JUKI貼片機(jī)的構(gòu)造以及結(jié)構(gòu)

1、 SMT生產(chǎn)中的貼片技術(shù)通常是指用一定的方式將片式元器件準(zhǔn)確地貼放到PCB指定的位置, 這個(gè)過程英文稱之為“Pick and Place”， 顯然它是指吸取 /拾取與放置兩個(gè)動(dòng)作。在SMT初期，由于片式元器件尺寸相對較大，人們用鑷子等簡單的工具就可以實(shí)現(xiàn)上述動(dòng)作，至今尚有少數(shù)工廠仍采用或部分采用人工放置元件的方法。但為了滿足大生產(chǎn)的需要，特別是隨著SMC/SMD的精細(xì)化，人們越來越重視采用自動(dòng)化的機(jī)器-貼片機(jī)來實(shí)現(xiàn)高速高精度的貼放元器件。 近30年來，貼片機(jī)已由早期的低速度（1-1.5秒/片）和低精度（機(jī)械對中）發(fā)展到高速（0.08秒/片）和高精度（光學(xué)對中，貼片精度+-60um /4）。高精

2、度全自動(dòng)貼片機(jī)是由計(jì)算機(jī)、光學(xué)、精密機(jī)械、滾珠絲桿、直線導(dǎo)軌、線性馬達(dá)、諧波驅(qū)動(dòng)器以及真空系統(tǒng)和各種傳感器構(gòu)成的機(jī)電一體化的高科技裝備。從某種意義上來說，貼片機(jī)技術(shù)已經(jīng)成為SMT的支柱和深入發(fā)展的重要標(biāo)志，貼片機(jī)是整個(gè)SMT 生產(chǎn)中最關(guān)鍵、最復(fù)雜的設(shè)備，也是人們初次建立SMT生產(chǎn)線時(shí)最難選擇的設(shè)備。 本章將著重討論貼片機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，工作原理，各類貼片機(jī)的主要特點(diǎn)以及IPC最新推出的貼片機(jī)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，為選購及組織驗(yàn)收貼片機(jī)提供依據(jù)。9.1 貼片機(jī)的結(jié)構(gòu)與特性 目前 ，世界上生產(chǎn)貼片機(jī)的廠家有幾十家，貼片機(jī)的品種達(dá)幾百個(gè)之多，但無論是全自動(dòng)貼片機(jī)還是手動(dòng)貼片機(jī)，無論是高速貼片機(jī)還是中低速貼片機(jī)，它的

3、總體結(jié)構(gòu)均有類似之處。 貼片機(jī)的結(jié)構(gòu)可分為:機(jī)架，PCB傳送機(jī)構(gòu)及支撐臺X，Y與Z/伺服，定位系統(tǒng)，光學(xué)識別系統(tǒng)，貼片頭，供料器，傳感器和計(jì)算機(jī)操作軟件?，F(xiàn)將上述各種結(jié)構(gòu)的特征及原理簡介如下。  金獅王科技長期提有JUKI：750、760、2010、2020、2030、2050、2060、2070、2080、JX-100LED、JX-200LED、JX-300LED等機(jī)器。我們、有板卡、馬達(dá)、鐳射、主設(shè)備、備品倉、以及所有配件給予。找我：、李工 9.1.1 機(jī)架 機(jī)架是機(jī)器的基礎(chǔ)，所有的傳動(dòng)、定位、傳送機(jī)構(gòu)均牢固地固定在它上面，大部分型號的貼片機(jī)及其各種送料器也安置在上面，因此機(jī)架應(yīng)

4、有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛性。目前貼片機(jī)有各種形式的機(jī)架，大致可分為兩類。 1. 整體鑄造式 整體鑄造的機(jī)架的特點(diǎn)是整體性強(qiáng)，剛性好，整個(gè)機(jī)架鑄造后采用時(shí)效處理，機(jī)架的變形微小，工作時(shí)穩(wěn)固。高檔機(jī)多采用此類結(jié)構(gòu)。 2. 鋼板燒焊式 這類機(jī)架由各種規(guī)格的鋼板等燒焊而成,再經(jīng)時(shí)效處理以減少應(yīng)力變形.它的整體性比整體鑄造低一點(diǎn),但具有加工簡單,成本較低的特點(diǎn).在外觀上(去掉機(jī)器外殼)可見到焊縫. 機(jī)器采用那種結(jié)構(gòu)的機(jī)架,取決于機(jī)器的整體設(shè)計(jì)和承重.通常機(jī)器在運(yùn)行過程中應(yīng)平穩(wěn),輕松,無震動(dòng)感 (用金屬幣立于機(jī)器上不會(huì)出現(xiàn)翻倒),從某種意義上來講機(jī)架起著關(guān)鍵作用. 9.1.2 傳送機(jī)構(gòu)與支撐臺 傳送機(jī)構(gòu)的作用

