貼片機結構及原理分析課件

貼片機結構及原理分析隨著SMC小型化、SMD多引腳窄間距化和復合式、組合式片式元器件、BGA、CSP、DCA（芯片直接貼裝技術）、以及表面組裝的接插件等新型片式元器件的不斷出現(xiàn)，對貼裝技術的要求越來越高。近年來，各類自動化貼裝機正朝著高速、高精度和多功能方向發(fā)展。采用多貼裝頭、多吸嘴以及高分辨率視覺系統(tǒng)等先進技術，使貼裝速度和貼裝精度大大提高。目前最高的貼裝速度可達到0.06S/Chip元件左右；高精度貼裝機的重復貼裝精度為0.05-0.25mm;

多功能貼片機除了能貼裝0201(0.6mm*0.3mm)元件外,還能貼裝SOIC(小外型集成電路)、PLCC（塑料有引線芯片載體）、窄引線間距QFP、BGA和CSP以及長接插件（150mm長）等SMD/SMC的能力。此外，現(xiàn)代的貼片機在傳動結構（Y軸方向由單絲械向雙絲杠發(fā)展）；元件的對中方式（由機械向激光向全視覺發(fā)展）；圖像識別（采用高分辨CCD）；BGA和CSP的貼裝（采用反射加直射鏡技術）；采用鑄鐵機架以減少振動，提高精度，減少磨損；以及增強計算機功能等方面都采用了許多新技術，使操作更加簡便、迅速、直觀和易掌握。

第二章

貼裝機的工藝特性

精度、速度和適應性是貼裝機的3個最重要的特性。精度決定貼裝機能貼裝的元器件種類和它能適用的領域，精度低的貼裝機只能貼裝SMC和極少數(shù)的SMD，適用于消費類電子產(chǎn)品領域用的電路組裝。而精度高的貼裝機，能貼裝SOIC和QFP等多引線細間距器件，適用于工業(yè)電子設備和軍用電子裝備領域的電路組裝。速度決定貼裝機的生產(chǎn)效率和能力。適應性決定貼裝機能貼裝的元器件類型和能滿足各種不同貼裝要求；適應性差的貼裝機只能滿足單一品種的電路組件的貼裝要求，當對多品種電路組件組裝時，就須增加專用貼裝機才能滿足不同的貼裝要求。

2．貼裝頭及其組成

貼裝頭的基本功能是從供料器取料部位拾取SMC/SMD，并經(jīng)檢查、定心和方位校正后貼放到PCB的設定位置上。它安裝在貼裝區(qū)上方，可配置一個或多個SMD真空吸嘴或機械夾具，θ軸轉(zhuǎn)動吸持器件到所需角度，Z軸可自由上下將器件貼裝到PCB安裝面。貼裝頭是貼裝機上最復雜和最關鍵的部件，和供料器一起決定著貼裝機的貼裝能力。它由貼裝工具(真空吸嘴)、定心爪、其它任選部件(如粘接劑分配器)、電器檢驗夾具和光學PCB取像部件(如攝像機)等部分組成。根據(jù)定心原理區(qū)分，典型的貼裝頭有3種。

定位固定方法有定位孔銷釘、邊沿接觸定位桿及軟件編程定位等。貼裝頭用于拾取和貼裝SMC/SMD。器件對中檢測裝置接觸型的有機械夾爪，非接觸型的有紅外、激光及全視覺對中系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)用于驅(qū)動貼片機構X-Y移動和貼片頭的旋轉(zhuǎn)等動作。計算機控制系統(tǒng)對貼裝過程進行程序控制。

第四章

貼裝機傳動系統(tǒng)

一．

傳送機構與支撐臺傳送機構就是圖3-1中的軌道，它的作用是將需要貼片的PCB送到預定位置，貼片完成后再將SMA送至下道工序。

傳送機構是安放在軌道上的超薄型皮帶線傳送系統(tǒng)。通常皮帶輪安置在軌道邊緣，皮帶線通常分為A，B，C三段，并在B區(qū)傳送部位設有PCB夾緊機構，在A，C區(qū)裝有紅外傳感器，更先進的機器還帶有條形碼閱讀器，它能識別PCB的進入和送出，記錄PCB數(shù)量，如圖4-1和4-2所示。第五章

貼裝機光學對中系統(tǒng)

