SMT設備之元器件貼裝機
用貼裝機或人工的方式，將SMC/SMD準確地貼放到PCB板上印好焊錫膏或貼片膠的表面相應位置上的過程，叫做貼裝(貼片)工序。
要保證貼片質量，應該考慮三個要素：貼裝元器件的正確性、貼裝位置的準確性和貼裝壓力(貼片高度)的適度性。
�、� 貼片工序對貼裝元器件的要求
元器件的類型、型號、標稱值和極性等特征標記，都應該符合產(chǎn)品裝配圖和明細表的要求。
貼裝元器件的焊端或引腳上不小于1/2的厚度要浸入焊膏，一般元器件貼片時，焊膏擠出量應小于0.2mm;窄間距元器件的焊膏擠出量應小于0.1mm。
元器件的焊端或引腳均應該盡量和焊盤圖形對齊、居中。因為再流焊時的自定位效應，元器件的貼裝位置允許一定的偏差。
�、� 元器件貼裝偏差范圍
�、� 矩形元器件允許的貼裝偏差范圍。
(a)圖的元器件貼裝優(yōu)良，元器件的焊端居中位于焊盤上。
(b)圖表示元件在貼裝時發(fā)生橫向移位(規(guī)定元器件的長度方向為“縱向”)，合格的標準是：焊端寬度的3/4以上在焊盤上，即D1≥焊端寬度的75%;否則為不合格。
(c)圖表示元器件在貼裝時發(fā)生縱向移位，合格的標準是：焊端與焊盤必須交疊;如果D2≥0，則為不合格。
(d)圖表示元器件在貼裝時發(fā)生旋轉偏移，合格的標準是：D3≥焊端寬度的75%;否則為不合格。
(e)圖表示元器件在貼裝時與焊錫膏圖形的關系，合格的標準是：元件焊端必須接觸焊錫膏圖形;否則為不合格。
�、� 小外形晶體管(SOT)允許的貼裝偏差范圍：允許有旋轉偏差，但引腳必須全部在焊盤上。
�、� 小外形集成電路(SOIC)允許的貼裝偏差范圍：允許有平移或旋轉偏差，但必須保證引腳寬度的3/4在焊盤上。如圖6.20示。
④ 四邊扁平封裝器件和超小型器件(QFP，包括PLCC器件)允許的貼裝偏差范圍：要保證引腳寬度的3/4在焊盤上，允許有旋轉偏差，但必須保證引腳長度的3/4在焊盤上。
�、� BGA器件允許的貼裝偏差范圍：焊球中心與焊盤中心的最大偏移量小于焊球半徑，如圖6.21示。
�、� 元器件貼裝壓力(貼片高度)
元器件貼裝壓力要合適，如果壓力過小，元器件焊端或引腳就會浮放在焊錫膏表面，使焊錫膏不能粘住元器件，在傳送和再流焊過程中可能會產(chǎn)生位置移動。
如果元器件貼裝壓力過大，焊膏擠出量過大，容易造成焊錫膏外溢粘連，使再流焊時產(chǎn)生橋接，同時也會造成器件的滑動偏移，嚴重時會損壞器件。
�、� 自動貼片機的主要結構
片狀元器件貼裝機，又稱貼片機。自動貼片機相當于機器人的機械手，能按照事先編制好的程序把元器件從包裝中取出來，并貼放到印制板相應的位置上。由于SMT的迅速發(fā)展，國外生產(chǎn)貼片機的廠家很多，其型號和規(guī)格也有多種，但這些設備的基本結構都是相同的。貼裝機的基本結構包括設備本體、片狀元器件供給系統(tǒng)、印制板傳送與定位裝置、貼裝頭及其驅動定位裝置、貼裝工具(吸嘴)、計算機控制系統(tǒng)等。為適應高密度超大規(guī)模集成電路的貼裝，比較先進的貼裝機還具有光學檢測與視覺對中系統(tǒng)，保證芯片能夠高精度地準確定位。
�、� 設備本體
貼片機的設備本體是用來安裝和支撐貼裝機的底座，一般采用質量大、振動小、有利于保證設備精度的鑄鐵件制造。
② 貼裝頭