5、是將需要貼片的PCB送到預(yù)定位置,貼片完成后再將SMA送至下道工序。 傳送機(jī)構(gòu)是安放在軌道上的超薄型皮帶傳送系統(tǒng)。通常皮帶安置在軌道邊緣，皮帶分為A，B，C三段，并在B區(qū)傳送部位設(shè)有PCB夾緊機(jī)構(gòu)，在A，C區(qū)裝有紅外傳感器，更先進(jìn)的機(jī)器還帶有條形碼閱讀器，它能識別PCB的進(jìn)入和送出，記錄PCB的數(shù)量。 傳送機(jī)構(gòu)根據(jù)貼片機(jī)的類型又分為兩種。 （1）整體式導(dǎo)軌 在這種方式貼片機(jī)中，PCB的進(jìn)入、貼片、送出始終在導(dǎo)軌上，當(dāng)PCB送到導(dǎo)軌上并前進(jìn)到B區(qū)時(shí)，PCB會(huì)有一個(gè)后退動(dòng)作并遇到后制限位塊，于是PCB停止運(yùn)行，與此同時(shí)，PCB下方帶有定位銷的頂塊上行，將銷釘頂入PCB的工藝孔中，并且B區(qū)上的壓緊機(jī)

6、構(gòu)將PCB壓緊。 在PCB的下方，有一塊支撐臺板，臺板上有陣列式圓孔,當(dāng)PCB進(jìn)入B區(qū)后，可根據(jù)PCB結(jié)構(gòu)需要在臺板上安裝適當(dāng)數(shù)量的支撐桿，隨著臺面的上移，支撐桿將PCB支撐在水平位，這樣當(dāng)貼片頭工作時(shí)就不會(huì)將PCB下壓而影響貼片精度。 若PCB事先沒有預(yù)留工藝孔，則可以采用光學(xué)辨認(rèn)系統(tǒng)確認(rèn)PCB的位置，此時(shí)可以將定位塊上的銷釘拆除，當(dāng)PCB到位后，由PCB前后限位塊及夾緊機(jī)構(gòu)共同完成PCB的定位。 通常光學(xué)定位的精度高于機(jī)械定位，但定位時(shí)間較長。 （2）活動(dòng)式導(dǎo) 在另一類高速貼片機(jī)中，B區(qū)導(dǎo)軌相對于A、C區(qū)是固定不變的，A、C區(qū)導(dǎo)軌卻可以上下升降，當(dāng)PCB由印刷機(jī)送到導(dǎo)軌A區(qū)時(shí)，A區(qū)導(dǎo)軌處于

7、高位并與印刷機(jī)相接，當(dāng)PCB運(yùn)行到B區(qū)時(shí)，A區(qū)導(dǎo)軌下沉到與B區(qū)導(dǎo)軌同一水平面，PCB由A區(qū)移到B區(qū)，并由B區(qū)夾緊定位，當(dāng)PCB貼片完成后送到C區(qū)導(dǎo)軌，C區(qū)導(dǎo)軌由低位（與B區(qū)同水平）上移到與下道工序的設(shè)備軌道同一水平，并將PCB由C區(qū)送到下道工序。然而在最新的松下MSR型貼片機(jī)中，其A，C區(qū)導(dǎo)軌為固定 導(dǎo)軌，B區(qū)導(dǎo)軌則設(shè)計(jì)成可做X-Y移動(dòng)的PCB承載臺，并可做上下升降運(yùn)動(dòng)。由此可見，不同機(jī)型的導(dǎo)軌有不同結(jié)構(gòu)，其做法主要取決于貼片機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。 9.1.3 X，Y與Z/伺服，定位系統(tǒng) 1.功能 X，Y定位系統(tǒng)是貼片機(jī)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，也是評估貼片機(jī)精度的主要指標(biāo)，它包括X，Y傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和X，Y伺服系統(tǒng)。它

8、的功能有兩種，一種是支撐貼片頭，即貼片頭安裝在X導(dǎo)軌上，X導(dǎo)軌沿Y方向運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)在X-Y方向貼片的全過程，這類結(jié)構(gòu)在通用型貼片機(jī)泛用機(jī)中多見，另一種功能是支撐PCB承載平臺并實(shí)現(xiàn) PCB在X-Y方向移動(dòng)，這類結(jié)構(gòu)常見于塔式旋轉(zhuǎn)頭類的貼片機(jī)轉(zhuǎn)塔式中。這類高速機(jī)中，其貼片頭僅做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而依靠送料器的水平移動(dòng)和PCB承載平面的運(yùn)動(dòng)完成貼片過程。上述兩種X，Y定位系統(tǒng)中，X導(dǎo)軌沿Y方向運(yùn)動(dòng)，從運(yùn)動(dòng)的形式來看，屬于連動(dòng)式結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是X導(dǎo)軌受Y導(dǎo)軌支撐，并沿Y軸運(yùn)動(dòng)，它屬于動(dòng)式導(dǎo)軌（Moving Rail）結(jié)構(gòu)。 還有一類貼片機(jī)，貼片機(jī)的機(jī)頭安裝在X導(dǎo)軌上，并僅做X方向運(yùn)動(dòng)，而PCB承載臺僅做Y方向

