贴片机

贴片机2007.06.13SurfaceMountTechnology表面贴装技术表面贴装技术是一个跨学科的应用技术，覆盖了材料学、化学、机械工程、自动控制、计算机硬件、软件工程、模式识别、等多方面的技术。对基础知识的掌握是能够熟练掌握SMT技术的关键。SMT生产中一个关键工序是贴片。说它关键，是因为SMT生产流程中无论设备复杂程度，技术密集程度，还是设备成本都是最高的，它在生产工序中所占用的平均加工时间也是最长的。而且也是设备故障率最高的一道工序；可以说SMT生产线的设备故障中相当大一部分是在这道工序。因此贴片技术可以称为SMT技术的支柱和技术发展的重要标志。贴片机的结构贴片机的基本工序：1、PCB装载：把待贴装的PCB板通过传送装置（例如传送带轨道）装载到贴装位置。2、PCB板定位：把PCB的位置按照预先确定的坐标系，确定在指定的坐标位置。3、元器件供料：包装在专用供料器中的元器件被运送或准备到预定的位置。4、拾取元器件：元件拾取头（多数机器将元件拾取头与贴装头合并，即贴装头完成从拾取到贴装全部工作）从供料器上拾取元件。5、元器件定心：把元器件的中心对准到机器的默认坐标系统中。6、贴放元器件：把元器件贴装到PCB的指定位置上。7、PCB卸载：将贴装好的PCB传送到卸载装置（例如传送带轨道），并将PCB取出机器。基本的贴片机模型根据前一页贴片机的基本工序，我们可以描画出最基本的贴片机模型。1、机架；2、供料器；3、贴装头；4、PCB传送器；5、PCB定位装置；6、元器件对中装置；7、软件支持系统1、机架；常见机架有整体铸造式和焊接式。但无论哪种工艺制成的机架都保证机器运行中的稳定，无位移；机架不随机器震动而产生震颤。1.整体铸造式机架：机架用铸造方式制造，整体性能好，给人一种坚不可摧的视觉效果。在基准面、付基准面，以及安装拼接面用机械精加工方式加工出精度极高的平面。例如SANYOTCM系列高速贴片机。2.焊接式机架：采用钢板（柱梁）焊接制成，外观较轻盈。可以看到明显的焊缝。在基准面、付基准面也是用机械精加工方式加工出精度极高的平面。例如环球仪器（Universal）的GSM系列异型贴片机。2、供料器；供料器系统主要由供料器，和供料器装载及运送机构组成。供料器主要分为：1.带状供料器（ReelFeeder/TapeFeeder）、2.管状供料器（StickFeeder）、3.盘料供料器（TrayFeeder）、4.散装料仓供料器(BuckFeeder)。带状供料器带状供料器是按照每次运动供一颗料运动的，多采用同步棘轮结构。按照动力源来分，可以分为机械式，气动式，电动式。机械式靠贴片头运动过程中敲击进给供料器进给柄实现驱动。气动式依靠供料器内的电磁阀转换带动气缸产生机械运动，和机械式一样带动同步棘轮运行。而电动式则依靠直流电机提供动力。机械式Feeder管状供料器管状供料器主要用来运送采用管状包装的PLCC,SOJ元件。通过供料器内的电机所引起的低频振动使元件下降到元件拾取位置。盘装供料器盘装供料器，一般用于QFP类元件，简单的是单盘结构；还有复杂的多层结构，可以同时放入20多盘元件。多盘结构每次对一盘操作，原则上可以放入多种元件。最大的优势是可以实现不停机换料。散装料仓供料器散装料仓供料器，散装料的最大优势是价格便宜。散装料仓供料器依靠振动将元件沿输送轨道输送到拾取位置。供料器装载装置分为固定式和移动式两种。固定式对应的拾取头（贴装头）为移动式，例如环球仪器（Universal）的GSM系列异型贴片机。