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電子封裝專用設(shè)備第一部分半導體制造主要工藝流程與設(shè)備概述。圖1半導體制造、封裝、測試工藝流程圖2芯片制造基本工藝流程圖半導體制造工藝是由多種單項工藝組合而成的，主要包括以下四類：薄膜形成工藝；圖形轉(zhuǎn)移工藝；摻雜工藝；熱處理工藝。=1\*GB2⑴薄膜形成工藝與設(shè)備薄膜工藝包括氧化工藝和薄膜淀積工藝。通過生長或淀積的方法，生成集成電路制造過程中所需的各種材料的薄膜，如金屬層、絕緣層等。氧化(Oxidation)工藝的主要目的是在硅襯底表面形成氧化膜SiO2。在硅襯底表面形成SiO2氧化膜的方法：化學氣相淀積(CVD)和氧化。其中氧化又分為自然氧化（在常溫下，硅表面可生長出SiO2氧化層，厚約2nm）和熱氧化(ThermalOxidation)（在高溫爐中反應(yīng)，形成較厚的SiO2氧化層，也稱為熱生長法）熱氧化法的3種環(huán)境：=1\*GB3①干氧氧化(O2)=2\*GB3②水蒸氣氧化(H2O)=3\*GB3③濕氧氧化(H2O+O2)圖3熱氧化生成二氧化硅設(shè)備原理示意圖氧化爐主要有高溫干式氧化爐和高溫濕式氧化爐兩種，基本原理如上圖所示?；瘜W氣相淀積(CVD,ChemicalVaporDeposition)是利用氣態(tài)的先驅(qū)反應(yīng)物，以某種方式激活后，通過原子或分子間化學反應(yīng)的途徑在襯底上淀積生成固態(tài)薄膜的技術(shù)。利用CVD可獲得高純的晶態(tài)或非晶態(tài)的金屬、半導體、化合物薄膜，能有效控制薄膜化學成分，且設(shè)備運轉(zhuǎn)成本低，與其他相關(guān)工藝有較好的相容性。CVD技術(shù)已有100多年歷史，應(yīng)用領(lǐng)域很廣，如軸承的耐磨涂層、核反應(yīng)堆里的耐高溫涂層。CVD工藝采用的設(shè)備為CVD反應(yīng)爐，有臥式反應(yīng)爐立式反應(yīng)爐。（PECVD）其中PECVD是通過高能射頻源獲得的等離子體提供能量，不容易對硅襯底造成損傷。每種工藝方法都有裝用設(shè)備。=2\*GB2⑵圖形轉(zhuǎn)移工藝圖形轉(zhuǎn)移工藝包括光刻工藝和刻蝕工藝。從物理上說，集成電路是由許許多多的半導體元器件組合而成的，對應(yīng)在硅晶圓片上就是半導體、導體以及各種不同層上的隔離材料的集合。集成電路制造工藝首先將這些結(jié)構(gòu)以圖形的形式制作在光刻掩模板上，然后通過圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)將圖形轉(zhuǎn)移到硅晶圓片上。光刻工藝是一種圖像復(fù)印技術(shù)，是集成電路制造工藝中的一項關(guān)鍵工藝。光刻利用光刻膠感光后特性發(fā)生改變的原理，將光刻掩模板的圖形精確地復(fù)印到涂在硅晶圓片上的光刻膠上，然后利用光刻膠作為掩模保護，在晶圓片表面的掩模層上進行選擇性加工（刻蝕或注入），從而在晶圓片上獲得相應(yīng)的電路圖形結(jié)構(gòu)。光刻工藝三要素是光刻機，掩膜板和光刻膠。光刻機會在后面星系介紹。光刻掩膜版是集成電路設(shè)計與實際晶圓的中間環(huán)節(jié)，作用相當于將圖形印到半導體材料上的膜版。光刻掩膜版的生產(chǎn)與晶圓的生產(chǎn)原理基本相同。在半導體生產(chǎn)早期，光刻掩膜版的生產(chǎn)非常簡單。掩膜版上的圖形與晶圓上的相同，1：1地從光刻掩膜版?zhèn)鬏數(shù)骄A上，并且芯片上芯片模的數(shù)量與光刻掩膜版上的相同。光刻膠(Photoresist,Resist)又叫光致抗蝕劑，是一種由碳、氫、氧等元素組成的有機化合物。正膠(PositiveResist)是指曝光前對某些溶劑不可溶，而曝光后變?yōu)榭扇艿囊活惞饪棠z。負膠(NegativeResist)是指曝光前對某些溶劑是可溶的，曝光后硬化成不可溶解的一類光刻膠。光刻工藝步驟為（1）表面準備（2）涂膠（3）軟烘焙（4）對準和曝光（5）顯影（6）硬烘焙（7）顯影檢查（8）刻蝕（9）去除光刻膠（10）最終檢查?？涛g就是將涂膠前所淀積的薄膜中沒有被光刻膠（經(jīng)過曝光和顯影后）覆蓋和保護的部分去除掉，達到將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到其下層材料上的目的?？涛g工藝主要有濕法刻蝕和干法刻蝕。濕法刻蝕(WetEtch)是利用溶液與被刻蝕材料之間的化學反應(yīng)，來去除未被掩蔽膜材料掩蔽的部分，從而達到刻蝕目的?