SMT貼片機(jī)技術(shù)與貼片機(jī)關(guān)系講解

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　　貼片技術(shù)與貼片機(jī)關(guān)系講解

　　

　　（一）X-Y 與Z軸

　　

　　X-Y 定位系統(tǒng)是評(píng)價(jià)貼片機(jī)精度的主要指標(biāo)，它包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和伺服系統(tǒng)；貼片速度的提高意味著X-Y 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度的提高而發(fā)熱，而滾珠絲桿是主要的熱源，其熱量的變化會(huì)影響貼裝精度，最新研制的X-Y 傳動(dòng)系統(tǒng)在導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)有冷卻系統(tǒng)；在高速機(jī)中采用無(wú)磨擦線性馬達(dá)和空氣軸承導(dǎo)軌傳動(dòng)，運(yùn)行速度做得更快。

　　

　　西門(mén)子貼片機(jī)是采用同步帶－直線軸承驅(qū)動(dòng)，該系統(tǒng)運(yùn)行噪聲低，工作環(huán)境好。

　　

　　X-Y 伺服系統(tǒng)（定位控制系統(tǒng)）

　　

　　由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并在傳感器及控制系統(tǒng)指揮下實(shí)現(xiàn)精確定位，因此傳感器的精度起關(guān)鍵作用。位移傳感器有園光柵編碼器、磁柵尺和光柵尺。

　　

　　1． 園光柵編碼器園光柵編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)部位上裝有兩片園光柵，園光柵由玻璃片或透明塑料制成，并在片上鍍有明暗相間的放射狀鉻線，相鄰的明暗間距稱為一個(gè)柵節(jié)，整個(gè)園周總柵節(jié)數(shù)為編碼器的線脈沖數(shù)。鉻線的多少也表示精度的高低。其中一片光柵 固定在轉(zhuǎn)動(dòng)部位作指標(biāo)光柵，另一片則隨轉(zhuǎn)動(dòng)軸同眇運(yùn)動(dòng)并用來(lái)計(jì)數(shù)，因此指標(biāo)光柵與轉(zhuǎn)動(dòng)光柵組成一對(duì)掃描系統(tǒng)，相當(dāng)于計(jì)數(shù)傳感器。園光柵編碼器裝在伺服電機(jī)中，它可測(cè)出轉(zhuǎn)動(dòng)件的位置、角度及角加速度，它可以將這些物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輿給控制系統(tǒng)。編碼器能記錄絲桿的放置數(shù)并將信息反饋給比較器，直至符合被線性量。該系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)，測(cè)量精度取決于編碼器中光柵盤(pán)上的光柵數(shù)及溢珠絲桿導(dǎo)軌的精度。

　　

　　2.磁柵尺

　　

　　由磁柵尺和磁頭檢測(cè)電路組成，利用電磁特性和錄磁原理對(duì)位移進(jìn)行測(cè)量。磁柵尺是在非導(dǎo)磁性標(biāo)尺基礎(chǔ)上采用化學(xué)涂覆或電鍍工藝在非磁性標(biāo)尺上沉積一層磁性膜（一般10～20um）在磁性膜上錄制代

　　

　　表一定年度具有一定波長(zhǎng)的方波或正弦波磁軌跡信號(hào)。磁頭在磁柵尺上移動(dòng)和讀取磁恪，并轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸入到控制電路，最終控制AC伺服電機(jī)的運(yùn)行。磁柵尺的優(yōu)點(diǎn)是制造簡(jiǎn)單、安裝方便、穩(wěn)定性高、量程范圍大，測(cè)量精度高達(dá)1～5um，貼片精度一般在0.02mm。

　　

　　3.光柵尺

　　

