模板印刷機的選擇策略

隨著貼片機速度的日益提高與貼裝材料的不斷發展，模板印刷已成為確保6σ質量的前提下縮短生產周期的主要工位。對于再流焊而言，模板印刷的生命力在于它還是最適合的在PCB上預置焊膏的方法。對于模板印刷機制造商來說，其設備必須能夠滿足用戶不斷地印刷新型材料的要求，以解決有關的工藝問題。焊膏技術的變化，諸如無揮發性有機物(無VOC)和無鉛焊料等的變化，對維持印刷參數的恒定提出了挑戰。不管是生產工程師要優化現有系統，還是管理者準備選購新設備，重要的是應了解模板印刷機目前的機械情況。 

    效率是決定性因素　　


    對于生產者來說，哪方面更為重要呢？是速度還是精度？當然，還必須考慮到具體生產的復雜性、檢測與返修(或替換)成本等。但真正的目的應是達到產量與質量理想的結合；換而言之即效率。有些情況下，產量與質量的交叉點決定了生產的效率。效率越高，投資回報越快。在效率方程式的質量一側的主要參數有精度、可靠性和生產的靈活性。 

   產量是另一個重要因素　　


    提高模板印刷機的速度是一個具有挑戰性的課題。在印刷過程中，印刷行程和PCB與模板的分離速度是一定的，而刮刀的印刷速度則取決于模板上的開口尺寸和焊膏的成份。因此，提高印刷的操作速度即成為關鍵因素。自動印刷機的實際印刷周期通常為15秒至20秒，而對于高速生產線則要求小于10秒。盡管印刷操作并非決定性因素，但在許多實際生產中，隨著產量的增加，其重要性也得到的加強。但是，提高精度與柔性勢必需要增加處理的時間。印刷的速度越快，留給視像校正、PCB精確定位和模板擦拭等的時間就越多。通過提高這些相應處理的速度，就可以留給PCB印刷后2D和/或3D檢查更多的時間，與"低速"印刷機的區別越徹底。 　2D和3D檢查的時間越多，工藝樣品的統計精度就更高，從而缺陷率更低 提高產量。


 　　通常，在提高自動印刷機的生產速度時首先會想到的是各軸的運動情況。從機器的發展角度來看，簡單而且最常用的方式即是提高各運動軸的速度。如果對機器的精度和可靠性沒有要求，這種方法的精度和可靠性是足夠的?！　?br />

    一個更智能的方法是采用真實性能運動控制工程。對運動的各節點進行分析、算法演練和試驗，以及對各軸的疲勞情況進行分析。印刷機上的每一驅動系統的實際性能均通過計算，以滿足對加速性能的最佳配合。相應地，印刷速度也通過計算確定，從而使印刷機具有最優潛能。這一效率與安全性設計理念已以曲線形式寫入了機器的運動控制板中，從而使機器的每一個運動都能迅速遵照執行。如此，印刷周期可縮短20%。 移動視像系統 自動模板印刷機的視像系統用于將PCB與模板對正，該系統可在機械和電子兩方面提高速度。對于后者，首先可將專用視像處理器與印刷機系統的CPU相結合進行協同處理，從而可對所得圖像進行快速處理。同樣，還可以在系統移動至下一個基準點的過程中進行處理，因此被稱之為"移動"視像系統。


　　首先，提高視像系統在基準點間移動的運動速度，必須采用與其它運動軸相同的運動分析與設計方法。視像系統必須能夠由運動控制板中的高級算法支持。應當注意的是，由于基準點的位置通常需要兩個相互垂直軸的運動，從而實現真正的連續運動是不可能的。但是，通過性能運動控制工程，可以獲得高的視像速度。優化的加速與減速可以明顯提高視像的速度。從而減少了停頓時間和基準點、2D、3D檢查等圖像的捕捉時間。如果設備采用的是空氣軸承，還可以確保運動的平滑與精確。 


    系統應采用直接驅動以避免皮帶驅動所具有的明顯的運動間隙 智能軟件 智能軟件能夠自動測算模板印刷機的效率。高效印刷機可以對機器的功能和工藝進行控制，從而能夠實現各工序間的快速轉換。最新的軟件具有運動控制的同時性，使印刷機中的并行工作能夠同時進行。先進的印刷系統至少有四個軸可以同時運動，從而使多種動作同時完成。


 　　另一項最新的技術是"自適應補償"，可用于對印刷機各項功能進行持續分析以提高生產效率。例如，在模板與PCB校正的過程中，可通過校正量大小的分析來自動重新確立模板的原點位置，從而縮短校正時間。



