贴片机结构(硬件知识)

贴片机结构（硬件知识）

06-10-2212:50发表于：《SMT技术交流》分类：未分类

贴片技术与贴片机

SMT生产中的贴片技术通常是指用一定的方式将片式元器件准确地贴放到PCB指定的位置,这个过程英文称之为“Pick and Place”，显然它是指吸取/拾取与放置两个动作。在SMT 初期，由于片式元器件尺寸相对较大，人们用镊子等简单的工具就可以实现上述动作，至今尚有少数工厂仍采用或部分采用人工放置元件的方法。但为了满足大生产的需要，特别是随着SMC/SMD的精细化，人们越来越重视采用自动化的机器--贴片机来实现高速高精度的贴放元器件。

近30年来，贴片机已由早期的低速度（1-1.5秒/片）和低精度（机械对中）发展到高速（0.08秒/片）和高精度（光学对中，贴片精度+-60um/4δ）。高精度全自动贴片机是由计算机、光学、精密机械、滚珠丝杆、直线导轨、线性马达、谐波驱动器以及真空系统和各种传感器构成的机电一体化的高科技装备。从某种意义上来说，贴片机技术已经成为SMT的支柱和深入发展的重要标志，贴片机是整个SMT生产中最关键、最复杂的设备，也是人们初次建立SMT生产线时最难选择的设备。

本章将着重讨论贴片机的主要结构，工作原理，各类贴片机的主要特点以及IPC最新推出的贴片机验收标准，为选购及组织验收贴片机提供依据。

9.1贴片机的结构与特性

目前，世界上生产贴片机的厂家有几十家，贴片机的品种达几百个之多，但无论是全自动贴片机还是手动贴片机，无论是高速贴片机还是中低速贴片机，它的总体结构均有类似之处。贴片机的结构可分为:机架，PCB传送机构及支撑台X，Y与Z/θ伺服，定位系统，光学识别系统，贴片头，供料器，传感器和计算机操作软件。现将上述各种结构的特征及原理简介如下。

9.1.1机架

机架是机器的基础，所有的传动、定位、传送机构均牢固地固定在它上面，大部分型号的贴片机及其各种送料器也安置在上面，因此机架应有足够的机械强度和刚性。目前贴片机有各种形式的机架，大致可分为两类。

1.整体铸造式

整体铸造的机架的特点是整体性强，刚性好，整个机架铸造后采用时效处理，机架的变形微小，工作时稳固。高档机多采用此类结构。

2.钢板烧焊式

这类机架由各种规格的钢板等烧焊而成,再经时效处理以减少应力变形.它的整体性比整体铸造低一点,但具有加工简单,成本较低的特点.在外观上(去掉机器外壳)可见到焊缝.

机器采用那种结构的机架,取决于机器的整体设计和承重.通常机器在运行过程中应平稳,轻松,无震动感(用金属币立于机器上不会出现翻倒),从某种意义上来讲机架起着关键作用.

9.1.2传送机构与支撑台

传送机构的作用是将需要贴片的PCB送到预定位置,贴片完成后再将SMA送至下道工序。传送机构是安放在轨道上的超薄型皮带传送系统。通常皮带安置在轨道边缘，皮带分为A，B，C三段，并在B区传送部位设有PCB夹紧机构，在A，C区装有红外传感器，更先进的机器还带有条形码阅读器，它能识别PCB的进入和送出，记录PCB的数量。

传送机构根据贴片机的类型又分为两种。

（1）整体式导轨

在这种方式贴片机中，PCB的进入、贴片、送出始终在导轨上，当PCB送到导轨上并前进到B区时，PCB会有一个后退动作并遇到后制限位块，于是PCB停止运行，与此同时，PCB

下方带有定位销的顶块上行，将销钉顶入PCB的工艺孔中，并且B区上的压紧机构将PCB压紧。

在PCB的下方，有一块支撑台板，台板上有阵列式圆孔,当PCB进入B区后，可根据PCB 结构需要在台板上安装适当数量的支撑杆，随着台面的上移，支撑杆将PCB支撑在水平位，这样当贴片头工作时就不会将PCB下压而影响贴片精度。