；瘜W溶液稱為刻蝕劑(Etchant)。設(shè)備為濕法刻蝕機。干法刻蝕(DryEtch)是利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體(Plasma)中的離子或游離基(處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團等)，與材料發(fā)生化學反應(yīng)或通過轟擊等物理作用或兩者相結(jié)合，從而達到刻蝕的目的。干法刻蝕采用的是氣體刻蝕劑。設(shè)備有等離子體刻蝕機和反應(yīng)離子刻蝕機等。摻雜工藝摻雜工藝包括擴散工藝和離子注入工藝，通過這些工藝將各種雜質(zhì)按照設(shè)計要求摻入晶圓片的特定位置上，形成晶體管的各“極”以及歐姆接觸（金屬與半導體的接觸）等。擴散(Diffusion)是一種常用的襯底摻雜(Doping)工藝，使可控量的摻雜物(Dopant)進入襯底的選定區(qū)域。擴散與離子注入（另一種摻雜工藝）不同，是一個緩慢注入的過程，且發(fā)生在高溫下。熱擴散是最主要、最普遍的摻雜方法。擴散爐是集成電路生產(chǎn)線前工序的重要工藝設(shè)備之一，主要用途是對半導體進行摻雜，即在高溫條件下將摻雜材料擴散入硅片，從而改變和控制半導體內(nèi)雜質(zhì)的類型、濃度和分布，以便建立起不同的電特性區(qū)域。離子注入(IonImplantation)是一種物理摻雜工藝，用于向襯底中摻雜。將具有很高能量的雜質(zhì)離子(B,P,As)射入襯底晶片（俗稱靶）之中，并通過逐點掃描完成對整塊晶片的注入。離子注入現(xiàn)已成為優(yōu)選的IC摻雜工藝，其工藝設(shè)備為離子注入機。離子注入機配有精密的電子儀器和機械裝置，晶片摻雜完全處于受控狀態(tài)，可以精確控制雜質(zhì)分布。（4）熱處理工藝退火工藝（5）其他輔助工藝與技術(shù)化學機械平坦化工藝，化學機械平坦化(CMP,ChemicalMechanicalPlanarization)是一種表面全局平坦化技術(shù)。CMP設(shè)備稱為拋光機。清洗工藝，在每一工藝流程環(huán)節(jié)里都要清除掉附著在硅圓片上的污染物，防止把污染帶到下一道工序。目前有全自動硅片清洗機。2.芯片封裝工藝流程與設(shè)備概述。集成電路封封裝設(shè)備是指基片上完成制芯工藝之后的所有加工工藝設(shè)備。封裝對集成電路起支撐和機械保護、傳輸信號和分配電源、集成電路熱耗散和環(huán)境保護等作用。芯片封裝設(shè)備：背面研磨、劃片設(shè)備、鍵合設(shè)備、塑封設(shè)備、老化設(shè)備。（1）研磨、劃片工藝與設(shè)備最常用的背面減薄技術(shù)有：磨削、CMP（化學機械拋光）、濕法腐蝕、ADPE（常壓等離子腐蝕）和干式拋光五種。芯片封裝測試主要工藝流程背面研磨的兩種方式，即緩進式和切人式。緩進式使晶圓通過一個杯形砂輪的底部進行研磨；晶圓本身不旋轉(zhuǎn)；研磨機有三個軸，分別作粗磨、中度磨、精細磨。切入式通過將晶圓放置在載臺上旋轉(zhuǎn)，同時杯形砂輪逐漸下切來實現(xiàn)研磨；晶圓厚度通過一個接觸式在線測量探針來監(jiān)控；研磨機有兩個軸，分別作粗磨和精細磨。研磨機基本結(jié)構(gòu)示意圖研磨過程：=1\*GB3①研磨軸Z1粗磨一結(jié)束，晶圓就轉(zhuǎn)到第二根研磨軸Z2進行精細研磨。=2\*GB3②研磨軸的關(guān)鍵點在結(jié)束前的駐留（消痕）階段。=3\*GB3③杯形砂輪在研磨過程中會產(chǎn)生彈性形變。=4\*GB3④消痕指的是杯形砂輪在下切壓力解除后在晶圓上短暫駐留。也就是說，一旦測得研磨即將結(jié)束（通過在線測量儀的反饋），軸桿停止下切，晶圓載臺在此狀態(tài)下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)數(shù)圈。主要組成：（1）承片臺多套承片臺分布在360度圓周上。（2）折臂式機械手裝置三個伺服電機系統(tǒng)，一個旋轉(zhuǎn)汽缸，三個編碼器和一個光電傳感器。機械手具有4個自由度。驅(qū)動部分采用伺服電機驅(qū)動精密滾珠絲杠來實現(xiàn)，定位精度為0.01mm。（3）在線測量系統(tǒng)測量范圍：應(yīng)當包含0-1000微米。測量精度應(yīng)當不低于1微米，分辨率在0.1微米左右。能在加工過程中進行在線測量件。在線測量系統(tǒng)原理劃片是將經(jīng)過背面研磨工藝磨薄的晶圓切割成單個芯片的工藝制程。