ytmontering, maskiner & procecesser Vi tittar här närmare på ytmonteringen, både som process och hur maskinerna i sig fungerar. kapitlet håller sig till generella antaganden och är inte tillverkarspecifika. Målet är att efter man har läst igenom kapitlet ska ha fått en grundläggande kunskap och känna till vilka parametrar som är kvalitetskritiska. INNEHÅLL Historia Maskinen Nozzlar Programmering Optimering Matare Kapitlet avhandlar historik om ytmontering och hur den har utvecklats fram till idag samt vilka nya krav det ställer på produktionen. Därefter går vi in på maskinens uppbyggdna och hur den arbetar när den sätter komponenter. Den delen av maskinen som håller i komponenten, dvs nozzlar, tittar vi närmare på. Där visas vikten av att ha bra processkontroll och exempel på vad som kan hända om nozzlarna inte är tillräckligt underhållna eller skadade. Därefter så undersöks ytmonteringsprogrammens uppbyggnad och vad som är viktigt att beakta när man programmerar. Vi går särskilt in på optimering av cykeltiden för produkter och effekten som det ger. Kapitlet avslutas med ett antal betraktelser angående komponentmatare. Vi korrelerar deras servicenivåer till stoptid i maskinerna och den produktionsförlust som det ger upphov till. 51
Inledning Sedan slutet av 80-talet har ytmonteringen i princip varit helt dominerande som byggsätt inom elektronikindustrin. Orsaken till det är att graden av integration i komponenterna ökar samt att behovet av miniatyrisering driver fram mindre och mindre komponenter som i sin tur kräver mer och mer noggranna maskiner. Ytmonteringsprocessens utveckling Som ett exempel kan nämnas att i början av 90-talet var en av de minsta kommersiellt tillgängliga chipkomponenterna på marknaden s.k. 0603 d.v.s. komponenter med måtten 1,524x0,762 mm. Då hade de mest noggranna ytmonteringsmaskinerna en tolerans på ca ±0,15mm, idag är den minsta tillgängliga chipkomponenten 0050025 d.v.s. 0,127x0,0635 mm. Medan den mest noggranna monteringsmaskinen har en tolerans på chipmontering som ligger på ca ±0,05 mm, vilket i princip innebär att komponentstorleken har gått ned med 92% medan maskintoleransen har förbättrats med enbart 67% så det finns en avsevärd skillnad i kravställning på montering då och nu. Hastigheten på monteringen har ökat relativt kraftigt, i början på 90-talet hade ett monteringshuvud en teoretisk kapacitet på ca 5 000 komponenter i timmen, medan idag ligger vissa maskintypers monteringshuvud på en teoretisk kapacitet på över 50 000 komponenter i timmen, en ökning med 1000%. Kraven på designen på produkterna, statusen på det förebyggande underhållet av monteringsmaskinerna, komponenterna och allt annat material har ökat kraftigt. Förenklad beskrivning av maskinen En ytmonteringsmaskin består väldigt förenklat av baskonstruktionen, ett eller flera monteringshuvuden, en eller flera transportbanor, en eller flera baser för komponentmatare (feedrar), kameror för komponentigenkänning och kameror för registrering av siktmärken, supportbord, nozzlar (vacuumpipetter) eventuellt en brickmatare samt olika styrkort och kontrollmjukvaror för de olika delarna av maskinen. Om maskinerna är monterade in-line så kommunicerar de med föregående maskin via antingen ett s.k. SMEMA interface eller via ett CAN-bus gränssnitt. Principen för hur de flesta maskiner fungerar är att maskinen börjar med att ta in ett kort som stannar i en angiven position, efter det lyfts supportbordet upp och håller fast kortet, därefter tar maskinen med hjälp av siktmärkeskameran fram den exakta positionen på kortet, relativt maskinens inställda nollpunkt. Med utgångspunkt från hur maskinprogrammet är uppbyggt så hämtar sedan maskinen en komponent från en angiven komponentmatare som matar fram komponenten i plockläget och med hjälp av ett undertryck i nozzeln lyfts denna upp och transporteras till kameran för att centreras korrekt, (det finns dock fortfarande ett antal maskiner som centrerar komponenterna mekaniskt, men den metoden blir mer och mer sällsynt), efter att maskinen har validerat att komponentens utformning stämmer överens med de värden som är inprogrammerade så förflyttas sedan komponenten över monteringspositionen. Målet är att placera komponenter på: -Rätt plats -Med rätt kvalitet -Varje gång Visionsystem 52 53