　　由光柵尺、光柵讀數(shù)頭與檢測(cè)電路組成。光柵尺是在透明下班或金屬鏡面上真空沉積鍍膜，利用光刻技術(shù)制作均勻密集條紋（每毫米100～300 條），條紋距離相等且平等。光柵讀數(shù)頭由指示光柵、光源、透鏡及光敏器件組成，光柵尺有相同的條紋，光柵尺是根據(jù)根據(jù)物理學(xué)的莫爾條紋形成原理進(jìn)行位移測(cè)量，精度高達(dá)0.1～1um，其定位精度比磁柵尺還要高1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)。光柵尺對(duì)環(huán)境要求比較高，特別是防塵，塵埃落在光尺上會(huì)引起貼片機(jī)故障。上述三種測(cè)量方法僅能對(duì)單軸向運(yùn)動(dòng)位置的偏差進(jìn)行檢測(cè)，而對(duì)導(dǎo)軌的變形、彎曲等因素造成的正交或旋轉(zhuǎn)誤差卻無(wú)能為力。

　　

　　4.Y 軸方向運(yùn)行的同步性

　　

　　新型貼片機(jī)X軸運(yùn)行采取完全同步控制回路的雙AC伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將內(nèi)部震動(dòng)降至最低，從而保證了Y 軸方向同步運(yùn)行，其速度快、口音低、貼片頭運(yùn)行流暢輕松。

　　

　　5.X-Y 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的速度控制

　　

　　調(diào)整機(jī)運(yùn)行速度高達(dá) 150mm/s，瞬時(shí)的啟動(dòng)和停止都會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)和沖擊。最新的X-Y 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用模糊控制技術(shù)，運(yùn)行過(guò)程中分三段控制“慢－－快――慢”（“S”型）從而使運(yùn)動(dòng)變得柔和，也有利于貼片精度的提高，降低噪音。

　　

　　6.Z 軸伺服、定位系統(tǒng)

　　

　　在泛用機(jī)中，支撐貼片頭的基座固定在X 導(dǎo)軌上，Z 軸控制系統(tǒng)的形式有：

 

    　　1. 園光柵編碼器――AC/DC 馬達(dá)伺服

　　

　　2. 系統(tǒng)

　　

　　與 X-Y 伺服定位類(lèi)似，采用園光柵編碼器的AC/DC 伺服馬達(dá)－濂珠絲桿或同步機(jī)構(gòu)，馬達(dá)可安裝在側(cè)位，通過(guò)齒輪轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)吸嘴在Z 軸方向的控制。

　　

　　3. 圓筒凸輪控制系統(tǒng)

　　

　　在松下MV2VB型貼片機(jī)中，吸嘴Z 方向運(yùn)動(dòng)就是這類(lèi)，貼片時(shí)在PCB裝載臺(tái)的配合下完成貼片程序。

　　

　　4.Z 軸的旋轉(zhuǎn)定位

　　

　　早期采用氣缸和擋塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，只能做到 0、90 度控制，現(xiàn)在的貼片機(jī)已直接將微型脈沖馬達(dá)安裝在貼片頭內(nèi)部，以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向高精度控制。MSR 型的分辨率為0.072 度/脈沖，它通過(guò)高精度的詣波驅(qū)動(dòng)器（減速比為30:1），直接驅(qū)動(dòng)吸嘴裝置，由于詣波驅(qū)動(dòng)器具有輸入軸與輸出軸同心度高、間隙小、振動(dòng)低等優(yōu)點(diǎn)，故放置方向分辨率高達(dá)0.0024 度/脈沖。

　　

　　（二）光學(xué)對(duì)中系統(tǒng)

　　

　　指貼片機(jī)在吸取元件時(shí)要保證吸嘴吸在元件中心。

　　

　　原理：貼裝頭吸取元件后，CCD 攝像機(jī)對(duì)元器件成像，并轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖象信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)分析出元器件的幾何中心和幾何尺寸，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X、Y、O 的誤差，并及時(shí)反饋給控制系統(tǒng)進(jìn)行修正，以保證元器件引腳與焊盤(pán)重合。

　　

　　組成：光源、CCD、顯示器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換與圖像處理系統(tǒng)組成。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(hào)，模擬電信號(hào)再通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)圖像系統(tǒng)處理后再轉(zhuǎn)換為模擬圖像，最后由顯示器瓜出來(lái)。

　　

　　CCD 的分辨率：灰度分辯率和窨分辯率灰度值分辯率是利用圖像多級(jí)高密度來(lái)表示分辯率，機(jī)器能分辨給定點(diǎn)的測(cè)量光強(qiáng)度，所需光強(qiáng)度越小則其分辯率就越高，一般采用256級(jí)灰度值（人眼處理的灰度值僅在50～60 左右）。