常用劃片方法：砂輪劃片機，干式激光劃片機，微水導激光劃片機。劃片機構(gòu)成特點:劃片機包括：切刃具支撐（金剛刀支架、主軸或激光器等）、Z向劃切深度控制、Y向分度定位、X向劃切進給以及晶向平行調(diào)整結(jié)構(gòu)；都具備X、Y、Z、晶向四維基本運動；根據(jù)類型及自動化程度不同，分別配有空氣靜壓主軸、激光器以及位置對準顯微鏡、自動上下片和自動清洗甩干等輔助功能單元。劃片機功能構(gòu)成：1)對準在晶圓被劃片之前，切割部位必須對準。2)刀片破損探測器3）非接觸設(shè)置這項功能非常重要。知道刀片和晶圓載臺的相對位置對于劃片機的控制是非常重要的。劃片機必須將切割精度控制在幾個微米之內(nèi)。4）劃痕檢查劃痕是指在劃片過程中，街區(qū)上實際被切除的材料尺寸，通常為刀片的厚度。在劃片進行中通過劃痕檢查來檢查劃片的質(zhì)量。5）二氧化碳混入器硅晶圓劃片時使用去離子水用做冷卻液。將二氧化碳溶入去離子水中，形成微弱的碳酸，從而將去離子水中的電阻率降到1MΩ.cm。這樣起到降低刀片冷卻液表面張力、清除顆粒沾污物以及延長刀片使用壽命的作用。6）轉(zhuǎn)臺清洗這個設(shè)備在劃片后清洗和干燥晶圓。7）紫外光照射設(shè)備劃片工藝使用UV膠帶時，這個設(shè)備在劃片后的晶圓放入框架匣內(nèi)之前用紫外光照射來降低膠帶黏性，以便在劃片工藝結(jié)束后直接進行貼片工藝。（2）鍵合工藝與設(shè)備芯片封裝形式主要有三種：引線鍵合、TAB（載帶自動安裝）、倒裝芯片引線鍵合引線鍵合是通過金屬細線將芯片上的每個IC焊盤與封裝體上相對應(yīng)的焊盤連接起來的芯片封裝互連技術(shù)，每次連接一根。引線鍵合設(shè)備的精度在微米級水平，而芯片鍵合設(shè)備的定位精度在10-100μm之間。芯片鍵合設(shè)備組成：承片臺、點膠系統(tǒng)、鍵合頭、視覺系統(tǒng)、物料傳輸系、基座等。點膠系統(tǒng)在封裝基底上涂覆一定量的芯片附著于封裝上所需的黏合劑。點膠系統(tǒng)分為點蘸式和噴涂式兩種。鍵合頭與承片臺相互配合，從藍膜上準確地拾取芯片，然后與物料傳輸系統(tǒng)相互配合準確地把芯片放置在封裝基底涂覆了黏合劑的位置上。接著對芯片施加壓力，在芯片和封裝基底之間形成厚度均勻的黏合劑層。視覺系統(tǒng)由光路、照明和攝像頭組成。光路是常規(guī)的顯微鏡光學系統(tǒng)。照明采用LED光源，分為直光（也叫同軸光）和側(cè)光兩部分。直光由位于光路物鏡正上方的一個LED構(gòu)成，提供成像所需的基本照明。側(cè)光由多個LED圍繞物鏡呈環(huán)形分布而成，是圖像具有識別功能所需的足夠反差的基本保證。物料傳輸系統(tǒng)負責芯片鍵合工藝中料條（引線框架或PCB基板）的自動操作，包括上料機構(gòu)、進給／夾持機構(gòu)和下料機構(gòu)。載帶自動安裝載帶自動安裝（TAB)是一種將IC組裝和互連到金屬化柔性聚合物載帶上的IC組裝技術(shù)。采用這一新技術(shù)的目的是以低成本的高度自動卷帶式“群鍵合”技術(shù)取代引線鍵合技術(shù)，用于大批量、低I/O數(shù)器件的封裝。倒裝芯片倒裝芯片互連技術(shù)是將集成電路芯片的有源面朝向基板，與載體或基板相連接。倒裝芯片鍵合方法主要是釬焊，通過釬焊來實現(xiàn)芯片與載體間的電連接和機械連接，但也有采用導電膠等其他材料來實現(xiàn)連接的。倒裝芯片鍵合工藝流程倒裝芯片鍵合工藝主要設(shè)備：UBM制作：投影光刻機、接觸／接近光刻機、蝕刻機、濺射臺、CVD、電鍍設(shè)備。凸點生成：投影光刻機、接觸／接近光刻機、蝕刻機、濺射臺、CVD、電鍍設(shè)備、絲網(wǎng)／模印刷機、改進金絲球焊機、回流爐。倒裝鍵合：倒裝芯片鍵合機、回流爐、固化爐。底部填充：涂覆設(shè)備（通常集成為倒裝芯片鍵合機的一部分）、固化爐。倒裝芯片鍵合機組成：=1\*GB3①倒裝芯片的運動平臺=2\*GB3②對倒裝芯片與基板實施精確定位的視覺系統(tǒng)=3\*GB3③對倒裝芯片進行鍵合的超聲換能系統(tǒng)=4\*GB3④在鍵合過程中完成芯片的自動拾取的真空吸附系統(tǒng)及加熱鍵合工作臺=5\*GB3⑤使工作臺保持恒定溫度的溫控系統(tǒng)組成。3.電子組裝工藝流程與設(shè)備概述。電子組裝基本工藝包括涂覆（點膠和印刷）、貼片和焊接（波峰焊和再流焊），輔助工藝包括清洗、檢測和返修。（1）波峰焊與再流焊工藝與設(shè)備盡管目前波峰焊工藝一部分應(yīng)用正在被再流焊逐漸取而代之，不過波峰焊還是電子組裝焊接的重要方法之一。