貼片機分類及基本工作原理實用教案

1、 為什么要用表面(biomin)貼裝技朮 SMT的特點 SMT有關(guān)的技朮組成 貼片機的分類 表面(biomin)貼裝方法的分類 評價貼裝設(shè)備的性能 0201貼裝第1頁/共31頁第一頁，共31頁。 為什么要用表面貼裝技術(shù)？電子產(chǎn)品追求小型化電子產(chǎn)品功能更完整，特別(tbi)是大規(guī)模、高集成IC，不得不采用表面貼片組件產(chǎn)品批量化，生產(chǎn)自動化，廠方要以低成本高產(chǎn)量，出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品以迎合顧客需求及加強市場競爭力電子組件的發(fā)展，集成電路(IC)的開發(fā)，半導體材料的多元應用電子科技革命勢在必行第2頁/共31頁第二頁，共31頁。SMT有關(guān)的技術(shù)(jsh)組成 電子組件、集成電路的設(shè)計制造技術(shù)(jsh) 電子產(chǎn)

2、品的電路設(shè)計技術(shù)(jsh) 電路板的制造技術(shù)(jsh) 自動貼裝設(shè)備的設(shè)計制造技術(shù)(jsh) 電路裝配制造工藝技術(shù)(jsh) 裝配制造中使用的輔助材料的開發(fā)生產(chǎn)技術(shù)(jsh) 第3頁/共31頁第三頁，共31頁。貼片機 近30年來,貼片機已由早期的低速度(11.5S/片)和低精度(機械對中)發(fā)展到高速(0.08S/片)和高精度/(光學對中,貼片精度60)高精度全自動貼片機是由計算機/光學/精密機械/滾珠絲桿/直線導軌/線性電機/諧波驅(qū)動器及真空系統(tǒng)和各種傳感器構(gòu)成的機電一體化的高科技術(shù)裝備.從某種意義上來說,貼片機技術(shù)已成為SMT的支柱和深入發(fā)展重要標志,貼片機是整個SMT的生產(chǎn)中最關(guān)鍵,最復雜

3、的設(shè)備,也是人們在初次建立( jinl)SMT生產(chǎn)線時最難選擇的設(shè)備第4頁/共31頁第四頁，共31頁。貼片機第5頁/共31頁第五頁，共31頁。貼片機的分類(fn li) 目前世界上已有近幾十個貼片機生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)的貼片機達幾百種之多，貼片機的分類沒有固定的格式，習慣上有下列幾種。 .按貼裝速度分類 中速貼片:3000片/h貼裝速度 9000片/h高速貼片機:9000片/h貼裝速度 40000片/h超速貼片機:貼裝速度40000片/h.按功能分類 目前這兩類貼片機的貼片分為兩大類：一類是高速/超高 速貼片機，主要以貼片式組件為主體；另一類能貼裝大型器 件和異型器件，稱為(chn wi)多功能機。

4、.按組裝架結(jié)構(gòu)分類 拱架型/轉(zhuǎn)塔型/大規(guī)模平行系統(tǒng)第6頁/共31頁第六頁，共31頁。貼片機的分類(fn (fn li)li)拱架型： 組件送料器、基板(PCB)(PCB)是固定的，貼片頭( (安裝多個真空吸料嘴) )在送料器與基板之間來回移動，將組件從送料器取出，經(jīng)過(jnggu)(jnggu)對組件位置與方向的調(diào)整，然后貼放于基板上。由于貼片頭是安裝于拱架型的X/YX/Y坐標移動橫梁上，所以得名。第7頁/共31頁第七頁，共31頁。動作(dngzu)原理 對組件位置與方向的調(diào)整方法: 1).機械對中調(diào)整位置/吸嘴旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向,這種方法能達到的精度有限 2)激光識別/X/Y坐標系統(tǒng)調(diào)整位置/吸嘴

5、旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向,這種方法可實現(xiàn)飛行(fixng)過程中的識別,但不能用于球柵陣列組件BGA 3)相機識別/X/Y坐標系統(tǒng)調(diào)整位置/吸嘴旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向,一般相機固定,貼片頭飛行(fixng)劃過相機上空,進行成像識別,比激光識別耽誤一點時間,但可識別任何組件,也有實現(xiàn)飛行(fixng)過程中的識別的相機識別系統(tǒng),機械結(jié)構(gòu)方面有其它犧牲 第8頁/共31頁第八頁，共31頁。缺點(qudin) 這種形式由于貼片頭來回移動的距離長,所以(suy)速度受到限制.現(xiàn)在一般采用多個真空吸料嘴同時取料(多達上十個)和采用雙梁系統(tǒng)來提高速度,即一個梁上的貼片頭在取料的同時,另一個梁上的貼片頭貼放組件,速度幾乎比單梁系

