贴片机分类及基本工作原理分解

有关可靠性/可获得性和可维护性的数据由供应商
基于实际的现场经验来公布的
评价贴装设备的性能
• 预防性维护(Preventive Maintenance)： 预防性和纠正性的维护使SMT贴装系统保持以
其规定的速度和精度运行
• 一个共同语言：
当供应商与用户使用同一种语言取得有关设备
性能的标准与沟通的共识时，结果将是工业中 增加的效率和最终更大的顾客满意与增长
• •
SMT有关的技术组成
• 电子组件、集成电路的设计制造技术 • 电子产品的电路设计技术 • 电路板的制造技术 • 自动贴装设备的设计制造技术 • 电路装配制造工艺技术 • 装配制造中使用的辅助材料的开发生产技术
贴片机
近30年来,贴片机已由早期的低速度(1~1.5S/片) 和低精度(机械对中)发展到高速(0.08S/片)和高精 度/(光学对中,贴片精度± 60)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/ 线性电机/谐波驱动器及真空系统和各种传感器 构成的机电一体化的高科技术装备.从某种意义 上来说,贴片机技术已成为SMT的支柱和深入发 展重要标志,贴片机是整个SMT的生产中最关键, 最复杂的设备,也是人们在初次建立SMT生产线 时最难选择的设备
缺点
这种形式由于贴片头来回移动的距离长, 所以速度受到限制.现在一般采用多个真空吸
料嘴同时取料(多达上十个)和采用双梁系统来
提高速度,即一个梁上的贴片头在取料的同时, 另一个梁上的贴片头贴放组件,速度几乎比单 梁系统快一倍.但是实际应用中,同时取料的条 件较难达到,而且不同类型的组件需要换用不
同的真空吸料嘴,换吸料嘴有时间上的延误
贵,最新机型约在RMB500万,是拱架型的三倍以上
SMT生产中代表机型：Panasonic YAMAHA等
大规模平行系统
使用一系列小的单独的贴装单元.每个单元有自己的
丝杆位置系统,安装有相机和贴装头.每个贴装头可
吸取有限的带式送料器,贴装板的一部分,板以固定
的间隔时间在机器内步步推进.单独地各个单元机器 运行慢.可是,它们连续的或平行的运行结果有很高 的产量
贴片机的发展趋势
③改进送料器的供料方式,缩短组件更换时间. 目前大部分阻容组件已实现散装供料,但减少管 式包装的换料时间尚有许多工作可做 ④采用模块化概念,通过快速配置,整合设备可 轻易在生产线间拼装或转移,真正实现线体柔性 化和多功能化 ⑤开发更强大的软件功能系统,包括各种形式的 PCB文件,直接优化生成贴片程序文件,减少人工 编程时间,机器故障自诊断系统及大生产综合管 理系统,实现智能化操作
动作原理
对组件位置置/吸嘴旋转调整方向,这种方法能 达到的精度有限 2)激光识别/X/Y坐标系统调整位置/吸嘴旋转调整方 向,这种方法可实现飞行过程中的识别,但不能用于球 栅阵列组件BGA 3)相机识别/X/Y坐标系统调整位置/吸嘴旋转调整方 向,一般相机固定,贴片头飞行划过相机上空,进行成像 识别,比激光识别耽误一点时间,但可识别任何组件,也 有实现飞行过程中的识别的相机识别系统,机械结构 方面有其它牺牲
送料系统(Feeder)
过顶拱架型机器可支持不同的送料器类
型,包括散装(bulk)/带料(tape-and-real)/ 管料(tube)/异型(odd-form)和其它客户设计. 相反,高速转塔和大规模平行系统完全由散装 料盒或带料包装来供料
送料系统
• 当组件包装形式不是散装或带状料，过顶 拱架型机器可能是唯一的选择：高速机被 排除在考虑之外，因为其不能自动地供这 些料。
• 所以，制造商应该寻找那些可以扩大其现
有贴装选择的组件贴装设备
盘式(TRAY) 管式 (STICK) 带式(TAPE)
灵活选择（人的因素）
• 在位置系统、影像系统和组件送料系统中的微观 的灵活性之外，调节制造产量和容纳产品转换的
宏观灵活性变成对新装配设备作决定的关键。
• 希望永远达到最大的产量的高产量生产线，最好
优点
这类机型的优势在于：系统结构简单,可实现 高精度(轴梁的位置和运动可以控制组件贴装
精度达到50µm(0.05mm)以下),适于各种大小,
形状的组件,甚至异型组件,送料器有带状/管
状/托盘形式.适于中小批量生产,也可多台机
组合用于大批量生产
SMT生产中代表机型：SONY HITACHI等
转塔型
The End
Thanks!
