貼片機結構及原理分析ppt課件

1、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,第一章 貼裝機結構及系統(tǒng)組成,SMT貼裝機是計算機控制，集光、電、氣及機械為一

2、體的高精度自動化設備。其組成部分主要有機體、元器件供料器、PCB承載機構、貼裝頭、器件對中檢測裝置、驅(qū)動系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)等。 機體用來安裝和支撐貼裝的各種部件，因此，它必須具有足夠的剛性才能保證貼裝精度。供料器是能容納各種包裝形式的元器件、并將元器件傳送到取料部位的一種儲料供料部件，元器件以編帶、棒式、托盤或散裝等包裝形式放到相應的供料器上。PCB貼裝承載機構包括承載平臺、磁性或真空支撐桿，用于定位和固定PCB,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

3、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，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。

4、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,第三章 貼裝機支撐系統(tǒng),機架是機器的基礎，所有的傳動、定位、傳送機構均牢固地固定在它上面，大部分型號的

5、貼片機及其各種送料器也安置在上面，因此機架應有足夠的機械強度和剛性，圖3-1 為貼裝機結構示意圖。目前貼片機有各種形式的機架，大致可分為兩類,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

6、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)

7、進行比較，計算出吸嘴中心與元器件中心在 X， Y和的誤差，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,3CCD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

8、的精密區(qū)別目標特征的能力。而人眼處理的灰度值僅在5060左右，因此機器的處理能力遠高于人眼的處理能力,空間分辨率是指CCD分辨精度的能力，通常用像元素來表示，即規(guī)定覆蓋原始圖像的柵網(wǎng)的大小，柵網(wǎng)越細，網(wǎng)點和像元素越高，說明CCD的分辨精度越高。采用高分辨率CCD的貼片機其貼裝精度也較高。 但通常在分辨率高的場合下，CCD能見到的視野小（Frame），而大視野的情況下則分辨率較低，故在高速/高精度貼片機中裝有兩種不同視野的CCD。在處理高分辨率的情況下采用小視野CCD，在處理大器件時則使用大視野CCD,4CCD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）

9、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（X、 Y），同時反饋給運動控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)PCB識別過程,在對

10、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,6CCD安裝位置 目前大部分貼片機中，CCD均固定安裝在機器座上。貼片頭吸嘴吸取元件后先移至 CCD上確認，以修正X、Y和，再將元器件貼放到指定位置，這種辦法比較傳統(tǒng)。隨著細間距的IC大量使用，花費在器件光學

11、對中的時間也越來越長，如貼裝l.27間距IC速度高達每小時 10 000片，但貼裝 0.5rnm間距 IC速度僅為 10002000片/時，即速度下降到1/10l/5；隨著電子產(chǎn)品復雜程度的提高，細間距IC的應用已越來越廣泛， 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

12、（waffle）和散料等幾種。 1帶狀供料器 （l）帶狀包裝 在第二章中曾介紹了SMC/SMD的包裝，其形式之一就是帶狀包裝，在貼片生產(chǎn)中占有較大的比例。常見的元件有電阻、各種電容以及各種SIOC。帶狀包裝由帶盤與編帶組成，類似電影拷貝，如圖6-1所示。 根據(jù)材質(zhì)不同，有紙編帶，塑料編帶及黏結式塑料編帶，其中紙編帶包裝與塑料編 圖6-1 帶狀包裝外形結構 帶的器件，可用同一種帶狀供料器，而黏結式塑料編帶所使用的帶狀供料器的形式有所不同，但不管哪種材料的包裝帶， 均有相同的結構。 紙編帶外型結構尺寸如圖6-2所示。紙編帶由基帶、底帶和蓋帶組成，其中基帶為紙，而底帶和蓋帶則是塑料薄膜?；鶐喜加行?/p>

13、元孔，又稱同步孔，兩孔之間的距離稱為步距，是供帶狀送料器上棘輪傳動時的定位孔。矩形孔是裝載元器件的料腔，用來裝載不同尺寸的元件。W是帶寬，帶寬現(xiàn)已有標準化尺寸，有8mm，12mm，16mm，24 mm和32 mm。用來裝載0603以上尺寸元件的同步孔步距均為4mm，而小于0603尺寸的包裝帶上的同步孔孔距則為2rnm，故定購供料器時應加以區(qū)別。 圖6-2 紙帶外形結構與尺寸 塑料編帶由基帶、蓋帶和底帶組成，均為塑料，同步孔及帶寬與紙帶類似。 黏結式編帶常用于包裝尺寸大一些的器件，如SIOC等，包裝的元器件依靠不干膠粘合在編帶上，但編帶上有一個長槽元孔，供料器上的專用針形銷將元件頂出，以便使元器

14、件在與黏結帶脫離時被貼片機的真空吸嘴吸住，黏結式編帶的外型如圖6-3所示。 圖6-3 黏結式編帶結構 （2）供料器的運行原理 編帶安裝在供料器上的外型如圖6-4所示。從圖中可以看出，編帶輪固定在供料器的軸上，編帶通過壓帶裝置進人供料槽內(nèi)。上帶與編帶基體通過分離板分離，固定到收帶輪上，編帶基體上同步孔裝入同步棘輪齒上，編帶頭直至供料器的外端。供料器裝入供料站后，貼片頭按程序吸取元件并通過“進給滾輪給”手柄一個機械信號，使同步輪轉(zhuǎn)一個角度，使下一個元件送到供料位置上。更先進的供料器具有“清潔”功能，在帶倉打開時，還能瞬時實現(xiàn)對元件的“清潔”，去除元件上“污染物”，供料器增加元件的可焊性。上層帶通過

15、皮帶輪機構將上層帶收回卷緊，廢基帶通過廢帶通道排除到外面，并定時處理,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 貼裝機控制系統(tǒng),貼片機的控制系統(tǒng)通常采用二級計算機控制，子級由專用工控計算機系統(tǒng)構成，完成對機械機構運動的控制；主控計算機采用PC機實現(xiàn)編程和人機接口,第八章 手工貼裝,1手工貼裝的應用范圍 a)由于個別元器件是散件、特殊元件沒有相應的供料器、或由于器件的引腳變形等各種原因造成不能實現(xiàn)在貼裝機上進行貼裝時，作 為機器貼裝后的補充貼裝；