Le macchine Pick-and-Place per LED e la tecnologia SMT sono alla base del futuro packaging della produzione elettronica.

Al giorno d'oggi, i prodotti di illuminazione a LED si sono lentamente affermati sul mercato mondiale grazie alle loro caratteristiche di ecocompatibilità, risparmio energetico ed economicità. Le lampade a incandescenza stanno lentamente scomparendo e sono state sostituite dalle lampade a LED. L'industria dei LED è diventata pioniera nel risolvere i problemi energetici e ambientali e il mercato dell'illuminazione a LED è fiorito di conseguenza. La rapida espansione di questo mercato ha indubbiamente guidato il rapido progresso dell'industria delle macchine per il montaggio dei chip LED e delle attrezzature di produzione. In questo articolo approfondiremo il rapporto tra l'industria dei LED e la corrispondente tecnologia SMT specificamente progettata per essa.

Per prima cosa, analizziamo alcuni dei vantaggi della tecnologia di montaggio SMT e il loro impatto diretto sulla produzione di luci LED. In primo luogo, i componenti di assemblaggio ad alta densità consentono la miniaturizzazione e la progettazione leggera dei prodotti elettronici. La tecnologia SMT consente di assemblare i componenti a densità più elevate, riducendo in modo significativo le dimensioni e il peso dei prodotti elettronici. Questo vantaggio non solo migliora la portabilità dei prodotti, ma contribuisce anche a ridurre i costi e a promuovere l'innovazione. Per esempio, ha un elevato grado di automazione, che migliora significativamente l'efficienza della produzione; un'affidabilità eccezionale e la sua tecnologia di produzione automatizzata garantisce una connessione sicura a ogni giunzione di saldatura, mentre il design senza piombo o a piombo corto dei dispositivi a montaggio superficiale (SMD), combinato con il loro montaggio sicuro sulla superficie del PCB, fornisce un'elevata affidabilità e una robusta resistenza alle vibrazioni; prestazioni superiori ad alta frequenza che non solo minimizzano l'impatto delle caratteristiche distribuite, ma riducono anche in modo significativo la capacità parassita e l'induttanza parassita tra i piedini grazie al montaggio sicuro sulla superficie del PCB. Questo riduce notevolmente le interferenze elettromagnetiche (EMI) e le interferenze a radiofrequenza (RFI), migliorando efficacemente le prestazioni ad alta frequenza; risparmio sui costi e poiché la tecnologia SMT aumenta la densità di routing del PCB, riduce il numero di fori e l'area del PCB e semplifica il numero di strati per i PCB con la stessa funzionalità. Questi fattori riducono complessivamente i costi di produzione dei PCB. Inoltre, il design SMC/SMD senza piombo o a piombo corto consente di risparmiare sui materiali di piombo e di eliminare processi come il taglio e la piegatura dei fili, riducendo ulteriormente i costi delle attrezzature e della manodopera. Il miglioramento delle prestazioni ad alta frequenza riduce anche i costi di debug RF. La riduzione delle dimensioni e del peso dei prodotti elettronici e la maggiore affidabilità della saldatura contribuiscono a ridurre i costi complessivi del sistema. 

In secondo luogo, forniremo prima una breve descrizione del processo di produzione SMT standard e poi lo confronteremo con la produzione SMT a LED nella fase successiva. L'attrezzatura principale di una linea di produzione SMT comprende stampanti, macchine di erogazione, macchine di posizionamento e forni di riflusso o saldatrici a onda. Con l'avanzamento della tecnologia a montaggio superficiale, in particolare con l'uso diffuso di pacchetti di circuiti integrati a piombo inferiore come BGA e QFN, i limiti della saldatura a onda sono diventati sempre più evidenti. Di conseguenza, il processo principale è passato alla saldatura a riflusso. Da una prospettiva migliore, il modello più elementare di una macchina pick-and-place comprende un telaio, un meccanismo di bloccaggio della scheda di circuito, un alimentatore, una testa pick-and-place, un ugello e gli assi X, Y e Z. Tra questi, l'asse Z è stato progettato in modo ingegnoso. Può non solo muoversi verso l'alto e verso il basso lungo la direzione Z, ma anche ruotare nella direzione θ. Questo design risolve in modo intelligente il problema della regolazione dell'angolo di rotazione quando i componenti si allontanano dalla piazzola di saldatura.

In terzo luogo, confrontiamo le macchine di pick and place SMT standard con le macchine di pick and place per LED. Le macchine per il montaggio di chip LED sono apparecchiature di montaggio SMT personalizzate per l'industria dei LED, progettate per ottenere un assemblaggio efficiente di circuiti stampati LED in grandi volumi. Richiedono una precisione moderata ma una velocità elevata. Si tratta di un dispositivo automatizzato altamente integrato e controllato con precisione da un computer. Integra tecnologie meccaniche, ottiche ed elettriche e comprende un telaio, un meccanismo di trasporto dei circuiti stampati, un sistema di azionamento e di servo posizionamento, una testa di posizionamento, un alimentatore, un sistema di riconoscimento ottico, sensori e un sistema di controllo computerizzato. Attraverso una serie di operazioni complesse, come l'aspirazione, lo spostamento, il posizionamento e la collocazione, è in grado di montare rapidamente e con precisione i componenti SMD sulle schede PCB. 

Non solo, le macchine di piazzamento LED sono ottimizzate principalmente per la precisione di piazzamento di chip LED come 3014, 2835, 3528, 5050, 5630 e 5730. Sebbene la loro precisione di lavorazione sia inferiore a quella delle macchine di piazzamento tradizionali, le macchine di piazzamento a LED pongono maggiore enfasi sulle prestazioni, in particolare sulla stabilità della macchina, sulla velocità operativa, sulla facilità di funzionamento e sul controllo delle dimensioni. Ecco alcuni fatti che spiegano perché le macchine di piazzamento a LED sono in crescita: (1). Le macchine per il montaggio dei chip LED hanno ampiamente adottato una tecnologia intelligente e sono dotate di sensori ad alte prestazioni che raccolgono i dati operativi in tempo reale e li inviano a un computer per l'elaborazione, garantendo così la stabilità e l'affidabilità del processo di montaggio; (2). La velocità di posizionamento delle montatrici di chip LED deve raggiungere almeno 18.000 punti all'ora per soddisfare le esigenze di una produzione efficiente. La NT-L12 di Nectec può facilmente superare questo requisito con un'impressionante velocità di posizionamento di 70000 CPH; (3). Metodi operativi semplici, di facile comprensione e di facile utilizzo possono abbreviare notevolmente i cicli di formazione del personale, ridurre gli errori operativi nella produzione e quindi migliorare l'efficienza produttiva e la qualità del prodotto; (4). I montatori di chip LED devono essere in grado di montare schede PCB con una lunghezza di almeno 1200 mm per soddisfare la domanda di schede PCB lunghe nei prodotti di illuminazione LED. L'NT-L12 di Nectec è in grado di superare facilmente questo requisito, con un'impressionante dimensione di PCB supportata fino a 1200 mm.