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新一代的灵活制造设备
New ManufacturingEquipment
环球仪器公司中国区总经理 王家发

目前来看,欧洲和美国的装配厂商都发现很难与远东地区的低制造成本厂商在大批量装配业务方面竞争。这使西方电子制造业的情况发生变化,厂商需要寻求原型制造、预生产和新产品引入 (NPI) 合约,并在更为专业的医疗和汽车电子等领域争取中等批量的制造业务。对于那些既具备灵活精密制造能力、又拥有设计和开发专有技术能力的装配厂商来说,这是一个充满盈利的商机。

除了原型制造和新产品验证外,西方电子企业的业务还包括在离岸制造商大规模供应市场之前,就开始装配原始样品。因此,生产数量可能由几个至数千个,为了完成这样的合约,西方制造商需要配备和海外制造商非常接近或完全一样的装配设备。

成本因素

设备制造商正努力满足这类专有的市场需求—许多人认为这将成为西方企业的主流业务模式—提供高度模块化的设备来支持灵活的制造策略。但成本仍然是这个领域大多数制造商关心的主要问题,而在机器设计的整个过程中严格应用平台技术的设备供应商能够提供高端功能作为选项。这种可配置能力使新兴的平台,如环球仪器的新型低成本AdVantis机器,能够实现与离岸制造设备相同的工艺,并在较少设备投资的条件下提供可观的生产速度。

这样,低产量制造商不仅能够以低成本运作,贴装包括CSP和倒装芯片等大多数先进的封装元件,还能够在成功地完成开发和初步制造之后,轻易地将产品转移到离岸工厂。事实上,像环球仪器(该公司90年代初在其GSM贴装解决方案中提出平台概念)这类的装配设备供应商所采用的平台原理意味着,灵活的低产量原型制造设备和大批量低混合生产设备的早期制造阶段是相同的。这也使得设备供应商能够缩短来自世界各地订单的生产周期,并为装配厂商提供更多配置和升级每台机器功能包的机会,以满足其精确的需求。

但是真正的平台设计不仅限于将模块外挂在共同的基座上。设备供应商和中低产量制造商的最终目标是实现全平台生产线:具有灵活的贴装能力,可使所有类型和规模的制造商真正从独立高速贴装和灵活精密贴装机器的严格桎梏中解放出来。这个旧有的模式已经不断突显出难以实行优化及功能无法充分发挥的缺陷,究其原因在于其缺乏固有的灵活性。

理想平台

理想的下一代贴装平台应该拥有贴装头、送料器、相机和软件的通用接口,让制造商能根据意愿,通过这些主要子系统的互换来重新设定机器的功能,或者在必要的情况下,在一台机器上混合贴装小型芯片和大型引线半导体器件。在一台机器上实现多种工艺装配能力-如芯片、IC贴装,甚至点胶及组件贴装,而这将为任何装配生产线带来显著的灵活性优势。由于所有机器的送料器接口均为通用的,因此对于送料器的分配,以及装配车间的日常送料器管理都将变得简单得多。

举例说,环球仪器的下一代AdVantis和 Genesis平台具有通用接口,可让车间里的每台机器都配置为高速贴装、灵活精密贴装或介于两者之间的任何配置。现有的专用技术贴装头能贴装芯片或精密的引线器件,其它不同的贴装头可用于贴装倒装芯片和其它区域排列封装。环球仪器所有的贴装头,包括30轴Lightning贴装头、7轴FlexJet贴装头和4轴高插件力贴装头,均适用于任何配置组合的机器。用户还可添加其它工艺,如焊膏内引脚插装,生产线末端异形元件装配工艺,处理扣合(snap-fit)元件或连接器的高插件力工艺。附加的专用技术贴装头可与这些平台的接口兼容,实现范围更广的工艺,如涂敷粘合剂或密封剂。

例如,AdVantis平台作为高速贴装机器,最大的贴装速度可达30,000 spec cph,但是如果配置精密器件贴装头,用于贴装引线封装器件,其工作速度为6,000 spec cph。这是业界最佳的效率数据,而且显示灵活性的增强并不会影响性能表现。环球仪器精选的贴装平台Genesis利用线性电机和双梁架构,可以更高的贴装速率运作。

通过配置一条生产线来实现小元件贴装、中档元件贴装和灵活精密贴装,以及需要时的专用贴装工艺和生产线末端装配,制造商可以从送料器之间的通用性中获益。可使用最多输入144个元件的可拼接8mm带式双行道送料器,也可使用电动和气动方式元件馈送、PTF、直接拾取、可堆叠和固定盘式送料器。