再流焊工藝是貼裝技術(shù)的主流工藝。再流焊（亦稱回流焊）是預(yù)先在PCB焊接部位（焊盤）施放適量和適當形式的焊料，然后貼放表面組裝元器件，經(jīng)固化（在采用焊膏時）后，再利用外部熱源使焊料再次流動達到焊接目的的一種成組或逐點焊接工藝。波峰焊工藝流程焊膏涂覆與膠黏劑涂覆技術(shù)與設(shè)備印刷機主要分手動、半自動印刷機和全自動印刷機。半自動印刷機：操作簡單，印刷速度快，結(jié)構(gòu)簡單，缺點是印刷工藝參數(shù)可控點較少，印刷對中精度不高，錫膏脫模差，一般適用于0603（英制）以上元件、引腳間距大于1.27mm的PCB印刷工藝。全自動印刷機：印刷對中精度高，錫膏脫模效果好，印刷工藝較穩(wěn)定，適用密間距元件的印刷，缺點是維護成本高，對作業(yè)員的知識水平要求較高。全自動焊膏印刷機機構(gòu)組成：PCB導入機構(gòu)，PCB導出機構(gòu)，PCB定位與固定機構(gòu)，PCB與網(wǎng)板標識識別機構(gòu)，網(wǎng)板固定與驅(qū)動機構(gòu)，刮刀驅(qū)動機構(gòu)，網(wǎng)板清洗系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，基座，輔助系統(tǒng)。印刷模板有絲網(wǎng)版和金屬模板，為使基板在工作臺面準確定位，一般需設(shè)置2處以上圖像識別基準標記，用于光學攝像對位。在攝像頭（CCD）識別基板位置時，可以和印刷網(wǎng)板的位置識別重合進行，操作時可以采用由攝像頭移動識別等識別方法。網(wǎng)板識別CCD和基板識別CCD的位置關(guān)系十分重要，應(yīng)作為內(nèi)部測定參數(shù)給予保存。實際印刷時的位置精度是基板、網(wǎng)板相對制作精度的疊加。位置的重合精度還與確定位置精度時所使用的運動坐標軸數(shù)有關(guān)，通常在確定位置精度時使用的坐標組合軸數(shù)較少時，可以提高位置的重合精度。常采用刮刀頭部的浮動機構(gòu)來實現(xiàn)對網(wǎng)板實施均勻壓力的印刷，利用這種浮動機構(gòu)，還可以使基板中心和刮刀中心具有一致性。如果基板中心和刮刀中心發(fā)生偏錯時，刮刀將傾斜，由此產(chǎn)生的“存入不良”會在網(wǎng)板表面留有焊膏殘留物，進而造成印刷性能的劣化。浮動機構(gòu)及時調(diào)整與基板的平行度，以保持良好的印刷狀態(tài)。脫板過程通常采用低速控制，使基板與網(wǎng)板順利分離，焊膏完好地復(fù)制到基板焊區(qū)?？梢酝ㄟ^精密控制的伺服電機和脈沖電機來完成脫板速度控制。焊膏噴印時焊膏儲藏在可更換的管狀容器中，通過微型螺旋桿將焊膏定量輸送到一個密封的壓力艙，然后由一個壓桿壓出定量的焊膏微滴并高速噴射在焊盤上。在程序控制下實現(xiàn)焊盤上規(guī)定的焊膏堆積面積和堆積高度。焊膏噴印技術(shù)無點涂與印刷方式的缺陷，而且與傳統(tǒng)的網(wǎng)板印刷相比，具有不需要調(diào)整刮刀壓力、速度或其它絲網(wǎng)印刷參數(shù)的特點。通過計算機控制，其噴印程序可以完全控制每一個焊盤上的噴印細節(jié)，噴印次數(shù)和焊膏的堆積量，實現(xiàn)完全一致的焊膏噴印，極大地提高了焊膏噴印質(zhì)量和保證了隨后貼片與回流過程的可控性與焊點的質(zhì)量。MYDATA公司推出的首款MY500，借鑒了計算機噴墨打印機的原理，采用獲得專利保護的噴印技術(shù)，由噴印機主機、噴印頭和焊膏盒、計算機控制系統(tǒng)3部分組成?？梢愿鶕?jù)計算機設(shè)定的程序，以500點/s（180萬點/h）的最高速度在電路板上噴射焊膏。MY500焊膏噴印機可噴印的最大的電路板為508mm×508mm，電路板厚度介于0.4mm-0.7mm。MY500的基座由大理石制作而成，基板傳送采用線性馬達驅(qū)動，通過激光測量定位基板高度。貼裝技術(shù)與工藝設(shè)備貼裝技術(shù)是表面組裝技術(shù)中的必不可少的基本技術(shù)之一。貼裝技術(shù)的特點:貼裝對象是表面貼裝元器件，涵蓋了傳統(tǒng)電子元器件的全部；目前每個元器件貼裝的時間已經(jīng)縮短到0.06s左右（片式元件），已經(jīng)幾乎達到機械結(jié)構(gòu)運動速度的極限。