貼裝頭也叫吸-放頭，是貼裝機上最復雜、最關鍵的部分，它相當于機械手，它的動作由拾取-貼放和移動-定位兩種模式組成。第一，貼裝頭通過程序控制，完成三維的往復運動，實現(xiàn)從供料系統(tǒng)取料后移動到電路基板的指定位置上。第二，貼裝頭的端部有一個用真空泵控制的貼裝工具(吸嘴)。不同形狀、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，異形元件(例如沒有吸取平面的連接器等)用機械爪結構拾放。當換向閥門打開時，吸嘴的負壓把SMT元器件從供料系統(tǒng)(散裝料倉、管裝料斗、盤狀紙帶或托盤包裝)中吸上來;當換向閥門關閉時，吸盤把元器件釋放到電路基板上。
貼裝頭的X-Y定位系統(tǒng)一般用直流伺服電機驅動、通過機械絲杠傳輸力矩，磁尺和光柵定位的精度高于絲杠定位，但后者容易維護修理。
�、� 供料系統(tǒng)
供料系統(tǒng)的工作狀態(tài)，根據(jù)元器件的包裝形式和貼片機的類型而確定。貼裝前，將各種類型的供料裝置分別安裝到相應的供料器支架上。隨著貼裝進程，裝載著多種不同元器件的散裝料倉水平旋轉，把即將貼裝的那種元器件轉到料倉門的下方，便于貼裝頭拾取;紙帶包裝元器件的盤裝編帶隨編帶架垂直旋轉，管狀和定位料斗在水平面上二維移動，為貼裝頭提供新的待取元件。
�、� 電路板定位系統(tǒng)
在計算機控制系統(tǒng)的操縱下，電路板隨工作臺沿傳送軌道移動到工作區(qū)域內，并被精確定位，使貼裝頭能把元器件準確地釋放到一定的位置上。精確定位的核心是“對中”，有機械對中、激光對中、激光加視覺混合對中以及全視覺對中方式。
�、� 計算機控制系統(tǒng)
目前大多數(shù)貼片機的計算機控制系統(tǒng)采用Windows界面�？梢酝ㄟ^高級語言軟件或硬件開關，在線或離線編制計算機程序并自動進行優(yōu)化，控制貼片機的自動工作步驟。每個片狀元器件的精確位置，都要編程輸入計算機。具有視覺檢測系統(tǒng)的貼裝機，也是通過計算機實現(xiàn)對電路板上貼片位置的圖形識別。
�、� 貼片機的主要指標
衡量貼片機的三個重要指標是精度、速度和適應性。
精度與貼片機的對中方式有關，其中以全視覺對中的精度最高。一般來說，貼片的精度體系應該包含三個項目：貼裝精度、分辨率、重復精度，三者之間有一定的相關關系。
被定義為貼裝元器件焊端偏離指定位置最大值的綜合位置誤差。貼裝精度由兩種誤差組成，即平移誤差和旋轉誤差，如圖6.23所示。平移誤差主要因為X-Y定位系統(tǒng)不夠精確，旋轉誤差主要因為元器件對中機構不夠精確和貼裝工具存在旋轉誤差。定量地說，貼裝SMC要求精度達到±0.01mm，貼裝高密度、窄間距的SMD至少要求精度達到±0.06mm。
分辨率是描述貼裝機分辨空間連續(xù)點的能力。貼裝機的分辨率由定位驅動電機和傳動軸驅動機構上的旋轉位置或線性位置檢測裝置的分辨率來決定，它是貼裝機能夠分辨的距離目標位置最近的點。分辨率用來度量貼裝機運行時的最小增量，是衡量機器本身精度的重要指標，例如絲杠的每個步進為0.01mm，那么該貼裝機的分辨率為0.01mm。但是，實際貼裝精度包括所有誤差的總和，因此，描述貼裝機性能時很少使用分辨率，一般在比較不同貼裝機的性能時才使用它。
重復精度描述貼片頭重復返回標定點的能力。通常采用雙向重復精度的概念，它定義為“在一系列試驗中，從兩個方向接近任一給定點時，離開平均值的偏差”
貼片速度：影響貼裝機貼裝速度的因素有許多，例如PCB板的設計質量、元器件供料器的數(shù)量和位置等。一般高速機貼裝速度高于0.2s/Chip元件，目前最高貼裝速度為0.06s/Chip元件;高精度、多功能機一般都是中速機，貼裝速度為0.3~0.6s/Chip元件左右。貼裝機速度主要用以下幾個指標來衡量。
貼裝周期：指完成一個貼裝過程所用的時間，它包括從拾取元器件、元器件定心、檢測、貼放和返回到拾取元器件的位置這一過程所用的時間。
