Oltre il concetto di produzione integrata

PICK & PLACE –

Considerando la crescente miniaturizzazione e l’aumento in complessità dei package il risultato dell’operazione di piazzamento di una moderna pick & place, è direttamente correlato al risultato della serigrafia e, quindi, al controllo dei depositi di pasta saldante.

Con la nuova piattaforma modulare NPM (Next Product Modular), Panasonic, distribuita in esclusiva da Packtronic, non si limita a proporre una nuova tecnologia, ma va oltre e offre il nuovo concetto di “produzione integrata”. La supervisione accurata delle operazioni di serigrafia e il controllo dei depositi di pasta saldante costituiscono attività fondamentali nei processi produttivi dell'industria elettronica, questo ancor più sentito in occasione della sempre maggiore complessità e miniaturizzazione dei componenti e sistemi coinvolti. Diventa allora interessante poter intervenire all'occorrenza sull'arricchimento dei depositi serigrafici tramite dispensatore volumetrico, così come poter eventualmente rafforzare la stabilità dei componenti tramite la deposizione di un punto colla sotto il loro corpo.  L'idea guida che ha portato al progetto NPM è stata quindi quella di integrare queste soluzioni di processo per ottenere una gestione univoca e organica della programmazione dell'intera linea, per garantire al livello più alto il controllo a loop chiuso, ma con retroazione sui singoli step. Un controllo sui singoli stadi di processo che si aggiunge al globale Controllo Statistico di Processo (SPC), capace di raccogliere, correlare e analizzare con un unico strumento le singole prestazioni e le eventuali deviazioni che si dovessero verificare nei singoli passaggi dell'intero ciclo.

Un occhio di riguardo alla flessibilità
Con un'attenta valutazione delle differenti situazioni di mercato, Panasonic ha voluto che il concetto della piattaforma NPM fosse adatto anche ai mercati caratterizzati da produzioni high mix-low volume quindi ha fortemente valorizzato il concetto di flessibilità. La soluzione scelta al riguardo è stata di dotare NPM di interessanti soluzioni quali per esempio la serigrafica integrata con doppio telaio e di asservire l'intera linea con doppio convogliatore; soluzione questa che permette la contemporanea produzione di due differenti schede, identiche o diverse sia per dimensioni sia per numero e caratteristiche dei componenti presenti a bordo. Questa soluzione riduce contemporaneamente i tempi di set up di linea e, soprattutto, l'impatto del costo dell'operatore sulla linea, in quanto con questa soluzione si può usufruire del personale necessario alla gestione di una singola linea per gestirne in realtà due.
Grazie a questo concetto, che ha richiesto a Panasonic più di tre anni in R&D e sperimentazione al suo interno, NPM offre in ogni modulo un doppio portale x-y in grado di alloggiare diverse configurazioni di teste. Oltre alle normali teste di montaggio pick & place disponibili in quattro diverse configurazioni (assolutamente interscambiabili tra loro in meno di 10 minuti), si può installare la testa d'ispezione 3D per la verifica dei depositi di pasta saldante, la testa d'ispezione ottica 2D per la verifica della scheda dopo il montaggio e quella di dispensazione volumetrica per pasta o colla, nonché il modulo DSP per la serigrafia mediante doppio stencil, con convogliatore a doppia linea, riducendo così notevolmente i tempi di programmazione e integrando tutto in un unico sistema.
La scelta delle diverse teste consente di creare la configurazione più opportuna ai propri fini produttivi. Sono disponibili sei diversi modelli:

•    Testa a 16 nozzle, velocità di lavoro 70.000 comp/ora dal package 01005 alla dimensione di 6x16 mm, altezza 3 mm.
•    Testa a 12 nozzle, velocità di lavoro 57.000 comp/ora dal package 01005” alla dimensione di 12x12 mm, altezza 6,5 mm.
•    Testa a 8 nozzle, velocità di lavoro 34.000 comp/ora dal package 01005” alla dimensione di 32x32 mm, altezza 12 mm
•    Testa a 2 nozzle, velocità di lavoro 8.500 comp/ora per package fino a 100x90 mm, altezza 28 mm.
•    Testa per ispezione 3D dei depositi di pasta saldante; esegue la verifica dell'area e del volume, individua l'eventuale presenza dei corto circuiti
•    Testa per l'ispezione 2D dei componenti; ne verifica la presenza, la polarità, la centratura ed esegue la lettura dei caratteri alfanumerici
•    Testa di dispensazione colla con velocità di lavoro di 30.000 punti/ora