9、運(yùn)動(dòng)，工作時(shí)兩者配合完成貼片過程，其特點(diǎn)是X，Y導(dǎo)軌均與機(jī)座固定，它屬于靜式導(dǎo)軌（Statil Rail）結(jié)構(gòu)。 從理論上講，分離式結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌在運(yùn)動(dòng)中的變形量要小于連動(dòng)式，但在分離式的結(jié)構(gòu)中，PCB處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對貼裝后的元器件是否產(chǎn)生位移，則應(yīng)考慮。 2.結(jié)構(gòu) X，Y傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有兩大類，一類是滾珠絲杠-直線導(dǎo)軌，另一類是同步齒行帶-直線導(dǎo)軌。 （1）滾珠絲杠-直線導(dǎo)軌 典型的滾珠絲杠-直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)，貼片頭固定在滾珠螺母基座和對應(yīng)的直線導(dǎo)軌上方的基座上，馬達(dá)工作時(shí)，帶動(dòng)螺母做X方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，有導(dǎo)向的直線導(dǎo)軌支承，保證運(yùn)動(dòng)方向平行，X軸在兩平行滾珠絲杠-直線導(dǎo)軌上做Y方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了貼片

10、頭在X-Y方向正交平行移動(dòng)。同理，PCB承載平臺也以同樣的方法，實(shí)現(xiàn)X-Y方向正交平行移動(dòng)。 貼片速度的提高，意味著X-Y傳動(dòng)結(jié)構(gòu)速度的提高，這將會(huì)導(dǎo)致X-Y傳動(dòng)結(jié)構(gòu)因運(yùn)動(dòng)過快而發(fā)熱，通常鋼材的線膨脹系數(shù)為0.000015，鋁的線膨脹系數(shù)為鋼的1.5倍，而滾珠絲杠與馬達(dá)連接為主要熱源，其熱量的變化會(huì)影響貼裝精度，故最新研制出的X-Y傳動(dòng)系統(tǒng)，在導(dǎo)軌內(nèi)部設(shè)有氮冷冷卻系統(tǒng)，以保證因熱膨脹帶來的誤差，如果X-Y軸沒有強(qiáng)制冷卻，在軸的附近會(huì)有明確的變形。 此外，在高速機(jī)中采用無摩擦線性馬達(dá)，和空氣軸承導(dǎo)軌傳動(dòng)，運(yùn)行速度能做的更快。 （2）同步帶-直線軸承驅(qū)動(dòng) 典型的同步齒行帶-直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，同步齒行帶

11、由傳動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)小齒輪，使同步帶在一定范圍內(nèi)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這樣帶動(dòng)軸基座在直線軸承往復(fù)運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)方向傳動(dòng)部件組合在一起組成X-Y傳動(dòng)系統(tǒng)。 由于同步齒行帶載荷能力相對較小，僅適用于支持貼片頭運(yùn)動(dòng)，典型產(chǎn)品是德國西門子貼片機(jī)，如HS-50型貼片機(jī)，該系統(tǒng)運(yùn)行噪聲低，工作環(huán)境好。 3.X-Y伺服系統(tǒng)（定位控制系統(tǒng)） 隨著SMC/SMD尺寸的減小及精度的不斷提高，對貼片機(jī)貼裝精度的要求越來越高，換言之，對X-Y定位系統(tǒng)的要求越來越高。而X-Y定位系統(tǒng)是由X-Y 伺服系統(tǒng)來保證，即上述的滾珠絲杠-直線導(dǎo)軌及齒行帶-直線導(dǎo)軌，是由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并在位移傳感器及控制系統(tǒng)指揮下實(shí)現(xiàn)精確定位，因此位移傳感

12、器的精度起著關(guān)鍵作用。目前，貼片機(jī)上使用的位移傳感器有圓光柵編碼器、磁柵尺和光柵尺，現(xiàn)將它們的結(jié)構(gòu)與原理介紹如下。 （1）圓光柵編碼器 通常圓光柵編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)部位上裝有兩片圓光柵，圓光柵是由玻璃片或透明塑料制成，并在片上鍍有明暗相間的放射狀鉻線，相鄰的明暗間距稱為一個(gè)柵節(jié)，整個(gè)圓周總柵節(jié)數(shù)為編碼器的線脈沖數(shù)。鉻線數(shù)的多少，也表示其精度的高低，顯然，鉻線數(shù)越多，其精度越高。其中一片光柵固定在轉(zhuǎn)動(dòng)部位做指標(biāo)光柵，另一片則隨轉(zhuǎn)動(dòng)軸同步運(yùn)動(dòng)并用來記數(shù)，因此，指標(biāo)光柵與轉(zhuǎn)動(dòng)光柵組成一對掃描系統(tǒng)，相當(dāng)于記數(shù)傳感器。 編碼器在工作時(shí)，可以檢測出轉(zhuǎn)動(dòng)件的位置、角度、及角加速度，它可以將這些物理量轉(zhuǎn)換成電信號，

13、傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)就可以根據(jù)這些量來控制驅(qū)動(dòng)裝置，因此，圓光柵編碼器通常裝在伺服電機(jī)中，而電機(jī)直接與滾珠絲桿相連。 貼片機(jī)在工作時(shí)，將位移量轉(zhuǎn)換為編碼信號，輸入編碼器中，當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，編碼器就能記錄絲桿的旋轉(zhuǎn)度數(shù)，并將信息反饋給比較器，直至符合被測線性位移量，這樣就將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成了線性運(yùn)動(dòng)，保證貼片頭運(yùn)行到所需位置上。 采用圓光柵編碼器的位移控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾性強(qiáng)，測量精度取決于編碼器中光柵盤上的光柵數(shù)及滾珠絲杠導(dǎo)軌的精度。 （2）磁柵尺 磁柵尺由磁柵尺和磁頭檢測電路組成，利用電磁特性和錄磁原理對位移進(jìn)行測量。磁柵尺是在非導(dǎo)磁性標(biāo)尺基礎(chǔ)上采用化學(xué)涂覆或電鍍工藝沉積一層磁性膜（一般