När sedan maskinen med hjälp av enkodrar har registrerat att det är rätt position så monteras komponenten genom att monteringshuvudet sänker nozzeln mot monteringspositionen och vid monteringstillfället stängs undertrycket i nozzeln av och komponenten monteras. Det rekommenderas att med en tät frekvens se över hur statusen är på nozzlarna. Det görs genom att ta ur nozzlarna ur maskinen och inspektera dem under ett mikroskop med minst 40 gångers förstoring. Minsta sprickbildning eller skada minskar maskinens prestanda. Nozzlar Nozzlarna som används är maskinens enda koppling till komponenten på dess väg från komponentrullen, brickan eller komponentröret (på engelska, stick eller tube) till det screentryckta mönsterkortet. Smutsig & sliten nozzel Samma nozzel fast tvättad En hel och ren nozzel Då nozzeln använder undertryck för att hålla fast komponenten under transport och rotation är denna operation väldigt känslig för att undertrycket inte är tillräckligt, vid tillfällen då exempelvis nozzeln är skadad eller att den har fel storlek i förhållande till den komponent som skall monteras så är risken överhängande att det uppstår en felmontering eller att maskinen tappar komponenten under transporten. Pastarester i nozzeln En ren, godkänd nozzel Felplacerad Det finns även en risk för att det hamnar smuts eller andra föroreningar på nozzeln som minskar dess förmåga att bygga upp undertrycket, exempelvis så är det alltför vanligt att det blir rester av lodpasta som sugs upp och fastnar antingen på kontaktytan eller i kanalerna på nozzlarna. En feljusterad maskin eller kompentmatare kan orsaka att maskinen slår i nozzeln i mataren som i sin tur orsakar sprickor eller urslag ur nozzeln. Processkontroll Maskinens förmåga att plocka upp och montera komponenter kan på de flesta maskintyper följas upp regelbundet, detta ger en bra bild över maskinstatusen, statusen på komponentmatare samt en bild över kassationsandelen av komponenter. Komponenten saknas, endast avtryck i lodpastan kan ses. Det visade sig att maskinen hade tappat komponenterna på mönsterkortet på vägen tillbaka till utgångsläget. 54 55
NC-program Nc-programmet är huvudprogrammet som hanterar placeringsinformationen på produkterna, det innehåller vanligtvis information om kortet och var siktmärkena finns placerade, det innehåller också en rad per komponentplacering med följande information: referensdesignator, d.v.s. position på kortet (t.ex. R103), X- och Y-koordinater, rotationsangivelse, vilken position på komponentmatare som skall användas samt hos vissa maskintyper även vilket artikelnummer och komponentutseende som den aktuella komponenten har. Komponentbibliotek I komponentdatabasen hanteras all information om de fysiska måtten på komponenterna som exempelvis storlek, tjocklek, antal ben, bendelning, vilken hastighet som måste användas i de olika riktningarna, nozzel, vilken typ av komponentmatare eller bricka som skall användas etc. Biblioteket innehåller även information som används i maskinens visionsystem för att kunna känna igen en komponent innan montering. NC-Programstrukturer Uppbyggnad av programstrukturen: De flesta maskintyper har olika databaser med något olika funktioner samt att vissa typer har kombinerat flera olika informationer i samma fil. Matare och brickinformation Många maskiner har ett separat bibliotek som hanterar matare och brickor. Biblioteket innehåller information om utseendet på brickorna, storlek och delning samt information om storlekar på komponentmatarna. Siktmärkesbibliotek Biblioteket innehåller alla inställningar över utseendet för respektive siktmärke som används samt information till maskinens visionsystem. Optimering Syftet med att optimera en monteringsmaskin är att sänka cykeltiden och samtidigt säkerställa monteringsresultatet. Optimering av monteringsmaskiner är en vetenskap i sig, det finns många aspekter som måste tas under beaktande som i sin tur påverkar monteringsnoggrannheten och cykeltiden. Exempel på det är: Komponentstorlek Tjocklek Antal artikelnummer Antal matarplatser och matartyper Kortstorlek Nozzeltyper Tidsåtgång för att optimera monter- ingsprogrammen Placeringslista N D X Y Q Partdata 1 Fid 300 300 0 2 Fid 10500 22350 0 3 71 2100 4375 90 SOIC08 4 75 12375 19730 180 0805 5. 