6、統(tǒng)快一倍.但是實際應用中,同時取料的條件較難達到,而且不同類型的組件需要換用不同的真空吸料嘴,換吸料嘴有時間上的延誤第9頁/共31頁第九頁，共31頁。優(yōu)點(yudin) 這類機型的優(yōu)勢在于：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,可實現(xiàn)高精度(軸梁的位置和運動(yndng)可以控制組件貼裝精度達到50m(0.05mm)以下),適于各種大小,形狀的組件,甚至異型組件,送料器有帶狀/管狀/托盤形式.適于中小批量生產(chǎn),也可多臺機組合用于大批量生產(chǎn) SMT生產(chǎn)中代表機型：SONY HITACHI等第10頁/共31頁第十頁，共31頁。轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)塔(zhun t)型型 組件送料器放于一個單坐標移動的料車上，基板(PCB)放于一個X/Y

7、坐標系統(tǒng)移動的工作臺上，貼片頭安裝在一個轉(zhuǎn)塔(zhun t)上，工作時，料車將組件送料器移動到取料位置，貼片頭上的真空吸料嘴在取料位置取組件，經(jīng)轉(zhuǎn)塔(zhun t)轉(zhuǎn)動到貼片位置(與取料位置成180度)，在轉(zhuǎn)動過程中經(jīng)過對組件位置與方向的調(diào)整，將組件貼放于基板上。第11頁/共31頁第十一頁，共31頁。動作(dngzu)原理 對組件位置與方向的調(diào)整方法： 1).機械對中調(diào)整位置/吸嘴旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向,這種方法能達到的精度有限,較晚的機型已不再采用 2).相機識別/X/Y坐標系統(tǒng)調(diào)整位置,吸嘴自旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向,相機固定,貼片頭飛行劃過相機上空(shngkng),進行成像識別第12頁/共31頁第十二頁，共

8、31頁。優(yōu)點(yudin) 一般,轉(zhuǎn)塔上安裝有十幾到二十幾個貼片頭,每個貼片頭上安裝24個真空吸嘴(較早機型)至56個真空吸嘴(現(xiàn)在機型).由于轉(zhuǎn)塔的特點,將動作細微化,選換吸嘴/送料器移動到位/取組件/組件識別/角度(jiod)調(diào)整/工作臺移動(包含位置調(diào)整)/貼放組件等動作都可以在同一時間周期內(nèi)完成,所以實現(xiàn)真正意義上的高速度.目前最快的時間周期達到0.080.10秒鐘一片組件第13頁/共31頁第十三頁，共31頁。缺點(qudin) 只能貼裝帶狀包裝組件,如果是密腳/大型的集成電路(IC),只有托盤包裝,則無法完成,因此(ync)還有賴于其它機型來共同合作,這種設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜,造價昂貴,最新

9、機型約在RMB500萬,是拱架型的三倍以上 SMT生產(chǎn)中代表機型：Panasonic YAMAHA等第14頁/共31頁第十四頁，共31頁。 大規(guī)模平行(pngxng)(pngxng)系統(tǒng) 使用一系列小的單獨的貼裝單元.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,貼裝板的一部分,板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慢.可是,它們連續(xù)(linx)的或平行的運行結(jié)果有很高的產(chǎn)量第15頁/共31頁第十五頁，共31頁。 自動組件貼裝的精度(jn d)是通過視覺系統(tǒng)來完成的。視覺系統(tǒng)一般劃分為零件相機（固定相機）、基板相機和厚度相機 第16頁/

10、共31頁第十六頁，共31頁。基板相機：在PCB上尋找叫做基準點的標志，主要用來組件貼裝之前將PCB對齊到正確的位置。零件相機：主要測試零件的尺寸(ch cun)，指零件的長度和寬度（不包括零件厚度）厚度相機：主要測試零件的厚度。由于其安裝方式不同我們又將稱為“立勢相機”第17頁/共31頁第十七頁，共31頁。送料系統(tǒng)(xtng)(Feeder) 過頂拱架型機器可支持不同的送料器類型,包括散裝(bulk)/帶料(tape-and-real)/管料(tube)/異型(odd-form)和其它客戶設(shè)計.相反,高速轉(zhuǎn)塔(zhun t)和大規(guī)模平行系統(tǒng)完全由散裝料盒或帶料包裝來供料第18頁/共31頁第十八

11、頁，共31頁。送料系統(tǒng)(xtng) 當組件包裝形式不是散裝或帶狀料，過頂拱架型機器可能是唯一的選擇：高速機被排除在考慮之外，因為其不能自動地供這些料。 所以，制造商應該尋找那些可以擴大(kud)其現(xiàn)有貼裝選擇的組件貼裝設(shè)備第19頁/共31頁第十九頁，共31頁。盤式(TRAY)管式 (STICK)帶式(TAPE)第20頁/共31頁第二十頁，共31頁。靈活選擇(xunz)（人的因素） 在位置系統(tǒng)、影像系統(tǒng)和組件送料系統(tǒng)中的微觀的靈活性之外，調(diào)節(jié)制造產(chǎn)量和容納產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的宏觀靈活性變成對新裝配設(shè)備作決定的關(guān)鍵。 希望永遠達到最大的產(chǎn)量的高產(chǎn)量生產(chǎn)線，最好使用(shyng)貼片機大規(guī)模平行系統(tǒng)。另一方面