　　目前的智能軟件還能夠對超出模板印刷機以外的情況進行分析。操作系統可以監視下一工位的設備，核實板的需求情況，并且還能夠針對整條生產線的情況提出最大限度提高生產效率的策略。例如，印刷機不停地"監測"下工位情況，在其完成一個操作(如模板清潔)之前即向其輸送一塊PCB。如果完成操作在先，印刷機則會改變常規的次序直至滿足整條生產線的需求。



    影響產量的其它因素


 　　現在越來越多的用戶傾向在印刷間歇期進行模板清潔。保持模板開口中無焊膏及模板底面的清潔十分重要。這是確保無漏印和具有良好印刷分辨率等印刷質量的基礎。



　　最近，可以裝配在印刷機上各種形式的自動擦拭系統相繼問世，大多具有很強的真空吸力和改進的擦試管理程序。更先進的做法是首先進行高效率的濕擦，隨后再進行干擦以去除遺留的溶劑。用清洗溶劑可以去除殘留的焊膏。采用快速而高效的模板擦拭不僅可以縮短印刷周期，而且可以減少系統的保養。當然，更有意義的是可同時進行多種操作，如在擦試模板的同時可進行焊膏的填充。
 

    當一塊板正在印刷時，另一塊板可直接插入到其排隊位置上。將電路板傳送至距印刷工位最近的位置同樣可以節省軸的運動時間。恰當的中心定位設計，同樣有利于精確、重復的印刷。



　　設備的調整也是一個方面，盡管是在印刷之前，但依然會對總的產品產量產生影響。該方面的改變，如自動支撐的引腳排布系統，既能保證精度又加快了調整速度。自動焊膏填充裝置可減少停機頻度，可獲得十分寶貴的時間。此外，離線編程功能在自動印刷機中也是必不可少的。



     柔性、精度和可靠性


 　　柔性的評定可從兩方面進行。首先，印刷機必須具備柔性的機械結構，以獲得最佳的夾具方案。其次，印刷機必須具有先進的軟件，使系統能夠自動適應不同的基板。在印刷機上緊固而又精確地夾住PCB也是表面組裝生產線中諸多夾具難題之一。印刷機必須具有多種定位選件，使其可以按相應情況單獨或相互配合使用。對比度低的視像系統對各種基板材料的適應性要強。如果裝有此類系統，加之適當的機械定位裝置，則對于陶瓷基板甚至柔性基板均可很容易處理。



 　對于自動印刷機，精度受到三個方面的影響。第一是線路板基板在印刷機上的定位校正。一些印刷機采用機械擋板。采用這種方法，其固有的精度受到板與板之間的基板偏差影響。 某些高端印刷機采用的是非接觸式運動傳感器，與機械定位不同的是在變換不同的電路板時，它可對不同的基板進行補償，而不需要人工干預。由于采用此類傳感器，板的自動校正速度變快，重復性也更好。當對已有組件的板進行第二面印刷時，這一點顯得十分重要。采用結構型執行機構，如采用鑄件，可增進系統的可重復性與可靠性。有限元分析證明若要達到高的穩定性，首先須有一個穩定的基礎與框架。因而，設備通常喜歡采用鑄件以達到所需的穩定性，而不必考慮較高的運行速度所引起的附加應力。


　　當然，任何機器最終都會損壞。性能工程學設計只是大大地提高了系統的可靠性，并盡量縮短停機時間。當一個零件或一個子系統損壞時，應能很方便地取下或更換。模塊化設計對于縮短停機時間十分重要。另外，不管用戶身在世界何地，來自制造商的零配件與工程支持均應快速便捷。


 　　產品變換時間 　通常，在選擇印刷機時主要考慮的是其柔性和使用的方便性，以及是否能印刷多種不同類型的板。現在的印刷機通常有多種選件。如有的具有自動支撐的引腳排布功能，將支撐引腳按一定圖形排布給待印板以支撐。引腳的排布可編程控制，且不需要專用夾具從而縮短了產品變換時間，最適合于生產產品型號經常變換的生產線。


　　另一個選件是模板的在線更換。即自動從在線模板貯藏架(通常位于印刷機的后部)中選擇并裝載模板。典型地模板更換時間為20秒。另外的系統中印刷臺Y軸與Z軸的柔性夾具可對基板進行適當力度的夾緊，從而可有效地適應不同尺寸的基板。最后，印刷機還可配置離線編程軟件，使印刷機能夠從計算機下載設置的參數和基準點數據。

　　產品生產的"更便宜、更快速、更優質"的要求促使著制造商不斷推出更有競爭力的模板印刷機。隨著更高生產速度要求而來的是更高精度的要求?？偠灾?，系統必須速度更快、性能更穩定、使用壽命更長。因此，理想的印刷機必須是經過性能工程學設計的，它能夠滿足目前SMT生產所要求，具備快速、高效的性能且具有一定柔性與可靠性，同時，還應滿足不斷變化的焊膏性能要求。