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贴片机在电路板上的编程
的PIC器件的使用者会面临一项困难的选择:是冒遭受质量问题的风险,采用手工编制程序呢?还是另外寻找一种可以替代的编程方法,从而消除掉手工触摸的方法呢?
为了能够实现后者,制造厂商们初开始采用板上编程(on-board programming 简称OBP)的方式。OBP是一种简单的方法,它是将PIC贴装到印刷电路板(printed circuit board 简称PCB)上以后再进行编程的。一般情况下在电路板上进行测试或者说进行功能测试。闪存、电子式可清除程序化唯读内存(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory简称EEprom)、基于EEprom的CPLD器件、基于EEprom的FPGA器件,以及内置闪存或者EEprom的微型控制器,所有这些元器件均采用OBP形式进行编程。
为了能够满足闪存和微型控制器的使用要求,在实施OBP的时候常用的方法就是借助于针盘式夹具(bed-of-nails fixture),使用自动测试设备(automatic test equipment 简称ATE)编程。对于逻辑器件来说进行编程颇为复杂,不太适合利用ATE针盘式夹具来进行编程。
一项基于IEEE规范原创开发的新型OBP技术可以支持测试,展现出充满希望的前程。这项规范称为IEEE 1149.1,它详细规定了边界扫描的一系列协议,已经用于许IC编程方法中。
如果电子产品制造商要使用IEEE 1149.1的编程方法时,他们所依赖的具有知识产权保护的工具主要是由各种各样的半导体制造厂商所提供。但是使用他们的工具进行编程非常慢。同样,因为他们出于保护知识产权的本能,每个工具于单个用户所使用的器件。如果说在一块电路板上的PIC器件是由多个用户所使用的话,这将是一个很大的缺陷。
总而言之,使用OBP方法可以消除掉手工操作器件和将编程溶入测试中去,以及制造生产缓慢的现象。然而,编程所需的时间可能也是缓慢的。
中科院合肥物质科学研究院制造技术研究所承担的“LED贴片机”项目,突破了高速运动下定位、多轴协同运动控制以及自动拾取校正等核心关键技术,已进入小试阶段。
该贴片机是受委托专为LED行业研发,可满足LED照明业者生产的弹性需求,适用生产产品有标准的600/1200的LED日光灯管(T8、T5),涵盖所有LED相关产品如LED车灯、软管、天井灯等。同时贴片机提供高弹性编程能力,以便操作者根据不同的BIN值的LED元件调整贴装模式,确保终端产品的均光性。
此机器针对不同元件特性,采用材质吸嘴,耐磨性高并附有弹片设计,减少贴装时对LED表面冲击力,也可贴装一般RC或SOP电子元件,贴装元件范围为0805~24*18,贴装速度达8000CPH,是一款具有高性价比的全自动贴片机。
通过项目的研发,科技人员在精密设备设计制造、多轴协同控制及系统集成方面积累了宝贵经验,为高速高精密贴片机研发奠定了基础。
自动化编程(AP)设备
PIC技术不断地向前发展,所以新的自动化编程设备和技术也保持着相同的发展步伐。举例来说,Data I/O''s ProMaster 970自动化微细间距编程设备能够对采用封装形式的PIC器件进行编程,其中包括BGA、微型BGA、SOP、VSOP、TSOP、PLCC、SON和CSP。双重贴装(Dual pick-and-place简称PNP) 端头和可供选择的可插8、10或者12的插座可以的提高设备的工作效率。该编程设备也可以进一步涉及有关器件的质量控制。举例来说,共平面性问题和引脚的损伤实际上是不会存在的,因为集成了激光视觉系统,所以能够确保非常的器件贴装。
因为有着多种编程接口和PNP器件的配置,自动集群编程一般可以做到比ATE编程的速度快上5倍到10倍。同样,这些编程工具是为了编程而设计的,不是为了对电路板或者说功能进行测试的,所以它们可以提供非常好的编程质量。
微细间距的PIC器件可能是非常贵的,所以如果能降低其在生产制造过程中的损伤率,将较大的提升制造商的盈亏平衡点。能够适用于大多数元器的自动编程系统也是非常灵活的,可以适应于封装器件形式。由于能够将高生产率、高质量和灵活性综合在一起,导致了每个器件可得到的编程价格常常低于ATE编程价格的20%。
贴片机转塔型
元件送料器放于一个单坐标移动的料车上,基板(PCB)放于一个X/Y坐标系统移动的工作台上,贴片头安装在一个转塔上,工作时,料车将元件送料器移动到取料位置,贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件,经转塔转动到贴片位置(与取料位置成180度),在转动过程中经过对元件位置与方向的调整,将元件贴放于基板上。
对元件位置与方向的调整方法:
相机识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴自旋转调整方向,相机固定,贴片头飞行划过相机上空,进行成像识别。
一般,转塔上安装有十几到二十几个贴片头,每个贴片头上安装2~4个真空吸嘴(较早机型)至5~6个真空吸嘴(现**型)。由于转塔的特点,将动作细微化,选换吸嘴、送料器移动到位、取元件、元件识别、角度调整、工作台移动(包含位置调整)、贴放元件等动作都可以在同一时间周期内完成,所以实现真正意义上的高速度。快的时间周期达到0.08~0.10秒钟一片元件。
此机型在速度上是优越的,适于大批量生产,但其只能用带状包装的元件,如果是密脚、大型的集成电路(IC),只有托盘包装,则无法完成,因此还有赖于其它机型来共同合作。这种设备结构复杂,造价昂贵,机型约在US$50万,是拱架型的三倍以上。