6.. 7 Talar om för maskinen var komponenterna skall placeras i förhållande till siktmärkena. Den sista aspekten kan vara den som påverkar slutresultatet mest. I princip kan man säga att för varje aspekt som måste tas under beaktande så läggs det till restriktioner för optimeringsalgoritmerna. Grunden för optimeringen är att rätt komponent skall monteras på rätt plats, med rätt inställningar på snabbast möjligast tid. För det används vanligtvis en iteration av ett gammalt matematiskt problem som kallas för en heuristisk modell av handelsresandeproblemet. Enkelt uttryckt går problemet ut på att hitta den kortaste vägen för en handelsresande som ska besöka en uppsättning städer och därefter återvända till utgångspunkten, samtidigt får den aldrig besöka samma stad mer än en gång. Det kan också gälla den snabbaste vägen eller den billigaste eller optimum enligt något annat kriterium. Definierar komponentens utseende samt ger instruktioner om hur den ska hanteras. Part Data SOIC08 Vision_type 110 Body_X 4.5 Body_Y 2.3 Leads 8 Package W12P08 Wid th 12 Pitch 08 Pitch_times 01 Orientation 0 Definierar förpackningen Ett handelsresandeproblem uppstår då ett visst antal komponenter i godtycklig ordning skall besökas med minsta möjliga kostnad i form av tid eller resväg eller vad som helst som är mätbart. Eftersom alla restriktioner som läggs till i form av nozzlar, artikelnummer, hastigheter och placering på korten påverkas slutresultatet avsevärt och samtidigt finns sällan tiden att optimera korten mer än en kort tid så kan det variera relativt mycket mellan optimeringarna. För att hålla nere tiden som krävs för att optimera ett maskinprogram så brukar maskinmjukvaran använda enkla regler för valet av startkomponenten, samtidigt så är valet av startkomponent en av de viktigaste för slutresultatet. Enkelt beskrivet kan det vara en avsevärd skillnad i resväg och restid att besöka alla städer i Sverige om man antingen startar i Sundsvall eller om resan startar i Smygehuk. 56 57
Flaskhals Flaskhalsen är den process som har längst cykeltid i ett flöde och därigenom blir den begränsande faktorn för leveransförmågan. Flaskhalsen kan skilja mellan olika produkter och flöden och i tillägg kan det vara så att flaskhalsen ligger utanför det ordinarie flödet i form av supportfunktioner exempelvis materialförsörjningen. Betänk att en förlorad sekund i en flaskhals aldrig går att köra ikapp. Att gemensamt aktivt jobba med flaskhalsoptimering är otroligt viktigt för att höja kapaciteten för att möta taktkraven. Balansering Vid maskinprogrammering och i flödet så är det av vikt att försöka balansera cykeltiderna mellan de olika maskinerna och processerna för att inte utrustningen skall stå och vänta i onödan. Vid balansering är det alltid bäst att ha flaskhalsen först i flödet och självklart skall cykeltiderna minskas till ett minimum i samtliga enheter. Anledningen till att det är bäst att ha flaskhalsen så tidigt som möjligt är att vid eventuella stopp längs med flödet blir det ett jämnare flöde och det blir också mindre mikrostopp av ett stopp nedströms i flödet. Komponentmatare Att ha förebyggande underhåll på komponentmatare är av lika stor vikt som att ha förebyggande underhåll på monteringsmaskinerna, om de inte fungerar korrekt så kommer det garanterat att uppstå problem i monteringsmaskinerna. Exempel på problem som kan uppstå och som är mer eller mindre direkt kopplade till komponentmatarna är att: Täcktejpen går av Komponenter matas inte fram Maskinen klarar inte av att plocka upp komponenterna Tappade komponenter på väg till kameran Nozzlarna kan skadas Chipkomponenter kan monteras upp och ned. Det är tyvärr inte ovanligt att andelen korrekt monterade komponenter hos vissa monteringsmaskiner ligger på mindre än 99,5% när de flesta maskintyper skall klara av att ligga konsekvent på en andel över 99,95%. 