貼片工藝課件

14三月2024貼片工藝第一節(jié)貼片機工藝特性貼片機的基本組成基座元器件送料器PCB承載機構(gòu)貼裝頭對中檢測裝置驅(qū)動系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)貼裝頭及其組成

貼裝頭是貼裝機上最復(fù)雜和最關(guān)鍵的部件，和供料器一起決定著貼裝機的貼裝能力。

貼裝頭分類

1無定心爪式貼裝頭： 只有一個真空吸嘴，結(jié)構(gòu)簡單，操作過程對元器件不會有損傷，適用范圍廣。 2帶有機械定心爪的貼裝頭： 由主軸、真空吸嘴、定心爪驅(qū)動部件和傳感器等部件組成。 3自定心貼裝頭

采用一對鉗形定心機構(gòu)給元器件定位。貼片機技術(shù)參數(shù)PCB尺寸貼片速度貼片精度標(biāo)準8mm供料器數(shù)量貼裝元器件類型/尺寸機器動力參數(shù)幾何尺寸及質(zhì)量、外形最大尺寸與機器總質(zhì)量貼片精度表征貼片機的一項重要指標(biāo)。指貼片機X、Y導(dǎo)軌運動的機械精度和Z軸旋轉(zhuǎn)精度。定位精度（PlacementAccuracy）重復(fù)精度（Replaceability）分辨率（Resolution）1定位精度定位精度指實際貼片位置與設(shè)定貼片位置的偏差。定位精度例：QFP240，引腳間距0.5mm，假設(shè)器件僅有平面Δθ誤差，引腳寬0.25mm、長1mm，焊盤寬0.25mm、長2mm，則當(dāng)Δθ為0.525°時，它在極限位置所產(chǎn)生的誤差如圖所示。ΔX＝H×tanθ=18.5×tan0.525°=0.17mm重復(fù)精度重復(fù)精度是描述貼片機重復(fù)地返回設(shè)定貼片位置的能力。GB10931-89數(shù)字機床精度評定方法

規(guī)定單向趨近時，為在同樣條件下對某給定點多次趨近得出以平均位置X為中心的離散度。 雙向趨近時，為在同樣條件下，正負方向?qū)δ辰o定點多次趨近所得曲線疊加后以平均位置X為中心的離散度，并以±3σ表示。分辨率分辨率是指貼片機機械位移的最小當(dāng)量。它取決于伺服馬達和軸驅(qū)動機構(gòu)上的旋轉(zhuǎn)或線性編碼器的分辨率，即貼片機所采取的實現(xiàn)高精度貼片的手段。3種精度之間的關(guān)系2速度

通常貼片機樣本中提供的貼片速度僅是理論上的速度，市場價在理想條件下測算出的。 這與使用時的實際速度有一定的差距，因為在實際生產(chǎn)中應(yīng)考慮輔助時間。PCB裝卸時間PCB尺寸較大時的影響換料時間機器維修保養(yǎng)時間不可預(yù)測的停機時間3適應(yīng)性適應(yīng)性是貼片機適應(yīng)不同貼裝要求的能力。

適應(yīng)性包括以下內(nèi)容： （1）能貼裝元器件的類型 （2）貼裝機能容納的供料器數(shù)目和類型 （3）貼裝機的調(diào)整：貼裝機的再編程、供料器的更換、PCB傳送機構(gòu)和定位工作臺的調(diào)整、貼裝頭的調(diào)整/更換等貼片機的編程貼片程序由拾片程序和貼片程序兩部分組成。拾片程序就是告訴機器到哪里去拾片、拾什么樣的元件、元件的包裝是什么樣的等信息。其內(nèi)容包括：每一步的元件名、每一步拾片的X、Y和轉(zhuǎn)角θ的偏移量、供料器料站位置、供料器的類型、拾片高度、拋料位置、是否跳步等。貼片程序就是告訴機器把元件貼到哪里、貼片的角度、貼片的高度等信息。其內(nèi)容包括：每一步的元件名、說明、每一步的X、Y坐標(biāo)和轉(zhuǎn)角θ

