貼片機(jī)結(jié)構(gòu)及原理分析課件

貼片機(jī)結(jié)構(gòu)及原理分析隨著SMC小型化、SMD多引腳窄間距化和復(fù)合式、組合式片式元器件、BGA、CSP、DCA（芯片直接貼裝技術(shù)）、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(shù)的要求越來越高。近年來，各類自動化貼裝機(jī)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(jìn)技術(shù)，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(dá)到0.06S/Chip元件左右；高精度貼裝機(jī)的重復(fù)貼裝精度為0.05-0.25mm;

多功能貼片機(jī)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(jī)在傳動結(jié)構(gòu)（Y軸方向由單絲械向雙絲杠發(fā)展）；元件的對中方式（由機(jī)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(shù)）；采用鑄鐵機(jī)架以減少振動，提高精度，減少磨損；以及增強(qiáng)計(jì)算機(jī)功能等方面都采用了許多新技術(shù)，使操作更加簡便、迅速、直觀和易掌握。

第二章

貼裝機(jī)的工藝特性

精度、速度和適應(yīng)性是貼裝機(jī)的3個最重要的特性。精度決定貼裝機(jī)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(jī)只能貼裝SMC和極少數(shù)的SMD，適用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域用的電路組裝。而精度高的貼裝機(jī)，能貼裝SOIC和QFP等多引線細(xì)間距器件，適用于工業(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(jī)的生產(chǎn)效率和能力。適應(yīng)性決定貼裝機(jī)能貼裝的元器件類型和能滿足各種不同貼裝要求；適應(yīng)性差的貼裝機(jī)只能滿足單一品種的電路組件的貼裝要求，當(dāng)對多品種電路組件組裝時，就須增加專用貼裝機(jī)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(shè)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(jī)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(jī)上最復(fù)雜和最關(guān)鍵的部件，和供料器一起決定著貼裝機(jī)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(yàn)夾具和光學(xué)PCB取像部件(如攝像機(jī))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(jī)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(jī)構(gòu)X-Y移動和貼片頭的旋轉(zhuǎn)等動作。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對貼裝過程進(jìn)行程序控制。

第四章

貼裝機(jī)傳動系統(tǒng)

一．

傳送機(jī)構(gòu)與支撐臺傳送機(jī)構(gòu)就是圖3-1中的軌道，它的作用是將需要貼片的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(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數(shù)量，如圖4-1和4-2所示。第五章

貼裝機(jī)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，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(jìn)行對中，如圖5-1所示。這種對中方法由于是依靠機(jī)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(xué)對中。1.光學(xué)定位系統(tǒng)原理貼裝頭吸取元器件后，CCD攝像機(jī)對元器件成像，并轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖像信號，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

ΔX，ΔY和Δθ的誤差，并及時反饋至控制系統(tǒng)進(jìn)行修正，保證元器件引腳與PCB焊盤重合，如圖5-2所示。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)換與圖像處理系統(tǒng)組成，即CCD在給定的視野范圍內(nèi)將實(shí)物圖像的光強(qiáng)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(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。

灰度值分辨率是利用圖像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50～60左右，因此機(jī)器的處理能力遠(yuǎn)高于人眼的處理能力。

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(jìn)后的照明系統(tǒng)，當(dāng)LED點(diǎn)亮?xí)r，僅使BGA元件的焊球發(fā)出反光，從而能夠識別球刪的排列，增加可信度

5．光學(xué)系統(tǒng)的作用

貼片機(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，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)志的識別，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（ΔX、ΔY），同時反饋給運(yùn)動控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)PCB識別過程

在對PCB位置認(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，這樣僅靠上述兩個光學(xué)確認(rèn)還不夠，因此在PCB設(shè)計(jì)時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像識別標(biāo)志，確保細(xì)間距器件貼裝準(zhǔn)確無誤。目前先進(jìn)的貼片機(jī)采用飛行對中技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在

QFP等器件吸起來后，在送至貼片位置之前，即在運(yùn)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(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(zhǔn)確方便地拾取，它在貼片機(jī)中占有較多的數(shù)量和位置，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。

第七章