14、 10-20微米），在磁性膜上錄制代表一定長度具有一定波長的方波或正弦波磁軌跡信號。磁頭在磁柵尺上移動(dòng)和讀取磁信號，并轉(zhuǎn)變成電信號輸入到控制電路，最終控制AC伺服電機(jī)的運(yùn)行。通常磁柵尺直接安裝在X，Y導(dǎo)軌上。 磁柵尺的優(yōu)點(diǎn)是制造簡單，安裝方便，穩(wěn)定性高，量程范圍大，測量精度高達(dá)1-5微米。一般高精度自動(dòng)貼片機(jī)采用此裝置。帖片精度一般在0.02毫米。 （3）光柵尺 該系統(tǒng)同磁柵尺系統(tǒng)類似，它也由光柵尺、光柵讀數(shù)頭與檢測電路組成。光柵尺是在透明玻璃或金屬鏡面上真空沉積鍍膜，利用光刻技術(shù)制作密集條紋（每毫米 100-300條紋），條紋平行且距離相等。光柵讀數(shù)頭由指示光柵 、光源、透鏡及光敏器件組成。

15、指示光柵有相同密度的條紋，光柵尺是根據(jù)物理學(xué)的莫爾條紋形成原理進(jìn)行位移測量，測量精度高，一般在0.1-1微米。光柵尺在高精度貼片機(jī)中應(yīng)用，其定位精度比磁柵尺還要高1-2個(gè)數(shù)量級。 西門子貼片機(jī)最早采用光柵尺-AC伺服電機(jī)系統(tǒng)。但裝有光柵尺的貼片機(jī)對環(huán)境要求比較高，特別是防塵，塵埃落在光尺上將會(huì)引起貼片機(jī)出故障。 總之，上述三種測量方法均能獲得很高的定位精度，但僅能對單軸向運(yùn)動(dòng)位置的偏差進(jìn)行檢測，而對軌道的變形、彎曲等因素造成的正交或旋轉(zhuǎn)誤差卻無能為力。有最新的貼片機(jī)在X、Y導(dǎo)軌上安裝冷卻系統(tǒng)，可以有效的防止導(dǎo)軌的熱變形。 4.Y軸方向運(yùn)行的同步性 由于支撐著貼片機(jī)頭的X軸是安裝在兩根Y軸導(dǎo)軌上

16、,為了保證運(yùn)行的同步性,早期的貼片機(jī)采用齒輪、齒條和過橋裝置將兩Y導(dǎo)軌相連接。但這種做法，機(jī)械噪音大，運(yùn)行速度受到限制，貼片頭的停止與啟動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致震動(dòng)并可能會(huì)影響貼片精度。目前設(shè)計(jì)的新型貼片機(jī)X軸運(yùn)行采用完全同步控制回路的雙AC伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將內(nèi)部震動(dòng)降至最低，從而保證了Y方向同步運(yùn)行，其速度快，噪音低，貼片頭運(yùn)行流暢輕松。 5.X-Y運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的速度控制 在高速機(jī)中，X-Y運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行速度高達(dá)150mm/s，瞬時(shí)的啟動(dòng)與停止都會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)和沖擊。最新的X-Y運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用模糊控制技術(shù)，運(yùn)動(dòng)過程中分三段控制，即“慢-快-慢”，呈“S”型變化，從而使運(yùn)動(dòng)變得更“柔和”，也有利于貼片精度

17、的提高，同時(shí)機(jī)器噪音也可以減到最小。 6.Z軸HEAD伺服，定位系統(tǒng) 在通用型貼片機(jī)泛用機(jī)中，支撐貼片頭的基座固定在X導(dǎo)軌上,基座本身不做“Z”方向的運(yùn)動(dòng)。這里的Z軸控制系統(tǒng),特指貼片頭的吸嘴運(yùn)動(dòng)過程中的定位, 其目的是適應(yīng)不同厚度PCB與不同高度元器件的貼片需要。Z軸控制系統(tǒng)常見的形式有下列幾種。 （1）圓光柵編碼器-AC/DC馬達(dá)伺服系統(tǒng) 在通用型貼片機(jī)泛用機(jī)中，吸嘴的Z方向伺服控制與X-Y伺服定位系統(tǒng)類似，即采用圓光柵編碼器的AC/DC伺服馬達(dá)-滾珠絲桿或同步帶機(jī)構(gòu)。采用A C/DC伺服馬達(dá)-滾珠絲桿控制時(shí)，其馬達(dá)-滾珠絲桿安裝在吸嘴上方；采用AC/DC伺服馬達(dá)-同步帶控制時(shí)，其馬達(dá)則可