、貼片的高度是否需要修正、用第幾號貼片頭貼片、是否同時貼片、是否跳步等，貼片程序中還包括PCB和局部Mark的X、Y坐標(biāo)信息等。編程的方法有離線編程和在線編程兩種方法。

離線編程

離線編程是指利用離線編程軟件和PCB的CAD設(shè)計文件在計算機上進行編制貼片程序的工作。離線編程軟件一般由兩部分組成：CAD轉(zhuǎn)換軟件和自動編程并優(yōu)化軟件。離線編程的步驟：

PCB程序數(shù)據(jù)編輯→自動編程優(yōu)化并編輯→將數(shù)據(jù)輸入設(shè)備→在貼片機上對優(yōu)化好的產(chǎn)品程序進行編輯→校對檢查并備份貼片程序。貼片機視覺系統(tǒng)采用視覺系統(tǒng)的原因

要精確地貼裝細間距元器件，需要考慮：

（1）PCB定位誤差 （2）元器件定心誤差 （3）機器本身的運動誤差貼片機視覺系統(tǒng)機器視覺系統(tǒng)的原理

機器視覺系統(tǒng)是以計算機為主體的圖像觀察、識別和分析系統(tǒng)，主要采用攝像機作為計算機感覺圖像的傳感部件。貼片機視覺系統(tǒng)CCD的分辨率

在機器視覺系統(tǒng)中采用兩種分辨率：灰度分辨率和空間分辨率。

灰度分辨率是利用圖像多級亮度來表示分辨率的方法。

空間分辨率是指CCD分辨精度的能力，通常用像素來表示。貼片機視覺系統(tǒng)視覺系統(tǒng)的精度

通常在高分辨率的場合下，CCD能見到的視野較小，而大視野的情況下則分辨率較低。 在高速/高精度貼片機中裝有兩種不同視野的CCD，處理高分辨率采用小視野CCD，在處理大器件時采用大視野的CCD。例如：松下MSR高速機小視野CCD視場為6mm×6mm，25萬像素，分辨率12.5微米；大視野CCD視場為36mm×36mm，100萬像素，分辨率41微米；貼片機視覺系統(tǒng)機器視覺系統(tǒng)的構(gòu)成

機器視覺系統(tǒng)由視覺硬件和視覺軟件兩大部分組成。貼片機視覺系統(tǒng)視覺系統(tǒng)在貼片機中的作用（1）PCB的精確定位 PCBMark：用來修正PCB加工誤差的。

局部Mark：多引腳窄間距的器件，貼裝精度要求非常高，靠PCBMark不能滿足定位要求，需要采用2-4個局部Mark單獨定位，以保證單個器件的貼裝精度。

貼片機視覺系統(tǒng)視覺系統(tǒng)在貼片機中的作用（2）器件定心和對準原因：器件中心與器件引線的中心不重合和定心機構(gòu)的誤差。方法：

在定心臺上對器件定心 借助局部MARK定心 比較引線與焊盤圖形貼片機視覺系統(tǒng)視覺系統(tǒng)在貼片機中的作用（3）器件檢測

細間距器件引線的變形是導(dǎo)致貼裝誤差和貼裝可靠性下降的重要原因。檢測內(nèi)容：引線有無彎曲和搭接，引線的共面性

貼裝元器件的工藝要求

①各裝配位號元器件的類型、型號、標(biāo)稱值和極性等特征標(biāo)記要符合產(chǎn)品裝配圖和明細表的要求。②貼裝好的元器件要完好無損。③貼裝元器件焊端或引腳浸入焊膏的厚度要不小于1/2。④元器件的端頭或引腳應(yīng)與焊盤圖形對齊、居中。保證貼裝質(zhì)量的三要素

（1）元件正確

要求各裝配位號元器件的類型、型號、標(biāo)稱值和極性等特征標(biāo)記要符合產(chǎn)品裝配圖和明細表的要求，不能貼錯位置。保證貼裝質(zhì)量的三要素