0,45% i skillnad kanske vid första anblicken inte ser så allvarligt ut men det innebär att vid en teoretisk maskinkapacitet på 50000 komponenter/h, 3-skift, 48 veckor per år samt en anläggningseffektivitet på 60%. Så kasserar maskinen 777600 komponenter per år, eller 156 rullar komponenter per år om man räknar om till 5000 komponenter per rulle. Lägger man till kostnaden, som ett exempel 20 öre per komponent, så blir förlusten bara i materialinköp 155520 kr, räknar man dessutom med monteringstiden så blir resultatet att maskinen i princip har arbetat i full fart i 26h per år med att tappa komponenter. Trasiga och hela matare blandade Felaktigt plockläge Feedern sliter av tejpen 58 59
Ytmonteringsparametrar Vikten av att beskriva ytmonteringparametrar korrekt går inte att underskatta. Hur dessa parametrar är beskrivna har kanske den enskilt största påverkan på både kvaliteten och hastigheten som monteringsmaskinerna kan uppnå. Dåligt definierade komponenter resulterar i en minskad kapacitet, ökat skrotvärde och slitage av maskinerna. I denna sektion beskrivs ett antal förslag till hur man kan benämna och beskriva komponenter för att uppnå kvalitet och hastighet. Det är dock viktigt att notera att detta inte är den enda lösningen som kan ge ett fullgott resultat. Det viktiga är att skapa sig ett system för benämning som är såväl enkelt att förstå och har en fungerande systematik. Olika maskinleverantörer och modeller har olika möjligheter till vad som går att definiera. Det är därför möjligt att just er produktion har andra möjligheter eller begränsningar än vad som föreslås här. Chipkomponenter Denna grupp innehåller enkla chipkomponenter så som keramiska kapacitanser och resistorer. Footprint:et (storleken) hos chipkomponenter anges normalt med en fyrsiffrig kod som motsvarar yttermåtten Fakta Om en felaktig komponenthöjd har angetts så finns det risk att komponentkameran arbetar ur fokus, vilket leder till fler och större felplaceringar samt att komponenter underkänns och slängs i onödan. på komponentens längd och bredd. I USA så anges dessa mått i inches, utanför USA så kan de vara angivna i antingen inches eller millimeter. Detta är mycket viktigt att tänka på eftersom man annars lätt kan blanda ihop olika komponentstorlekar. De två första siffrorna i koden beskriver längden (L) ifrån termineringen-till-termineringen. Medan den sista två siffrorna refererar till bredden (W) på termineringarna. Som exempel anta att de två första siffrorna skulle vara 12. Längden på komponenten är då antingen 0,12 inches eller 1,2mm beroende på vilket mätsystem som tillverkaren angivit. Tjockleken (T) på chipkomponenter är inte angiven i den 4-siffriga koden, istället så måste man undersöka denna i tillverkarens datablad för respektive komponent. Benämna chipkomponenter För att inte skapa förvirring och missförstånd mellan operatörer och ingenjörer gällande chipkomponentstorlekar så föreslås att man väljer ett mätsystem och håller sig till det. Storlekskoder för chipkomponenter Inch 0201 0502 0402 1005* 0504 1210* 0603 1508 0805 2012 1005* 2512 1206 3216 1210* 3225 Millimeter *överlappande storlekskoder Men det är även andra parametrar som spelar en stor roll för programmeringen av maskinerna. Den enskilt viktigaste, förutom yttermåtten, är hur komponenten är förpackad. Anledningen till att förpackningen väger tungt är att det avgör vilken typ av komponentmatare som skall användas. Small Outline Integrated Circuits (SOIC) Denna grupp av komponenter innehåller ett flertal olika typer av kapslar med olika typer och antal av komponentben. Det som är gemensamt är att de består av en gjuten plastkapsel i övrigt skiljer de sig åt och man har därför valt att dela upp SOIC i vad man kan anse som undergrupper. Men innan vi går in på dessa så låt oss titta närmare på de olika komponentben typer som finns till SOICs. Det finns tre stycken grund modeller av ben typer, varje typ har en benämning som hänvisar till dess fysiska utseende. Gull-Wing (Måsvingar) Gull-wing ben är små och förhållandevis känsliga, de skadas lätt då människor hanterar