Ubicación de los componentes

Las máquinas de colocación de chips se utilizan para hasta el 90 % de los componentes más comunes, como los pasivos y los activos pequeños. Estas máquinas son rápidas (de 20 000 a 80 000 chips por hora, pudiendo alcanzar hasta 100 000) pero con una precisión relativamente baja (generalmente 70 μm ). ^{[ 1 ]} Por consiguiente, no se utilizan para la colocación de componentes activos, que requieren mayor precisión. Existen tres tipos principales de máquinas de colocación de chips: de torreta fija, de pórtico superior y de cabezal giratorio. 

En comparación con las máquinas de colocación de chips, las máquinas de colocación flexible son lentas (de 6000 a 40 000 por hora) pero ofrecen una alta precisión (tan baja como 25  μm). ^{[ 1 ]} Por consiguiente, se utilizan para colocar componentes activos complejos y de alta E/S, como los QFP, ya que estos componentes de alto rendimiento generalmente requieren mayor precisión. Existen tres tipos principales de máquinas de colocación flexible: pórtico superior, cabezal giratorio y eje dividido. Las máquinas de colocación de chips y las máquinas de colocación flexible suelen utilizarse en conjunto y pueden representar casi el 65 % del coste total de la línea de montaje .

El cabezal de colocación del sistema de posicionamiento tipo pórtico superior está montado sobre una viga de pórtico (eje X). Durante la secuencia, la viga se mueve perpendicularmente a la dirección del movimiento del cabezal de colocación, lo que ofrece dos grados de libertad (alineación en X e Y) en un plano paralelo a la mesa de la máquina. La placa de circuito impreso (PCB) y los alimentadores permanecen fijos durante la colocación. La PCB se ubica en la mesa mediante la identificación de marcas de referencia globales y locales a través de un sistema de visión. Este cabezal de colocación se mueve a lo largo de las vigas de los ejes para recoger los componentes de un alimentador y luego se posiciona para colocarlos. Una boquilla de vacío en el cabezal de colocación se mueve verticalmente hacia arriba y hacia abajo para proporcionar el eje Z y gira en el plano horizontal para proporcionar la alineación angular theta. En ocasiones, también se aplica un sistema de visión secundario para verificar la corrección y alineación de los componentes después de la recogida y antes de la colocación. Dado que la PCB y los alimentadores permanecen fijos durante la secuencia de colocación, se eliminan las fuentes adicionales de imprecisión posicional. La máquina tipo pórtico superior ofrece la mejor precisión de colocación entre todos los tipos y es utilizada exclusivamente por colocadores flexibles. Ofrece mayor flexibilidad y precisión, pero no alcanza la velocidad de otros sistemas. Las máquinas con múltiples pórticos pueden lograr mayor velocidad.

El sistema de torreta estacionaria tiene una velocidad relativamente mayor debido a una serie de cabezales idénticos que giran en una sola torreta. El alimentador se mueve en la dirección X hacia una ubicación de recogida fija. Hasta 36 boquillas de vacío alrededor del perímetro de la torreta giratoria proporcionan alineación en Z y theta. La torreta rota varios cabezales entre las ubicaciones de recogida y colocación. La PCB se mueve en las direcciones X e Y bajo los cabezales giratorios, deteniéndose bajo la ubicación de colocación correcta. En comparación con un cabezal de pórtico, los movimientos simultáneos de los alimentadores y las PCB mejoran considerablemente la tasa de colocación promedio. Dado que los componentes pasivos no requieren una gran precisión de colocación, se aplica exclusivamente en máquinas de colocación de chips. El sistema de torreta estacionaria tiene la limitación de requerir una gran superficie para el banco de alimentadores móviles (superficie = 2 * longitud total del alimentador). La posibilidad de que los componentes se desprendan debido al mecanismo de la placa móvil es otra limitación. ^{[ 2 ]}

Este sistema combina la ventaja de velocidad de una torreta fija con la ventaja de tamaño de un pórtico superior. Siemens lo utilizó por primera vez. ^{[ 1 ]} La torreta fija con múltiples cabezales de recogida realiza funciones simultáneas mientras mueve los componentes desde la recogida hasta las ubicaciones de colocación. Varios revólveres están montados en pórticos independientes para recoger varias piezas de alimentadores fijos antes de moverlas a la placa de circuito impreso (PWB). La torreta móvil y las torretas múltiples ofrecen una mayor velocidad de colocación y permiten que el cabezal revólver se pueda utilizar tanto en lanzadores de chips como en colocadores flexibles. Sin embargo, su utilización en colocadores flexibles tuvo un éxito limitado en la práctica. ^{[ 3 ]}

En un sistema de ejes divididos, el cabezal de posicionamiento se mueve en las direcciones X, theta y Z, mientras que la placa de circuito impreso (PWB) se mueve en la dirección Y. Debido a la presencia de dos componentes móviles, la máquina de ejes divididos requiere un poco más de precisión que una máquina de pórtico superior. Sin embargo, mejora considerablemente la velocidad de posicionamiento.