采用機、光、電和軟硬件綜合技術(shù)，使現(xiàn)在貼裝精確度已經(jīng)可以達到3Sigma下75μm的精度，一部分細小元件和細節(jié)距IC貼裝精度甚至達到4Sigma下50μm；承載貼裝元器件的電路板與貼裝技術(shù)相關(guān)的主要是幾何尺寸和板厚方向的剛度；貼片機的工作流程：（1）待貼裝的PCB進入傳送軌道，在軌道入口處的傳感器發(fā)現(xiàn)PCB，系統(tǒng)通知傳送帶電機工作，將PCB送入下一位置。（2）PCB進入工作區(qū)起點，傳送裝置將PCB送入貼片位置，在即將到位時觸發(fā)裝配位置的傳感器，系統(tǒng)控制相應(yīng)機構(gòu)使PCB停留在預(yù)定貼裝位置上。機械定位裝置工作，將PCB固定在預(yù)定位置。夾緊裝置工作，將PCB夾緊固定，避免PCB移動。（3）PCB定位裝置工作，確定PCB的位置是在預(yù)定的位置上，否則對PCB的位置坐標參照系統(tǒng)坐標系進行修正。（4）按照程序設(shè)定對加工光學判別標志點(Mark)進行檢查，確定PCB位置。（5）包裝在專用供料器中的元器件按照程序設(shè)定的位置被運送或準備到預(yù)定的位置。（6）貼片頭吸嘴移動到拾取元件位置，真空打開，吸嘴下降吸取元件。（7）通過真空壓力傳感器或光電傳感器檢測是否吸到元件。（8）通過攝像頭或光電傳感器檢測元件高度（垂直方向）。（9）通過攝像頭或光電傳感器檢測元件轉(zhuǎn)角（水平方向），并識別元件特征，然后讀取元件數(shù)據(jù)庫中預(yù)先設(shè)置的元件特征值，將實際值與檢測值相比較，從而對元件特征進行判斷。當特征值不符時則判別拾取元件錯誤，重新拾取。如相符則對元件目前的中心位置和轉(zhuǎn)角進行計算。（10）將錯誤的元件拋到廢料收集盒中。（11）按照程序設(shè)定，通過貼片頭的旋轉(zhuǎn)調(diào)整元件角度；通過貼裝頭的移動，或PCB的移動調(diào)整X/Y方向坐標到程序設(shè)定的位置，使元件中心與貼裝位置點重合。（12）吸嘴下降到預(yù)先設(shè)定的高度，真空關(guān)閉，元件落下，完成貼裝。（13）從（5）步開始循環(huán)，直到貼裝完畢。（14）貼片部分移動到卸載位置，將貼裝好的PCB傳送到卸載軌道。卸載軌道開始位置的傳感器被觸發(fā)，控制系統(tǒng)通知傳送帶電機工作，將PCB送入下一位置，直到送出機器。精度、速度和適應(yīng)性是貼片機的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(lǐng)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(lǐng)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，適用于產(chǎn)業(yè)電子設(shè)備和軍用電子裝備領(lǐng)域的電路組裝。速度決定貼裝機的生產(chǎn)效率和能力。適應(yīng)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，貼裝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。下面簡單介紹幾種貼片機：高速貼片機從功能上劃分，專門高速貼裝中小元器件的貼片機也叫做高速機；一些專門高速貼裝中小元器件的中速貼片機和超高速貼片機在功能上也屬于高速機。高速貼片機具有以下特點：轉(zhuǎn)塔式結(jié)構(gòu)貼片機曾經(jīng)是大規(guī)模生產(chǎn)中高速機的主力，現(xiàn)在高速機可以采用各種結(jié)構(gòu)。高速機的元件貼裝范圍一般較窄，所能貼裝的元件一般從01005(0.4mm×0.2mm)-24mm×24mm，元件的高度一般最多為6.5mm。大的元件需要換裝貼片元件范圍更大的貼裝頭，或者在吸取元件時跳過一些吸嘴，但貼裝速度會因此降低。元件的包裝方式：一般只能為卷帶裝和散料盒裝，也有小部分高速貼片機可以接受管裝和盤裝物料，但在速度上會作出一些犧牲。大部分的高速貼裝頭在吸取和貼裝小型元器件（小于4mm×4mm）時可以全速貼裝，在吸取、貼裝更大元件時，由于旋轉(zhuǎn)的速度過快、吸嘴的剛性接觸、照相機識別復(fù)及真空吸力不足夠等原因，需要在元件吸取、識別、校正及貼裝環(huán)節(jié)降速，從而影響了整臺機器的產(chǎn)能。高速貼片機的吸嘴一般只有真空吸嘴。大部分的高速貼片機都是犧牲了一定的貼裝精度和功能來實現(xiàn)高速貼裝的?，F(xiàn)在新型的復(fù)合式和平行式高速貼片機可以兼顧貼裝的速度和精度。（2）多功能貼片機多功片機也叫泛用機或者高精度貼片機，可以貼裝高精度的大型、異型元器件，一般也能貼裝小型片狀元件，幾乎可以涵蓋所有的元件范圍，故稱為多功能貼片機，又因大型器件封裝節(jié)距很小，對貼片機精度要求高，因此也稱為高精度機。