dem och man bör därför vara försiktig. Anledningen till att man använder denna typ av ben är att den teknisk kan ge den högsta densiteten av ben på en SOIC. Det är med gull-wings möjligt att få upp till 33 ben per cm. Ytterligare en fördel är att benen är lätta att avsyna efter lödning. J-Leads (J-ben) J-ben är robustare än gull-wings men tar tyvärr också upp mer utrymme. Det får bara plats 8 J-ben per cm på en SOIC. Fakta Verifiera alltid vilket mått system som använts för att beskriva komponenten, inches eller millimeter. Ifrån övre vänstra figuren; J-leads, flat leads och gull-wing leads. Flat leads (Raka ben) Raka ben, dvs de har ingen böjning utan sticker rakt ut ifrån kapseln, kan också användas för SOICs. Kapslar med raka ben måste förvaras i speciella brickor för att man inte skall skada benen under transport och hantering. Raka ben måste bockas innan produktion så att de får formen av gullwings i en speciell utrustning. Det finns stor risk att benen skadas vid böjning och i värsta fall så dras benen ur sitt läge och bryter anslutningen inne i kretsen.böjning av ben tar tid, är en extra kostnad och bidrar till en stor kvalitetsrisk. Detta gör raka ben till de minst populära. 60 61
Benämna SOICs Följande benämningar (se fakta ruta nedan) kan användas för SOICs när man skapar biblioteket i för monteringsmaskinerna. Programmera SOIC När man programmerar en SOIC för maskinen så är det viktigt att man mäter höjden på komponenten precis mellan där nozzeln kommer att hämta komponenten och benens undersida. Det är viktigt att vara är att gjutningen ibland lämnar rester på kapselns kanter. Dessa rester kan alltså göra att man får ett felaktigt mätvärde men de påverkar också toleransen man måste sätta för visionsystemet så att det känner igen komponenten. Det är också viktigt att rätt bendelning (pitch) ställs in eftersom kameran annars detekterar benen på en felaktig position. Det är inte ovanligt att man måste utöka toleransen för SOIC kapslar till mellan 10-20% i komponentlängd p.g.a. gjutrester ifrån tillverkningen av komponenten. Fakta - SOICs SO - Small Outline: är original designen. Den består av en gjuten plastkapsel som är ca 156 mils (3,97mm) bred, den har gull-wing ben med 50 mils (1.27mm) mellanrum (pitch). SOM - Small Outline Medium: Är 220 mils (5,6mm) bred. SOM kapslar används normalt för resistansstegar. SOL - Small Outline Large: Är normalt 300 mils (7,62mm) bred. Bredare varianter av kapslarna finns, 330 mils, 350 mils, 400 mils and 450 mils tillhör också SOL familjen. SOP - Small Outline Package: Är en Japansk term som används synonymt med både SO och SOL. SOJ och SOLJ - Small Outline J-Lead: Används för att beskriva SOL kapslar med?j-leads? formade ben. VSOP - Very Small Outline Package: Syftar på kapslar som har en hög densitet av?gull-wing? ben, 25 mil (0,65mm) pitch. För 300 mil (7,62mm) breda kapslar så blir termerna VSOP och SSOP (se nedan) utbytbara. SSOP - Shrink Small Outline Package: Är samma typ av kapsel som VSOP, men med skillnaden at den bara är 208 mil (5,3mm) bred. QSOP - Quarter Small Outline Package: Är samma kapsel som SO men med endast 25 mil pitch. Notera: Längden på en SOIC bestäms av antalet ben som kapseln har. 62 63
Transistorer Transistorer tillverkas i framförallt två olika typer av kapslar, de s.k. SOT Small Outline Transistor (SOP, TSOP etc) eller i DPACK. Det som normalt avgör är vilken effekt som transistorn behöver tåla och hantera. Större effekter innebär att mer effekt behöver ledas bort i form av värme och för dessa används DPACK lösningar. Benämna transistorer På samma sätt som för SOIC så finns det för transistorer ett antal olika varianter av kapslar. Det som skiljer dem åt är storleken och vilken typ av ben de har i sina terminaler. Om inget annat anges så består signal terminalerna av gull-wing ben. Programmera SOT:ar Man måste vara extra noga då man hanterar SOT23:or så att det tydligt framgår hur dessa är orienterade i tejpen. Det finns två olika varianter, T1 och T2. T1 är den vanligaste och innebär att det ensamma benet är riktat mot hålen i tejpen som används för att mata fram den i