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贴片机的发展现状与趋势

1000150312 黄荣雷

（桂林电子科技大学机电工程学院）

摘要:贴片机是整个SMT生产中关键而复杂的设备，它实现元器件的高速、高精度的贴放，而对贴片机性能有着至关重要影响的两个因素是贴片机的结构和视觉系统；目前已从早期的低速机械式的贴片机发展成高速光学贴片机，并向多功能、柔性连接方向发展，贴片设备已被广泛应用于大规模电子组装生产上。

关键词:贴片机、结构、视觉系统、多功能、柔性

Mounter Development Status and Trends

1000150312 Huang Rong Lei

(Guilin University of Electronic Science and Technology Institute of Mechanical and Electrical Engineering)

Abstract: SMT placement machine is the production of critical and complex equipment, it achieves high-speed components, precision placement, and for placement machine has a crucial impact on the performance of the two factors are structural Mounter and visual systems; present from the early low-speed mechanical develop into a high-speed optical SMT placement machine, and to multi-functional, flexible connection direction, SMD devices have been widely used in large-scale production of electronic assemblies.

Keywords: placement machine, structure, vision systems, multi-functional, flexible

1.前言

经过20多年的发展,目前SMT已经成为现代电子产品的PCB电路组件级互联的主要技术手段。组装技术的不断发展必将对组装工艺及相关设备的发展提出新的要求。如何缩短运行时间、加速转换时间,以及不断地引入具有大量的引脚数量和精细间距的元器件成了如今的贴装设备所面临的严峻挑战。中国大陆地区电子制造商从上世纪八十年代后期开始从国外引进贴片机制造，但规模不大，从九十年代中期开始，伴随香港台湾地区电子制造产业想大陆的移动，以及海外一些顶级电子制造公司的投资，中国贴片机产业才逐渐壮大

2. 贴片机常见结构

根据速度的快慢，也可分为：低速贴片机、中速贴片机、高速贴片机和超高速贴片机。根据贴装方式可分为：顺序贴式片机、同步式贴片机和手动式贴片机。目前贴片机结构大致可分为四种结构：拱架式、复合式、转塔式和大型平行系统。下面简单进行介绍。

2.1 拱架式

拱架式机器是最传统的贴片机,具有较好的灵活性和精度,适用于大部分元件,高精度机器一般都是这种类型,但其速度无法与复合式、转塔式和大型平行系统相比。不过元件排列越来越集中在有源部件上,比如有引线的四边扁平封装器件( Quad flat package,QFP)和球栅阵列器件(Ball grid array,BGA),安装精度对高产量有至关重要的作用。复合式、转塔式和大型平行系统一般不适用于这种类型的元件安装。拱架式机器分为单臂式和多臂式,单臂式是最先发展起来的现在仍然使用的多功能贴片机。在单臂式基础上发展起来的多臂式贴片机可将工作效率成倍提高,如日本松下公司的CM602贴片机就有四个动臂安装头,

可分别交替对两块印刷线路板(Print Circuit Board,PCB)同时进行安装,贴装速度高达每小时6万片。动臂式机器的结构如图1所示。绝大多数贴片机厂商均推出了采用这一结构的高精度贴片机和中速贴片机,例如Universal公司的AC72、松下公司的CM402/CM602、Assembleon公司的AQ-1、Hitachi公司的TIM-X、Fuji公司的QP-341E和XP系列、Panasonic 公司的BM221、Samsung公司的CP60系列、Yamaha公司的YV系列、Juki公司的KE系列、Mirae公司的MPS系列。

图1 拱架式机器的结构

2.2 复合式

复合式机器是从拱架式机器发展而来,它集合了转塔式和拱架式的特点,在动臂上安装有转盘,像Siemens 的Siplace80S系列贴片机,有两个带有12个吸嘴的旋转头,如图2所示。Universal公司也推出了带有30个吸嘴的旋转头,称之为“闪电头”,两个这样的旋转头安装在Genesis贴片平台上,可实现每小时60,000片贴片速度。从严格意义上来说,复合式机器仍属于动臂式结构。由于复合式机器可通过增加动臂数量来提高速度,具有较大灵活性,因此它的发展前景被看好,例如环球公司推出的最新GC120机器就安装有4个“闪电头”,贴装速度高达每小时120,000片。

图2 复合式机器的结构

2.3 转塔式

转塔的概念是使用一组移动的送料器,转塔从这里吸取元件,然后把元件贴放在位于移动的工作台上的电路板上面,结构如图3所示。转塔式机器由于拾取元件和贴片动作同时进

行,使得贴片速度大幅度提高。这种结构的高速贴片机在我国的应用也很普遍,不但速度快,而且历经十余年的发展技术已非常成熟,如Fuji公司的CP842E机器贴装速度可达到0.068秒/片。但是这种机器由于机械结构所限,其贴装速度已达到一个极限值,不可能再大幅度提高。该机型的不足之处是只能处理带状料。

转塔式机器主要应用于大规模的计算机板卡、移动电话、家电等产品的生产上,这是因为在这些产品当中,阻容元件特别多、装配密度大,很适合采用这一机型进行生产。相当多的台资、港资电子组装企业以及国内电器生产商都采用这一机型,以满足高速组装的要求。生产转塔式机器的厂商主要有Panasonic、Hitachi、Fuji。

图3 转塔式机器的结构

2.4 大型平行系统

大规模平行系统(又称模组机)使用一系列小的单独的贴装单元(也称为模组)。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PCB的一部分,PCB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速度较慢,可是,它们连续的或平行的运行会有很高的产量。如Philips公司的AX-5机器可最多有20个贴装头,实现了每小时15万片的贴装速度,堪称业界第一,但就每个贴装头而言,贴装速度在每小时7500片左右,仍有大幅度提高的可能。这种机型也主要适用于规模化生产,例如手机。生产大规模平行系统式机器的厂商主要有Philips,Fuji公司也推出了采用类似结构的NXT型超高速贴片机,如图4,通过搭载可以更换的贴装工作头,同一台机器既可以是高速机也可以是泛用机,几乎可以进行所有贴装元器件的贴装,从而使设备的初期投资及增加设备投资降低到最低程度。

图4 采用模组结构的NXT贴片机

3. 贴片机视觉对中系统

视觉系统在成功的贴装设备中扮演着一个重要的角色。高度精确的光学装置、灵活的照