18、安裝在側(cè)位，通過齒輪轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)吸嘴在Z方向的控制。由于吸嘴Z方向運(yùn)動(dòng)行程短，以及采用光柵編碼器，通常控制精度均能滿足要求。 （2）原筒凸輪控制系統(tǒng) 在松下MVBMVIIVB?型貼片機(jī)中，吸嘴Z方向的運(yùn)動(dòng)則是依靠特殊設(shè)計(jì)的圓筒凸輪曲線實(shí)現(xiàn)吸嘴上下運(yùn)動(dòng)，貼片時(shí)在PCB裝載臺的配合下（裝載可以自動(dòng)調(diào)節(jié)高度），完成貼片程序。 7.Z軸旋轉(zhuǎn)定位 早期貼片機(jī)的Z軸/吸嘴的旋轉(zhuǎn)控制是采用氣缸和檔塊來實(shí)現(xiàn)的,現(xiàn)在的貼片機(jī)已直接將微型脈沖馬達(dá)安裝在貼片頭內(nèi)部，以實(shí)現(xiàn)方向高精度的控制。松下MSR 型貼片機(jī)的微型馬達(dá)的分辨率為0.072度/脈沖,它通過高精度的諧波驅(qū)動(dòng)器(減速比為30:1),直接驅(qū)動(dòng)吸嘴裝置，由于

19、諧波驅(qū)動(dòng)器具有輸入軸與輸出軸同心度高、間隙小、震動(dòng)低等優(yōu)點(diǎn)，故吸嘴的方向?qū)嶋H分辨率高達(dá)0.024度/脈沖,確保了貼片精度的提高。 9.1.4光學(xué)對中系統(tǒng) 貼片機(jī)的對中是指貼片機(jī)在吸取元件時(shí)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(jī)的元件對中是用機(jī)械方法來實(shí)現(xiàn)的(稱為“機(jī)械對中”)。當(dāng)貼片頭吸取元件后，在主軸提升時(shí)，撥動(dòng)四個(gè)爪把元件抓一下，使元件輕微的移動(dòng)到主軸中心上來，QFP器件則在專門的對中臺規(guī)正爪進(jìn)行對中， 這種對中方法由于是依靠機(jī)械動(dòng)作，因此速度受到限制，同時(shí)元件也容易受到損壞，目前這種對中方式已不在使用，取而代之的是光學(xué)對中

20、。 1.光學(xué)定位系統(tǒng)原理 貼片頭吸取元件后，CCD攝象機(jī)對元器件成像，并轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖象信號，經(jīng)計(jì)算機(jī)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(jìn)行比較，計(jì)算出吸嘴中心與元器件中心在X，Y和的誤差，并及時(shí)反饋至控制系統(tǒng)進(jìn)行修正，保證元器件引腳與PCB焊盤重合。 2.光學(xué)系統(tǒng)的組成 光學(xué)系統(tǒng)由光源、CCD、顯示器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換與圖象處理系統(tǒng)組成，即CCD在給定的視野范圍內(nèi)將實(shí)物圖象的光強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換成模擬信號,模擬電信號在通過 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,經(jīng)圖象系統(tǒng)處理后 再轉(zhuǎn)換為模擬圖象,最后由顯示器反應(yīng)出來。 3.CCD的分辨率 光學(xué)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

21、分辨率是利用圖象多級亮度來表示分辨率的方法，機(jī)器能分辨給定點(diǎn)的測量光強(qiáng)度,所需光強(qiáng)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(qiáng)的精密區(qū)別目標(biāo)特征的能力。而人眼處理的灰度值僅在5060左右，因此機(jī)器的處理能力遠(yuǎn)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)定覆蓋原始圖象的柵網(wǎng)的大小,柵網(wǎng)越細(xì),網(wǎng)點(diǎn)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(jī)其貼裝精度也越高。 但通常在分辨率高的場合下，CCD能見的視野（Frame）小，而大視野的情況下則分辨率較低，故在高速/高精度的貼片機(jī)中裝有兩種不同視野的 CCD。在處理高分辨率的情

22、況下采用小視野CCD，在處理大器件時(shí)則使用大視野CCD。 例如松下MSR高速機(jī)中，小視野CCD視場為6mm×6mm,像素為25萬，分辨率達(dá)到12.5 m，大視野CCD視場為36mm×36mm,像素達(dá)100萬，分辨率為41m 。 4.CCD的光源 為了配合貼片機(jī)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(chǔ)上增加了新型的BGA照明。所謂的BGA照明是LCD比以往更加水平，早期的照明裝置能同時(shí)照亮焊球與元件底部，故難以把它們區(qū)別開來，改進(jìn)后的照明系統(tǒng)，當(dāng)LCD點(diǎn)亮?xí)r，僅使BGA元件的焊球發(fā)出反光，從而能夠識別球柵的排列，增加可信度。 5.光學(xué)系統(tǒng)的作用 貼

23、片機(jī)中的光學(xué)系統(tǒng)，在工作過程中首先是對PCB的位置確認(rèn)。當(dāng)PCB輸送至貼片位置上時(shí)，安裝在貼片機(jī)頭部的CCD，首先通過對PCB上所設(shè)定的定位標(biāo)志識別，實(shí)現(xiàn)對PCB位置的確認(rèn)。所以通常在設(shè)計(jì)PCB時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)定位標(biāo)志。CCD對定位標(biāo)志確認(rèn)后，通過BUS反饋給計(jì)算機(jī)，計(jì)算出貼片原點(diǎn)位置誤差（X、Y），同時(shí)反饋給運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)PCB的識別過程。 在對PCB位置確認(rèn)后，接著是對元器件的確認(rèn)，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(gè)光學(xué)確認(rèn)

