Telekomünikasyon, internet ve otomotiv sektörleri, daha büyük, ağır ve karmaşık komponentlerin kullanımını artırarak elektronik üreticileri için yeni zorluklar yaratıyor.
Telekom altyapısı ve veri merkezlerinde, anahtarlar ve sunucu kartları, yüksek işlem gücü gerektiren servisler ve yapay zekâ hızlandırma taleplerini karşılamak için özel işlemciler kullanıyor. Günümüzdeki en büyük adaptif FPGA işlem motorları, 55 mm x 55 mm boyutlarına kadar ulaşan BGA paketlerinde bulunuyor. Fan-out bağlantılara sahip çok yongalı ASIC işlemciler ise bundan da büyük olabiliyor.
Otomotiv elektroniğinde de ölçek büyüyor. Gömülü sistemler, daha güçlü işlemciler için artan akım gereksinimlerini, kamera, radar, lidar, ToF ve atalet sensörleri gibi çoklu I/O kanallarını karşılayacak şekilde genişliyor. Kontrol sistemleri, artan veri kanalları ve güç gereksinimlerini desteklemek için daha büyük konnektörlere ihtiyaç duyuyor. Geçmişte denetim zorlukları nedeniyle tercih edilmeyen büyük alt terminalli paketler (örneğin BGAlar), artık zorunlu olarak kullanılmaya başlandı.
Üretim İçin Yeni Zorluklar
Bu pazarlara hizmet veren ekipman üreticilerinin, büyük ve ağır komponentleri yüksek hızda, yüksek hassasiyetle ve yüksek verimle dizebilmeleri gerekiyor. Bunun için; tepsilerden veya paletlerden güvenli ve kararlı bir şekilde alım, hızlı konumlandırma ve doğru hizalama şart.
Konnektör veya transformatör gibi bazı through-hole parçalar, doğru pin hizalamasıyla press-fit işlemine ihtiyaç duyuyor. Bu komponentler genellikle büyük, uzun ve hacimli olduğundan, dizgi sürecinde zorluk oluşturuyor. Geleneksel SMD dizgi ekipmanları bu boyuttaki parçalarla çalışmakta sınırlı kalmıştır.
Bu nedenle, inline çözümler tercih ediliyor. Böylece üreticiler verimliliği koruyabilir ve özel ekipman yatırımı yapmadan, standart SMD dizgi makineleriyle büyük BGAları ve press-fit konnektörleri işleyebilir.
Esnek Dizgi
Büyük ve ağır komponentlerin yüksek hızda dizilmesi için, standart dizgi makinelerinde bazı kritik mühendislik değişiklikleri gerekiyor. Bu değişikliklerin en önemlisi, dizgi kafasında yapılan adaptasyonlardır.
Vakumla birlikte mekanik kavrama (claw) sağlayan gripper nozul sistemleri, alışılmışın dışındaki komponentlerin güvenli tutulmasında oldukça etkilidir. Ancak bu tür nozulların temini genellikle üreticilerin ekipman tedarikçileriyle özel tasarım geliştirmesini gerektiriyordu.
Giderek daha büyük IC paketleri, konnektörler, endüktörler, transformatörler ve güç komponentlerinin kullanılmaya başlamasıyla birlikte, gripper nozullar artık özel ürün olmaktan çıktı. Yamaha Robotics, farklı komponent tip ve boyutları için 60 farklı kombinasyon sunan standart pençe ve destek plakası (backing plate) tasarımlarını geliştirdi (Şekil 1). Uygun kombinasyonun seçilmesi, üreticilere büyük komponentleri hızla işleme esnekliği kazandırıyor.
Buna ek olarak, kauçuk pedli nozul çözümleri, büyük IC’lerin üst yüzeyinden vakumla alınmasını sağlayarak ekonomik ve etkili bir alternatif sunuyor. Yamaha, 25 mm çapa kadar farklı boyutlarda kauçuk nozullar geliştiriyor. Sunucu kartlarında kullanılan DIMM bellek modül yuvalarını almak için özel nozullar da geliştirme aşamasında.
R ve Z Eksenleri
Dizgi öncesinde komponentin doğru yönlendirilmesi için nozulun döndürülmesi gerekir. Küçük ve hafif komponentlerde R-ekseni motoru nozulu doğrudan yüksek hızda döndürebilir. Ancak büyük ve ağır komponentlerde oluşan atalet, nozuldan ayrılma riskini artırır.