（2）位置準確

元器件的端頭或引腳應(yīng)與焊盤圖形對齊、居中，確保元件焊端接觸焊膏圖形。元器件貼裝位置應(yīng)滿足工藝要求。正確

不正確

保證貼裝質(zhì)量的三要素

（3）壓力（貼片高度）合適

第二節(jié)影響準確貼裝的主要原因SMD貼裝準確度分析貼片機的影響因素坐標(biāo)讀數(shù)的影響準確貼裝的檢測

SMD在PCB上的貼裝準確度取決于許多因素，主要包括:

PCB設(shè)計加工 SMD的封裝形式 貼片機傳動系統(tǒng)定位偏差SMD貼裝準確度分析 SMD引腳需與PCB焊盤尺寸匹配，如果器件引腳與焊盤的偏差超出技術(shù)標(biāo)準允許范圍，即會造成電路組件焊接缺陷或故障。1．引腳與焊盤圖形的匹配性

貼裝吸嘴從喂料器吸持器件后移到貼裝區(qū)，在PCB二維平面上方對準焊盤完成SMD的貼裝。器件的對準定位有X、Y、θ3個自由度。X軸坐標(biāo)位置——PCB裝載在貼片機傳送機構(gòu)上，器件中心與PCB焊盤中心線的相對坐標(biāo)位置。Y軸坐標(biāo)位置——與X軸正交，器件中心線與PCB焊盤中心線的相對坐標(biāo)位置。θ角——器件與PCB焊盤的相對角度位置。2．貼裝吸嘴與焊盤的對稱性實際生產(chǎn)中的貼片精度是指器件引腳與對應(yīng)的焊盤兩者對位的偏差程度。貼片機貼片精度除了自身的重復(fù)精度以外，還應(yīng)包括PCB/焊盤定位誤差、焊盤尺寸誤差、PCB光繪誤差以及片式元器件制造誤差。采用數(shù)理統(tǒng)計的方法，即以貼片質(zhì)量的特征分布描述貼片機的貼片精度，用平均值(μ)與標(biāo)準偏差(σ)來表征3．實際生產(chǎn)中的貼片精度

在PCB標(biāo)準測試樣板上重復(fù)貼裝100個0805樣本器件，沿X軸向測貼裝位置偏差。 從數(shù)據(jù)中找出最大、最小偏差(Lmax=300.0，Smin＝200.0)，數(shù)據(jù)(L，S)稱為數(shù)據(jù)的散布范圍，記作B，采集數(shù)據(jù)在B內(nèi)變動，B＝(300，200)。 將100個數(shù)據(jù)分為10個組，組距為10μm。所謂過程能力指數(shù)，是當(dāng)過程處于正常狀態(tài)時，所表示出的保證產(chǎn)品質(zhì)量的能力，并以數(shù)值定量的表達出來。貼片機過程能力指數(shù)的數(shù)學(xué)表達式：4．貼片機的過程能力指數(shù)CP/CPK過程能力指數(shù)Cp是指分布中心μ和公差中心重合(即μ＝Tm)，此時過程無偏移，若分布中心與公差中心不重合，出現(xiàn)偏移量，此時應(yīng)對過程能力指數(shù)的計算進行修正，修正后的過程能力指數(shù)記為Cpk，其表達式為：4．貼片機的過程能力指數(shù)CP/CPK貼片機XY軸傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)XY坐標(biāo)軸向平移傳動誤差XY位移檢測裝置貼裝機的結(jié)構(gòu)可靠性貼裝速度對貼裝準確度的影響貼片機的影響因素常見的傳動結(jié)構(gòu)形式有3種：1．貼片機XY軸傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

