مزایا و معایب ماشین Pick and Place و دستگاه پیک اند پلیس چیست؟

ماشین Pick and Place، بخشی از فناوری مونتاژ نصب سطحی است. این ماشین‌ که به اختصار P&P نامیده می‌شود، یک عنصر کلیدی در هر خط مونتاژ SMT است که به قطعات الکترونیکی این امکان را می‌دهد تا به‌طور خودکار، سریع و دقیق بر روی PCB قرار گیرند. به این ترتیب از قرار دادن دستی قطعات الکترونیکی که نسبتا کند و گاهاً نادرست است، جلوگیری می‌شود.

ماشین Pick and Place چیست؟

ماشین Pick and Place یا ربات‌ Pick and Place ماشین‌ نسبتاً پیچیده‌ای است که برای مونتاژ PCB استفاده می‌شود. همانطور که از نامش مشخص است: قطعات را بردار و روی برد مدار چاپی قرار بده. دستگاه پیک اند پلیس قطعات الکترونیکی SMD را قبل از لحیم کاری برمی دارد و بر روی برد PCB قرار می‌دهد.

این ماشین ها به طور کلی حدود 50٪ از هزینه کل یک خط تولید کامل SMT را تشکیل می‌دهند. برخی از ماشین های Pick and Place بسیار متنوع هستند و قادر به قرار دادن بیشتر قطعات الکترونیکی مختلف مورد استفاده در الکترونیک هستند، در حالی که برخی از دستگاه های Pick and Place فقط به چند نوع قطعه اختصاص داده شده‌اند.

امروزه برخی از بردهای الکترونیکی از بیش از 1000 قطعه نصب سطحی استفاده می کنند. قطعات SMD که اکثر آن‌ها بسیار ریز هستند، نیاز به قرارگیری بسیار دقیق دارند، در نتیجه امکان قرار دادن آن‌ها به صورت دستی وجود ندارد. بر این اساس از ماشین‌هایی استفاده می‌شود که می‌توانند همه قطعات را به‌طور دقیق و به‌صورت تکرارپذیر قرار دهند. و این اهمیت این ماشین‌ها را در خط تولید این بردهای الکترونیکی نشان می‌دهد.

قبل از فرآیند Pick and Place، بر روی بردهای مدار چاپی در نواحی مربوطه خمیر لحیم قرار داده می‌شود. این کار با استفاده از استنسیل انجام می‌شود. همچنین قبل از مرحله “بردار و بگذار” ، ماشین Pick and Place با قطعات الکترونیکی بارگذاری شده است. برای درک بهتر مقاله شابلون مونتاژ SMD یا استنسیل را مطالعه کنید.

تغذیه های زیادی در دو طرف ماشین Pick and Place وجود دارند. که می توانند قرقره‌ها، لوله‌ها و… باشند. دستگاه پیک اند پلیس دارای یک سر بر روی یک بازو است که می‎‌تواند به تمام قرقره‌ها، لوله‌ها و غیره دسترسی داشته باشد و از طریق این بازو قطعات الکترونیکی را برمی دارد و سپس روی PCB قرار می دهد. معمولاً “هد” یا همان سر بازو – که به نازل معروف است – از یک خلاء کوچک برای برداشتن قطعات و رها کردن آن‌ها روی برد مدار چاپی استفاده می‌کند.

“نازل” توسط نرم افزار بسیار دقیقی کنترل می‌شود و از موقعیت دقیق برد و همچنین موقعیت اپتیکال در برخی از ماشین های Pick and Place استفاده می‌کند تا اطمینان حاصل شود که همه چیز دقیقاً در موقعیت مناسب و درست خود قرار می‌گیرد.

موقعیت یابی دقیق از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا برخی از قطعات SMD بسیار ریز هستند و همچنین عرض ترک بر روی برد مدار چاپی بسیار باریک است. بنابراین بسیار مهم است که ماشین Pick and Place قطعات الکترونیکی را در جایگاه درست قرار دهد. دستگاه پیک اند پلیس از قبل با اطلاعات مربوط به موقعیت قطعات برنامه‌ریزی می‌شود تا بداند قطعات را کجا قرار دهد. این برنامه توسط نرم افزار آلتیوم دیزاینر مستقیماً از اطلاعات طراحی برد مدار چاپی استخراج می‌شود که در دوره آلتیوم دیزاینر کامل توضیح داده شده است.