24、還不夠，因此在PCB設(shè)計(jì)時(shí)還增加了小范圍幾何位置確認(rèn)，即在要貼裝的細(xì)間距QFP位置上再增加元器件圖象識別標(biāo)志，確保細(xì)間距器件貼裝準(zhǔn)確無誤。 6.CCD的安裝位置 目前大部分貼片機(jī)中，CCD均固定安裝在機(jī)座上。貼片頭吸嘴吸取元件后先移至CCD上確認(rèn),以修正X，Y和,再將元器件貼放到指定位置,這種方法比較傳統(tǒng)。隨著細(xì)間距IC大量使用，花費(fèi)在器件光學(xué)對中的時(shí)間越來越長，如貼裝1.27mm間距IC速度高達(dá)每小時(shí)10 000片，但貼裝0.5mm間距IC速度僅為10002000片/小時(shí)，即速度下降到1/101/5；隨著電子產(chǎn)品復(fù)雜程度的提高，細(xì)間距IC的應(yīng)用已越來越廣泛，目前先進(jìn)的貼片機(jī)采用飛行對中技術(shù)，

25、實(shí)現(xiàn)QFP等器件吸起來后，在送至貼片位置之前，即在運(yùn)動(dòng)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(shù)有下列幾種形式： （1）CCD安裝在貼片頭上，這是Qllad貼片機(jī)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(yùn)動(dòng)中校正位置。 9.1.5貼片頭 貼片頭是貼片機(jī)關(guān)鍵部件,它拾取元件后能在校正系統(tǒng)的控制下自動(dòng)校正位置,并將元器件準(zhǔn)確地貼放到指定的位置。貼片頭的發(fā)展是貼片機(jī)進(jìn)步的標(biāo)志，貼片頭已由早期的單頭、機(jī)械對中發(fā)展到多頭光學(xué)對中，下列為貼片頭的種類形式： 單頭 貼片頭 固定式 多頭 水平旋轉(zhuǎn)式/轉(zhuǎn)塔式

26、旋轉(zhuǎn)式 垂直旋轉(zhuǎn)/轉(zhuǎn)盤式 1.固定單頭 早期單頭貼片機(jī)是由吸嘴、定位爪、定位臺和Z軸、角運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成，并固定在X、Y傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上。當(dāng)吸嘴吸取一個(gè)元件后，通過機(jī)械對中機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)元件對中并給供料器一個(gè)信號（電信號或機(jī)械信號），使下一個(gè)元件進(jìn)入吸片位置。但這種方式貼片速度很慢，通常貼放一只片式元件需1s。為了提高貼片速度，人們采取增加貼片頭的數(shù)量的方法，即采用多個(gè)貼片頭來增加貼片速度。 2.固定式多頭 這是通用型貼片機(jī)泛用機(jī)采用的結(jié)構(gòu)，它在原單頭的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，即由單頭增加到了36個(gè)貼片頭。它們?nèi)匀还潭ㄔ赬，Y軸上，但不在使用機(jī)械對中，而改為多種樣式的光學(xué)對中。工作時(shí)分別吸取元器件，對中后再依次貼放

27、到PCB指定的位置上。目前這類機(jī)型的貼片速度已達(dá)3萬個(gè)元件/小時(shí)的水準(zhǔn)，而且這類機(jī)器價(jià)格較低，并可組合聯(lián)用。 隨著貼片頭由機(jī)械式改為吸嘴式，其吸嘴的技術(shù)也相應(yīng)提高。 （1）吸嘴的真空系統(tǒng) 吸嘴在吸片時(shí)，必須達(dá)到一定的真空度方能判別拾起元件是否正常，當(dāng)元件側(cè)立或因元件“卡帶”未能被吸起時(shí)，貼片機(jī)將會(huì)發(fā)出報(bào)警信號。 （2）吸嘴的軟著陸 貼片頭吸嘴拾起元件并將其貼放到PCB上的瞬間，通常是采取兩種方法貼放，一是根據(jù)元件的高度，即事先輸入元件的厚度，當(dāng)貼片頭下降到此高度時(shí)，真空釋放并將元件貼放到焊盤上，采用這種方法有時(shí)會(huì)因元件厚度的超差，出現(xiàn)貼放過早或過遲現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起元件移位或“飛片”缺陷；另一

28、種更先進(jìn)的方法是，吸嘴會(huì)根據(jù)元件與PCB接觸的瞬間產(chǎn)生的反作用力，在壓力傳感器的作用下實(shí)現(xiàn)貼放的軟著陸，又稱為Z軸的軟著陸，故貼片輕松，不易出現(xiàn)移位與飛片缺陷。 （3）吸嘴的材料與結(jié)構(gòu) 隨著元件的微型化，現(xiàn)已出現(xiàn)0.6mm×0.3mm的片式元件，而吸嘴又高速與元件接觸，其磨損是非常嚴(yán)重的，特別是高速貼片機(jī)中，故吸嘴的材料與結(jié)構(gòu)也越來越受到人們的重視。早期采用合金材料，以后又改為碳纖維耐磨塑料材料，更先進(jìn)的吸嘴則采用陶瓷材料及金剛石，使吸嘴更耐用。 吸嘴的結(jié)構(gòu)也做了改進(jìn)，特別是在0603元件的貼片中，為了保證吸起的可靠性，在吸嘴上設(shè)個(gè)孔，以保證吸取時(shí)的平衡。此外還考慮到，不僅是元件本身

