess ist bei SMT-Bestückungsanlagen üblich, obwohl die genauen Kopfkonstruktionen, Kameraanordnungen, Aufnahmemethoden und Steuerungssequenzen je nach Maschinenplattform und -konfiguration variieren.

1. Produktionsdaten bereiten den Platzierungsprozess vor

Bevor die eigentliche Bestückung beginnt, erhält die Maschine Produktionsinformationen, die festlegen, welche Komponenten benötigt werden und wo jede Komponente auf der Leiterplatte platziert werden soll.

Diese Informationen können Folgendes umfassen:

• Leiterplatten- oder Produktprogramm

• Komponentenidentitäten und Paketinformationen

• Programmierte Leiterplattenkoordinaten

• Zuteilungen

• Düsen- oder Aufnahmewerkzeugzuweisungen

• PCB-Fiducial-Informationen

• Geplante Platzierungsreihenfolge

Die Maschine legt die Bauteilpositionen nicht selbstständig fest. Das Produktionsprogramm definiert die vorgesehene Platzierung, während Positionierungs-, Mess- und Steuerungssysteme diese Informationen mit den tatsächlichen Bedingungen der Leiterplatte und der Bauteile innerhalb der Maschine verknüpfen.

2. Die Leiterplatte fährt ein und nimmt ihre Position ein.

Der Bestückungsprozess beginnt, sobald die Leiterplatte über ein Förderband oder ein anderes geeignetes Leiterplattenhandhabungssystem in die Maschine gelangt.

Je nach Maschinenkonstruktion fixieren Schienen, Anschläge, Klemmen oder Leiterplattenhalterungen die Leiterplatte während der Bauteilbestückung. Anschließend ermittelt die Maschine die Beziehung zwischen der tatsächlichen Leiterplattenposition und den im Produktionsprogramm gespeicherten Koordinaten.

Wie PCB-Fiducials die Positionierung unterstützen

PCB-Fiducials sind erkennbare Referenzmarken, die dem Bildverarbeitungssystem üblicherweise dabei helfen, Position, Ausrichtung und Versatz der Leiterplatte zu bestimmen.

Die Maschine kann diese Referenzpunkte messen und ihre tatsächlichen Positionen mit den erwarteten Programmdaten vergleichen. Dadurch kann das Steuerungssystem Abweichungen in folgenden Bereichen berücksichtigen:

• X-Achsen-Position

• Y-Achsenposition

• Brettrotation

3. Das Versorgungssystem stellt die Komponente dar

Während des Bestückungsprozesses stellt das Bauteilversorgungssystem das benötigte Bauteil an einer kontrollierten Aufnahmeposition bereit. Bei bandverpackten Bauteilen… SMT-Zuführung Üblicherweise wird das Bauteil zur Abholung bereitgestellt.

Die Komponenten können bezogen werden durch:

• Bandzuführungen

• Tabletts

• Röhren oder Stäbchen

• Andere unterstützte Versorgungssysteme

Das Versorgungssystem stellt das benötigte Bauteil zur Entnahme bereit. Es platziert das Bauteil nicht auf der Leiterplatte.

Ein Bandzuführer transportiert beispielsweise das Trägerband so lange, bis die benötigte Komponente den Aufnahmebereich erreicht, während ein Traysystem die Komponenten an festgelegten Positionen im Tray bereitstellt. Andere Zuführungsformate verwenden je nach Komponentenverpackung und Maschinenkonfiguration unterschiedliche Bereitstellungsmethoden.

4. Die Düse nimmt das Bauteil auf.

Sobald das Bauteil an der Aufnahmeposition verfügbar ist, fährt der Bestückungskopf in Richtung des Zufuhrbereichs.

Eine geeignete Düse oder ein Aufnahmewerkzeug berührt das Bauteil und hält es für den Transport fest. Für viele oberflächenmontierte Bauteile wird üblicherweise Vakuum eingesetzt, wobei die Aufnahmemethoden je nach Bauteiltyp und Gerätekonstruktion variieren.

Düse und Platzierungskopf erfüllen unterschiedliche Funktionen:

• Düse: Kontaktiert, hält und gibt die Komponente frei.

• Platzierungskopf: Transportiert und bewegt die Düse oder das Aufnahmewerkzeug zwischen den Arbeitsschritten.

Die Düse interagiert direkt mit dem Bauteil, während der Platzierungskopf die für Aufnahme, Messung und Platzierung erforderliche kontrollierte Bewegung bereitstellt.

Je nach Maschinenplattform kann die Bestätigung der Aufnahme Sensorrückmeldungen, Vakuuminformationen, Bilddaten oder andere unterstützte Methoden umfassen.