貼裝率：指在一小時內完成的貼裝周期數(shù)。測算時，先測出貼裝機在50mm×250mm的PCB板上貼裝均勻分布的150只片式元器件的時間，然后計算出貼裝一只元器件的平均時間，最后計算出一小時貼裝的元器件數(shù)量，即貼裝率。目前高速貼片機的貼裝率可達每小時數(shù)萬片。
生產(chǎn)量：理論上每班的生產(chǎn)量可以根據(jù)貼裝率來計算，但由于實際的生產(chǎn)量會受到許多因素的影響，與理論值有較大的差距，影響生產(chǎn)量的因素有生產(chǎn)時停機、更換供料器或重新調整PCB板位置的時間等因素。
適應性：適應性是貼裝機適應不同貼裝要求的能力，包括以下內容。
貼裝元器件種類廣泛的貼裝機，比僅能貼裝SMC或少量SMD類型的貼裝機的適應性好。影響貼裝元器件類型的主要因素是貼裝精度、貼裝工具、定心機構與元器件的相容性，以及貼裝機能夠容納供料器的數(shù)目和種類。一般高速貼片機主要可以貼裝各種SMC元件和較小的SMD器件(最大約25×30mm);多功能機可以貼裝從1.0×0.5mm~54×54mm的SMD器件(目前可貼裝的元器件尺寸已經(jīng)達到最小0.6×0.3mm，最大60×60mm)，還可以貼裝連接器等異形元器件，連接器的最大長度可達150mm。
貼裝機上供料器的容納量通常用能裝到貼裝機上的8mm編帶供料器的最多數(shù)目來衡量。一般高速貼片機的供料器位置大于120個，多功能貼片機的供料器位置在60~120個之間。由于并不是所有元器件都能包裝在8mm編帶中，所以貼裝機的實際容量將隨著元器件的類型而變化。
貼裝面積：由貼裝機傳送軌道以及貼裝頭的運動范圍決定。一般可貼裝的PCB尺寸，最小為50×50mm，最大應大于250×300mm。
貼裝機的調整：當貼裝機從組裝一種類型的電路板轉換到組裝另一種類型的電路板時，需要進行貼裝機的再編程、供料器的更換、電路板傳送機構和定位工作臺的調整、貼裝頭的調整和更換等工作。高檔貼裝機一般采用計算機編程方式進行調整，低檔貼裝機多采用人工方式進行調整。
�、� 貼片機的工作方式和類型
按照貼裝元器件的工作方式，貼片機有四種類型：順序式、同時式、流水作業(yè)式和順序-同時式。它們在組裝速度、精度和靈活性方面各有特色，要根據(jù)產(chǎn)品的品種、批量和生產(chǎn)規(guī)模進行選擇。目前國內電子產(chǎn)品制造企業(yè)里使用最多的是順序式貼片機。
所謂流水作業(yè)式貼裝機，是指由多個貼裝頭組合而成的流水線式的機型，每個貼裝頭負責貼裝一種或在電路板上某一部位的元器件。
同時式貼裝機，也叫多貼裝頭貼片機，是指它有多個貼裝頭，分別從供料系統(tǒng)中拾取不同的元器件，同時把它們貼放到電路基板的不同位置上，如圖6.25 (c)所示。
順序-同時式貼裝機，則是順序式和同時式兩種機型功能的組合。片狀元器件的放置位置，可以通過電路板作X-Y方向上的移動或貼裝頭作X-Y方向上的移動來實現(xiàn)，也可以通過兩者同時移動實施控制，如圖6.25(d)所示。
如果對貼片機性能有比較深入的了解，就能夠在購買設備時獲得更高的性能-價格比。例如，要求貼裝一般的片狀阻容元件和小型平面集成電路，則可以選購一臺多貼裝頭的貼片機;如果還要貼裝引腳密度更高的PLCC/QFP器件，就應該選購一臺具有視覺識別系統(tǒng)的貼片機和一臺用來貼裝片狀阻容元件的普通貼片機，配合起來使用。供料系統(tǒng)可以根據(jù)使用的片狀元器件的種類來選定，盡量采用盤狀紙帶式包裝，以便提高貼片機的工作效率。