坐標(biāo)導(dǎo)軌的定位精度主要有3個部分：

步距精度 導(dǎo)軌移動的直線性 XY軸導(dǎo)軌移動的垂直度

非線性誤差產(chǎn)生的原因：

導(dǎo)軌的非線性 兩導(dǎo)軌的非平行性 驅(qū)動機構(gòu)與線性電機的非線性2．XY坐標(biāo)軸向平移傳動誤差XY位移檢測裝置基本工作過程為：

測量貼裝頭（PCB承載平臺）XY平移運動的位置，由位移傳感器將采集到的XY軸向位置運動誤差數(shù)據(jù)，輸入傳動伺服系統(tǒng)，將與程序設(shè)定數(shù)據(jù)比較得到差值信號放大，調(diào)整驅(qū)動電機消除誤差。貼裝機上使用的位移傳感器主要有；圓光柵編碼器、磁柵尺、光柵尺。3．XY位移檢測裝置貼裝機應(yīng)具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)可靠件，以及傳動系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和高分辨率，抗振動性能是不容輕視的問題。一臺抗振性強的貼片機與其結(jié)構(gòu)的剛度密切相關(guān)。貼裝機安裝條件是一個重要因素，地基代表貼裝機末端條件(邊界條件)，其剛度或阻尼的任何變化或多或少地影響到貼片機發(fā)生振動的趨勢。對于同樣的安裝基礎(chǔ)，地腳螺釘?shù)呐渲煤途o固狀態(tài)也會影響貼裝機的動態(tài)剛度，因此改善貼裝機與地基之間的聯(lián)接剛度，貼裝機的動態(tài)剛度將隨之提高，抗振性能也就越好。4．貼裝機的結(jié)構(gòu)可靠性高的貼裝速度會損失貼裝準確度。大尺寸器件貼裝時，大多數(shù)貼片機會降低貼裝速度進行貼裝，以保證貼裝的準確性。片式器件要求的準確度相對較低，可以在高速條件下進行貼裝。5．貼裝速度對貼裝準確度的影響自動貼片機按照程序把元器件貼放在PCB的目標(biāo)位置上。為了確保這些位置精確地與PCB焊盤圖形的位置相對應(yīng)，PCB焊盤圖形和元器件(包括引線)的有關(guān)信息必須寄存在機器的坐標(biāo)系統(tǒng)中。坐標(biāo)讀數(shù)的影響為了進行精確定位，根據(jù)不同的精度要求，采用幾種不同的方法把PCB的位置特征寄存在貼裝機的坐標(biāo)系統(tǒng)中。一般采用的方法有： (1)寄存PCB邊緣。 (2)寄存加工孔。 (3)PCB級視覺對準。1．PCB對準標(biāo)志

僅據(jù)供料器提供的元器件大致取向定心對于精確定位是不夠的，所以貼裝工具拾取元器件之后必須進行元器件定心。可以根據(jù)貼裝精度的實際要求選擇采用機械定心爪、定心工件臺或光學(xué)對準系統(tǒng)進行元器件定心。2．元器件定心元器件檢測貼裝準確度的檢測準確貼裝的檢測貼裝機以高度自動化的方式在PCB上快速貼裝大量SMC/SMD。為了確保SMA的可靠性，不容許有缺陷的元器件貼裝到PCB上。所以在貼裝時要求貼裝機自動地對貼裝的元器件進行檢測并糾正可能有的缺陷。元器件檢測主要有3項基本內(nèi)容： 元器件有/無 機械檢測 電氣檢測1．元器件檢測大尺寸多引腳器件貼裝準確度要求比較高，尤其對于精細間距引腳QFP器件，至關(guān)緊要的是貼裝機必須具有最高的精度。對貼裝準確度高的器件，大多數(shù)情況是采用模擬實際器件的貼裝過程，一般是使用玻璃仿真器件及PCB樣板進行測量，可達到良好的測試效果。2．貼裝準確度的測量方法

玻璃仿真器件樣本外形尺寸略微大于正式器件標(biāo)稱值，在其背面采用真空薄膜工藝沉積金屬層，光刻制作器件引腳輪廓投影。 在玻璃板平面上制作基準標(biāo)志與貼裝焊盤