29、尺寸在減小，而且與周圍元件的間隙也在減小，因此不僅要能吸起元件，而且要不影響周邊元件故改進(jìn)后的吸嘴即使元件之間的間隙為0.15mm也能方便貼裝。 3旋轉(zhuǎn)式多頭 高速貼片機(jī)多采用旋轉(zhuǎn)式多頭結(jié)構(gòu),目前這種方式的貼片速度已達(dá)到4.55萬只/小時(shí)。每貼一個(gè)元件僅需0.08s左右的時(shí)間。 旋轉(zhuǎn)式多頭又分為水平旋轉(zhuǎn)式/轉(zhuǎn)塔式與垂直方向旋轉(zhuǎn)/轉(zhuǎn)盤式，現(xiàn)分別介紹如下。 （1）水平旋轉(zhuǎn)/轉(zhuǎn)塔式 這類機(jī)器多見松下、三洋和富士制造的貼片機(jī)，以松下MSR貼片機(jī)為例，原理如下。 這類貼片機(jī)中有16個(gè)貼片頭，每個(gè)頭上有46個(gè)吸嘴，故可以吸放多種大小不同的元件。16個(gè)貼片頭固定安裝在轉(zhuǎn)塔上，只做水平方向旋轉(zhuǎn)，習(xí)慣上人們稱為

30、水平旋轉(zhuǎn)式或轉(zhuǎn)塔式。旋轉(zhuǎn)頭各位置做了明確分工。貼片頭在1號位從送料器上吸起元器件，然后在運(yùn)動(dòng)過程中完成校正、測試，直至5號位完成貼片工序。由于貼片頭是固定旋轉(zhuǎn)，不能移動(dòng)，元件的供給只能靠送料器在水平方向的運(yùn)動(dòng)將所需的貼放元件送到指定的位置。貼放位置則由PCB工作臺的X，Y高速運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。這類貼片機(jī)的高速度取決于旋轉(zhuǎn)頭的高速運(yùn)行，在貼片頭旋轉(zhuǎn)的過程中，送料器以及PCB也在同步運(yùn)行。 （2）垂直旋轉(zhuǎn)/轉(zhuǎn)盤式貼片頭 這類貼片頭多見于西門子貼片機(jī)，旋轉(zhuǎn)頭上安裝有12個(gè)吸嘴，工作時(shí)每個(gè)吸嘴均吸取元件，并在CCD處（固定安裝）調(diào)整，吸嘴中均安裝有真空傳感器和壓力傳感器。通常此類貼片機(jī)中安裝兩組或四組旋轉(zhuǎn)頭

31、，其中一組頭在貼片，而另一組則在吸取元件，然后交換功能，以達(dá)到高速貼片的目的。 4組合式貼片頭 安必昂FCM型貼片機(jī)，由16個(gè)獨(dú)立貼片頭組合而成。16個(gè)頭可以同時(shí)貼放元件，每小時(shí)可以貼放9.6萬個(gè)片式元器件，但對于每個(gè)貼片頭來說，每小時(shí)只貼 6000個(gè)片式元件，僅相當(dāng)于一臺中速機(jī)的水平，因此工作時(shí)貼片精度高，故障率小，噪音低，對一個(gè)需貼裝的產(chǎn)品來說，只要將所貼放的元件按照一定的程序分配到16個(gè)貼片頭上，就能實(shí)現(xiàn)均衡組合，并可獲得極高的速度。 9.1.6供料器 供料器（feeder）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(zhǔn)確方便地拾取，它在貼片機(jī)中占有教多的數(shù)量和位

32、置，它也是選擇貼片機(jī)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(shè)計(jì)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。 1.帶狀供料器 （1）帶狀包裝 帶狀包裝在生產(chǎn)中占有教大比例。常見的有電阻、各種電容以及各種SOIC。帶狀包裝由帶盤與編帶組成，類似電影拷貝。 根據(jù)材質(zhì)不同，有紙編帶，塑料編帶及黏結(jié)式編帶，其中紙編帶包裝與塑料編帶的器件，可用同一種帶狀供料器，而黏結(jié)式塑料編帶所使用的帶狀供料器的形式有所不同，但不管那種材料的包裝帶，均有相同的結(jié)構(gòu)。 紙編帶由基帶、底帶

33、和帶蓋組成，其中基帶是紙，而底帶和蓋帶則是塑料薄膜?；鶐喜加行A孔，又稱同步孔，是供帶狀送料器上棘輪傳動(dòng)時(shí)的定位孔，兩孔之間的距離稱為步距。矩形孔是裝載元器件的料腔，用來裝載不同尺寸的元件。W指帶寬，帶寬已有標(biāo)準(zhǔn)化尺寸，有8mm,12mm,16mm,24mm和 32mm.用來裝載0603以上尺寸元件的同步孔距均為4mm,而小于0603尺寸的包裝帶上的同步孔距則為2mm,故定購供料器時(shí)應(yīng)加以區(qū)別。 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(jié)式編帶常用于包裝尺寸大一些的器件，如SOIC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(gè)長槽,供料器上的專用針形銷將