多功能貼片機的特點如下：多功能貼片機的結(jié)構(gòu)大多采用拱架式結(jié)構(gòu)，具有精度高、靈活性好的特點；在X和Y定位系統(tǒng)中大多采用全閉環(huán)伺服電動機驅(qū)動，用線性光柵尺編碼器來進行直接位置反饋，避免因絲桿扭曲變形的誤差；有的在Y軸采用雙電動機和雙絲桿在平臺的兩邊驅(qū)動，并用雙線性光柵尺進行反饋，可以有效地減小因貼裝頭靜止造成的等待，減少了橫梁的不同步變形而造成的誤差；有更先進的采用線性磁懸浮電動機，除了具備雙驅(qū)等技術(shù)特點外，還具有驅(qū)動直接、機械結(jié)構(gòu)少磨損、反饋快、安靜、易保養(yǎng)和精度高等特點。多功能貼片機大多采用線路板固定式，用貼裝頭的移動來實現(xiàn)X和Y定位，不會因為臺面的移動而使大型或較重的元件因為慣性而移位。能接受所有的物料包裝方式，如卷帶裝、管裝、盒裝和盤裝；在物料吸取時除了可以采用傳統(tǒng)的真空吸嘴外，對于異型較難吸取的元件可采用專用吸嘴，另外，對于用真空吸嘴無法吸取的元件可使用氣動夾爪；元件在校正時一般采用上視相機，具有前光、側(cè)光、背光和在線光等功能，可以識別各種不同的元件。（3）高速多功能貼片機目前有的復(fù)合式貼片機和平行式貼片機能安裝多功能貼裝頭或者多功能模組，從而實現(xiàn)既能同時高速貼裝小型片狀元件，又能貼裝高精度、大型、異型元件；可以接受幾乎所有的元件包裝方式，包括可以加裝盤裝元件送料器。代表產(chǎn)品：松下的CM602C，西門子的HF3或者D3平臺。4.電子制造工藝中精確對準的實現(xiàn)方法（1）視覺對位系統(tǒng)當一塊新的待貼裝PCB通過送板機構(gòu)傳送到指定位置固定起來時，安裝在貼片頭上的基準（MARK點）照相機CCD在相應(yīng)的區(qū)域通過圖像識別算法搜尋出MARK點，并由系統(tǒng)軟件計算出其在坐標系中的坐標，同時將相應(yīng)的元器件應(yīng)貼裝的位置數(shù)據(jù)送給主控計算機。當相應(yīng)的貼裝元器件拾取后，經(jīng)過元件照相機時，照相機對元器件進行檢測，得到其在拾取后位置坐標并送給主控計算機，與目標位置比較，得到貼裝頭應(yīng)移動的位置和轉(zhuǎn)角，在貼裝前進行位置和轉(zhuǎn)角的調(diào)整，從而達到視覺對中的目的。（2）激光檢測是指從光源產(chǎn)生一適中的光束照射在元件上來測量元件投射的影響。激光對位允許“飛行中”修正，飛行對中是指將激光檢測系統(tǒng)或照相機直接安裝在貼片頭上，在貼片頭拾取元件移到指定位置的過程中，完成對元件的檢測和對中的方式。貼片機技術(shù)發(fā)展李亞妮（西安電子科技大學西安710126）摘要：隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，貼片機已被廣泛應(yīng)用與大規(guī)模電子產(chǎn)品生產(chǎn)中。本文將圍繞貼片機的結(jié)構(gòu)和視覺系統(tǒng)簡單介紹貼片機的發(fā)展歷史、發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：貼片機；結(jié)構(gòu)；視覺系統(tǒng)ThedevelopmentofplacementequipmenttechnologyRannyLee(xidianuniversity,xi’an,710126,china)Abstract:Withtherapiddevelopmentofelectronicsindustry，placementequipmenthasbeenwidelyappliedingreatdealofelectronicsassembly.Takestructureandthevisionprocessingsystemforexamples,thepaperillustrateshistory.presentsituationanddevelopmentofplacementequipment.Keywords:placementequipment;structure;visionprocessingsystem0引言作為電氣互聯(lián)技術(shù)的主要組成部分和主體技術(shù)的表面組裝技術(shù)即SMT，是現(xiàn)代電氣互聯(lián)技術(shù)的主流，而貼裝技術(shù)是表面組裝技術(shù)中的必不可少的基本技術(shù)之一。