 |
|
Скоро!Событий нет.
|
|
18 октября 2007
Нанесение материалов дозированием. Часть IIIОглавление:
Уровень материала в шприцеПонижение уровня вызывает изменение силы трения пасты по стенкам резервуара-шприца – следовательно, изменяется давление, которое нужно приложить для создания равномерного потока материала. Вследствие этого, размер наносимой дозы может измениться на 10% при переходе от полного шприца к пустому [20]. Этот эффект более заметен при использовании небольших значений постоянного давления. Выбор двигателя для вращения шнекаНекоторые модели шнековых дозаторов оснащены электродвигателем постоянного тока. Однако, такой двигатель менее пригоден для точного дозирования вследствие колебаний скорости при старте и остановке. В более совершенных моделях применяется бесщеточный серводвигатель в комбинации с энкодером, обеспечивающим точный контроль поворота шнека (каждый оборот шнека поделен на ~57000 сегментов) [15]. Техническое обслуживаниеРекомендации по техническому обслуживанию различаются в зависимости от производителей и моделей дозаторов, однако существуют общие правила. После окончания использования либо при паузе на более чем несколько часов необходимо снять наконечник и одеть на дозатор не пропускающую воздух насадку – это предохранит пасту от деградации на воздухе. Следует помнить о том, что в наконечнике паста со временем затвердевает, и тем быстрее, чем меньше диаметр наконечника. Наиболее частая процедура – промывка дозатора. Рекомендуется это делать после 48 часов работы, чтобы удалить старые частицы пасты и металлические продукты износа. Если дозатор не использовался день или больше, это поможет предохранить пасту от засыхания в нем при достаточно высокой температуре окружающей среды. Еженедельно необходимо разбирать и чистить дозатор растворителем, рекомендованным производителем. Достоинства
Ограничения, присущие шнековым дозаторам
Поршневые дозаторыОсновой конструкции этих дозаторов является поршневой насос прямого вытеснения. Типовая поршневая система имеет одинарный поршень, который осуществляет точное вертикальное перемещение с помощью сервопривода постоянного тока и датчика положения. Поршень изменяет объем дозирующего резервуара, который заполняется из шприца. Движение поршня в резервуаре вызывает эквивалентную подачу материала через наконечник (рис. 11). Применяются различные методы управления клапанами между впускным отверстием в дозирующий резервуар, шприцем и выпускным отверстием. Когда поршень находится в верхнем положении, к верхней части шприца с материалом прикладывается постоянное низкое давление, обычно равное 2 – 15 psi (0,13 – 1 атм.) [9], при этом материал заполняет дозирующий резервуар. Когда поршень двигается вниз, входное отверстие в резервуар закрывается, и капля материала выходит из наконечника и падает на ПП. Обычно такие дозаторы используются для материалов со средней и высокой вязкостью, например, для нанесения адгезивов. Существуют различные конструкции поршневых дозаторов, но все из них наносят одну каплю материала в один момент времени. Нанесение дозы необходимого объема осуществляется наслоением капель одна поверх другой. Вследствие этого, процесс дозирования легко контролируется.