12、，產(chǎn)品轉(zhuǎn)換頻繁的環(huán)境最好是使用(shyng)模塊式生產(chǎn)線，如果不完全相同，過頂拱架型機器組成。這種設(shè)置提供適應易變市場的靈活性。第21頁/共31頁第二十一頁，共31頁。評價貼裝設(shè)備(shbi)的性能過程能力(Cpk, Process Capability)： 指X/Y和有關(guān)貼裝精度水平.一臺機器的X/Y和 誤差是單獨考慮的,而不是共同地產(chǎn)出(Throughput)： 涉及傳送/制造(zhzo)和節(jié)拍時間的測量貼裝缺陷(Placement Defects)： 貼裝缺陷通常發(fā)生的概率第22頁/共31頁第二十二頁，共31頁。評價(pngji)貼裝設(shè)備的性能拾取(shq)缺陷(Pickup Defec

13、ts)： 拾取(shq)缺陷可分類為送料器失效,真空失效或視覺失效.拾取(shq)缺陷降低凈產(chǎn)出和浪費好的零件可靠性/可獲得性和可維護性： 有關(guān)可靠性/可獲得性和可維護性的數(shù)據(jù)由供應商基于實際的現(xiàn)場經(jīng)驗來公布的第23頁/共31頁第二十三頁，共31頁。評價貼裝設(shè)備(shbi)的性能 預防性維護(Preventive Maintenance)： 預防性和糾正性的維護使SMT貼裝系統(tǒng)保持以其規(guī)定的速度和精度運行(ynxng) 一個共同語言： 當供應商與用戶使用同一種語言取得有關(guān)設(shè)備性能的標準與溝通的共識時，結(jié)果將是工業(yè)中增加的效率和最終更大的顧客滿意與增長第24頁/共31頁第二十四頁，共31頁。02

14、010201貼裝的挑戰(zhàn)(tio zhn)(tio zhn) 0201組件(z jin)的貼裝比其前面的組件(z jin)介入更具挑戰(zhàn)性.主要原因是0201包裝大約為相應的0402尺寸的三分之一 原先可以接受的機器貼裝精度馬上變成引進0201的一個局限因素. 另外,傳統(tǒng)的工業(yè)帶包裝規(guī)格對于可靠的0201貼裝允許太多的移動,而工藝控制水平也必須提高,以使得0201貼裝成為生產(chǎn)現(xiàn)實第25頁/共31頁第二十五頁，共31頁?？煽?kko)(kko)的02010201貼裝的關(guān)鍵 組件送料器工作臺:精密(jngm)定位料車(carriage)工作臺的能力 組件送料器:送料器必須制造達到極小的公差,以保證吸取

15、位置維持可重復性.另外,用于制造送料器的材料必須強度高/重量輕 送料器驅(qū)動鏈輪:驅(qū)動鏈輪在機器定位組件料帶的能力中起關(guān)鍵作用.驅(qū)動鏈輪輪齒的形狀/錐度和長度重大地影響送料器定位料帶的能力第26頁/共31頁第二十六頁，共31頁?？煽?kko)(kko)的02010201貼裝的關(guān)鍵吸取頭:材料選擇(xunz)/材料硬度/加工公差和熱特性都必須理解,以構(gòu)造一個可靠的吸取頭.吸嘴必須在其夾具(holder)內(nèi)自由移動吸嘴軸裝配:為了吸取 0.6x0.3 mm的組件,吸嘴必須有不大于 0.40mm的外徑.這樣形成一個長而細的吸嘴軸,彎曲脆弱但還必須保持精度以維持吸取的高可靠性基體結(jié)構(gòu):所有機械在運行期間

16、都產(chǎn)生振動.基體框架設(shè)計是減少產(chǎn)生振動和諧波共振的速度與運動效應的關(guān)鍵第一步第27頁/共31頁第二十七頁，共31頁。貼片機的發(fā)展趨勢 貼片機從早期的機械對中,發(fā)展到現(xiàn)在的光學對中,具有超高速的貼片能力,然而技術(shù)總是向前發(fā)展的,貼片機還會向貼片速度(sd)更快/貼片精度更高,材料管理更方便的方向發(fā)展,其趨勢如下: 采用雙軌道以實現(xiàn)一軌道上進行PCB貼片,另一軌道送板(西門子的HS-50已出現(xiàn))減少PCB輸送時間和貼片頭待機停留時間采用多頭組合技術(shù)(類似FCM機)飛行對中技術(shù)和Z軸軟著陸技術(shù),以使貼片速度(sd)更快,組件放置更穩(wěn),精度更高/真正做到PCB貼片后直接進入再流焊爐中再流第28頁/共31頁第二十八頁，共31頁。貼片機的發(fā)展趨勢 改進送料器的供料方式,縮短組件更換時間.目前(mqin)大部分阻