組裝技術(shù)的不斷發(fā)展必將對組裝工藝及相關(guān)設(shè)備的發(fā)展提出新的要求。如何縮短運行時間、加速轉(zhuǎn)換時間，以及不斷地引入具有大量的引腳數(shù)量和精細間距的元器件成了如今的貼裝設(shè)備所面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。電子產(chǎn)品裝配的生產(chǎn)能力和多功能適應(yīng)性對貼裝設(shè)備的依賴性相當?shù)拇?。有關(guān)專家曾經(jīng)指出在生產(chǎn)制造中所發(fā)生的要求返工的缺陷中高達50％的問題是起源于貼裝過程中所生產(chǎn)的問題。1影響貼片機性能的重要因素1.1貼片機結(jié)構(gòu)目前貼片機主要有四種結(jié)構(gòu)，即轉(zhuǎn)塔式結(jié)構(gòu)、拱架式結(jié)構(gòu)、模塊式結(jié)構(gòu)、復(fù)合式結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)塔式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)塔的概念是使用一組移動的送料器，轉(zhuǎn)塔從這里吸取元件，然后把元件貼放在位于移動的工作臺上的電路板上面。圖1轉(zhuǎn)塔式貼裝工作示意圖轉(zhuǎn)塔式機器由于拾取元件和貼片動作同時進行，使得貼片速度大幅度提高。這種結(jié)構(gòu)的高速貼片機在我國的應(yīng)用也很普遍，不但速度快，而且歷經(jīng)十余年的發(fā)展技術(shù)已非常成熟，如Fuji公司的CP842E機器貼裝速度可達到0．068s／片。但是這種機器由于機械結(jié)構(gòu)所限，其貼裝速度已達到一個極限值，不可能再大幅度提高。該機型的不足之處是只能處理帶狀料。轉(zhuǎn)塔式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：=1\*GB2⑴多達6個不同尺寸的吸嘴適用于轉(zhuǎn)塔上的任何貼片頭，工作中不需要更換吸嘴。就是說，任何吸嘴都能夠隨時拾取元件，取消過多的和不必要的運行操作步驟。=2\*GB2⑵視覺系統(tǒng)安裝在轉(zhuǎn)塔式貼片機的拾取點和貼片點之間，可以在“飛行”中進行圖像處理。=3\*GB2⑶簡單的機械齒輪傳動式轉(zhuǎn)塔設(shè)計可保持供電用電纜、伺服系統(tǒng)、編碼器、傳感器攝像機等靜止不動，這樣不會由于運動產(chǎn)生的恒定彎曲應(yīng)力使線路斷裂而出現(xiàn)的電問題。=4\*GB2⑷貼片速度可達54500點/h以上（如HT122）。而最好的單頭架式貼片機僅能貼裝約15000點／h.=5\*GB2⑸只在貼片機的一側(cè)安裝送料器。這樣，可使貼片機前后寬度減少1m左右，為此，就不必在生產(chǎn)線的另一側(cè)額外安裝送料器和元件儲存裝置，從而減少了整個操作區(qū)域的面積。缺點：=1\*GB2⑴由于機械結(jié)構(gòu)的限制，其貼裝速度已經(jīng)達到極限，不能夠再大幅度提高，而且占用空間太大，噪聲大。=2\*GB2⑵轉(zhuǎn)塔式貼片機只能貼裝帶式包裝或者散料包裝的元件，而管料和盤料就無法進行貼裝。=3\*GB2⑶轉(zhuǎn)塔式貼片機相對PCB貼裝部位而言其貼裝頭位置是固定的，PCB通過沿X-Y方向運行使其精確的定位于規(guī)定的貼片位置，由于高速運動產(chǎn)生的震動，會使已經(jīng)貼好的元件發(fā)生位置偏移，最終影響貼片精度。=4\*GB2⑷可貼裝元件范圍限于片式元件，不適合貼IC器件。拱架式。拱架式(又稱動臂式)機器是最傳統(tǒng)的貼片機，具有較好的靈活性和精度，適用于大部分元件，現(xiàn)在幾乎所有的多功能貼片機和中速貼片機都采用這種結(jié)構(gòu)，而且高精度機器一般都是這種類型，但其速度無法與復(fù)合式、轉(zhuǎn)塔式和大型平行系統(tǒng)相比。圖2拱架式結(jié)構(gòu)不過元件排列越來越集中在有源部件上，比如有引線的四邊扁平封裝器件(Quadflatpackage，QFP)和球柵陣列器件(Ballgridarray，BGA)，安裝精度對高產(chǎn)量有至關(guān)重要的作用。復(fù)合式、轉(zhuǎn)塔式和大型平行系統(tǒng)一般不適用于這種類型的元件安裝。拱架式機器分為單臂式和多臂式，單臂式是最早先發(fā)展起來的現(xiàn)在仍然使用的多功能貼片機。