SMTライン - 表面実装技術ラインの完全ガイド

SMTライン - 表面実装技術ラインの完全ガイド

表面実装技術(SMT)は、過去数十年にわたって電子機器製造業界に革命をもたらした。

SMT組立ラインは、一般に次のように知られている。 SMTラインこれにより、プリント基板(PCB)アセンブリの自動大量生産が高精度と高速で可能になる。

この記事では、SMTラインの包括的な概要、仕組み、コスト、適切なSMTラインメーカーの選択について説明します。

目次
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    SMTラインとは?

    SMTラインとは、表面実装デバイス(SMDをプリント基板に実装する。SMTラインは、電子機器の大量生産に最適化された一連の機械と部品で構成されている。

    SMTライン
    SMTライン

    SMTラインは、プリント基板をさまざまなモジュールに順次搬送し、高度なロボット技術を駆使して、はんだ噴流、接着剤塗布、検査、試験、洗浄、その他の自動化工程を経て、基板に表面実装部品を搭載する。

    SMTラインは、手作業によるPCBアセンブリに比べ、極めて高い精度を超高速で実現するため、メーカーは電子製品をコスト効率よく大量生産することができます。SMTラインは、民生用電子機器、家電製品、自動車、航空宇宙用電子機器、医療機器、産業機器などの自動組立を可能にします。

    SMTラインの仕組み

    なぜSMTラインを使うのか?

    SMTラインが電子機器や電子部品のゴールドスタンダードとなったのには、いくつかの理由があります。 PCBアセンブリ ほとんどの製造施設で:

    生産スピードの向上
    SMTラインは、1時間当たり15,000個以上の部品で稼働することが可能であり、人間の能力をはるかに上回るスピードで組み立てを完了することができます。その結果、スループットと生産性が向上します。

    一貫性と精度の向上
    自動化されたSMT機械は、手作業よりも優れた0.05mm精度の極めて一貫性のある、再現性のある精密な部品配置とはんだ付けを保証します。

    多彩な構成
    SMTラインは高度にモジュール化されており、01005チップから大型のQFPやコネクターまで、さまざまなサイズの部品を扱うように構成することができます。フィーダー、トロリー、ソーター、マガジン、ディテクター、ディスペンシングヘッド、ノズルはすべて、製品ライン間で適合させることができます。

    人件費の削減
    自動化は、手作業によるはんだ付けに比べ、必要な労働力と関連コストを大幅に削減します。SMTは、労働力を比例して拡大することなく、大量生産を可能にします。

    複雑なPCBを扱う能力
    SMTラインは複雑な形状にも対応 多層PCBファインピッチ・コンポーネントや小型化された回路により、高度なエレクトロニクス製造が可能になる。

    品質と信頼性の向上
    自動化された工程管理、マシンビジョン検査、検査は、不良品を減らし、最終製品の品質と信頼性を向上させます。

    需要に応じた拡張性
    SMTラインは、変動する需要に理想的な、生産ニーズに合わせて装置を追加または削減することにより、拡張または縮小することができる柔軟な能力を提供します。

    SMTライン工程とは?

    SMTライン工程
    SMTライン工程

    SMTラインの構成は様々であるが、コア組立工程は一般的に以下の主要ステップに従う:

    1.ソルダーペースト印刷: プリント基板はまず、はんだペースト印刷機を通過し、部品が配置されるコンタクトパッドに制御されたパターンのはんだペーストを付着させる。

    2.SMD コンポーネントの配置: 次に、ピック・アンド・プレース・マシンが、フィーダーから部品を素早くピックし、プログラムされた順序で指定されたはんだペーストが塗布されたパッドに配置することで、プリント基板に正確に部品を配置する。

    3.はんだリフロー: その後、工業用はんだ付けオーブンを通過し、はんだペーストを溶融または再流動させ、SMDをPCBに固定する永久的な電気はんだ接合を形成する。

    4. コンフォーマル・コーティング: その後、オプションのコーティング装置により、組み立てられたPCB上に保護プラスチックコーティング層を蒸着し、絶縁を提供し、損傷を防止することができる。

    5.自動光学検査(AOI): コンピュータによる光学検査では、カメラを使用して、組み立てられたPCBにはんだ付け、配置、部品の欠陥がないかを検査します。

    6.機能テスト: 電気テストは、導通、抵抗、電圧、その他のパラメータをチェックすることにより、適切な機能を確認するために実施される。

    7.ラベリング、梱包、出荷: 最後に、完成した組立品にシリアルナンバーが付けられ、梱包されて出荷される。コンベヤー、ロボット、コンピューターが材料の流れを管理する。

    この完全に自動化されたインライン・シーケンスにより、大量生産の効率化のために最小限の人的介入で一貫したエンド・ツー・エンドの電子機器の組み立てが可能になります。

    SMTラインマシンとは?

