贴片机分类及基本工作原理

关于贴片机分类及基本工作原理

为什么要用表面贴装技术？

电子产品追求小型化电子产品功能更完整，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片组件产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力电子组件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用电子科技革命势在必行第2页,共30页，星期六，2024年，5月SMT有关的技术组成电子组件、集成电路的设计制造技术电子产品的电路设计技术电路板的制造技术自动贴装设备的设计制造技术电路装配制造工艺技术装配制造中使用的辅助材料的开发生产技术

第3页,共30页，星期六，2024年，5月贴片机

近30年来,贴片机已由早期的低速度(1~1.5S/片)和低精度(机械对中)发展到高速(0.08S/片)和高精度/(光学对中,贴片精度±60)高精度全自动贴片机是由计算机/光学/精密机械/滚珠丝杆/直线导轨/线性电机/谐波驱动器及真空系统和各种传感器构成的机电一体化的高科技术装备.从某种意义上来说,贴片机技术已成为SMT的支柱和深入发展重要标志,贴片机是整个SMT的生产中最关键,最复杂的设备,也是人们在初次建立SMT生产线时最难选择的设备

第4页,共30页，星期六，2024年，5月贴片机第5页,共30页，星期六，2024年，5月贴片机的分类

目前世界上已有近几十个贴片机生产厂家，生产的贴片机达几百种之多，贴片机的分类没有固定的格式，习惯上有下列几种。

１.按贴装速度分类

中速贴片:3000片/h＜贴装速度＜9000片/h

高速贴片机:9000片/h＜贴装速度＜40000片/h

超速贴片机:贴装速度＞40000片/h２.按功能分类

目前这两类贴片机的贴片分为两大类：一类是高速/超高速贴片机，主要以贴片式组件为主体；另一类能贴装大型器件和异型器件，称为多功能机。３.按组装架结构分类

拱架型/转塔型/大规模平行系统第6页,共30页，星期六，2024年，5月贴片机的分类Ⅰ拱架型：

组件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)在送料器与基板之间来回移动，将组件从送料器取出，经过对组件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐标移动横梁上，所以得名。第7页,共30页，星期六，2024年，5月动作原理

对组件位置与方向的调整方法:

1).机械对中调整位置/吸嘴旋转调整方向,这种方法能达到的精度有限

2)激光识别/X/Y坐标系统调整位置/吸嘴旋转调整方向,这种方法可实现飞行过程中的识别,但不能用于球栅阵列组件BGA

3)相机识别/X/Y坐标系统调整位置/吸嘴旋转调整方向,一般相机固定,贴片头飞行划过相机上空,进行成像识别,比激光识别耽误一点时间,但可识别任何组件,也有实现飞行过程中的识别的相机识别系统,机械结构方面有其它牺牲

拱架型第8页,共30页，星期六，2024年，5月缺点

这种形式由于贴片头来回移动的距离长,所以速度受到限制.现在一般采用多个真空吸料嘴同时取料(多达上十个)和采用双梁系统来提高速度,即一个梁上的贴片头在取料的同时,另一个梁上的贴片头贴放组件,速度几乎比单梁系统快一倍.但是实际应用中,同时取料的条件较难达到,而且不同类型的组件需要换用不同的真空吸料嘴,换吸料嘴有时间上的延误拱架型第9页,共30页，星期六，2024年，5月优点

这类机型的优势在于：系统结构简单,可实现高精度(轴梁的位置和运动可以控制组件贴装精度达到50µm(0.05mm)以下),适于各种大小,形状的组件,甚至异型组件,送料器有带状/管状/托盘形式.适于中小批量生产,也可多台机组合用于大批量生产SMT生产中代表机型：SONYHITACHI等拱架型第10页,共30页，星期六，2024年，5月转塔型组件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板(PCB)放于一个X/Y坐标系统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作时，料车将组件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取组件，经转塔转动到贴片位置(与取料位置成180度)，在转动过程中经过对组件位置与方向的调整，将组件贴放于基板上。第11页,共30页，星期六，2024年，5月动作原理

对组件位置与方向的调整方法：1).机械对中调整位置/吸嘴旋转调整方向,这种方法能达到的精度有限,较晚的机型已不再采用2).相机识别/X/Y坐标系统调整位置,吸嘴自旋转调整方向,相机固定,贴片头飞行划过相机上空,进行成像识别转塔型第12页,共30页，星期六，2024年，5月优点一般,转塔上安装有十几到二十几个贴片头,每个贴片头上安装2~4个真空吸嘴(较早机型)至5~6个真空吸嘴(现在机型).由于转塔的特点,将动作细微化,选换吸嘴/送料器移动到位/取组件/组件识别/角度调整/工作台移动(包含位置调整)/贴放组件等动作都可以在同一时间周期内完成,所以实现真正意义上的高速度.目前最快的时间周期达到0.08~0.10秒钟一片组件转塔型第13页,共30页，星期六，2024年，5月缺点只能贴装带状包装组件,如果是密脚/大型的集成电路(IC),只有托盘包装,则无法完成,因此还有赖于其它机型来共同合作,这种设备结构复杂,造价昂贵,最新机型约在RMB500万,是拱架型的三倍以上

