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浅谈SMT建线方案设计
最近更新时间：2014-10-9
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浅谈SMT建线方案设计
摘要：本文提出了SMT生产线设计、设备选型的关键点，给出了五种建线方案。探讨了SMT生产线的发展方向。
关键词：生产线设计设备选型建线方案
1前言
由于SMT技术是涉及了多项技术的复杂的系统工程，技术性强，投资大，面对型号众多的SMT生产设备如何选型建线，仍是一个复杂而艰难的工作。本文结合DX-DN工业对讲通信产品制造基地建设，提出了“SMT生产线设计、设备选型”的关键要点，给出了五种建线方案。
2SMT生产线设计关键
根据SMT建线工程设备选型依据、步骤、注意事项，结合DX-DN工业通信产品制造基地建设，浅谈SMT生产线设计、设备选型要点：（生产布线、能源、供气、送风设计这里不做论述）
1.典型SMT生产线和主要设备
一般SMT生产工艺包括焊膏印刷、贴片和回流焊三个步骤，主要设备有印刷机、贴片机和回流焊炉构成生产线（图1）。
图1典型SMT生产线
2.SMT生产线设备选型依据
⑴现有产品种类，器件，生产能力，线体建设的要求。
现在DX-DN对讲产品SMT电路板年产量4千块左右，品种达28种，zui大品种电路板年产量在2000块。电路板zui大尺寸320mm*260mm*3mm;zui小尺寸120mm*80mm*3mm.器件zui大高度10mm.单品种器件数量zui多DUB用户板：片式电阻，电容24种，SOP10种，PFP封装2种，间距0.3mm.PLCC封装44脚55mm*55mm一种，QFP封装3种,80、160、208脚，间距0.3mm.；IP对讲生产需要使用CSP、BGA、PGA、LBGA、连接器、屏蔽罩、晶振等新型SMT封装器件；生产线能进行智能仪表SMT电路板生产；下一步要进行OEM代加工生产。
随着电路板组装器件密度越来越大、极窄间距新型封装多、体积小、贴装精度要求高，生产难度越来越来大。手工贴片的精度、生产速度满足不了工业对讲制造基地高产量、高精度、高品质产品制造的要求。
要求现有的两条平台流水线搬迁到产业园，实现THT插件，分机装配，节省投资。准备新建一条全新自动化SMT生产线。
⑵DX-DN对讲SMT电路板贴装缺陷，工艺流程。
手工SMT贴装缺陷：
a.CHIP件贴装偏移，手工加压不一致、目视检查不出细微的贴装位置差距，QFP手贴不准，不能一次贴装到位、需二次贴装，形成锡膏粘连，造成桥连。
b.手动锡膏印刷速度慢，形成瓶颈制约整线生产速度。
c.回流焊接曲线优化、冷却区不合适，造成焊接不良和翘曲变形。
DX-DN数字对讲电路板SMT生产目前使用半自动印刷机，平台生产线，真空吸笔或镊子手工贴片，回流焊接工艺进行生产。
搬迁到产业园后，电路板SMT组装工艺为单面混装。优化后的工艺流程为：PCB检验→A面自动印刷锡膏→A面自动贴装SMT、SMD元件→回流焊接→AOI检查→B面直插THT→B面THT引脚手工焊接→清洗→功能测试→入半成品库。需要配置印刷机、贴片机和回流焊机设备。
⑶根据现有产品组装密度、窄间距QFP和大尺寸SMD、异形元器件，确定IC异型贴装设备配置全视觉高精度多功能贴片机一台。兼顾高速生产需要再配置一台高速CHIP元件贴片机。
3.设备选型步骤（产能计算）。
⑴统计2009年zui大产量计算出全年贴片SMD元件总点数为583840点，我们按60万点算。
⑵理论产能测算：
a.手工贴片
每个工位每班贴1千点，五个工位，八小时（班产）5千点需120班次完成60万点贴装。
b.自动贴片机
1台高速机+1台多功能机组合的贴装速度在1万点——十几万点/小时。我们以1万点/小时测算。不考虑换线，单品种：八小时（班产）8万点，需8班次完成60万点贴装。考虑多品种，小批量，频繁换线，放宽1倍工时。
⑶SMT整线配置方式分为“多品种、小批量”和“少品种、大批量”的两种类型。
“多品种小批量”的配置原则为，为灵活、拓展、节资。
“少品种、大批量”的配置原则为：灵活、高速、可靠、创造。在大批量配置中要尽可能高速，来提高生产率，降低成本。同时高速中要求可靠性好、一致性强、灵活性和稳定性高，才能有更高的创益，才能有更高的。
3SMT设备选型关键
⑴规划好整条生产线对基板的处理能力：如PCB尺寸、厚度、重量、板边的留空要求、定位要求(基准点、定位孔、边定位的厚度和曲翘限制等)、必须有详细和准确的规划。这些规划应以整线设备的层次来进行的。如有多条不同规范的线，则统一规范。
