貼片機分類及基本工作原理

關于貼片機分類及基本工作原理

為什么要用表面貼裝技術？

電子產(chǎn)品追求小型化電子產(chǎn)品功能更完整，特別是大規(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30頁，2024年2月25日，星期天SMT有關的技術組成電子組件、集成電路的設計制造技術電子產(chǎn)品的電路設計技術電路板的制造技術自動貼裝設備的設計制造技術電路裝配制造工藝技術裝配制造中使用的輔助材料的開發(fā)生產(chǎn)技術

第3頁,共30頁，2024年2月25日，星期天貼片機

近30年來,貼片機已由早期的低速度(1~1.5S/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)和各種傳感器構成的機電一體化的高科技術裝備.從某種意義上來說,貼片機技術已成為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)中最關鍵,最復雜的設備,也是人們在初次建立SMT生產(chǎn)線時最難選擇的設備

第4頁,共30頁，2024年2月25日，星期天貼片機第5頁,共30頁，2024年2月25日，星期天貼片機的分類

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。

１.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/h２.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，稱為多功能機。３.按組裝架結構分類

拱架型/轉(zhuǎn)塔型/大規(guī)模平行系統(tǒng)第6頁,共30頁，2024年2月25日，星期天貼片機的分類Ⅰ拱架型：

組件送料器、基板(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/Y坐標移動橫梁上，所以得名。第7頁,共30頁，2024年2月25日，星期天動作原理

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/吸嘴旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向,這種方法可實現(xiàn)飛行過程中的識別,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)飛行過程中的識別的相機識別系統(tǒng),機械結構方面有其它犧牲

拱架型第8頁,共30頁，2024年2月25日，星期天缺點

這種形式由于貼片頭來回移動的距離長,所以速度受到限制.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拱架型第9頁,共30頁，2024年2月25日，星期天優(yōu)點

這類機型的優(yōu)勢在于：系統(tǒng)結構簡單,可實現(xiàn)高精度(軸梁的位置和運動可以控制組件貼裝精度達到50μm(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：SONYHITACHI等拱架型第10頁,共30頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)塔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坐標系統(tǒng)移動的工作臺上，貼片頭安裝在一個轉(zhuǎn)塔上，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30頁，2024年2月25日，星期天動作原理

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,進行成像識別轉(zhuǎn)塔型第12頁,共30頁，2024年2月25日，星期天優(yōu)點一般,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2~4個真空吸嘴(較早機型)至5~6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0.08~0.10秒鐘一片組件轉(zhuǎn)塔型第13頁,共30頁，2024年2月25日，星期天缺點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,因此還有賴于其它機型來共同合作,這種設備結構復雜,造價昂貴,最新機型約在RMB500萬,是拱架型的三倍以上

SMT生產(chǎn)中代表機型：PanasonicYAMAHA等轉(zhuǎn)塔型第14頁,共30頁，2024年2月25日，星期天

大規(guī)模平行系統(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)的或平行的運行結果有很高的產(chǎn)量第15頁,共30頁，2024年2月25日，星期天自動組件貼裝的精度是通過視覺系統(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

影像系統(tǒng)第16頁,共30頁，2024年2月25日，星期天基板相機：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，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”影像系統(tǒng)第17頁,共30頁，2024年2月25日，星期天送料系統(tǒng)(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)和其它客戶設計.相反,高速轉(zhuǎn)塔和大規(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30頁，2024年2月25日，星期天送料系統(tǒng)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其現(xiàn)有貼裝選擇的組件貼裝設備第19頁,共30頁，2024年2月25日，星期天盤式(TRAY)管式(STICK)帶式(TAPE)第20頁,共30頁，2024年2月25日，星期天靈活選擇（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備作決定的關鍵。希望永遠達到最大的產(chǎn)量的高產(chǎn)量生產(chǎn)線，最好使用貼片機大規(guī)模平行系統(tǒng)。另一方面，產(chǎn)品轉(zhuǎn)換頻繁的環(huán)境最好是使用模塊式生產(chǎn)線，如果不完全相同，過頂拱架型機器組成。這種設置提供適應易變市場的靈活性。第21頁,共30頁，2024年2月25日，星期天評價貼裝設備的性能過程能力(Cpk,ProcessCapability)：指X/Y和Θ有關貼裝精度水平.一臺機器的X/Y和Θ

誤差是單獨考慮的,而不是共同地產(chǎn)出(Throughput)：涉及傳送/制造和節(jié)拍時間的測量貼裝缺陷(PlacementDefects)：貼裝缺陷通常發(fā)生的概率第22頁,共30頁，2024年2月25日，星期天評價貼裝設備的性能拾取缺陷(PickupDefects)：拾取缺陷可分類為送料器失效,真空失效或視覺失效.拾取缺陷降低凈產(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30頁，2024年2月25日，星期天評價貼裝設備的性能預防性維護(PreventiveMaintenance)：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一個共同語言：當供應商與用戶使用同一種語言取得有關設備性能的標準與溝通的共識時，結果將是工業(yè)中增加的效率和最終更大的顧客滿意與增長第24頁,共30頁，2024年2月25日，星期天0201貼裝的挑戰(zhàn)

0201組件的貼裝比其前面的組件介入更具挑戰(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30頁，2024年2月25日，星期天可靠的0201貼裝的關鍵組件送料器工作臺:精密定位料車(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30頁，2024年2月25日，星期天可靠的0201貼裝的關鍵吸取頭:材料選擇/材料硬度/加工公差和熱特性都必須理解,以構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0.6x0.3mm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構:所有機械在運行期間都產(chǎn)生振動.基體框架設計是減少產(chǎn)生振動和諧波共振的速度與運動效應的關鍵第一步第27頁,共30頁，2024年2月25日，星期天貼片機的發(fā)展趨勢貼片機從早期的機械對中,發(fā)展