El alimentador de cinta y carrete es el diseño más común. En los alimentadores de cinta en carrete, se carga un carrete que se coloca en un receptor. El carro de despegue tira de la cinta hacia adelante hasta que el siguiente componente se encuentra en la posición de recogida. Cuando el sensor indica que el componente está en la posición de recogida, un soporte se mueve hacia abajo y bloquea la cinta. Los alimentadores de cinta son los más adecuados para colocar grandes cantidades de componentes pequeños idénticos. Existen alimentadores de cinta de diversos tamaños y se pueden utilizar para circuitos integrados de contorno pequeño (SOIC) y encapsulados de chips con terminales de plástico (PLCC). La principal desventaja del formato de cinta es la imposibilidad de reciclar las cintas vacías. Especialmente en el caso de dispositivos de chips pequeños, el material de desecho de la cinta pesa varias veces más que los componentes empaquetados. Además, existe un costo adicional para colocar componentes pequeños y económicos en cinta.

Los alimentadores de barras están diseñados para componentes empaquetados en barras lineales (circuitos integrados pequeños producidos en volúmenes bajos). Los componentes se mueven a la ubicación de recogida por gravedad o vibración. Alimenta cualquier encapsulado SOP, SOT y PLCC común empaquetado en forma de barra. Gracias a las diversas posibilidades de ajuste del tamaño de la pista, el alimentador se puede adaptar fácilmente a muchos tipos de componentes diferentes. ^{[ 4 ]}

Los alimentadores de bandeja matricial se utilizan para componentes grandes, delicados o costosos. Se desarrollaron para facilitar el manejo de paquetes planos cuádruples y componentes de paso fino. Estos sujetan los componentes de forma segura sin dañar los frágiles terminales. Una bandeja completa con perfil matricial se desplaza para colocar filas o componentes individuales en la posición de recogida. Este proceso suele ser más lento que el de los alimentadores de cinta, ya que los componentes alimentados en bandejas matriciales a menudo requieren una mayor precisión de colocación.

Los alimentadores a granel pueden manejar componentes tipo chip que se utilizan en grandes cantidades. Un alimentador a granel generalmente dispensa los componentes, que se almacenan en una caja a granel, mediante un mecanismo de posicionamiento rotatorio único que los coloca y orienta, y los alimenta hasta la posición de recogida mediante una cinta de acero inoxidable . Son más económicos que los alimentadores de cinta, ya que no requieren empaquetamiento de cinta, pero tradicionalmente su rendimiento es problemático debido a su construcción y a los residuos generados durante el proceso de alimentación.

Los alimentadores directos de chips se utilizan principalmente para flip-chip o chip-on-board. Estos alimentadores podrían eliminar las líneas de producción separadas y dedicadas para SMT, chips desnudos y flip-chip, combinándolas en una sola. También permitirían soluciones de ensamblaje total con mayor velocidad y flexibilidad, lo que resultaría en un menor costo por colocación. Además, eliminarían procesos costosos como la transferencia intermedia de chips a cintas con bolsillos, cintas de surf o paquetes de waffle antes de la colocación. ^{[ 5 ]}

La velocidad de colocación se ve afectada por el tiempo de inactividad de la línea. Dado que los problemas con los alimentadores son una fuente importante de tiempo de inactividad, la reparación y el mantenimiento de los alimentadores son cruciales para las operaciones de colocación de componentes. Estas son las formas comunes de detectar problemas con los alimentadores: ^{[ 6 ]}

• El alimentador no alcanza la producción deseada o la producción disminuye después de haber llegado al nivel deseado. El alimentador tiene una producción baja o reducida.
• El alimentador funciona de forma ruidosa únicamente durante ciertos períodos.
• El alimentador funciona, pero su producción se ha reducido.
• El alimentador funciona de forma ruidosa, pero alcanza una producción normal.
• La amplitud de la señal de alimentación se desvanece gradualmente o disminuye lentamente.
• El flujo de material que sale del alimentador es turbulento, lo que genera un flujo inconsistente en el proceso.
• La salida del alimentador es inconsistente, lo que provoca fluctuaciones en el caudal de alimentación.

La configuración en línea reduce la capacidad y los procedimientos de configuración incorrectos pueden generar tiempos de inactividad adicionales. No se pueden producir placas si el sistema de colocación no está configurado. Debido a la complejidad de la configuración del alimentador y el proceso de cambio, es importante que los operarios conozcan los diferentes tipos de mecanismos de alimentación. Existen herramientas adicionales que pueden implementarse para facilitar la configuración de la colocación, como carros alimentadores enrollables, métodos justo a tiempo ( JIT ) y alimentadores inteligentes.

En la práctica, no es posible obtener la tasa de producción máxima teórica indicada para las máquinas en un sistema de colocación. Es necesario reducir los valores teóricos para obtener valores realistas, debido a tiempos de inactividad inesperados, tiempos de carga y descarga de placas y la configuración de la máquina. Otros factores incluyen el tamaño de la placa de circuito impreso, la combinación de componentes y la necesidad de un reconocimiento visual más complejo para componentes de paso fino. Existen muchas técnicas de reducción de rendimiento . La reducción de rendimiento global considera las paradas, ralentizaciones y configuraciones de todo el sistema, así como los factores de la máquina. Para calcular la cantidad de reducción de rendimiento global o del sistema, se debe tomar el promedio del número total de componentes colocados por hora en un período prolongado (es decir, un turno de producción completo). Las paradas programadas regularmente deben incluirse al determinar el nivel de reducción de rendimiento global que requiere el sistema. La reducción de rendimiento rigurosa, que considera cada pieza de equipo en servicio para un producto en particular de forma individual, debe realizarse por modelo de máquina específico para el balanceo de la línea. Los valores de reducción de rendimiento rigurosos son necesarios para la optimización completa del proceso.