在單臂式基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多臂式貼片機可將工作效率成倍提高，如美國Universal公司的GSM2貼片機就有2個動臂安裝頭，可分別交替對兩塊PCB同時進行安裝。拱架式機器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。絕大多數(shù)貼片機廠商均推出了采用這一結(jié)構(gòu)的高精度貼片機和中速貼片機，例如美國Universal公司的AC72、荷蘭Assembleon公司的AQl、日本Hitachi公司的TIM_X、日本Fuji公司的QP-341E和XP系列、Et本Panasonic公司的BM221、韓國Samsung公司的CP60系列、日本Yamaha公司的YV系列、日本Juki公司的KE系列【1】。模塊組合(Modular)式結(jié)構(gòu)又叫平行式結(jié)構(gòu)或并行式結(jié)構(gòu)，對于模組式貼片機而言，每個模組單元都相當于一臺簡單的拱架式結(jié)構(gòu)的貼片機。每個單元有自己的絲桿位置系統(tǒng)，安裝有相機和貼裝頭，每個貼裝頭可吸取有限的帶式送料器，，貼裝PCB的一部分，PCB以固定的間隔時間在機器內(nèi)步步推進。單獨地各個單元機器運行速度較慢?？墒牵鼈冞B續(xù)的或平行的運行會有很高的產(chǎn)量。如Assembleon公司的AX-5機器可最多有20個貼裝頭，實現(xiàn)了每小時15萬片的貼裝速度，堪稱業(yè)界第一，但就每個貼裝頭而言，貼裝速度在每小時7500片左右，仍有大幅度提高的可能。這種機型也主要適用于規(guī)模化生產(chǎn)，例如手機。復(fù)合式結(jié)構(gòu)復(fù)合式機器是從拱架式機器發(fā)展而來，它集合了轉(zhuǎn)塔式和拱架式的特點，在動臂上安裝有轉(zhuǎn)盤，像Siemens的Siplace80S25貼片機，有兩個帶有12個吸嘴的旋轉(zhuǎn)頭，如圖3所示Universal公司也推出了帶有30個吸嘴的旋轉(zhuǎn)頭，稱之為“閃電頭”，兩個這樣的旋轉(zhuǎn)頭安裝在Genesis貼片平臺上，可實現(xiàn)每小時60000片貼片速度。從嚴格意義上來說，復(fù)合式機器仍屬于動臂式結(jié)構(gòu)。由于復(fù)合式機器可通過增加動臂數(shù)量來提高速度，具有較大靈活性，因此它的發(fā)展前景被看好，例如Siemens推出的HS60機器就安裝有4個旋轉(zhuǎn)頭，貼裝速度高達每小時60000片。圖3復(fù)合式結(jié)構(gòu)上述4種結(jié)構(gòu)的設(shè)備都有著各目獨特的優(yōu)點和屬性。許多公司使用兩種平臺以使效率和性能達到最優(yōu)化。最近五年來，愈來愈多的公司傾向于采用具有柔性功能的貼裝設(shè)備，這種“折衷”的解決方案與常規(guī)的高精確度模塊相比較，綜合了較高的貼裝速度和大量的送料位置。這些平臺依然能夠滿足絕大多數(shù)元器件全方位的貼裝需要，可以從最小型的無源器件到最大型的有源器件。1.2視覺對中系統(tǒng)在現(xiàn)代貼片機系統(tǒng)中，計算機視覺系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于貼片元件的識別、PCB基準點的識別等檢測任務(wù)，和以前的機械對中相比，視覺對中方式使得整個系統(tǒng)的貼裝速度和貼裝精度大大提高，滿足了貼片機的高速高精度要求。貼片機視覺檢測系統(tǒng)的組成如圖4所示。當一塊新的待貼裝PCB通過送板機構(gòu)傳送到指定位置固定起來時，安裝在貼片頭上的基準（MARK點）照相機CCD在相應(yīng)的區(qū)域通過圖像識別算法搜尋出MARK點，并由系統(tǒng)軟件計算出其在坐標系中的坐標，同時將相應(yīng)的元器件應(yīng)貼裝的位置數(shù)據(jù)送給主控計算機。當相應(yīng)的貼裝元器件拾取后，經(jīng)過元件照相機時，照相機對元器件進行檢測，得到其在拾取后位置坐標并送給主控計算機，與目標位置比較，得到貼裝頭應(yīng)移動的位置和轉(zhuǎn)角，在貼裝前進行位置和轉(zhuǎn)角的調(diào)整，從而達到視覺對中的目的。圖4貼片機視覺系統(tǒng)對中示意圖2貼片機的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀在國外，貼片機誕生于20世紀80年代初，至今已有30年的時間，其基本功能沒有太大變化，但是其結(jié)構(gòu)形式和貼裝要求，