5. Sehschärfenmessung und Korrektur der Sehposition

Nach der Aufnahme ist das Bauteil möglicherweise nicht perfekt zentriert oder korrekt auf der Düse ausgerichtet. Vor der Platzierung kann das Bildverarbeitungssystem seine tatsächliche Position und Ausrichtung messen.

Komponenten-Vision-Messung

Das Platzierungsvisionssystem kann Folgendes auswerten:

• Komponentenpräsenz

• Bauteilposition relativ zur Düse

• Rotationsorientierung

• Erkennbare Kanten, Formen oder Merkmale

• Ob der Zustand des Abholers akzeptabel ist

Diese Messphase liefert Informationen über den tatsächlichen Aufnahmezustand des Bauteils vor dessen Platzierung.

Offset- und Rotationskorrektur

Das Steuerungssystem kann Folgendes kombinieren:

• Programmierte Komponentenkoordinaten

• PCB-Positionsmessungen

• Komponentenpositionsmessungen

• Rotationsinformationen

Anhand dieser Informationen kann das Steuerungssystem Korrekturen für Folgendes berechnen:

• X-Achsen-Position

• Y-Achsenposition

• Komponentenrotation

• Koordinaten für die endgültige Platzierung

Wenn sich beispielsweise ein Bauteil nach dem Aufnehmen leicht verdreht, kann das Steuerungssystem die erforderliche Korrektur berechnen, bevor das Bewegungssystem es an die Zielposition bewegt.

Die genaue Kameraanordnung, die Korrekturmethode und die Softwareberechnung variieren je nach Maschinenplattform und sollten nicht als für alle SMT-Bestückungssysteme identisch angesehen werden.

Platzierungsvision vs. AOI

Platzierungsbildgebung und automatisierte optische Inspektion dienen unterschiedlichen Zwecken.

• Vision für die Platzierung: Misst die Position und Ausrichtung der Bauteile vor der Platzierung, damit die Maschine den Platzierungsvorgang ausführen kann.

• AOI: Prüft die bestückte Leiterplatte nach der Platzierung oder dem Reflow-Löten, je nachdem, wo das Inspektionssystem im Produktionsprozess positioniert ist.

Die Platzierungsbildverarbeitung unterstützt die Positionierung, bevor das Bauteil die Leiterplatte erreicht, während AOI die Ergebnisse der Leiterplattenbestückung auswertet. Es handelt sich nicht um dasselbe System oder dieselbe Funktion.

6. Der Platzierungskopf bewegt und platziert das Bauteil.

Nachdem die erforderlichen Positions- und Rotationskorrekturen berechnet wurden, steuert das Bewegungssystem den Bestückungskopf so, dass das Bauteil zu seiner programmierten Position auf der Leiterplatte transportiert wird.

Die Vermittlungsmaßnahme kann Folgendes umfassen:

• Bewegung in Richtung der korrigierten Zielkoordinate

• Komponentenrotation bei Bedarf

• Kontrolliertes Absenken bis zur programmierten Aufstellhöhe

• Freigabe an der vorgesehenen Leiterplattenposition

Beim Standard-Reflow-Löten wird das Bauteil üblicherweise auf zuvor auf die Leiterplatte aufgetragene Lötpaste platziert. Die Klebrigkeit der Lötpaste hilft, das Bauteil vorübergehend in Position zu halten; die Bestückungsmaschine erzeugt jedoch keine dauerhafte Lötverbindung.

Die permanenten elektrischen und mechanischen Verbindungen werden normalerweise später beim Reflow-Löten hergestellt.

7. Der Platzierungszyklus wiederholt sich.

Die Maschine wiederholt den Funktionszyklus für die im Produktionsprogramm benötigten Komponenten:

Präsentieren → Auswählen → Messen → Korrigieren → Bewegen → Platzieren → Wiederholen

Je nach Maschinenkonfiguration kann die Produktion mehrere Düsen, mehrere Bestückungsköpfe, parallele Aufnahme- oder Bestückungsvorgänge oder mehrere Platinenbahnen oder Arbeitspositionen umfassen.

Diese Konfigurationen können die Überlappung der Arbeitsgänge verändern, aber die funktionale Beziehung bleibt dieselbe: Komponenten werden bereitgestellt, kommissioniert, vermessen, korrigiert und gemäß den vorbereiteten Produktionsinformationen platziert.

Was passiert, wenn die Aufnahme oder Erkennung fehlschlägt?