komponentmataren. T2 innebär att komponenten är vänd 180 grader och att två komponentben är riktade mot hålen istället. DPAK SOT-23 MELF komponenter Det finns flera olika typer av MELF (Metal Electrode Leadless Face) komponenter. Runda keramiska, runda med glaskropp och kvadratiska och runda (själva kroppen är fyrkantig men termineringarna är runda). Den vanligaste komponent typen som kommer i MELF förpackningstyp men det finns också resistorer. Benämna MELF:ar Eftersom MELF:ar är runda till formen så matchar inte dimensionerna exakt utan skall endast ses som storleksreferens. Fyrkantig MicroMELF Programmera MELF:ar Runda komponenter är svåra för maskinen att hantera, detta brukar innebära att plockhastigheten måste minskas. Ytterligare problem kan uppstå i kameras uppfattning av kontrasten (binärt) om MELF:en har en glaskropp, resultatet blir då att MELF:ar felplaceras. Det kan vara möjligt att kompensera för glaskroppen genom att använda sig av reflektionen i den och minska vidden för att lyckas identifiera komponenter. En annan lösning är att bara koncentrera sig på termineringarna eftersom dessa alltid har en metallyta som syns i maskinen. Fakta - Transistorer SOT-23: 2,9x1,25x1,8mm kapsel: tre terminaler. SOT-223: 6,7x3,7x1,8mm kapsel: fyra terminaler, varav en stor för värmeavledning. SOT-89: 4,5x2,5x1,5mm kapsel: tre terminaler, en som sträcker sig ut till en större pad för värmeavledning. SOT-23 (SC-59, TO-236-3): 2,9x 1,3/1,75x1,3mm kapsel: tre terminaler för en transistor SOT-323 (SC-70): 2x1,25x0,95mm kapsel: tre terminaler och kallas för Mini Small Outline Transistor SOT-416 (SC-75): 1,6x0,8x0,8mm kapsel: tre terminaler. SOT-663: 1,6x1,6x0,55mm kapsel: tre terminaler. SOT-723: 1,2x0,8x0,5mm kapsel: tre terminaler med raka ben. SOT-883 (SC-101): 1,0x0,6x0,5mm kapsel: tre terminaler utan ben. DPAK (TO-252): Discrete Packaging: Utvecklad för att klara högre effekter, finns i både varianter med både tre och har fem terminaler. D2PAK (TO-263): Större än DPAK; Finns i 3, 5, 6, 7, 8 eller 9-terminal varianter. D3PAK (TO-268): Ännu större variant av D2PAK kapseln. Fakta - MELFs MELF (MMB) MicroMELF (MMU): Storlek 0102 (chip 0805): L:2,2mm D:1,1mm 1/5 watt (0,2 W) 100 V MiniMELF (MMA): Storlek 0204 (chip 1206): L:3,6mm D:1,4mm 1/4 watt (0,25 W) 200 V MELF(MMB): Storlek 0207: L:5,8mm D:2,2mm 1 watt (1.0 W) 500 V *Notera att L står för längd och D för diametern i beskrivningen ovan. 64 65
QFP komponenter QFP (Quad Flat Package) har använts i Japan sedan 70-talet men blev populära i Europa och USA under början av 90-talet. QFPn har en kvadratisk kapsel med komponentben på alla sina fyra sidor. Det finns en mängd olika varianter som skiljer sig i material (plast, keramik eller metall), antal ben, bendelning (pitch) och i typen av termineringar. Det finns även varianter som är tunnare och därmed har en lägre profil. Benämning av QFPs Det finns många varianter av QFP:er och de anges normalt med följande terminologi. Vissa QFPs har också en kylyta som är placerad antingen på ovan eller undersidan av komponenten. Denna ansluts normalt till antingen en kylare (ovansida) Fakta - QFPs eller till mönsterkortet (undersidan). Ytan är normalt minst 10mm 2 och används ofta både som jordplan och kylyta. QFPs med denna typ av lösning har ofta suffixet?ep (t.ex. PQFP-EP 128) eller så har dom ett ojämnt antal komponentben (t.ex. CQFP- 101). QFP - Quad Flat Pack PQFP - Plastic Quad Flat Pack CQFP - Ceramic Multilayer QFP CERQUAD - Ceramic Quad Flat Pack MQUAD - Metal Quad Flat Pack MQFP - Metric Quad Flat Pack TQFP - Thin Quad Flat Pack TAPEPAK - Molded Carrier Ring BQFP - Bumpered Quad Flat Pack BQFPH: Bumpered Quad Flat Package with heat spreader EQFP: Plastic Enhanced Quad Flat Package FQFP: Fine Pitch Quad Flat Package HQFP: Heat sinked Quad Flat Package LQFP: Low Profile Quad Flat Package MQFP: Metric Quad Flat Package SQFP: Small Quad Flat Package TQFP: Thin Quad Flat Package VQFP: Very small Quad Flat Package VTQFP: Very Thin Quad Flat Package Programmering av QFPs När kamerasystemet försöker beräkna hur mycket QFPn behöver justeras så använder den normalt inte alla