SMT技术5--贴片

2/10/20201SMT--表面组装技术谢平2/10/20202•自动贴片机的主要结构•自动贴片机相当于机器人的机械手，能按照事先编制好的程序把元器件从包装中取出来，并贴放到电路板相应的位置上。贴片机有多种规格和型号，但它们的基本结构都相同。贴片机的基本结构包括设备本体、片状元器件供给系统、电路板传送与定位装置、贴装头及其驱动定位装置、贴片工具(吸嘴)、计算机控制系统等。为适应高密度超大规模集成电路的贴装，比较先进的贴片机还具有光学检测与视觉对中系统，保证芯片能够高精度地准确定位。图6-1a是多功能贴片机的照片,图6-1b是台式半自动贴片机的照片。2/10/20203贴装头••贴装头也叫吸—放头，是贴片机上最复杂、最关键的部分，它相•当于机械手，它的动作由拾取—贴放和移动—定位两种模式组成。贴•装头通过程序控制，完成三维的往复运动，实现从供料系统取料后移•动到电路基板的指定位置上的操作。贴装头的端部有一个用真空泵控•制的贴装工具(吸嘴)，不同形状、不同大小的元器件要采用不同的吸•嘴拾放：一般元器件采用真空吸嘴，异形元件(例如没有吸取平面的•连接器等)用机械爪结构拾放。当换向阀门打开时，吸嘴的负压把•SMT元器件从供料系统(散装料仓、管状料斗、盘状纸带或托盘包装)•中吸上来；当换向阀门关闭时，吸盘把元器件释放到电路基板上。贴•装头通过上述两种模式的组合，完成拾取—贴放元器件的动作。2/10/20204台式半自动贴片机2/10/20205多功能贴片机2/10/20206•贴装头的种类分为单头和多头两大类，多头贴装头又分为固定式和旋转式，旋转式包括水平旋转/转塔式和垂直旋转/转盘式两种。图6-2所示是垂直旋转/转盘式贴装头，旋转头上安装有12个吸嘴，工作时每个吸嘴均吸取元件，吸嘴中都装有真空传感器与压力传感器。这类贴装头多见于西门子公司的贴装机中，通常贴装机内装有两组或四组贴装头，其中一组在贴片，另一组在吸取元件，然后交换功能以达到高速贴片的目的。如西门子的HS-50贴片机贴片速度为每小时5万个，而该公司2005年推出的SIPIACES-X系列贴片机的贴片速度已达到每小时8万个。2/10/20207垂直旋转/转盘式贴装头2/10/20208•图6-3所示是松下公司MSR型水平旋转/转塔式贴片机的结构•图，它由料架、X-Y工作台、具有16个贴片头的旋转头组成。每个贴•片头各有6种吸嘴，可分别吸取不同尺寸的元器件，贴片速度为4.5•万片/h。工作时，16个贴片头仅做圆周运动，贴片机工作时贴片头•在位号①处吸元件，所吸取的元件由仅做Y方向来回运动的料架提•供，当贴片头吸取元件后，在位号②处检测被吸起元件高度Δt，接着在位号③处，根据②位检测出元件的高度进行自动调焦，并通过CCD识别检测元件的状态ΔX、ΔY和Δθ，在运动过程中④校正转动修正Δθ，当贴片头运行到位⑤时，X-Y工作台控制系统根据检测出的ΔX、ΔY和Δt，进行位置校正，并在瞬时间内完成贴片过程，然后贴片头继续运行，完成不良元件的排除(在③位判别不合格的元件将不贴装)和更换吸嘴，并为吸取第2元件做准备，此时料架将第2种元件的feeder送到①号位。通常一个贴片周期仅为0.08s,在这时间内，X-Y工作完成定位，料架完成送料的准备过程。2/10/20209MSR型水平旋转/转塔式贴片机的结构图2/10/202010•供料系统•适合于表面组装元器件的供料装置有编带、管状、托盘和散装等几种形式。供料系统的工作状态根据元器件的包装形式和贴片机的类型而确定。贴装前，将各种类型的供料装置分别安装到相应的供料器支架上。随着贴装进程，装载着多种不同元器件的散装料仓水平旋转，把即将贴装的那种元器件转到料仓门的下方，便于贴装头拾取；纸带包装元器件的盘装编带随编带架垂直旋转；管状送料器定位料斗在水平面上二维移动，为贴装头提供新的待取元件。2/10/202011•4.电路板定位系统•电路板定位系统可以简化为一个固定了电路板的X—Y二维平面移动的工作台。在计算机控制系统的操纵下，电路板随工作台沿传送轨道移动到工作区域内，并被精确定位，使贴装头能把元器件准确地释放到一定的位置上。精确定位的核心是“对中”，有机械对中、激光对中、激光加视觉混合对中以及全视觉对中方式。2/10/202012•5.计算机控制系统•计算机控制系统是指挥贴片机进行准确有序操作的核心，目前大多数贴片机的计算机控制系统采用Windows界面。可以通过高级语言软件或硬件开关，在线或离线编制计算机程序并自动进行优化，控制贴片机的自动工作步骤。每个片状元器件的精确位置，都要编程输入计算机。具有视觉检测系统的贴片机，也是通过计算机实现对电路板上贴片位置的图形识别。2/10/202013•对贴片质量的要求要保证贴片质量，应该考虑三个要素：•贴装元器件的正确性；•贴装位置的准确性；•贴装压力(贴片高度)的适度性。