　　

　　空間分辯率是指 CCD 分辯精度的能力，通常用像元素來(lái)表示，即規(guī)定覆蓋原始圖像的柵網(wǎng)的大小，柵網(wǎng)越細(xì)，網(wǎng)點(diǎn)和像元素越高，分辨精度越高。

　　

　　通常在分辯率高的場(chǎng)合下，CCD 能見(jiàn)到的視野小，而大視野的情況下分辯率較低，故在高速、高精度的場(chǎng)合下裝有兩種不同視野的CCD。

　　

　　CCD 的光源

　　

　　為了配合貼片機(jī)貼好 BGA、CSP 之類(lèi)的器件，在以往元件照明（周?chē)�、同軸）基礎(chǔ)上增加了BGA照明。BGA 照明是LED 比以往更加水平。

　　

　　光學(xué)系統(tǒng)的作用：

　　

　　（1） 對(duì) PCB 的位置的確認(rèn)，識(shí)別定位標(biāo)志，

　　

　　（2） 通過(guò)BUS 反饋計(jì)算機(jī)，

　　

　　（3） 計(jì)算出貼片機(jī)原點(diǎn)位置誤差，

　　

　　（4） 反饋給運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

　　

　　（5） 對(duì)元器件的確認(rèn)：元件外形、元件中心、元件引腳的共面性和形變

　　

　　在 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)還增加了小范圍幾何位置識(shí)別，即在要貼裝的細(xì)間距QFP 位置上再增加元器件圖像識(shí)別標(biāo)志，確保細(xì)間距器件貼裝準(zhǔn)確無(wú)誤飛行對(duì)中技術(shù)――在運(yùn)動(dòng)中就將位置校正好

　　

　　CCD 安裝在貼片頭上，用此方法 QFP 的貼裝速度由原來(lái)的0.7s 下降到0.3s;

　　

　　CCD 采用懸掛式安裝，有利于 SMC/SMD 運(yùn)動(dòng)中校正位置。

　　

　　（三）貼片頭

　　

　　固定式貼片頭――通用型貼片機(jī)

　　

　　（1） 吸嘴的真空系統(tǒng)：吸片時(shí)必須達(dá)到一定的真空度方能判別拾起元件是否正常，（2） 當(dāng)元件側(cè)立或因元件“卡帶”時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

　　

　　（2） 吸嘴的軟著陸：貼件時(shí)吸嘴會(huì)根據(jù)元件與 PCB 接觸的瞬間產(chǎn)生的反作用力，（4） 在壓力傳感器的作用下實(shí)現(xiàn)軟著陸，（5） 又稱為Z 軸的軟著陸  

  　　（3） 吸嘴的材料與結(jié)構(gòu)：陶瓷材料、金剛石

　　

　　旋轉(zhuǎn)式多頭――高速機(jī)

　　

　　（1） 水平旋轉(zhuǎn)/轉(zhuǎn)塔式（松下、三洋、富士）

　　

　　有 16 個(gè)貼片頭，每個(gè)頭上有4～6 個(gè)吸嘴，可以吸放多種大小不同的元件，16 個(gè)頭只能做水平方向旋轉(zhuǎn)，貼片頭從一號(hào)位從送料器吸件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中完成校正、測(cè)試直到完成貼片（2） 垂直旋轉(zhuǎn)/轉(zhuǎn)盤(pán)式貼片頭（西門(mén)子）旋轉(zhuǎn)頭上有 12 個(gè)吸嘴，工作時(shí)每個(gè)吸嘴都吸取元件，并在CCD 處調(diào)整角誤差，吸嘴中均裝有真空傳感器。通常此類(lèi)貼片機(jī)安裝有二組或四組旋轉(zhuǎn)頭，其中一組在吸件，另一組在貼片，然后交換功能。

　　

　　組合式貼片頭――安必昂 FCM 型貼片機(jī)

　　