komponentben. I regel så används bara 3-4 ben per hörna och sida för att beräkna hur mycket komponenten skall roteras. Anledningen till detta är att det ofta blir beräkningstungt, vilket tar tid, om alla benen skulle användas. Endast dessa ben används för justering och acceptans krav. Eftersom maskinerna arbetat på detta sätt så måste man vara noga med följande: Skadade ben i mitten på komponenten riskeras att inte detekteras. Komponenten kommer att placeras korrekt men lödresultatet kommer inte att vara till belåtenhet (skadade benen blir olödda eller att komponenten vickar då den?rider? på det skadade benet). Om hörnbenen är böjda åt något håll så kommer de att hamna ur fokus vilket normalt leder till en felplacering. Så länge som komponenten är inom toleranserna så kommer maskinen känna igen den men centerpositionen blir felaktig. Det är således viktigt att komponentbenen är plana för att inte få processproblem. Den vanligaste anledningen till skadade ben är att komponenterna har hanterats felaktigt någonstans i ledet. Det kan vara hos leverantören eller hos tillverkaren. Men det kan också vara så att fel plockhöjd är används i maskinen, vilket kan leda till att benen skadas då nozzeln plockar upp komponenten. Ett vanligt sätt att försöka komma runt denna problematik är att använda en funktion som kallas för Coplanarity Check (denna funktion finns inte på alla maskiner). Maskinen gör då extra kontroller för att avgöra om komponentbenen är plana nog. Nackdelen med denna funktion är att den tar betydligt längre tid att genomföra (ca 5 sekunder per komponent) samt att resultatet är väldigt beroende av maskinens underhåll (sensorerna måste vara fri ifrån damm eller andra partiklar). Denna typ av detektion är endast en extra kvalitetskontroll av komponenterna vilket i sig inte skapar något värde. Istället för att använda denna så är det bättre att arbeta proaktivt med hur komponenter hanteras och att maskinerna är korrekt programmerade. Fakta Det är vanligt att cykeltiden för produkter i en ytmonteringsmaskinen är ca 40-50 sekunder. Om vi antar att det finns 1-2 QFP:er på ett kort så förlängs därmed cykeltiden med 10-20% om coplanarity test används. 66 67
Exempel på chip nomenklatur Förslagsvis så implementeras ett benämningssystem som består av sex siffror och två bokstäver. De första fyra siffrorna beskriver yttermåtten enligt branschstandard beskrivet ovan, de nästa två siffrorna anger komponenthöjden medan bokstäverna beskriver hur komponenttypen och hur den är förpackad. Tag som exempel en 0805 kapacitans med 1,1mm höjd som levereras i papperstejp = 2mm x 1,25mm x 1,1mm Capacitor + Paper. Denna komponent skulle då beskrivas med följande kod: 212511CP. Fakta - Monteringshastighet Förslaget är alltså att chipkomponenter anges med en kod enligt LLWWHHTP. I följande tabeller finns de vanligaste komponentstorlekarna angivna tillsammans med riktlinjer för toleranser och hastighet vid monteringen som brukar ge ett gott utfall. Som kan noteras i tabellerna så är det bara större och tyngre chipkomponenter som kräver lägre hastigheter är den maximala som maskinen klarar av. Den maximala monteringshastigheten som går att uppbringa är starkt kopplad till vilken möjlighet nozzeln har att skapa tillräckligt stor undertryck under lyft, transport, rotation och montering. Komponentens form, höjd och massa har därför en avsevärd påverkan på hastigheten. Exempelvis så har ondensatorer ofta en litet välvd yta vilket försämrar möjligheterna till ett tillförlitligt plock. Vid montering av 0805/2012 chipkomponenter med en höjd på 1,0 mm så går det oftast bra att utföra hela monteringscykeln med 100% hastighet. Men om komponentkroppen blir lika hög som bred (1,2 mm) så tenderar dessa komponenter att riskera att felplaceras, hur mycket skiljer sig mellan olika maskintyper men det är av vikt att kartlägga dessa mindre avvikelser. Viktigt att tänka på vid chipmontering är den avvägning som måste göras när det gäller optimering men som tumregel kan man använda att det är oftast snabbare att plocka komponenter från en närliggande matare än att flytta monteringshuvudet mer än 10 mm. De