貼片機的對中是指貼片機在吸取元件時要保證吸嘴吸在元件中心，使元件的中心與貼片頭主軸的中心線保持一致，因此，首先遇到的是對中問題。早期貼片機的元件對中是用機械方法來實現(xiàn)的（稱為“機械對中”）。當貼片頭吸取元件后，在主軸提升時，撥動四個爪把元件抓一下，使元件輕微地移動到主軸的中心上來，QFP器件則在專門的對中臺進行對中，如圖5-1所示。這種對中方法由于是依靠機械動作，因此速度受到限制，同時元件也易受到損壞，目前這種對中方式已不再使用，取而代之的是光學對中。1.光學定位系統(tǒng)原理貼裝頭吸取元器件后，CCD攝像機對元器件成像，并轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖像信號，經(jīng)計算機分析出元器件的幾何尺寸和幾何中心，并與控制程序中的數(shù)據(jù)進行比較，計算出吸嘴中心與元器件中心在

ΔX，ΔY和Δθ的誤差，并及時反饋至控制系統(tǒng)進行修正，保證元器件引腳與PCB焊盤重合，如圖5-2所示。2．光學系統(tǒng)的組成

光學系統(tǒng)由光源、CCD、顯示器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換與圖像處理系統(tǒng)組成，即CCD在給定的視野范圍內(nèi)將實物圖像的光強度分布轉(zhuǎn)換成模擬電信號，模擬電信號再通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)圖像系統(tǒng)處理后再轉(zhuǎn)換為模擬圖像，最后由顯示器反應出來

3．CCD的分辨率

光學系統(tǒng)采用兩種分辨率——灰度值分辨率和空間分辨率。

灰度值分辨率是利用圖像多級亮度來表示分辨率的方法，機器能分辨給定點的測量光強度，所需光強度越小，則灰度值分辨率就越高，一般采用256級灰度值，它具有很強的精密區(qū)別目標特征的能力。而人眼處理的灰度值僅在50～60左右，因此機器的處理能力遠高于人眼的處理能力。

4．CCD的光源為了配合貼片機貼好BGA和CSP之類的新型器件，在以往的元件照明（周圍、同軸）基礎上增加了新型的BGA照明。所謂的BGA照明是LED比以往更加水平，早期的照明裝置能同時照亮焊球與元件底部，故難以將它們區(qū)別開來，改進后的照明系統(tǒng)，當LED點亮時，僅使BGA元件的焊球發(fā)出反光，從而能夠識別球刪的排列，增加可信度

5．光學系統(tǒng)的作用

貼片機中的光學系統(tǒng)，在工作過程中首先是對PCB的位置確認。當PCB輸送至貼片位置上時，安裝在貼片機頭部的CCD，首先通過對PCB上所設定的定位標志的識別，實現(xiàn)對PCB位置的確認。所以通常在設計PCB時應設計定位標志

CCD對定位標志確認后，通過BUS反饋給計算機，計算出貼片原點位置誤差（ΔX、ΔY），同時反饋給運動控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)PCB識別過程

在對PCB位置認后，接著是對元器件的確認，包括：

（1）元件的外形是否與程序一致；

（2）元件中心是否居中；

（3）元件引腳的共面性和形變。

在SMD迅速發(fā)展的情況下，引腳間距已由早期的1.27mm過渡到0.5mm和0.3mm等，這樣僅靠上述兩個光學確認還不夠，因此在PCB設計時還增加了小范圍幾何位置確認，即在要貼裝的細間距

QFP位置上再增加元器件圖像識別標志，確保細間距器件貼裝準確無誤。目前先進的貼片機采用飛行對中技術，實現(xiàn)在

QFP等器件吸起來后，在送至貼片位置之前，即在運動中就將位置校正好，因此大大節(jié)約了器件的對中速度。飛行對中的技術有下列幾種形式：

（1）CCD安裝在貼片頭上，這是Qllad貼片機最先采用的方法，用此方法QFP的貼裝速度由原來的0.7s下降到0.3s。（2）CCD采用懸掛式安裝，有利于

SMC/SMD運動中校正位置。第六章

喂料器

供料器協(xié)（feederer）的作用是將片式元器件SMC/SMD按照一定規(guī)律和順序提供給貼片頭以便準確方便地拾取，它在貼片機中占有較多的數(shù)量和位置，它也是選擇貼片機和安排貼片工藝的重要組成部分，隨著貼片速度和精度要求的提高，近幾年來供料器的設計與安裝，愈來愈受到人們的重視。根據(jù)SMC/SMD包裝的不同，供料器通常有帶狀（Tape）、管狀（stick）、盤狀（waffle）和散料等幾種。

第七章