Kann die Maschine eine Aufnahme nicht bestätigen oder kein akzeptables Erkennungsergebnis erzielen, hängt ihre Reaktion von der Maschinenplattform, den Programmeinstellungen und dem Fehlerzustand ab.

Die Maschine kann:

• Vorgang wiederholen

• Komponente ablehnen

• Einen Fehler oder ein Produktionsereignis protokollieren

• Stoppen Sie den Vorgang.

• Bitten Sie den Bediener um Aufmerksamkeit.

Detaillierte Ursachen, Alarminterpretation und Korrekturmaßnahmen hängen von der jeweiligen Maschine ab und gehören zu den gerätespezifischen Fehlerbehebungsressourcen.

Was geschieht nach der Bauteilplatzierung?

Nachdem die benötigten Bauteile platziert wurden, verlässt die Leiterplatte die Bestückungsmaschine und gelangt zur nächsten Fertigungsstufe.

Die typische Abfolge ist:

Bestückte Leiterplatte → Reflow-Löten → Inspektion

Beim Reflow-Löten wird die Lötpaste erhitzt, um dauerhafte Lötverbindungen zwischen den Bauteilanschlüssen und den Lötpads der Leiterplatte herzustellen. Anschließend können Prüfgeräte die Platzierung, die Lötung und andere Montagebedingungen gemäß dem Produktionsprozess auswerten.

Die Bauteilplatzierung und das dauerhafte Löten sind daher getrennte Vorgänge. Die Bestückungsmaschine positioniert die Bauteile, während der Reflow-Prozess die Lötverbindungen herstellt.

Wie ASM/SIPLACE-Maschinen diesen Platzierungsprozess anwenden

ASM/SIPLACE SMT-Bestückungsmaschinen Es wird die gleiche allgemeine Abfolge von programmierter Bauteilversorgung, Abnahme, Messung, Korrektur und Leiterplattenplatzierung angewendet.

Die verfügbaren Maschinengenerationen und -konfigurationen können sich hinsichtlich Bestückungskopf-Einrichtung, unterstützten Versorgungssystemen, Leiterplattenhandhabung und Softwarefunktionen unterscheiden. Prüfen Sie bei der Bewertung einer Maschine die erforderlichen Leiterplattenabmessungen, das Bauteil- und Gehäusesortiment, das Produktionsvolumen und die bestehende Linienkonfiguration anhand der tatsächlichen Gerätespezifikation.

Informieren Sie sich über verfügbare ASM/SIPLACE-Bestückungsautomaten oder geben Sie Ihre Anforderungen an Leiterplatten, Bauteile und Produktion an, wenn Sie eine bestimmte Konfiguration bewerten.

Häufig gestellte Fragen zur Funktionsweise von SMT-Maschinen

Wie funktioniert eine SMT-Bestückungsmaschine?

Eine SMT-Bestückungsmaschine folgt vorbereiteten Produktionsdaten, legt die Position der Leiterplatte fest, empfängt Bauteile aus einem Zuführungssystem, nimmt sie mit einer Düse auf, misst ihre Position und Ausrichtung, korrigiert die Platzierungskoordinaten und gibt sie an den programmierten Positionen auf der Leiterplatte frei.

Woher weiß die Maschine, wo sie die einzelnen Bauteile platzieren soll?

Die Maschine verwendet Produktionsdaten, die Bauteilkoordinaten und zugehörige Informationen enthalten. Messungen der Leiterplattenposition und der Bauteile helfen dem Steuerungssystem, das korrigierte Platzierungsziel zu berechnen.

Worin besteht der Unterschied zwischen einer Düse und einem Platzierungskopf?

Die Düse berührt, hält und gibt das Bauteil frei. Der Bestückungskopf transportiert und bewegt die Düse bzw. das Aufnahmewerkzeug zwischen der Zufuhrposition, der Messstation und der Bestückungsposition der Leiterplatte.

Kann eine SMT-Bestückungsmaschine Bauteile verlöten?

Nein. Die Bestückungsmaschine positioniert die Bauteile auf der Leiterplatte. Dauerhafte Lötverbindungen werden normalerweise anschließend beim Reflow-Löten hergestellt.

Abschluss: Eine SMT-Bestückungsmaschine kombiniert programmierte Produktionsdaten, Leiterplattenpositionierung, gesteuerte Bauteilzufuhr, Düsenaufnahme, Bildverarbeitung, Steuerungssystemkorrektur und Bestückungskopfbewegung, um Bauteile an den programmierten Positionen auf der Leiterplatte zu platzieren. Nach Abschluss des Bestückungszyklus wird die Leiterplatte reflowgelötet und geprüft.