⑵生产线整体要求贴装能力达到3万Chip／小时；元件范围从0402-55mm*55mm方型器件、CSP、QFP、BGA、UBGA、片式电解电容、电位器、电感、50*150mm连接器，元件高度为25mm；贴装精度±0.08mm／Chip、±0.05mm／QFP；zui大PCB面积510mmx460mm。后续加线兼容性好。
⑶贴片机要注意选整体铸造式机架，保证CHIP,QFP贴装精度；选飞行对中、CCD安装在贴片头上的贴片机，保证贴装位置的准确；配置离线编程设备和软件，缩短换线准备时间、优化整线速度；供料器按zui多元件数量的电路板产品进行配置，并适当多配置几个，用于补充元件或换元件时提前准备，以免影响贴装速度。
⑷印刷机要选全自动视觉，保证印刷精度，降低电路板焊接的不良率；特别注意选则印刷周期10S左右的设备，消除整线生产的瓶颈效应。zui后选换线时间短的设备，保证连续生产。
⑸回流焊要选加热区长度大于1.8M、8温区以上、有冷却区、温度曲线测试功能，配UPS电源保证回流焊接质量。
⑹AOI光学检查仪选择CCD相机，同轴碗状光源、误判率和漏判率稳定可靠的设备，保证检测的质量和速度。
⑺如果资金条件比较紧缺，应优先考虑设备的性能价格比。
4SMT生产线建线方案（这里省略传送设备）
方案一：多功能SMT生产线
设备类型品牌/型号数量（台）
印刷机德森DSP10081
多功能贴片机富士XPF-L1
回流焊炉日东IPC8101
评价：采用1台富士XPF多功能贴片机，可贴所有贴片、IC元件，自动更换贴片头，可选配点胶头。为压缩开支，印刷机，回流炉采用国产。整线理论速度为2万点/小时，该生产线适合批量不大、品种较多的小型企业和科研院所，预计整线投资在200万人民币。
方案二：中速SMT生产线
设备类型品牌/型号数量（台）
印刷机德森DSP30081
高速贴片机JukiKE2070E1
高精度贴片机JukiKE2080E1
回流焊炉日东IPC8101
评价：中速贴片线配置方案，适合中小型企业规模化生产，整线理论速度4万点/小时，实际2.7万点/小时。既适合高产量的生产模式，又适合多品种小批量的生产模式。预计整线投资在220万人民币左右。
方案三：中高速SMT生产线
设备类型品牌/型号数量（台）
印刷机德森DSP30081
高速贴片机富士XPF-L2
回流焊炉日东IPC8101
评价：采用富士的两台XPF，一台作为高速机，另一台作为泛用机，整线理论速度为5万点/小时，预计整线投资在350万人民币左右。
方案四：高速SMT生产线
设备类型品牌/型号数量（台）
印刷机DEK02ix1
高速贴片机富士NXT（含4台M6模组）1
高精度贴片机富士XPF-L1
回流焊炉ErsaHotflow3/20E十温区回流炉1
评价：采用了富士NXT模组机和XPF多功能机的组合方案。NXT通过搭载可以更换的贴装工作头，几乎可应对所有元件的挑战，灵活性非常高，整线贴片速度接近13万点/小时，预计总投资在700万人民币。
方案五：超高速SMT生产线
设备类型品牌/型号数量（台）
印刷机DEKPhoton1
高速多功能贴片机富士NXT（含10台M3模组，2台M6模组）1
回流焊炉ERSAHotflow3/20E十二温区回流炉1
评价：该方案的理论速度达到了惊人的31.2万点/小时，几乎是高速SMT生产线的两倍以上。适合单一大批量产品的生产，如手机板卡。为跟上生产节奏，印刷机选用了DEK的型号Photon，印刷时间5秒；回流炉采用了ERSA十二温区的型号，预计总投资会超过1000万人民币。
5SMT生产线发展趋势
电子设备和工艺向“半导体和SMT”发展，PCB-SMD复合化、新型封装FC-BGA、MCM多芯片模块、3D封装、POP技术应用。贴片机朝“模块化复合型架构、模组化结构、多悬臂、高速智能贴片头、柔性化方向”发展。SMT生产线采用CIMS管理，朝“信息集成的柔性生产环境方向”“连线方向”发展。
6结束语
SMT自动化生产线是实现电子规模化组装的基础，进行SMT组线设计时要根据企业的投资能力、产量的大小、线路板的贴装精度要求等因素，制定合理的引进计划。必须对其中的关键设备进行详细的调研，了解其具体的技术参数；做好设备、工艺工序的优化、就可以充分发挥SMT生产线的巨大潜力，大幅提高生产效率，产品质量可以稳定在几乎无缺陷的状态。
参考资料：
1.电子产品生产工艺与管理廖芳主编电子工业出版社
2.DX-DN数字对讲系统技术电讯公司
3.SMT通用工艺(上)顾霭云
4.SMT生产线选择评估“SMT生产线选择评估”
5.表面组装技术（SMT）基础与可制造性设计（DFM）顾霭云
1.13表面组装建线工程和设备选型
作者简介：
谈莹青男工程师，从事工业通讯研发技术工作，现任职武汉武钢东湖*开发区武钢电子产业园武钢数字通信公司总。
刘大春（1972-），男，技师，从事电子组装工艺技术工作十余年，现任职武汉武钢东湖*开发区武钢电子产业园武钢数字通信公司产品部。