34、元件頂出,以便使元器件在與黏結(jié)帶脫離時(shí)被貼片機(jī)的真空吸住,黏結(jié)式編帶的外形如圖. (2).供料器的運(yùn)行原理 編帶安裝在供料器上的外觀如圖（例為JUKI），編帶輪固定在供料器的軸上，編帶通過壓帶裝置進(jìn)入供料槽內(nèi)。上帶與編帶基體通過分離板分離，固定到收帶輪上，編帶基體上的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(jìn)給滾輪”給手柄一個(gè)機(jī)械信號，使同步輪轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使下一個(gè)元件送到供料位置上。更先進(jìn)的供料器具有“清潔”功能，在帶倉打開時(shí)，還能瞬時(shí)實(shí)現(xiàn)對元件的“清潔”，去除元件上的“污染物”，供料器增加元件的可焊性。上層帶通過皮帶輪機(jī)構(gòu)將上層帶收回卷

35、緊，廢基帶通過廢帶通道排除到外面，并定時(shí)處理。 （3）供料器的種類 根據(jù)驅(qū)動(dòng)同步棘輪的動(dòng)力來源，帶狀供料器可分為機(jī)械式、電動(dòng)式和氣動(dòng)式。機(jī)械式就是棘輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，它是通過向進(jìn)給手柄打壓驅(qū)動(dòng)同步棘輪前進(jìn)的，所以稱為機(jī)械式，而電動(dòng)式的同步棘輪的運(yùn)行則是依靠低速直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。此外還有氣動(dòng)式供料器，其同步棘輪的運(yùn)行依靠微型電磁閥轉(zhuǎn)換來控制。目前供料器以機(jī)械式和電動(dòng)式為多見。 2管狀供料器 (1)管狀包裝 許多SMD采用管狀包裝，它具有輕便、價(jià)廉的特點(diǎn)，通常分為兩大類：PLCC、SOJ為“丁形腳”，采用的為一種；SOP為“鷗翼腳”則采用另一種。 （2）Stick 供料器 管狀供料器的功能是反管子內(nèi)的

36、器件按順序送到吸片位置供貼片頭吸取。管狀供料器的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，它由電動(dòng)振動(dòng)臺、定位板等組成。早期僅安裝一根管，現(xiàn)在則可以將相同的幾個(gè)管疊加在一起，以減少換料的時(shí)間，也可以將幾種不同的Stick并列在一道，實(shí)現(xiàn)同時(shí)供料，使用時(shí)只要調(diào)節(jié)料架振幅即可以方便地工作。 3盤裝供料器 盤裝又稱華夫盤包裝，它主要用于QFP器件。通常這類器件引腳精細(xì)，極易碰傷，故采用上下托盤將器件的本體夾緊，并保證左右不能移動(dòng)，便于運(yùn)輸和貼裝。 盤狀供料器的結(jié)構(gòu)形式有單盤式和多盤式。單盤式供料器僅是一個(gè)矩形不銹鋼盤，只要把它放在料位上，用磁條就可以方便地定位。 對于多種QFP器件的供料，則可以通過多盤專用的供料器，它又稱

37、為tray feeder，現(xiàn)已廣泛采用，通常安裝在貼片機(jī)的后料位上，約占20個(gè)8mm料位，但它卻可以為40種不同的QFP同時(shí)供料。 較先進(jìn)的多盤供料器可將托盤分為上下兩部分，各容20盤，并能分別控制，更換元器件時(shí)，可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)換料。 4散裝倉儲(chǔ)式供料器 散裝倉儲(chǔ)式供料器是近幾年出現(xiàn)的新型供料器。SMC放在專用塑料盒里，每盒裝有一萬只元件，不僅可以減少停機(jī)時(shí)間，而且節(jié)約了大量的編帶紙。這也意味著節(jié)約木柴，故具有“環(huán)保概念”。散裝供料器的原理是由于它帶有一套線性振動(dòng)軌道，隨著軌道的振動(dòng)，元器件在軌道上排隊(duì)向前。這種供料器適合矩形和圓形片式元件，但不適用于極性元件。目前最小元件尺寸已做到1.0mm*0.5mm0402,散裝倉儲(chǔ)式供料器所占料位與8mm帶狀包裝供料器相同。 目前已開發(fā)出帶雙倉、雙道軌的散裝倉儲(chǔ)式供料器，即一只供料器相當(dāng)于兩只供料器的功能，這意味著在不增加空間的情況下，裝料能力提高了一倍。 5.供料器的安裝系統(tǒng) 由于SMT組裝的產(chǎn)品愈來愈復(fù)雜，每種電子產(chǎn)品需裝貼的元件也愈來愈多，因此要求貼片機(jī)能裝載更多的供料器，通常以能裝載8mm送料器的數(shù)量作為貼片機(jī)供料器的裝載數(shù)。 大部分貼片機(jī)是將供料器直接安裝在機(jī)架上，為了能提高貼片能力，減少換料時(shí)間，特別是產(chǎn)品更新時(shí)往往需要重新組織供料器，因此大型高速的貼片機(jī)采用雙組合