而移动式供料器装载装置对应固定式固定式对应的拾取头（贴装头）。例如Fuji公司的CP系列和SANYO公司的TCM系列。移动式供料器装载装置主要包括装载小车和传动轴。小车一般可以分为2组，当两组小车上按照相同的顺序安排同样的元件时可以实现不停机换料。也可以把两组装载小车通过软件设置合并成一组。为保证带状供料器的进给准确，应定期校准。3、贴装头；主要工作流程如下：1.吸嘴移动到拾取元件位置，真空打开，吸嘴下降吸取元件。2.通过真空压力传感器或光电传感器检测是否吸到元件。3.通过摄像头或光电传感器检测元件高度（垂直方向）4.通过摄像头或光电传感器检测元件转角（水平方向），并识别元件特征，然后读取元件数据库中预先设置的元件特征值，将实际值与检测值相比较，从而对元件特征进行判断。当特征值不符时则判别拾取元件错误，重新拾取。如相符则对元件目前的中心位置、转角进行计算。5.将错误的元件抛到废料收集盒中。6.通过贴片头的旋转调整元件角度；通过贴装头的移动，或PCB的移动调整X/Y方向坐标到预先设定位置，使元件中心与贴装位置点重合。7.吸嘴下降到预先设定的高度，真空关闭，元件落下。有些机器在关闭真空后，有一个极短的吹出的气流，使元件落下到预定位置。一般情况下元件下落的垂直位置与PCB板之间有一个微小的距离。8.贴装完毕，吸嘴升起到初始位置，准备下次拾取元件。贴片头分为：1.垂直单头多组式、2.垂直多头固定式、3.水平旋转转塔式、4.垂直旋转转盘式。1.垂直单头多组式由若干个独立的贴片头组成，每个贴片头构成一个单元，采用并行方式工作。例如Assembleon公司的FCM贴片机。2.垂直多头固定式，在一个贴装头上有若干个吸嘴，一次可以同时拾取贴放多个元件。为提高工作效率，有些生产商同时安装2个贴装头。例如环球仪器（Universal）的GSM系列异型贴片机。3.水平旋转转塔式，多见于日本产高速贴片机。如FUJI，Sanyo，松下。机器内围绕一个转塔固定了16个贴片头，16个贴片头做水平旋转。一般每个贴装头上有4－6个吸嘴，可以根据贴装元件的不同按照预先设定自行转动使用不同的吸嘴。124368751012111416151394.垂直旋转转盘式，多见于西门子贴片机。这种结构的转盘是垂直于水平面的。一般安装两组或四组旋转贴装头。每个贴装头上安装12个吸嘴。4、PCB传送器；传送机构基本上相同，都采用传送带轨道。有些设备采用一条完整轨道；例如环球仪器（Universal）的GSM系列异型贴片机。有些用多段式轨道，即装载段、贴装段、卸载段；但贴装段PCB传送方式有些依然采用传送带轨道；有些则采用拨杆机构等机械传动方式，例如SANYOTCM系列高速贴片机。在传送装置的始末端均安装有传感器。有些多段式机器在装载和卸载段加有多个传感器（一般根据机器加工PCB最大范围确定），这样在装载和卸载段可以同时存放多块PCB。这样可以起到生产流程的缓冲作用。5、PCB定位装置；PCB在装载入机器内，贴装之前必须确定PCB的原点位置与机器设定一致，从而通过坐标系的变换得到正确的贴装位置。一般有机械式定位和借助机器视觉实现的光学定位两种。机械定位速度快，但定位精度低于机器视觉定位；而机器视觉定位因为坐标精度主要取决于摄像机的识别精度和计算处理的精度（升级摄像机和软件就有可能提高识别精度），所以精度要高很多，但定位速度慢。因此现在很多高精度机器采用现用机械方式确定大致位置，再用光学（机器视觉）方式确定PCB的精确位置的复合定位方式。