Bu durumda, motor tahrikli redüktör sistemi kullanılabilir; ancak geleneksel dişli yapılarındaki boşluk (backlash) hizalama hassasiyetini düşürür. Yamaha’nın özel makas dişli (scissor gear) tasarımı, bu boşluğu ortadan kaldırarak BGA IC’lerde 0,005° hassasiyetle hizalama yapılmasını sağlar.
Daha yüksek komponentleri işleyebilmek için Z-ekseni strokunun birkaç milimetre artırılması bile önemli avantaj sağlar. 40 mm’lik uzatılmış strok, günümüzdeki en yüksek otomotiv konnektörlerinin dizilmesini mümkün kılar.
Dizgi Kuvveti
Otomotiv uygulamalarında kullanılan bazı konnektörler, press-fit gerektirir. Bu tip bağlantılar, titreşim ve darbelere dayanıklı olması için sıkı bir şekilde yerleştirilmelidir.
Standart dizgi makineleri genellikle 30 N’a kadar kuvvet kontrolüne sahiptir. Ancak yüksek pin sayısına sahip konnektörlerin doğru yerleştirilebilmesi için 100 N’a kadar hassas kuvvet kontrolü gerekir. Bu da hem mekanik tasarımda hem de algılama/sensör teknolojisinde geliştirmeler gerektirir.
Kuvvet kontrol sistemi aynı zamanda komponenti korumalıdır. Landing detection (Şekil 3), konnektör kart üzerine yerleştirilirken pinlerin hizasını algılar. Yanlış hizalama tespit edilirse kuvvet uygulanmaz, böylece komponent hasarı önlenir.
Görsel kontrol sistemlerinin de geliştirilmesi gerekir. Standart LED tabanlı aydınlatmalar, pin uçlarını net şekilde ayırt etmekte zorlanabilir. Lazer tabanlı yönlendirilmiş aydınlatma, yalnızca pin uçlarını seçici şekilde aydınlatarak kamera sisteminin doğru hizalamayı güvenle doğrulamasını sağlar.
Artan dizgi kuvvetine dayanmak ve pozisyon doğruluğunu korumak için, kart destek mekanizmasının ve push-up pin yapısının da güçlendirilmesi gerekir.
Kafa – Dizgi Makinesi Arayüzü
Yamaha’nın yeni LM dizgi kafası, büyük IC’ler, yüksek komponentler ve press-fit parçaların yanı sıra küçük SMD komponentleri de yüksek hızda dizebilecek şekilde tasarlanmıştır.
Hem donanım hem de yazılımda yapılan geliştirmeler sayesinde; genişletilmiş R-ekseni kontrolü, Z-ekseni kontrolü, kuvvet kontrolü ve landing detection fonksiyonları desteklenmektedir. Yeni nozul ve özel kavrama sistemi, büyük komponentlerin kullanımını mümkün kılarken, kullanıcılar mevcut nozullarını da SMD, SOP ve QFP paketleri için kullanmaya devam edebilir.
Yeni nozul sağlık kontrolü özelliği, otomatik temizlik ve bakım döngülerinin planlanmasını sağlayarak üretim verimini korur ve plansız duruşları önler.
LM kafası, YRM dizgi makinelerine diğer kafalarla aynı arayüz üzerinden bağlanır. Ayrıca, YRM çoklu kamera sistemindeki yeni özellik tanıma yazılımı, tanınabilir IC paket boyutunu 55 mm’den 130 mm’ye, BGA top sayısını ise 4.000’den 20.000’e çıkarmıştır. Bu geliştirme, büyük FPGA ve ASIC paketlerinin tanınması ve hizalanması için kritik bir avantaj sağlar.
Telekom, veri merkezi ve otomotiv pazarlarında artan talepler, ekipman üreticilerinin büyük ve ağır komponentlerle çalışma yeteneklerini geliştirmesini gerektiriyor. Mevcut SMD dizgi makinelerinin esnekliğini artırmak, üreticilerin küçük SMD pasiflerden çok yongalı ASIC’lere ve yüksek pin sayılı press-fit konnektörlere kadar tüm komponentleri yüksek hızda ve verimli şekilde dizmesini sağlar.
Bu dönüşümün odak noktası dizgi kafasıdır. Nozul ve kavrama yapısı, kuvvet kontrolü, görüntüleme, aydınlatma ve R/Z eksen hareket kontrolünde yapılan geliştirmeler, üreticilere maliyet etkin ve geleceğe hazır bir çözüm sunar.
