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贴片机分类及基本工作原理


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为什么要用表面贴装技朮 SMT的特点 SMT有关的技朮组成 贴片机的分类 表面贴装方法的分类 评价贴装设备的性能 0201贴装

为什么要用表面贴装技术 要用表面贴装技术? 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、 电子产品功能更完整,特别是大规模、高集 IC, 成IC,不得不采用表面贴片组件 产品批量化,生产自动化, 产品批量化,生产自动化,厂方要以低成本 高产量, 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, 电子组件的发展,集成电路(IC)的开发,半 (IC)的开发 导体材料的多元应用 电子科技革命势在必行

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SMT有关的技术组成 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

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

贴片机

贴片机的分类
目前世界上已有近几十个贴片机生产厂家, 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, 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。 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/h

2.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 架型/转塔型

贴片机的分类
Ⅰ拱架型: 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。

动作原理 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

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

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50?m(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:SONY 等 HITACHI

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。

动作原理 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

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

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:Panasonic YAMAHA等

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

? 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

? 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”

Feeder) 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

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

盘式(TRAY) 管式 (STICK) 带式(TAPE)

灵活选择(人的因素) 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。

评价贴装设备的性能
? 过程能力(Cpk, Process Capability): 过程能力( 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): 产出( 涉及传送/制造和节拍时间的测量 ? 贴装缺陷(Placement Defects): 贴装缺陷( 贴装缺陷通常发生的概率

评价贴装设备的性能
? 拾取缺陷(Pickup Defects): 拾取缺陷( 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: 可靠性/ 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

评价贴装设备的性能
? 预防性维护(Preventive Maintenance) 预防性维护( Maintenance): 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 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

0201贴装的挑战 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

可靠的0201贴装的关键 可靠的0201贴装的关键 0201
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

可靠的0201贴装的关键 可靠的0201贴装的关键 0201
? 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 0.6x0.3 mm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

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

贴片机的发展趋势
③改进送料器的供料方式,缩短组件更换时 间.目前大部分阻容组件已实现散装供料,但减 少管式包装的换料时间尚有许多工作可做 ④采用模块化概念,通过快速配置,整合设备可 轻易在生产线间拼装或转移,真正实现线体柔 性化和多功能化 ⑤开发更强大的软件功能系统,包括各种形 式的PCB文件,直接优化生成贴片程序文件,减 少人工编程时间,机器故障自诊断系统及大生 产综合管理系统,实现智能化操作

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