SMT生产中代表机型：PanasonicYAMAHA等转塔型第14页,共30页，星期六，2024年，5月

大规模平行系统使用一系列小的单独的贴装单元.每个单元有自己的丝杆位置系统,安装有相机和贴装头.每个贴装头可吸取有限的带式送料器,贴装板的一部分,板以固定的间隔时间在机器内步步推进.单独地各个单元机器运行慢.可是,它们连续的或平行的运行结果有很高的产量第15页,共30页，星期六，2024年，5月自动组件贴装的精度是通过视觉系统来完成的。视觉系统一般划分为零件相机（固定相机）、基板相机和厚度相机

影像系统第16页,共30页，星期六，2024年，5月基板相机：在PCB上寻找叫做基准点的标志，主要用来组件贴装之前将PCB对齐到正确的位置。零件相机：主要测试零件的尺寸，指零件的长度和宽度（不包括零件厚度）厚度相机：主要测试零件的厚度。由于其安装方式不同我们又将称为“立势相机”影像系统第17页,共30页，星期六，2024年，5月送料系统(Feeder)过顶拱架型机器可支持不同的送料器类型,包括散装(bulk)/带料(tape-and-real)/管料(tube)/异型(odd-form)和其它客户设计.相反,高速转塔和大规模平行系统完全由散装料盒或带料包装来供料第18页,共30页，星期六，2024年，5月送料系统当组件包装形式不是散装或带状料，过顶拱架型机器可能是唯一的选择：高速机被排除在考虑之外，因为其不能自动地供这些料。所以，制造商应该寻找那些可以扩大其现有贴装选择的组件贴装设备第19页,共30页，星期六，2024年，5月盘式(TRAY)管式(STICK)带式(TAPE)第20页,共30页，星期六，2024年，5月灵活选择（人的因素）在位置系统、影像系统和组件送料系统中的微观的灵活性之外，调节制造产量和容纳产品转换的宏观灵活性变成对新装配设备作决定的关键。希望永远达到最大的产量的高产量生产线，最好使用贴片机大规模平行系统。另一方面，产品转换频繁的环境最好是使用模块式生产线，如果不完全相同，过顶拱架型机器组成。这种设置提供适应易变市场的灵活性。第21页,共30页，星期六，2024年，5月评价贴装设备的性能过程能力(Cpk,ProcessCapability)：指X/Y和Θ有关贴装精度水平.一台机器的X/Y和Θ

误差是单独考虑的,而不是共同地产出(Throughput)：涉及传送/制造和节拍时间的测量贴装缺陷(PlacementDefects)：贴装缺陷通常发生的概率第22页,共30页，星期六，2024年，5月评价贴装设备的性能拾取缺陷(PickupDefects)：拾取缺陷可分类为送料器失效,真空失效或视觉失效.拾取缺陷降低净产出和浪费好的零件可靠性/可获得性和可维护性：有关可靠性/可获得性和可维护性的数据由供应商基于实际的现场经验来公布的第23页,共30页，星期六，2024年，5月评价贴装设备的性能预防性维护(PreventiveMaintenance)：预防性和纠正性的维护使SMT贴装系统保持以其规定的速度和精度运行一个共同语言：当供应商与用户使用同一种语言取得有关设备性能的标准与沟通的共识时，结果将是工业中增加的效率和最终更大的顾客满意与增长第24页,共30页，星期六，2024年，5月0201贴装的挑战

0201组件的贴装比其前面的组件介入更具挑战性.主要原因是0201包装大约为相应的0402尺寸的三分之一

原先可以接受的机器贴装精度马上变成引进0201的一个局限因素.另外,传统的工业带包装规格对于可靠的0201贴装允许太多的移动,而工艺控制水平也必须提高,以使得0201贴装成为生产现实第25页,共30页，星期六，2024年，5月可靠的0201贴装的关键组件送料器工作台:精密定位料车(carriage)工作台的能力组件送料器:送料器必须制造达到极小的公差,以保证吸取位置维持可重复性.另外,用于制造送料器的材料必须强度高/重量轻送料器驱动链轮:驱动链轮在机器定位组件料带的能力中起关键作用.驱动链轮轮齿的形状/锥度和长度重大地影响送料器定位料带的能力第26页,共30页，星期六，2024年，5月可靠的0201贴装的关键吸取头:材料选择/材料硬度/加工公差和热特性都必须理解,以构造一个可靠的吸取头.吸嘴必须在其夹具(holder)内自由移动吸嘴轴装配:为了吸取0.6x0.3mm的组件,吸嘴必须有不大于0.40mm的外径.这样形成一个长而细的吸嘴轴,弯曲脆弱但还必须保持精度以维持吸取的高可靠性基体结构:所有机械在运行期间都产生振动.基体框架设计是减少产生振动和谐波共振的速度与运动效应的关键第一步第27页,共30页，星期六，2024年，5月贴片机的发展趋势贴片机从早期的机械对中,发展到现在的光学对中,具有超高速的贴片能力,然而技术总是向前发展的,贴片机还会向贴片速度更快/贴片精度更高,材料管理更方便的方向发展,其趋势如下:①采用双轨道以实现一轨道上进行PCB贴片,另一轨道送板(西门子的HS-50已出现)减少PCB输送时间和贴片头待机停留时间

②采用多头组合技术(类似FCM机)飞行对中技术和Z轴软着陆技术,以使贴片速度更快,组件放置更稳,精度更高/真正做到PCB贴片后直接进入再流焊炉中再流第28页,共30页，星期六，2024年，5月贴片机的发展趋