    まとまりのあるSMTラインを構成する主要な装置モジュールがいくつかある:

    ソルダーペーストプリンター: 部品を配置する前に、プリント基板に正確なはんだペーストパターンを印刷します。

    ピックアンドプレイスマシン フィーダーから部品をピッキングし、基板に正確に装着する高速自動ロボットアーム。

    はんだリフロー炉: 対流、赤外線放射または気相リフローにより、はんだを溶かして部品を基板に取り付けるはんだ付けシステム。

    コンフォーマル・コーティング・システム: 組み立てられた基板に保護プラスチックフィルムを蒸着するオプション装置。

    AOI(自動光学検査)装置: 基板や部品の欠陥をスキャンする画像ベースのシステム。

    機能テスター: 導通、抵抗、電圧などの電子機能とパラメーターをテストする。

    コンベア: プリント基板を機械間で搬送するローラーコンベア。

    フィーダー: ピック&プレース・システムに、リール、スティック、トレイから部品を供給する。

    ソフトウェアだ: ERP、MES、機械制御ソフトウェアは、生産スケジューリング、セットアップ、材料、プロセスの監視と追跡を管理します。

    これらのコアマシンが順番に組み合わされることで、組み立ての各段階に対応する自動SMT生産ラインが構成される。

    SMTラインの仕組み

    業務レベルでは、SMTラインは、まずPCB回路のコンピュータ支援設計ファイルを描き、次にCADを機械命令に変換する高度なソフトウェアを使って、組み立て順序を機械にプログラミングすることで機能する。

    SMTラインの仕組み
    SMTラインの仕組み

    オペレーターがブランクPCBパネル、はんだペースト、部品などの材料をセットします。コンベヤーがパネルをはんだペースト印刷機に搬送し、プログラムに従ってパッドにペーストを付着させます。PCBはその後、ピック&プレースマシンに運ばれ、空気圧式真空吸着ヘッドを使って部品をフィーダーから素早くピックし、指示通りに基板に正確に配置します。

    部品はパッドに緩く貼り付けられる。コンベアによってパネルがリフロー炉に運ばれ、はんだが溶けて部品が基板にしっかりと取り付けられる。基板が完全に組み立てられた状態でラインを出る前に、次にコーティングと検査のステーションが自動化されたタスクを実行する。

    製品バリエーション間の切り替えは、適切なフィーダーとプログラムを入れ替えることで完了する。モジュール化されたマシンは、緊密に連携したハーモニーを奏でながら、基板を受け取り、各工程で付加価値をつけ、完成した基板を、24時間365日、高い信頼性で稼働するソフトウェア制御の自動化によって出力する。

    SMTラインのコストは?

    SMTラインのコストは、基本的な6~8ステーションのラインで$50万円前後から、最新技術を満載したハイエンドのラインで$500万円以上まで、かなりの幅があります。全体的な資本コストに影響を与える要因は以下の通りです:

    • 生産量と複雑さに基づいて必要なマシン/モジュールの数。
    • 実装技術の種類 - チップシューター対マルチガントリー、デュアルデリバリーなど。
    • スピードと精度の能力。
    • コーティング、検査、テストなどのインライン工程を追加。
    • 自動化とソフトウェアの高度化の程度。
    • コンベアの長さと特徴。
    • ブランドの評判と機器の品質。
    • サービス契約、トレーニング、設置など

    成長、一貫性、技術リーダーシップに重点を置く電子機器メーカーにとっては、多額の先行投資が必要となる一方で、高性能SMTラインによる長期的な効率性と収益創出能力は、通常、初期コストをはるかに上回る。

    SMTラインメーカーの選び方

    SMTラインメーカー
    SMTラインメーカー

    多くの機械メーカーから選ぶことができる中、適切なSMTラインサプライヤを選ぶためのヒントをいくつか紹介します:

    • 業界の評判、信用情報、顧客レビュー、ケーススタディーを調べる。実績のある企業ほど信頼できる傾向があります。
    • ジェネラリストではなく、製品やボリュームに特化した専門家を探す。
    • 技術的な高度さを考慮する - そのラインは最新の技術革新を取り入れているか?
    • 速度、精度、交換時間、その他の能力を評価する。
    • 柔軟性の評価-将来的にラインを容易に拡張し、適応させることができるか。  
    • ボトルネックがないか、工場レイアウト案とマテリアルフローを検討する。
    • アフターセールス・サポート・サービス、メンテナンス・プラン、トレーニング・サービス、文書、保証を検討する。
    • 価格だけに注目するのではなく、予想されるROIと総所有コストを比較する。
    • 単なるベンダーではなく、長期的なパートナーとして協力する用意のあるサプライヤーを求める。

    製造の目的を慎重に見極め、実績、専門能力、技術力、アフターサービスなどでプロバイダーを評価することで、製品ロードマップを実現する理想的なSMTラインのパートナーを見極めることができます。

    結論

    高度なSMTラインの導入は、電子機器メーカーが自動化された規模の経済を実現し、競争力を維持するための戦略的投資である。この記事で概説したように、SMTラインは、PCBアセンブリの大量生産において、従来の手作業によるアプローチと比較して、極めて高いスピード、精度、柔軟性、信頼性を提供します。綿密な計画を立て、適切な装置とインテグレーターを選択することで、メーカーはSMTラインを活用し、能力と生産量を拡大しながらコストを削減することができます。その結果、高品質で最先端のエレクトロニクス製品を、市場競争力のある価格で提供することが可能になります。

    よくある質問-PCBについて

    SMTラインとは、表面実装部品(SMD)をプリント基板に組み付ける全自動生産ラインのことである。SMTラインは、電子機器の大量生産に最適化された一連の機械と部品で構成されています。

    • 生産スピードの向上
    • 一貫性と精度の向上
    • 多彩な構成
    • 人件費の削減
    • 複雑なPCBを扱う能力
    • 品質と信頼性の向上
    • 需要に応じた拡張性

    1.ソルダーペースト印刷

    2.SMD部品の配置

    3.はんだリフロー

    4.コンフォーマルコーティング

    5.自動光学検査 (AOI)

    6.機能テスト

    7.ラベリング、梱包、出荷

     

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