Рис. 11. Поршевые дозаторы: а) конструкция; б) автоматическая дозирующая головка. Рисунок из [36]. Существуют две базовые конструкции поршневых дозаторов, различающиеся механизмами привода поршня: используется электродвигатель либо электромагнитное управление. В последних поднятие подпружиненного поршня осуществляется посредством электромагнитного клапана. Технология с электромагнитным управлением существенно быстрее, чем с двигателем, и позволяет в общем случае наносить меньшие дозы [9]. С ее помощью наносятся материалы с высокой вязкостью, включая и паяльные пасты. Рекомендуется производить ежедневную очистку наконечника и еженедельную – насоса [21]. Проблема сжимаемостиПневматические дозаторы, как и шнековые, перед началом нанесения материала сжимают весь объем резервуара. После снятия давления сжатый материал стремится вернуться в прежнее состояние, что оборачивается капанием его из наконечника либо нестабильными размерами наносимой дозы. Этой проблемы лишены поршневые дозаторы, которые сжимают только тот объем, который будет непосредственно нанесен. Проблема в меньшей степени характерна для свинцовосодержащих припоев, но актуальна для бессвинцовых. Проблема пузырьков воздухаВоздух, попавший в шприц или рабочую камеру, и подвергшийся затем сдавливанию, стремиться покинуть ее и соединиться с атмосферой. Единственным выходным отверстием является отверстие наконечника. В конструкции дозаторов применяются механизмы точной отсечки, которые запирают выходное отверстие, когда дозирование непосредственно не производится. Поршневые дозаторы чувствительны к пузырькам воздуха. Достоинства
Недостатки
Характер воздействия поршневого дозатора предохраняет неоднородные материалы, такие, как паяльная паста, от расслоения. Хотя этот вид дозаторов может наносить большие объемы материала, наилучшим образом его преимущества раскрываются при нанесении малых доз. Обычно данные системы используются в приложениях, когда важна точность нанесения и повторяемость малых доз, в особенности – в сборках с высокой плотностью компоновки. Струйные дозаторыСтруйное дозирование – один из новейших методов, активно развивающихся в настоящее время. В рабочей камере, заполненной материалом и оснащенной подогревом для контроля и управления вязкостью, перемещается подпружиненная игла с шариком на конце. Шарик поднимается, и пространство под ним заполняется пастой. При опускании шарика на седло капля материала падает на ПП с высоты от 1 до 3,5 мм (рис. 12). Процесс повторяется циклически с большой скоростью. В этом отличие от прочих методов, где процесс переноса материала происходит непосредственно в процессе выдержки дозатора над позицией нанесения и смачивания материала подложки, в результате чего дозируемый материал находится в контакте как с наконечником, так и с платой. По данным [7], применение струйной головки дает преимущество в скорости нанесения от 10 до 50%, при той же или лучшей стабильности объемов наносимых доз.
Рис. 12. Струйные дозаторы: а) конструкция; б) принцип действия; в) автоматическая дозирующая головка. Рисунки из [6,38]. Достоинства
Недостатки
Типовые проблемыВ заключение следует остановиться на двух специфических проблемах дозирования, не рассмотренных в предшествующих разделах.
Оборудование для дозированияПо степени автоматизации оборудование для дозирования можно разделить на ручное, полуавтоматическое и автоматизированное. В первых трех рассмотренных методах для нанесения каждой дозы материала осуществляется перемещение дозирующей головки по осям X, Y и Z над неподвижной печатной платой; в струйном дозировании необходимость перемещении головки по оси Z отсутствует. Ручные дозаторыДанный класс устройств предназначен для использования в лабораторных условиях, единичном и мелкосерийном производстве. Самый простой вариант реализации – ручной пистолет-дозатор под шприц с кнопкой, нажатие на которую определяет время приложения давления к дозируемому материалу (рис. 13а). Такие пистолеты выпускают под различные размеры шприцев. Более сложная система дозирования – цифровой пневмодозатор, выполненный в виде настольного блока управления с подключаемым шприцем (рис. 13б). В процессе работы оператор держит шприц в руке и контролирует продолжительность приложения давления с помощью ножной педали либо кнопки, установленной непосредственно на шприце (рис. 13в). Дозаторы могут быть оснащены цифровым таймером для точной дозировки и повторяемости доз материала (диапазон таймера – от ~0,008 до 100 с), а также дополнительными функциями: запоминанием программ нанесения определенных доз материала, обеспечением разряжения в паузах между циклами дозирования для предотвращения капания, возможностью подсоединения вакуумного пинцета для установки SMD-компонентов, выносным бесшумным компрессором для работы без подключения к внешней пневмосети. Максимальное рабочее давление таких дозаторов доходит до ~7 бар [39].
