SMT元器件貼裝
圍繞元器件貼裝的復雜問題包括設備的使用、產(chǎn)量、產(chǎn)品轉(zhuǎn)換時間、占地空間限制、操作總成本以及新興前沿技術等等。本文主要探討影響元器件貼裝的各種設備的一些特性。
在過去的10年里，SMT貼裝機分為以下四種類型：
* 傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤式貼片機，其體積大、可靠性高，但適應性很差；
* 產(chǎn)量很高、適應性差的多軸吸管式貼裝機；
* 精密低速門吊型柔性貼裝機（SMC和異型）；
* 堅固的海量貼裝系統(tǒng)。
高產(chǎn)并不一定意味著適應性差，而小型的、柔性的貼裝系統(tǒng)也并不一定意味著低產(chǎn)�；旌闲蛷S商提供的“最佳類型”的組裝線并不意味著實際組裝過程和結(jié)果最佳。今天，倒裝片和CSP等先進技術正在變成板級電路組裝的主流技術，這就促使一些專業(yè)化導向的推廣專用設備的供應商接觸原本毫不相干的業(yè)務范圍。設備的最終用戶也完全沒有必要一直使用專用裝配線的配置，僅僅因為它在最初采購時是如此配置好的，而且很難改變，或者改變費用昂貴。高精度并不意味著低的節(jié)拍時間。究竟需要多高的精度來實現(xiàn)這類元器件的組裝特征以獲得可接受的產(chǎn)量呢？
實際上用戶總是受先進封裝技術、影響后勤支撐和基礎結(jié)構(gòu)設置的制造作業(yè)戰(zhàn)略，以及諸如操作總成本、由于一次通過率差引起的返修成本和與新產(chǎn)品的時間－市場因素相關的機會成本等因素的驅(qū)動。當產(chǎn)能計劃根本付之闕如，且應用水平總是低于40％時，就必須做出調(diào)整了。
轉(zhuǎn)盤式射片機存在的固有問題，與以機器設計基本原理為基礎的速度和精度有關。隨著器件尺寸的變化，轉(zhuǎn)盤速度進而貼裝率必須改變，以便與不同元器件和喂料器的結(jié)構(gòu)相適應。盡管圖1看上去令人費解，實際情況可能還要糟糕。圖中表示出的一個使人迷惑的事實是，如果在轉(zhuǎn)盤上出現(xiàn)一個大的元器件，所有其它元器件的貼裝速度也必須慢下來；否則，貼裝的可靠性就會受到影響。實質(zhì)上，轉(zhuǎn)盤上的其他元器件都受最慢的元器件的處理速度控制。這種情況由于在大間隙機械傳動的帶盤喂料器上要求的多檢索作業(yè)而進一步加劇，如圖1中凹陷的低谷部位所示。記住以下這點也很重要，傳統(tǒng)射片機主要受帶盤或散裝元器件供料的限制，這是柔性貼裝的關鍵影響因素。
在選用任何一種細間距器件后，相配套的生產(chǎn)線的平衡就成了重要的問題。決定哪些元器件放在哪臺貼裝機上，要想獲得最優(yōu)化和平衡的生產(chǎn)線，關鍵的努力就在于此。假如結(jié)合更多品種，問題就更加嚴重�？傊N裝速度由元器件尺寸決定，并且元器件尺寸和貼裝速度之間的關系不是線性的。這將使組裝線的平衡和最優(yōu)化變得更加復雜和艱難。
轉(zhuǎn)盤式射片機經(jīng)過較長時間的使用，由于零部件開始磨損，也會出現(xiàn)元器件拾取和貼裝精度問題。由于絲杠和凸輪表面開始磨合（或磨損），X－Y工作臺、轉(zhuǎn)盤貼裝頭、θ旋轉(zhuǎn)、帶盤絲杠之間的公差關系，基準識別能力等等這些影響精度的因素相疊加，使得目標貼裝或拾取點出現(xiàn)偏差。結(jié)果拾取和貼裝精度惡化（圖2）。這對于大的元器件可能不是什么問題，但當貼裝0402、0201甚至01005無源元件時，它們就會帶來麻煩。
門吊式貼裝機則有其自身獨特的問題。盡管與轉(zhuǎn)盤式貼裝機不完全相同，還是產(chǎn)生了其專有的問題。為了獲得可能的最佳節(jié)拍時間，必須對它進行設置以激勵“排隊拾取”的發(fā)生。換言之，喂料器和元器件必須準確定位，以使拾取吸嘴的移動間隔嚴格地與喂料器的間隔相一致。人們還必須推測這對優(yōu)化工藝的影響和機器僅靠簡單設置處理多種產(chǎn)品的內(nèi)在能力。隨著貼裝頭和吸嘴數(shù)目的增加，這一特點為工藝最佳化和生產(chǎn)線的平衡造成了更多困難。最后，喂料器的性能以及用于元器件光學對中的攝像機視場的數(shù)目對貼裝工藝將有一定影響。因此，對于同一種元器件經(jīng)常要求多個喂料器，以實現(xiàn)最佳性能，而這將減少單一元器件的喂料次數(shù)而大大增加用戶成本。