اطلاعات لازم برای شروع مونتاژ با ماشین Pick and Place

مهمترین موارد این اطلاعات عبارتند از:

• مکان دقیق مرکز هر قطعه در دو محور x,y
• مکان دقیق فیدوشیال ها
• زاویه چرخش قطعه یا Rotation
• نام فوت پرینت
• مقدار کامپوننت (قطعه)
• لایه ای که قطعه در آن سمت مونتاژ می شود ( لایه top یا لایه bottom)
• تعداد هر قطعه بر روی برد مدار چاپی

نحوه عملکرد دستگاه پیک اند پلیس

برای اینکه ماشین Pick and Place یک مجموعه را پر کند، به آماده سازی پیشرفته نیاز است. مراحل کلی کار به شرح زیر می باشد:

ابتدا BOM (Bill Of Material) که شامل فهرست کلیه قطعاتی است که باید توسط ماشین مونتاژ شوند (و به عنوان فایل Pick & Place نیز شناخته می شود) در دستگاه پیک اند پلیس آپلود شود. این فایل بر اساس چیدمان برد PCB از نرم افزار آلتیوم دیزاینر استخراج می‌شود.

در مرحله بعد، بردهای مدار چاپی با استفاده از استنسیل با خمیر لحیم چاپ می‌شوند و رسوب خمیر توسط دستگاه بازرسی خودکار خمیر لحیم، که به نام SPI یا Solder Paste Inspection نیز شناخته می‌شود، بررسی می‌شود.

سپس ماشین Pick and Place با قطعاتی که قبلاً بسته بندی شده اند بارگذاری می‌شود. قطعات نصب سطحی یا قطعات SMD معمولاً در قالب نوار، لوله یا سینی وارد می‌شوند. برای قطعات نواری از فیدرهای اندازه های مختلف برای نوارهای با عرض مختلف استفاده می‌شود.

فیدر دارای یک پین کوچک است که نوار را به موقعیت بعدی حرکت می دهد تا قطعه بعدی را برای برداشتن به دستگاه پیک اند پلیس ارائه دهد. معمولا فیدرها، لوله ها و سینی ها دارای تراشه شناسایی و بارکد هستند. قطعات یک بارکد شناسایی منحصر به فرد دریافت می‌کنند که حاوی اطلاعات زیادی در مورد قطعه از جمله MPN (شماره قطعه سازنده)، مقدار و اندازه و سایر اطلاعات هندسی و الکتریکی است. تراشه در فیدر به ماشین Pick and Place می‌گوید کدام قطعه کجاست.

دقتِ قرار دادن قطعات الکترونیکی، ضروری است و دستگاه پیک اند پلیس از 3 نقطه اصلی برای مکان یابی پنل و تعیین جهت استفاده می‌کند. اگر چندین برد در یک پنل وجود داشته باشد، هر PCB مجزا دارای مشخصات محلی خود است. فیدوشیال ها نقاط نوری هستند که در لایه مسی هر برد مدار چاپی حک شده اند. ماشین Pick and Place از فیدوشیالها برای تنظیم هر برد استفاده می کند.

پس از برداشتن یک قطعه، دوربین مرکزی نوری از آن قطعه عکس می‌گیرد، در حالی که آن را به سمت محل نصب حرکت می‌دهد. سپس دستگاه پیک اند پلیس به طور خودکار پینهای قطعه، ابعاد، و چرخش را شناسایی می کند و قطعه را در موقعیت صحیحی که توسط مختصات X و Y برنامه CAD تعریف شده است قرار می دهد.

برخی از ماشینهای Pick and Place همچنین می‌توانند مقاومت، ظرفیت خازنی و اندوکتانس قطعه الکترونیکی را اصطلاحا «در حال پرواز» اندازه‌گیری کنند. این اندازه‌گیری‌ها فرآیند مونتاژ PCB را کمی کندتر می‌کند، اما دقت را افزایش می‌دهد و از اشتباهات جلوگیری می‌کند، که یک نقطه بحرانی در هنگام تولید مجموعه‌های نمونه اولیه است.

در طول فرآیند مونتاژ بردهای الکترونیکی، ماشین Pick and Place گزارش‌های مختلفی را نگهداری می کند که بعدا می‌توان آن‌ها را تجزیه و تحلیل کرد. این گزارش‌ها شامل طیف وسیعی از اطلاعات از جمله زمان نصب، سرعت، خطاهای انتخاب، خطاهای نصب، استفاده از هد و… هستند، حتی می‌توان خطاهای دستگاه پیک اند پلیس را نیز بررسی کرد.