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1、第5章 表面组装涂敷与贴装技术,机械工业出版社同名教材 SMT表面组装技术（第2版） 何丽梅 主编,在PCB板上涂敷焊锡膏或贴片胶之后，用贴片机或人工的方式，将SMC/SMD准确地贴放到PCB表面相应位置上的过程，叫做贴片（贴装）工序。目前在国内的电子产品制造企业里，主要采用自动贴片机进行贴片。在维修或小批量的试制生产中，也可以采用手工方式贴片。,自动贴片机的分类 目前生产的贴片机有几百种之多，根据贴装速度的快慢，贴片机可以分为高速机（通常贴装速度在5 Chips/s以上）与中速机，一般高速贴片机主要用于贴装各种SMC元件和较小的SMD器件（最大约25 mm30mm）；而多功能贴片机（又称为泛
2、用贴片机）能够贴装大尺寸（最大60mm60mm）的SMD器件和连接器等异形元器件。,1按速度分类 中速贴片机：3000片/h贴片速度11 000片/h。 高速贴片机：11 000片/h贴片速度40000片/h。 超高速贴片机：贴片速度40000片/h。 通常中高速贴片机采用固定多头，贴装头安装在X-Y导轨上，“X-Y”伺服系统为闭环控制，故有较高的定位精度，贴片器件的种类较广泛。超高速贴片机则多采用旋转式多头系统，根据多头旋转的方向又分为水平旋转式与垂直旋转式，前者多见于松下、三洋产品，而后者多见于西门子等公司的产品。,2按功能分类 目前，一种贴片机还无法做到既能高速贴装又能处理异型、超大型元
3、件；因此专业贴片机又根据所能贴装的元器件品种分为两大类：一类是高速/超高速贴片机，主要以贴装片式元件为主体功能；另一类是能贴装大型器件和异型器件的多功能机。 目前两类贴片机的贴片功能正在互相兼容，即高速贴片机不仅只贴片式元器件，而且能贴装尺寸不太大的QFP、PLCC（32mm32mm），甚至能贴装CSP，将速度、精度、尺寸三者兼顾，以达到单台机也能适应建线要求。,3. 按照贴装元器件的工作方式 按照贴装元器件的工作方式，贴片机有四种类型：顺序式、同时式、流水作业式和顺序同时式。它们在组装速度、精度和灵活性方面各有特色，要根据产品的品种、批量和生产规模进行选择。目前使用最多的是顺序式贴片机。 （
4、1）流水作业式贴片机。所谓流水作业式贴片机，是指由多个贴装头组合而成的流水线式的机型，每个贴装头负责贴装一种或在电路板上某一部位的元器件。这种机型适用于元器件数量较少的小型电路。,(2)顺序式贴片机。顺序式贴片机由单个贴装头顺序地拾取各种片状元器件。固定在工作台上的电路板由计算机控制在“XY”方向上的移动，使板上贴装元器件的位置恰好位于贴装头的下面。 (3)同时式贴片机。同时式贴片机也叫多贴装头贴片机，它有多个贴装头，分别从供料系统中拾取不同的元器件，同时把它们贴放到电路基板的不同位置上所示。 (4)顺序同时式贴片机。顺序同时式贴片机是顺序式和同时式两种机型功能的组合。片状元器件的放置位置，可
5、以通过电路板在“XY”方向上的移动或贴装头在“XY”方向上的移动来实现，也可以通过两者同时移动实施控制。,不同工作方式的贴片机类型,流水作业式,顺序式,同时式,顺序同时式,5.2.2 自动贴片机的结构与技术指标,自动贴片机相当于机器人的机械手，能按照事先编制好的程序把元器件从包装中取出来，并贴放到电路板相应的位置上。贴片机有多种规格和型号，但它们的基本结构都相同。 1.自动贴片机的主要结构 贴片机的基本结构包括设备本体、片状元器件供给系统、电路板传送与定位装置、贴装头及其驱动定位装置、贴片工具（吸嘴）、光学检测与视觉对中系统、计算机控制系统等。,（1）设备本体 贴片机的设备本体是用来安装和支撑
6、贴片机的底座，一般采用质量大、振动小、有利于保证设备精度的铸铁件制造。 （2）贴装头 贴装头也叫吸放头，是贴片机上最复杂、最关键的部分，它相当于机械手，它的动作由拾取贴放和移动定位两种模式组成。贴装头通过程序控制，完成三维的往复运动，实现从供料系统取料后移动到电路基板的指定位置上的操作。,1）贴装头的种类。贴装头的种类分为单头和多头两大类，多头贴装头又分为固定式和旋转式，旋转式包括水平旋转/转塔式和垂直旋转/转盘式两种。 固定式单头。早期单头贴片机主要由吸嘴、定位爪、定位台、Z轴和角运动系统组成，并固定在X/Y传动机构上，当吸嘴吸取一个元件后，通过机械对中机构实现元件对中，并给供料器一个信号，