　　由16 個(gè)獨(dú)立貼征頭組合而，每小時(shí)可貼9.6 萬(wàn)片，但每個(gè)貼片頭只貼6000 個(gè)，因此精度高、故障率低、噪音低。

　　

　　供料器

　　

　　通常有帶狀（TAPE）、管狀（STICK）、秀狀（WAFFLE）和散料傳感器――用得越多，表示其智能化水平越高

　　

　　（1） 壓力傳感器――監(jiān)視壓力變化

　　

　　（2） 負(fù)壓傳感器――由負(fù)壓發(fā)生器和真空傳感器組成（貼片頭），

　　

　　（3） 出現(xiàn)吸不到元器件或吸不

　　

　　（4） 住元器件時(shí)，它能及時(shí)報(bào)警

　　

　　（5） 位置傳感器――PCB 的傳輸定位及計(jì)數(shù)、貼片頭和工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、輔助機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)

　　

　　（6） 圖像傳感器――PCB 位置、器件尺寸的圖像信號(hào)。CCD 圖像傳感器

　　

　　（7） 激光感器――差別元件腳 的共面性（識(shí)別缺陷），當(dāng)反射光束與發(fā)射光束年度相同時(shí)。器件共面性合格

　　

　　（8） 區(qū)域傳感器――利用光電原理監(jiān)控運(yùn)行空間以保護(hù)貼片頭的安全

　　

　　（9） 元件檢查――包括供料器供料以及元件的型號(hào)與精度檢查

　　

　　（10） 貼片頭壓力傳感器――通過(guò)霍爾壓力傳感器及伺服

　　

　　（11） 電機(jī)的負(fù)載特性實(shí)現(xiàn)，有效防止立碑，無(wú)此傳感器則會(huì)出現(xiàn)成錯(cuò)位及飛片現(xiàn)象

　　

　　計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

　　

　　使用 Windows 可通過(guò)因特網(wǎng)與機(jī)器制造商進(jìn)行聯(lián)系，維修工程師能很快判斷故障原因。

　　

　　貼片機(jī)的技術(shù)參數(shù)

　　

　　1. 基本參數(shù)：PCB 尺寸、貼片速度、貼片精度、標(biāo)準(zhǔn)8mm 供料器數(shù)量、貼裝元件尺寸、機(jī)器動(dòng)力參數(shù)（電壓、氣壓、功率）

　　

　　2. 技術(shù)參數(shù)解析

　　

　　貼片精度：

　　

　　定位精度（Placement Accuracy）－實(shí)際貼片位置與設(shè)定貼片位置的偏差 X、Y、重復(fù)精度 Replacability－描述貼片機(jī)重復(fù)地返回貼片位置的能力，貼片精度通常以之代替，與中心的離散度

　　

　　分辨率（Resolution）－指貼片機(jī)機(jī)械位移的最小當(dāng)量，它取決于伺服電機(jī)和軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的哉線性編碼器的分辨率實(shí)際生產(chǎn)中的貼片精度/貼片準(zhǔn)確度貼片精度除了重復(fù)精度外，還應(yīng)包括PCB/焊盤(pán)定位誤差、焊盤(pán)尺寸誤差、PCB 光繪誤差（CAD）以及片式元器件制造誤差貼片機(jī)的過(guò)程能力指數(shù)

　　

　　Cp/CpkCp＝T/B＝（Tu－Tl）/6q=(Tu-Tl)/6S T 為公差范圍;上限和下限的中心為公差中心（設(shè)計(jì)中心）Tm，分布中心u，公差中心和分布中心重合時(shí)u＝Tm，過(guò)程無(wú)偏移;不重合時(shí)出現(xiàn)偏移量，此時(shí)應(yīng)對(duì)過(guò)程能力指數(shù)的計(jì)算進(jìn)行修正。修正后的過(guò)程能力指數(shù)記為Cpk，Cpk＝（1-k）Cp對(duì)貼片機(jī)來(lái)說(shuō)為單向偏差，Cpk＝Zmin/3q1.33<Cpk<=2 能力因素充足1<=Cpk<=1.33 能力因素尚可1>Cpk能力因素欠缺

　　

　　貼片速度：實(shí)際貼片速度通常為理論貼片速度的65%~70%