未来适用

当每种新封装技术进入普及应用时,较小规模的公司通常无法承受因此而需要购置新设备的投资。这些公司需要以灵活及具成本效益的方式升级现有的设备。例如,大多数制造商在短期内都会迅速转向尺寸小于0201的无源元件贴装,而当复杂系统级芯片(SoC)设计和数百万门FPGA应用的日趋流行,将使到引线封装元件的尺寸很快超过60 mm 60mm。新兴的贴装平台必须能够即时配合这些发展趋势。此外,间距小于0.15mm的先进区域栅格阵列封装包括倒装芯片和CSP器件也将很快普及。在这种情况下,环球仪器的Genesis 和 AdVantis等平台利用其可互换的贴装头,不仅能提供可配置性和灵活性,而且还可在未来新技术出现时,只需付出较少的停工时间和劳动力成本,便能相对轻易地进行升级。

然而,在生产运作中,软件(包括机器控制软件和生产线级优化及平衡软件)对机器的可用性和使用友好性起着极为重要的作用,这是影响机器利用率水平的基本因素。因而,平台设计必须考虑软件的接口和硬件的互换性问题,确保机器的灵活性和升级能力。例如,AdVantis 软件界面可直接与环球仪器的DimensionsTM制造自动化软件工具套件模块连接,为生产线上一台或多台AdVantis平台的加工流程安排和送料器管理提供便利;事实上,这些接口可让Dimensions软件执行全套功能。
环球仪器最新版的UPS+软件运行于该公司的GSM和Genesis 机器上,同时与AdVantis平台的软件接口完全兼容,能以很低的价位实现高端控制功能。UPS+产品编辑器使用容易,可支持重叠电路,并允许无限制的引线、元件、基准点和送料器定位,为编程带来了所需的高度灵活性。此外,还具有种类广泛的业界标准基本元件定义数据库,由Tab来组织数据,以加快编程的速度。AdVantis能支持和环球仪器其他更高价值机器配置的贴装头和相机类型,UPS+软件的独特编程价值可以直接应用于较低成本的机器。UPS+软件的自动拾取更新(APU)功能可以利用AdVantis选配的顶置(On-The-Head )或固定相机采集的实际视像数据,在行进中调节送料器的拾取点位置。这些相机具有宽达60mm 60 mm 的视野。

其它成功地转移到低成本机器市场的先进附加软件功能包括机器出错的增强响应,建议修正行动的超链接,以及事件信息内的新搜索功能。相同生产线上的错误及警告信息也会相应扩充。在战略层面,升级的诊断功能涵盖趋势分析和扩展管理信息,包括以时间间隔、产品或操作员进行的数据查询,还有可配置视屏,以及存取吸嘴和送料器性能的快速访问图标。

重要的是,UPS+的添加硬件精灵可以简化机器的重新配置—这是贴装平台的王牌—包括公制和英制单位的转换。因此,新一代的平台设计使中小批量制造商也能享有高端功能,这是他们以前无法想象到的高自动化和生产效率水平。

随着新版本控制软件或其运行Windows操作系统的引入,贴装平台的升级变得较为容易。这使机器拥有者可从增强的稳定性和操作系统内嵌的额外功能中获得更多价值,包括先进的安全性、附加的语言支持,可定制用户界面及与Windows其后各版本保持同样的外观和感觉— 这是维持用户友好性的重要途径。

产品转换用平台

对于今日的高混合、中等批量生产业务,平台概念的模块化层面使其较传统机器具有更高的固有实用性。在这样的生产环境中,模块化模式在资源管理和机器备件支持方面也更具优势。

技术开发、原型制造和中低批量生产使制造商需要在一天之内,进行三次、五次或十次产品转换,因此即使是在高度成本优化的平台上,他们也需要先进的功能来加速产品的转换。吸嘴组群更换、送料器库更换,以及减少送料器等,均有助于简化产品转换流程和减少操作员干预。真正平台设计的开放式接口允许这些功能从现有的高速贴片机和灵活精密贴装解决方案中引入,并已经证明适用于高度混合的生产环境,可以现成模块的方式轻易实现。

高科技的利润

相对于那些基于庞大的消费电子产品市场的制造商来说,西方制造商则将注意力更多地放在能带来高利润的商机方面。但是长远来看,为了充分发挥这些机会,他们必须在低成本的基础上结合高性能和灵活性。众所周知,要将贴装成本降至最低,必需降低设备投资、零件损耗,拥有成本及提高生产速度。不过,如今的设备供应商必须平衡多种因素,将这些熟悉特性与先进的功能和平台灵活性结合,提供装配企业所需的工具,为较少批量先进技术产品的生产提高竞争力。

         
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