flesta maskiner tar hänsyn till komponenthöjden vid montering, framförallt när de utför själva rörelsen mot kortet under placeringscykeln (d.v.s. komponenten placeras samtidigt som en bågrörelse nedåt mot kortet utförs). Är då inte komponenthöjden rätt inställd och det är tätt packat med komponenter så finns risken att den höga komponenten under själva placeringen kommer åt och vidrör redan tidigare placerade komponenter. Vikten av ett bra kortstöd under montering är också stor. Utan stöd finns risken att mönsterkortet under placeringen börjar att oscillera, vilket i sin tur direkt skapar placeringsproblem eftersom referensplanet (mönsterkortet) kontinuerligt flyttar sig i höjdled. Exempel på olika chipkomponenters benämningar Shape name Length Width Height 0402/1005 chipkomponenter Type L tol W tol H tol Mount Speed CAM Speed 100503RP 1,0 0,5 0,3 Resistor Paper 0,1 0,05 0,03 100% 100% 100503CP 1,0 0,5 0,3 Capacitor Paper 0,1 0,05 0,03 100% 100% 100504RP 1,0 0,5 0,4 Resistor Paper 0,1 0,05 0,04 100% 100% 100504CP 1,0 0,5 0,4 Capacitor Paper 0,1 0,05 0,04 100% 100% 100505RP 1,0 0,5 0,5 Resistor Paper 0,1 0,05 0,05 100% 100% 100505CP 1,0 0,5 0,5 Capacitor Paper 0,1 0,05 0,05 100% 100% Shape name Length Width Height 0603/1608 chipkomponenter Type L tol W tol H tol Mount Speed CAM Speed 160805RP 1,6 0,8 0,5 Resistor Paper 0,2 0,1 0,05 100% 100% 160805CP 1,6 0,8 0,5 Capacitor Paper 0,2 0,1 0,05 100% 100% 160807RP 1,6 0,8 0,7 Resistor Paper 0,2 0,1 0,07 100% 100% 160807CP 1,6 0,8 0,7 Capacitor Paper 0,2 0,1 0,07 100% 100% 160808CP 1,6 0,8 0,8 Capacitor Paper 0,2 0,1 0,08 100% 100% 160909CE 1,6 0,8 0,8 Capacitor Emboss 0,2 0,1 0,08 100% 100% Shape name Length Width Height 0805/2012 chipkomponenter Type Packaging Packaging Packaging L tol W tol H tol Mount Speed CAM Speed 201205RP 2,0 1,25 0,5 Resistor Paper 0,2 0,15 0,05 100% 100% 201205CE 2,0 1,25 0,5 Capacitor Emboss 0,2 0,15 0,05 100% 100% 201207RP 2,0 1,25 0,7 Resistor Paper 0,2 0,15 0,07 100% 100% 201207CE 2,0 1,25 0,7 Capacitor Emboss 0,2 0,15 0,07 100% 100% 201211CP 2,0 1,25 1,1 Capacitor Paper 0,2 0,15 0,1 100% 100% 201212CE 2,0 1,25 1,2 Capacitor Emboss 0,2 0,15 0,1 100% 80% 68 69
Verktyg: TAK mall Nedan är ett exempel på ett verktyg som är användbart då man vill skapa sig en bild av vad som orsakar samtliga stopp i ytmonteringslinan. Det är ofta så att när man har arbetat i en miljö under en tid så är det svårt att se vad som kanske är uppenbart ifrån en Lina utomstående. Fyll i symptom Man och brukar antal. kalla detta för att man blivit hemma blind. Att vara hemma blind brukar resultera i att man inte längre upplever stopp som är mindre än 1-5 minuter som ett problem, eftersom de går fort att åtgärda. Detta formulär bör användas under en En operatör börjar uppleva dagen som kortare tidsperiod (1 vecka räcker normalt dålig när det blir flera stopp i kategorin sätt) för att man skall få med samtliga Tidsåtgång att åtgärda fel (min) 5-15 minuter. Medans produktionsle- stopp. daren först upplever dagen som sbesvärlig då stoppen är mellan 15-60 minuter. Vid stopp längre än 60 minuter är ofta högsta ledningen informerad. Det effektivaste sättet är att skriva ut mallen och sätta upp på respektive maskin som skall mätas. Operatörerna sätter sedan ett steck i rutan för varje gång maskinen stoppar och i slutet av veckan räknas tiden ut för respektive felsymptom. En åtgärdsplan bör sedan skapas för att minimera orsaken till tidsförlusten. Maskin: Datum: till Felsymptom < 1 min 1-5 min 5-15 min 15-60 min > 60 min Åtgärd Slut på material i matare Hämta material ifrån huvudlagret Trasig tejp Splica om rullen Fel programmering av pick and place Stoppade linan för att programmera om Material på på bricka brickorna slut tog slut Hämta material ifrån huvudlagretoperatören anger åtgärd som har gjorts för att lösa felsymptomen. Här fylls alla felsymptomer i. Förslagsvis så skriver man i de man vet om från början och sedan får operatörerna fylla på med nya felsymptomer som uppstår. Operatörerna fyller själva i med penna som fästs vid formuläret under 1 veckas tid. Sedan sammanställs materialet. 70 71
72 YTmontering