6、元器件对中装置；所谓元件对中，指贴片机在吸取元件时要保证吸嘴吸在元件中心，这样才能使元件中心与贴片头的中心保持一致。早期的元件对中采取机械对中方式。现在取而代之的是利用CCD器件的摄像机通过机器视觉定位。通过对元件进行成像，并对图像的数字图像通过进行边缘处理等图像处理算法进行分析，找出元件的几何尺寸、几何特征、几何中心等数据。再通过与控制系统的数据相比较得出元件的X/Y方向以及转角的偏差。并通过控制系统进行修正。7、软件支持系统贴片机的软件系统基于多种操作系统，从DOS,OS/2,AppleOS,Windows,到WindowsNT,Unix。但贴片机的软件系统大致包括机器硬件基本参数管理、硬件控制管理、贴装元件特征数据库、PCB数据库、供料器数据库、生产数据管理、软件系统管理、生产程序管理。1.硬件基本参数管理，一般由厂方控制有口令保护。主要是机器内各电气部分的参数，补偿等重要数据。一旦更改，有可能使机器遭到毁灭性损坏。2.硬件控制管理，主要是机器的控制部分，例如各部位的复位，各部位的手动控制运行，硬件的监控等。检查、维护时基本靠这部分进行操作。3.软件系统管理，主要是语言版本设置，密码管理，权限管理，通讯端口设置等。4.生产程序管理，生产程序的编制，修改，删除，改名、传输等操作。5.生产数据管理，PCB计数、拾取正确率（错误率）、生产时间、产量等。贴装元件特征数据库，元件的外型几何尺寸、特征点位置尺寸、拾取/贴放速度、元件名称等。6.PCB数据库，PCB的外形几何尺寸、标志点位置等7.供料器数据库，供料器的类型，位置、元件类型等。一般程序的编制可以分为联机编程和脱机编程。联机编程时机器要停止工作。一般采取脱机编程方式；然后再将程序通过接口传输进机器。贴片机的基本流程1.待贴装的PCB进入传送轨道，在轨道入口处的传感器发现PCB，系统通知传送带电机工作，将PCB送入下一位置。2.PCB进入工作区起点，传送装置将PCB送入贴片位置，在即将到位时触发贴装位置的传感器，系统控制相应机构使PCB停留在预定贴装位置上。机械定位装置工作，将PCB固定在预定位置。夹紧装置工作，将PCB夹紧固定，避免PCB移动。3.PCB定位装置工作，确定PCB的位置是在预定的位置上，否则对PCB的位置坐标参照系统坐标系进行修正。4.按照程序设定对加工光学判别标志点（BadMark）进行检查，确定需要加工的PCB。5.包装在专用供料器中的元器件按照程序设定的位置被运送或准备到预定的位置。6.贴片头吸嘴移动到拾取元件位置，真空打开，吸嘴下降吸取元件。7.通过真空压力传感器或光电传感器检测是否吸到元件。8.通过摄像头或光电传感器检测元件高度（垂直方向）9.通过摄像头或光电传感器检测元件转角（水平方向），并识别元件特征，然后读取元件数据库中预先设置的元件特征值，将实际值与检测值相比较，从而对元件特征进行判断。当特征值不符时则判别拾取元件错误，重新拾取。如相符则对元件目前的中心位置、转角进行计算。10.将错误的元件抛到废料收集盒中。11.按照程序设定，通过贴片头的旋转调整元件角度；通过贴装头的移动，或PCB的移动调整X/Y方向坐标到程序设定的位置，使元件中心与贴装位置点重合。12.吸嘴下降到预先设定的高度，真空关闭，元件落下。完成贴装。13.从第5步开始循环，直到贴装完毕。14.贴片部分移动到与卸载装置水平，将贴装好的PCB传送到卸载轨道。卸载轨道开始位置的传感器被触发，控制系统通知传送带电机工作，将PCB送入下一位置。直到送出机器。QP242高速机