L'elevata modularità posseduta da NPM è conseguita tramite l'utilizzo di teste compatibili e intercambiabili tra loro, dotate di un sistema plug & play che permette il riconoscimento automatico della testa montata; l'NMP è inoltre dotata di carrelli porta caricatori per effettuare un veloce cambio di prodotto preparando l'allestimento fuori linea. Tutta la gestione avviene tramite un potente software capace di ottimizzare il flusso di processo tra i diversi moduli, lo stesso che presiede un sistema di visione con sofisticati algoritmi in grado di identificare anche i componenti più complessi. In aggiunta NPM ha la possibilità di montare i sempre più diffusi componenti adatti al processo tecnologico pin-in-paste, di gestire i componenti POP (Package On Package) ed è predisposta per la nuova tecnologia di montaggio 3D in arrivo nei prossimi anni. Grazie alla sua architettura hardware flessibile e compatta NPM risulta adatta sia alla realizzazione di prototipi sia alla produzione di grandi volumi.

Automatic Process Control,
l'applicazione del concetto di retroazione

Il montaggio di componenti sempre più piccoli e di circuiti sempre più sottili ha portato a introdurre maggiori controlli di tipo dimensionale, quali ad esempio quello della planarità del circuito, quello del controllo dell'altezza dei componenti e l'innovativo sistema APC (Automatic Process Control) in grado allineare il montaggio del componente all'effettivo deposito serigrafico. Questi sono controlli effettuati in tempo reale e sempre in real time (nel caso si evidenzino discrepanze tra valori di set-up e valori letti) agiscono in retroazione sui valori originariamente impostati, modificandoli automaticamente nella direzione finalizzata a ristabilire le condizioni ottimali di piazzamento.
Quindi il sistema APC (Automatic Process Controll) messo a punto da Panasonic permette il dialogo in tempo reale tra i vari moduli, così che la testa di montaggio riceva dall'ispezione 3D della pasta saldante l'informazione sullo stato reale del deposito; la testa di montaggio correggerà quindi le coordinate di montaggio sull'effettiva posizione del deposito di pasta, evitando i normali difetti di processo quali componenti disassati, non saldati, tombstoning e corto circuiti. Questo tool diventa particolarmente indispensabile nel montaggio di componenti molto piccoli come i 01005 e i 0201 (componenti per i quali Panasonic ha maturato esperienza di montaggio fin dal 2004), migliorando così la qualità dell'intero processo al fine di ridurre drasticamente le dispendiose e complesse attività di riparazione e di rilavorazione.

3D Sensor nella verifica dei grid array e del fine pitch
Dotando NPM del sistema 3D Sensor, il modulo di completamento viene equipaggiato con un reale sensore tridimensionale che misura le ball di componenti quali i BGA nelle tre dimensioni, verificando quindi che sia corretta tanto l'area quanto l'altezza, al fine di garantire la planarità nel montaggio e quindi il corretto collassamento in rifusione. Allo stesso modo il sistema 3D Sensor è anche in grado di verificare l'eventuale presenza di pin sollevati nei componenti fine pitch, evitando così di delegare tale complessa analisi ai sistemi AOI post reflow. Grazie all'opzione di verifica del componente, tutti i cambi prodotto e le bobine di componenti coinvolte vengono tracciati e controllati per evitare il verificarsi dell'errore umano nel cambio del set-up della linea e per evitare gli errori durante i cambi rolla.
 
Dual Lane Screen Printer e controllo 3D del deposito
La nuova macchina serigrafica DSP con sistema Dual Lane per la serigrafia e la gestione contemporanea di due schede e due telai diversi, comunica direttamente con la testa d'ispezione pasta 3D per l'eventuale correzione di errori nel deposito utilizzando un controllo a loop chiuso. DSP, avendo un sistema dual lane, può serigrafare due identiche schede con due telai uguali, due schede diverse con due differenti telai, oppure lavorare con una linea mentre si allestisce l'altra, evitando perdite di tempo per il cambio lotto. Il tempo ciclo per ogni scheda è di 6,5 secondi.

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