門吊式貼裝機的拾取精度受其機械結(jié)構(gòu)影響。雖然在慢速單一拾取方式中，貼裝機能獲得精細的結(jié)果，但當產(chǎn)品傳送至貼裝平臺，傳統(tǒng)的門吊吸管式貼裝機的固有缺陷就變得明顯了。拾取精度變成了從喂料器定位開始的累積公差的函數(shù)。在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤式貼裝機中，它受喂料器架的移動和公差的影響。在門吊式貼裝機中，由于采用生產(chǎn)速度聯(lián)動的拾取方式，精確拾取受六個關鍵因素影響。首選兩個因素是帶卷位置的可重復性和喂料器定位的可重復性。
影響拾取精度的第三個關鍵因素是帶卷凹殼中元器件的位置。對于較大的元器件，如0603型，問題不大，而對于0402、0201或01005這類元件，公差會接近元件體寬度的50％，就要求采用不同的技術以確保正確的拾取。影響傳統(tǒng)門吊式貼裝機的拾取可靠性的第四個因素是軸本身偏轉(zhuǎn)。在貼裝頭中軸越多，該問題的處理難度就越大。
影響拾取可靠性相關的第五個因素是貼裝頭對喂料器拾取中心線的平行度。影響拾取可靠性的最后一個關鍵因素與可在貼裝機上貼裝的特定元器件類型的限制有關。這一因素可以削減貼裝機上特定元器件的數(shù)目的60%，從而大大限制貼裝機的適應性。
雖然有以上缺陷，但門吊式貼裝機在通用性和貼裝精度方面，能夠提供優(yōu)良的性能。貼裝時電路板在Ｘ和Ｙ軸方向不移動，這就使得大的細間距器件或裸芯片、微型ＢＧＡ或CSP型器件在貼裝周期位移的變化減至最小。在門吊式貼裝機上，這些特性可能會被由“排隊拾取”、多個攝像選擇、多貼裝頭選擇、要求多個喂料器類型以及其它選項所提出的貼裝機類型的最佳化和生產(chǎn)線的平衡所掩蓋。所有這些問題都必須認真加以考慮，以便獲得最佳的生產(chǎn)量。這種情況由于上位機和下位機的軟件之間的不一致性，變得更加復雜。
組合式貼裝機綜合了轉(zhuǎn)盤式和門吊式貼裝機的優(yōu)點。如果組合合理的話，這一類型的貼裝系統(tǒng)將不會呈現(xiàn)圖3所示的負面性能特征，能夠提供最高的拾取精度、特定元器件的喂料、最佳貼裝精度和控制、異形元器件組裝線的適應性以及組件高質(zhì)量。另外，組合型貼裝系統(tǒng)具有模塊結(jié)構(gòu)的優(yōu)點并增加了功能部件，這樣能組裝全部類型的元器件，而不會出現(xiàn)性能降級。當今高精度組合型貼裝系統(tǒng)單個模塊的節(jié)拍時間為10～60ＫＣph。這種貼裝機的每個模塊的可量測性，與其輕重量、在用戶工廠移動的便利性和無需重新校準諸特征相結(jié)合，使得工廠組裝能力的再組合變得非常容易。采用多功能喂料器進一步提高了組裝線的適應性，實現(xiàn)多機組裝所要求的喂料器的總數(shù)減至最小，并最終降低了用戶成本（圖4）。
組合型貼裝機上的貼裝頭常稱為轉(zhuǎn)輪式貼裝頭，這里影響貼裝率的關鍵因素是貼裝頭轉(zhuǎn)輪的直徑，轉(zhuǎn)輪會把離心力施加到被貼的元器件上。轉(zhuǎn)輪的直徑越大，貼裝頭的旋轉(zhuǎn)就要越慢，以防止離心力的負面影響。因此，在傳統(tǒng)的較大型轉(zhuǎn)盤式射片機上，較大元器件的重量對貼裝離心力產(chǎn)生同樣的負面影響。尺寸因素會減少相關公差的機械放大作用，因此必須改善拾取和貼裝精度。這種貼裝機能從單喂料器上拾取“貼裝頭負載”范圍內(nèi)的多個元器件且不減速，在貼裝機上能裝多種類型的元器件，因為它有許多喂料器架位。
備用貼裝頭也可用于細間距貼裝和先進技術的應用，安裝相應的組合式貼裝頭，例如抓手，定做的吸嘴，獲得最終的貼裝控制，而不會削弱組合型貼裝系統(tǒng)的優(yōu)點。關鍵是貼裝機所必需的貼裝元器件的能力，以及盡可能地實現(xiàn)最高程度的模塊重疊，貼裝范圍更為廣泛的元器件。
結(jié)論
元器件處理影響設備的利用、生產(chǎn)量、轉(zhuǎn)換時間占地空間的限制、操作總成本以及新興前沿技術的影響。當前先進的組合型貼裝系統(tǒng)是貼裝設備是值得考慮的有價值的解決方案。