使用贴片机大规模平行系统。另一方面，产品转
换频繁的环境最好是使用模块式生产线，如果不 完全相同，过顶拱架型机器组成。这种设置提供
适应易变市场的灵活性。
评价贴装设备的性能
• 过程能力(Cpk, Process Capability)：
指X/Y和Θ有关贴装精度水平.一台机器的X/Y和Θ 误差是单独考虑的,而不是共同地
动作原理
对组件位置与方向的调整方法：
1).机械对中调整位置/吸嘴旋转调整方向,这种方 法能达到的精度有限,较晚的机型已不再采用 2).相机识别/X/Y坐标系统调整位置,吸嘴自旋转
调整方向,相机固定,贴片头飞行划过相机上空,进
行成像识别
优点
一般,转塔上安装有十几到二十几个贴片头,每
个贴片头上安装2~4个真空吸嘴(较早机型)至5~6个
• 产出(Throughput)：
涉及传送/制造和节拍时间的测量
• 贴装缺陷(Placement Defects)：
贴装缺陷通常发生的概率
评价贴装设备的性能
• 拾取缺陷(Pickup Defects)： 拾取缺陷可分类为送料器失效,真空失效或视觉失
效.拾取缺陷降低净产出和浪费好的零件
• 可靠性/可获得性和可维护性：
0201贴装的挑战
0201组件的贴装比其前面的组件介入更具挑战
性.主要原因是0201包装大约为相应的0402尺寸的
三分之一 原先可以接受的机器贴装精度马上变成引进 0201的一个局限因素. 另外,传统的工业带包装规格对于可靠的0201
贴装允许太多的移动,而工艺控制水平也必须提高,
以使得0201贴装成为生产现实
• 自动组件贴装的精度
是通过视觉系统来完
成的。视觉系统一般
划分为零件相机（固
定相机）、基板相机
和厚度相机
• 基板相机：在PCB上寻找叫做基准点的标志，
主要用来组件贴装之前将PCB对齐到正确的
位置。
• 零件相机：主要测试零件的尺寸，指零件
的长度和宽度（不包括零件厚度） • 厚度相机：主要测试零件的厚度。由于其 安装方式不同我们又将称为“立势相机”
贴片机的发展趋势
贴片机从早期的机械对中,发展到现在的光 学对中,具有超高速的贴片能力,然而技术总是 向前发展的,贴片机还会向贴片速度更快/贴片 精度更高,材料管理更方便的方向发展,其趋势 如下:
①采用双轨道以实现一轨道上进行PCB贴片,另一轨道 送板(西门子的HS-50已出现)减少PCB输送时间和贴片 头待机停留时间 ②采用多头组合技术(类似FCM机)飞行对中技术和Z 轴软着陆技术,以使贴片速度更快,组件放置更稳,精度 更高/真正做到PCB贴片后直接进入再流焊炉中再流
真空吸嘴(现在机型).由于转塔的特点,将动作细微
化,选换吸嘴/送料器移动到位/取组件/组件识别/ 角度调整/工作台移动(包含位置调整)/贴放组件等
动作都可以在同一时间周期内完成,所以实现真正
意义上的高速度.目前最快的时间周期达到
0.08~0.10秒钟一片组件
缺点
只能贴装带状包装组件,如果是密脚/大型的集成 电路(IC),只有托盘包装,则无法完成,因此还有赖于 其它机型来共同合作,这种设备结构复杂,造价昂
组件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板
(PCB)放于一个X/Y坐标系统移动的工作台上，贴片
头安装在一个转塔上，工作时，料车将组件送料器
移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位
置取组件，经转塔转动到贴片位置(与取料位置成
180度)，在转动过程中经过对组件位置与方向的调 整，将组件贴放于基板上。
贴片机
贴片机的分类
目前世界上已有近几十个贴片机生产厂家，生产 的贴片机达几百种之多，贴片机的分类没有固定的 格式，习惯上有下列几种。
１.按贴装速度分类
中速贴片:3000片/h＜贴装速度＜ 9000片/h 高速贴片机:9000片/h＜贴装速度＜ 40000片/h 超速贴片机:贴装速度＞40000片/h
• •
为什么要用表面贴装技朮 SMT的特点
•
• • • •
SMT有关的技朮组成
贴片机的分类 表面贴装方法的分类 评价贴装设备的性能 0201贴装
为什么要用表面贴装技术？
• • • 电子产品追求小型化 电子产品功能更完整，特别是大规模、高集成 IC，不得不采用表面贴片组件 产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高 产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市 场竞争力 电子组件的发展，集成电路(IC)的开发，半导 体材料的多元应用 电子科技革命势在必行
２.按功能分类
目前这两类贴片机的贴片分为两大类：一类是高速/超高 速贴片机，主要以贴片式组件为主体；另一类能贴装大型器 件和异型器件，称为多功能机。
３.按组装架结构分类
拱架型/转塔型/大规模平行系统
贴片机的分类
Ⅰ拱架型：
组件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头
(安装多个真空吸料嘴)在送料器与基板之间来 回移动，将组件从送料器取出，经过对组件 位置与方向的调整，然后贴放于基板上。由 于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐标移动横梁 上，所以得名。
可靠的0201贴装的关键
• 吸取头:材料选择/材料硬度/加工公差和热特性都必 须理解,以构造一个可靠的吸取头.吸嘴必须在其夹具 (holder)内自由移动
• 吸嘴轴装配:为了吸取 0.6x0.3 mm的组件,吸嘴必须有 不大于 0.40mm的外径.这样形成一个长而细的吸嘴 轴,弯曲脆弱但还必须保持精度以维持吸取的高可靠 性 • 基体结构:所有机械在运行期间都产生振动.基体框架 设计是减少产生振动和谐波共振的速度与运动效应 的关键第一步
可靠的0201贴装的关键
组件送料器工作台:精密定位料车(carriage)工作台的能力 组件送料器:送料器必须制造达到极小的公差,以保证吸
取位置维持可重复性.另外,用于制造送料器的材料必须
强度高/重量轻
送料器驱动链轮:驱动链轮在机器定位组件料带的能力
中起关键作用.驱动链轮轮齿的形状/锥度和长度重大地 影响送料器定位料带的能力