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

Surface mount technology (SMT) has revolutionized the electronics manufacturing industry over the past few decades.

The SMT assembly line, commonly known as the SMT line, allows for automated mass production of printed circuit board (PCB) assemblies with great precision and speed.

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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    What is SMT Line?

    An SMT line refers to the fully automated production line utilized to assemble surface mount devices (SMDs) onto printed circuit boards. SMT lines consist of a sequence of machines and components optimized for high-volume manufacturing of electronics.

    SMT Line
    SMT Line

    The SMT line sequentially transports PCBs to various modules that use advanced robotic technology to populate boards with surface mount components through solder jetting, adhesive dispensing, inspection, testing, cleaning, and other automated processes.

    SMT lines offer extreme accuracy at ultra-high speeds compared to manual PCB assembly, allowing manufacturers to mass produce electronic products cost-effectively. They enable automated assembly of consumer electronics, appliances, vehicles, aerospace avionics, medical devices, industrial equipment and more.

    How SMT line works

    Why Do We Use SMT Line?

    There are several key reasons SMT lines have become the gold standard for electronic and PCB assembly in most manufacturing facilities:

    Increased Production Speed
    SMT lines can operate at speeds of over 15,000 components per hour, completing assembly much faster than humanly possible. This results in higher throughput and productivity.

    Improved Consistency and Precision
    Automated SMT machinery ensures extremely consistent, repeatable, and precise component placement and soldering down to 0.05mm accuracy, superior to manual methods.

    Versatile Configuration
    SMT lines are highly modular and can be configured to handle components of varying sizes from 01005 chips to large QFPs and connectors. Feeders, trolleys, sorters, magazines, detectors, dispensing heads, and nozzles can all be adapted across product lines.

    Reduced Labor Costs
    Automation significantly reduces labor requirements and associated costs compared to hand soldering. SMT allows high volumes without expanding labor proportionally.

    Abilities to Handle Complex PCBs
    SMT lines can accommodate complex 多層PCB, fine-pitch components, and miniaturized circuits, enabling advanced electronics manufacturing.

    Improved Quality and Reliability
    Automated process controls, machine vision inspection, and testing lead to reduced defects and improved end-product quality and reliability.

    Scalable for Demand
    SMT lines offer flexible capacity that can scale up or down by adding or reducing equipment to match production needs, ideal for fluctuating demand.

    What is the SMT Line Process?

    SMT Line Process
    SMT Line Process

    While SMT line configurations can vary, the core assembly process generally follows these key steps:

    1. Solder Paste Printing: The PCBs first pass through a solder paste printer that deposits a controlled pattern of solder paste onto the contact pads where components will be placed.

    2. SMD Component Placement: Next, pick-and-place machines precisely populate the PCBs by rapidly picking components from feeders and placing them on their designated solder-paste-coated pads in the programmed sequence.

    3. Solder Reflow: The populated boards then pass through an industrial soldering oven that melts or reflows the solder paste to form permanent electrical solder joints that affix the SMDs to the PCB.

    4. Conformal Coating: An optional coating machine may then deposit a protective plastic coating layer onto the assembled PCBs providing insulation and preventing damage.

    5. Automated Optical Inspection (AOI): Computerized optical inspection examines the assembled PCBs for defects in soldering, placement or components using cameras.

    6. Functional Testing: Electrical tests are conducted to confirm proper functioning by checking continuity, resistance, voltage, and other parameters.

    7. Labelling, Packaging and Shipping: Finally, finished assemblies are marked with serial numbers, packaged and shipped out. Conveyors, robots and computer tracking manage material flows.

    This fully automated in-line sequence allows consistent, end-to-end assembly of electronics with minimal human intervention for mass production efficiencies.

    What is an SMT Line Machine?

    There are several key equipment modules that comprise a cohesive SMT line:

    Solder Paste Printer: Prints precise solder paste pattern onto PCBs before components are placed.

    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。

    • Increased Production Speed
    • Improved Consistency and Precision
    • Versatile Configuration
    • Reduced Labor Costs
    • Abilities to Handle Complex PCBs
    • Improved Quality and Reliability
    • Scalable for Demand

    1.ソルダーペースト印刷

    2.SMD部品の配置

    3. Solder Reflow

    4. Conformal Coating

    5. Automated Optical Inspection (AOI)

    6. Functional Testing

    7. Labelling, Packaging and Shipping

     

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