2/10/202014•1.贴片工序对贴装元器件的要求•①元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标记，都应该符合产品装配图和明细表的要求。•②被贴装元器件的焊端或引脚至少要有厚度的1／2浸入焊锡膏，一般元器件贴片时，焊锡膏挤出量应小于0.2mm；窄间距元器件的焊锡膏挤出量应小于0.1mm。•③元器件的焊端或引脚都应该尽量和焊盘图形对齐、居中。再流焊时，熔融的焊料使元器件具有自定位效应，允许元器件的贴装位置有一定的偏差。2/10/202015•2.元器件贴装偏差及贴片压力(贴装高度)•①矩形元器件允许的贴装偏差范围。如图6-7所示，图a的元器件贴装优良，元器件的焊端居中位于焊盘上。图b表示元件在贴装时发生横向移位(规定元器件的长度方向为“纵向”)，合格的标准是：焊端宽度的3／4以上在焊盘上，即D1≥焊端宽度的75%，否则为不合格。图c表示元器件在贴装时发生纵向移位，合格的标准是：焊端与焊盘必须交叠，即D2≥0，否则为不合格。图d表示元器件在贴装时发生旋转偏移，合格的标准是：D3≥焊端宽度的75%，否则为不合格。图e表示元器件在贴装时与焊焊锡膏图形的关系，合格的标准是：元件焊端必须接触焊焊锡膏图形，否则为不合格。2/10/202016图6-7矩形元器件贴装偏差2/10/202017•③小外形集成电路(SOIC)允许的贴装偏差范围。允许有平移或•旋转偏差，但必须保证引脚宽度的3／4在焊盘上。如图6-8所示、•④四边扁平封装器件和超小型器件(QFP，包括PLCC器件)允许•的贴装偏差范围要保证引脚宽度的3／4在焊盘上，允许有旋转偏差，•但必须保证引脚长度的3／4在焊盘上。•⑤BGA器件允许的贴装偏差范围。焊球中心与焊盘中心的最大•偏移量小于焊球半径，如图6-9所示。•⑥元器件贴片压力(贴装高度)。元器件贴片压力要合适，如果压•力过小，元器件焊端或引脚就会浮放在焊锡膏表面，焊锡膏就不能粘•住元器件，在电路板传送和焊接过程中，未粘住的元器件可能移动位•置。2/10/202018图6-8SOIC集成电路贴装偏差图6-9BGA集成电路贴装偏差2/10/202019手工贴装SMT元器件•1.全手工贴装•手工贴装SMT元器件，俗称手工贴片。除了因为条件限制需要手工贴片焊接以外，在具备自动生产设备的企业里，假如元器件是散装的或有引脚变形的情况，也可以进行手工贴片，作为机器贴装的补充手段。•(1)手工贴片之前需要先在电路板的焊接部位涂抹助焊剂和焊锡膏。可以用刷子把助焊剂直接刷涂到焊盘上，也可以采用简易印刷工装手工印刷焊锡膏或手动滴涂焊锡膏。•(2)采用手工贴片工具贴放SMT元器件。手工贴片的工具有：不锈钢镊子、吸笔、3～5倍台式放大镜或5～20倍立体显微镜、防静电工作台、防静电腕带。2/10/202020•(3)手工贴片的操作方法•①贴装SMC片状元件：用镊子夹持元件，把元件焊端对齐两端焊盘，居中贴放在焊锡膏上，用镊子轻轻按压，使焊端浸入焊锡膏。•②贴装SOT：用镊子夹持SOT元件体，对准方向，对齐焊盘，居中贴放在焊锡膏上，确认后用镊子轻轻按压元件体，使浸入焊锡膏中的引脚不小于引脚厚度的1／2。•③贴装SOP、QFP：器件1脚或前端标志对准印制板上的定位标志，用镊子夹持或吸笔吸取器件，对齐两端或四边焊盘，居中贴放在焊锡膏上，用镊子轻轻按压器件封装的顶面，使浸入焊锡膏中的引脚不小于引脚厚度的1／2。贴装引脚间距在0.65mm以下的窄间距器件时，可在3～20倍的放大镜或显微镜下操作。•④贴装SOJ、PLCC：与贴装SOP、QFP的方法相同，只是由于SOJ、PLCC的引脚在器件四周的底部，需要把印制板倾斜450角来检查芯片是否对中、引脚是否与焊盘对齐。2/10/202021•(4)在手工贴片前必须保证焊盘清洁。新电路板上的焊盘都比较干净，但返修的电路板在拆掉旧元件以后，焊盘上就会有残留的焊料。贴换元器件到返修位置上之前，必须先用手工或半自动的方法清除残留在焊盘上的焊料，如使用电烙铁、吸锡线、手动吸锡器或用真空吸锡泵把焊料吸走。清理返修的电路板时要特别小心，在组装密度越来越大的情况下，操作比较困难并且容易损坏其他元器件及线路板。2/10/202022•2.利用手动贴片机贴片•手动贴片也可以利用手动贴片机进行，这类贴片机的机头有一套简易的手动支架，手动贴片头安装在Y轴头部，X／Y，θ定位可以靠人手的移动和旋转来校正位置，如图6-10所示。有时还可以采用配套光学系统来帮助定位，手动贴片机具有多功能，高精度的特点，主要用于新产品开发,适合中小企业与科研单位小批量生产使用。2/10/202023TP39手动型贴片机2/10/202024谢谢！