若PCB事先没有预留工艺孔，则可以采用光学辨认系统确认PCB的位置，此时可以将定位块上的销钉拆除，当PCB到位后，由PCB前后限位块及夹紧机构共同完成PCB的定位。

通常光学定位的精度高于机械定位，但定位时间较长。

（2）活动式导

在另一类高速贴片机中，B区导轨相对于A、C区是固定不变的，A、C区导轨却可以上下升降，当PCB由印刷机送到导轨A区时，A区导轨处于高位并与印刷机相接，当PCB运行到B区时，A区导轨下沉到与B区导轨同一水平面，PCB由A区移到B区，并由B区夹紧定位，当PCB贴片完成后送到C区导轨，C区导轨由低位（与B区同水平）上移到与下道工序的设备轨道同一水平，并将PCB由C区送到下道工序。然而在最新的松下MSR型贴片机中，其A，C 区导轨为固定导轨，B区导轨则设计成可做X-Y移动的PCB承载台，并可做上下升降运动。由此可见，不同机型的导轨有不同结构，其做法主要取决于贴片机的整体结构。

9.1.3X，Y与Z/θ伺服，定位系统

1.功能

X，Y定位系统是贴片机的关键机构，也是评估贴片机精度的主要指标，它包括X，Y传动结构和X，Y伺服系统。它的功能有两种，一种是支撑贴片头，即贴片头安装在X导轨上，X 导轨沿Y方向运动从而实现在X-Y方向贴片的全过程，这类结构在通用型贴片机[泛用机]中多见，另一种功能是支撑PCB承载平台并实现PCB在X-Y方向移动，这类结构常见于塔式旋转头类的贴片机[转塔式]中。这类高速机中，其贴片头仅做旋转运动，而依靠送料器的水平移动和PCB承载平面的运动完成贴片过程。上述两种X，Y定位系统中，X导轨沿Y方向运动，从运动的形式来看，属于连动式结构，其特点是X导轨受Y导轨支撑，并沿Y轴运动，它属于动式导轨（Moving Rail）结构。

还有一类贴片机，贴片机的机头安装在X导轨上，并仅做X方向运动，而PCB承载台仅做Y方向运动，工作时两者配合完成贴片过程，其特点是X，Y导轨均与机座固定，它属于静式导轨（Statil Rail）结构。

从理论上讲，分离式结构的导轨在运动中的变形量要小于连动式，但在分离式的结构中，PCB处于运动状态，对贴装后的元器件是否产生位移，则应考虑。

2.结构

X，Y传动机构主要有两大类，一类是滚珠丝杠--直线导轨，另一类是同步齿行带---直线导轨。（1）滚珠丝杠--直线导轨

典型的滚珠丝杠---直线导轨的结构，贴片头固定在滚珠螺母基座和对应的直线导轨上方的基座上，马达工作时，带动螺母做X方向往复运动，有导向的直线导轨支承，保证运动方向平行，X轴在两平行滚珠丝杠--直线导轨上做Y方向移动，从而实现了贴片头在X-Y方向正交平行移动。同理，PCB承载平台也以同样的方法，实现X-Y方向正交平行移动。

贴片速度的提高，意味着X-Y传动结构速度的提高，这将会导致X-Y传动结构因运动过快而发热，通常钢材的线膨胀系数为0.000015，铝的线膨胀系数为钢的1.5倍，而滚珠丝杠[与马达连接]为主要热源，其热量的变化会影响贴装精度，故最新研制出的X-Y传动系统，在导轨内部设有[氮冷]冷却系统，以保证因热膨胀带来的误差，如果X-Y轴没有强制冷却，在轴的附近会有明确的变形。

此外，在高速机中采用无摩擦线性马达，和空气轴承导轨传动，运行速度能做的更快。