Рис. 13. Ручные дозаторы: а) дозатор-пистолет; б) цифровой пневмодозатор; в) кнопка на шприце вместо ножной педали. Фото из [39]. Полуавтоматические дозаторыКак правило, такие дозаторы входят в оснащение полуавтоматических устройств монтажа компонентов (рис. 14). В них опциональная дозирующая головка перемещается оператором с помощью пантографа, а ее положение в ряде устройств можно наблюдать на системном мониторе. Такие устройства оснащаются пневматическими дозаторами, простыми либо с микропроцессорным контролем температуры и объема материала в шприце для более точного и повторяемого процесса дозирования. Система блокировки перемещения головки по осям X, Y облегчает точное вертикальное перемещение головки. Дозатор включается в момент касания иглой поверхности ПП [40]. Рис. 14. Полуавтоматический дозатор в составе полуавтомата для монтажа компонентов. Фото из [40]. Автоматизированные системы дозированияЭти устройства подразделяются на несколько категорий – от настольных ситем начального уровня до высокопроизводительных автоматов, встраиваемых в линию (рис. 15). Все данные системы оснащаются как пневматическими дозаторами, так и более точными и надежными шнековыми и поршневыми устройствами дозирования. В ряде систем применяются бесконтактные струйные дозирующие головки либо их аналоги в соответствии с запатентованной технологией конкретного производителя (например, DispenseJet от Asymtek или SmartStream от Speedline Technologies).
Рис. 15. Автоматизированные системы дозирования: а) начального уровня; б) высокопроизводительный автомат. Фото из [41,42]. Для точного перемещения дозирующей головки в позицию нанесения материала автоматы, как и системы монтажа компонентов, используют, как правило, бесщеточные двигатели постоянного тока с обратной связью или линейные приводы. Ускорения головок достигают 1-2 g, скорости по всем трем координатным осям – 0,5-1 м/c. Возможное перемещение головки по оси Z достигает 100 мм. Для компенсации погрешностей координатной системы автомата и печатной платы применяются системы калибровки и технического зрения. Важное значение имеет точная фиксация ПП в рабочей зоне автомата. Также имеет место дооснащение автоматов поверхностного монтажа опциональной дозирующей головкой. Производительность автоматизированного оборудования для дозирования находится в диапазоне от ~12000 доз/ч у систем начального уровня до ~50000 доз/ч при применении струйных дозирующих головок. Автоматические системы пневматического дозирования обеспечивают производительность до ~40000 доз/ч [19]. Производительность автомата может быть увеличена путем установки нескольких дозирующих головок на одном портале, а также использования многопортальных автоматов. Типичный объем наносимых доз у поршневых дозаторов находится в диапазоне от 0,002 до 2 мл [36], точность нанесения доз составляет от 1 до 3% (3σ). Точность перемещения головок составляет ~0,025 – 0,075 мм (3σ), повторяемость: ~0,025 – 0,050 мм (3σ). Системы оснащаются устройствами подогрева дозирующего наконечника, контроля температуры и уровня материала в шприце; механическими и лазерными датчиками высоты наконечника; станциями очистки дозаторов (рис. 16); системами импорта CAD-данных. Рис. 16. Станция автоматической очистки дозирующих устройств. Фото из [1]. ЗаключениеСистемы и методы нанесения материалов дозированием, применяемые в производстве электроники, отличаются очень большим разнообразием. Это связано как с особенностями нанесения материалов различного состава и свойств, так и с конструкторско-технологическими отличиями изделий и их составных частей. Данная статья содержит лишь краткий обзор наиболее распространенных методов. Отдельные способы дозирования будут рассматриваться более детально в специализированных статьях. Список использованных источниковСтатьи и технические руководства
Паяльные пасты для дозирования
Наконечники для дозирования
Оборудование для дозирования
|
|
|
|
© “Элинформ” 2007-2024. Информационный портал для производителей электроники: монтаж печатных плат, бессвинцовые технологии, поверхностный монтаж, производство электроники, автоматизация производства  |