7、使下一个元件进入吸片位置，但这种方式贴片速度很慢，通常贴放一只片式元件需1s。, 固定式多头。这是通用型贴片机采用的结构，它在单头的基础上进行了改进，即由单头增加到了36个贴片头。他们仍然被固定在X/Y轴上，但不再使用机械对中，而改为多种形式的光学对中，工作时分别吸取元器件，对中后再依次贴放到PCB指定位置上。这类机型的贴片速度可达每小时3万个元件，而且这类机器的价格较低，并可组合连用。固定式多头系统的外观如图6-3所示。 固定式单头和固定式多头由于工作时只做X/Y方向的运动，因此均属于平动式贴装头。,图6-3 固定式多头贴装头, 垂直旋转/转盘式贴装头。旋转头上安装有630个吸嘴，工作时每个
8、吸嘴均吸取元件，并在CCD处调整，吸嘴中都装有真空传感器与压力传感器。这类贴装头多见于西门子公司的贴装机中，通常贴装机内装有两组或四组贴装头，其中一组在贴片，另一组在吸取元件，然后交换功能以达到高速贴片的目的。,图6-5 转盘式贴装头工作示意图, 水平旋转/转塔式。转塔的概念是将多个贴装头组装成一个整体，贴装头有的在一个圆环内呈环形分布，也有的呈星形放射状分布，工作时这一贴装头组合在水平方向顺时针旋转，故此称为转塔。如图6-6所示。,水平旋转/转塔式贴装头结构图,2）贴装头的吸嘴。贴装头的端部有一个用真空泵控制的吸嘴，不同形状、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，异形
9、元件（例如没有吸取平面的连接器等）用机械爪结构拾放。当换向阀门打开时，吸嘴的负压把SMT元器件从供料系统中吸上来；当换向阀门关闭时，吸盘把元器件释放到电路基板上。贴装头通过上述两种模式的组合，完成拾取贴放元器件的动作。,（3）供料系统 供料器按照驱动方式的不同可以分为电驱动、空气压力驱动和机械打击式驱动。根据SMCSMD包装的不同，供料器通常有带状供料器、管状供料器、盘状供料器和散装供料器等几种。 供料系统的工作状态根据元器件的包装形式和贴片机的类型而确定。贴装前，将各种类型的供料装置分别安装到相应的供料器支架上。随着贴装进程，装载着多种不同元器件的散装料仓水平旋转，把即将贴装的那种元器件转到
10、料仓门的下方，便于贴装头拾取；编带包装元器件的带盘随编带架垂直旋转；管状送料器定位料斗在水平面上二维移动，为贴装头提供新的待取元件。,（4）定位系统 1）X，Y定位系统。X，Y定位系统包括X，Y传动机构和X，Y伺服系统。它的功能有两种：一种是支撑贴装头，即贴装头安装在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；另一种是支撑PCB承载平台，并实现PCB在X/Y方向上移动。 X，Y定位系统是由X，Y伺服系统来保证的，伺服系统由计算机控制系统、位移传感器和交流伺服电动机组成。在位移传感器及控制系统指挥下，由交流伺服电动机驱动X，Y传动机构，实现精确定位。其中，位移传感器的精度起着
11、关键的作用。目前贴片机上使用的位移传感器有圆光栅编码器，磁栅尺和光栅尺3种。,2）Z 轴定位系统。在通用型贴片机中，支撑贴片头的基座固定在X导轨上，基座本身不做 “Z”方向的运动。Z轴控制系统，特指贴片头的吸嘴在运动过程中的定位，其目的是适应不同厚度PCB与不同高度元器件贴片的需要。 3）Z 轴的旋转定位。早期贴片机的Z轴吸嘴的旋转控制是采用气缸和挡块来实现的，只能做到0和90控制，现在的贴片机已直接将微型脉冲马达安装在贴片头内部，以实现方向高精度的控制。松下MSR 型贴片机微型脉冲马达的分辨率为0.072脉冲，它通过高精度的谐波驱动器（减速比为30：1），直接驱动吸嘴装置。,（5）计算机控制
12、系统 计算机控制系统是指挥贴片机进行准确有序操作的核心，目前大多数贴片机的计算机控制系统采用Windows界面。可以通过高级语言软件或硬件开关，在线或离线编制计算机程序并自动进行优化，控制贴片机的自动工作步骤。每个片状元器件的精确位置，都要编程输入计算机。具有视觉检测系统的贴片机，也是通过计算机实现对电路板上贴片位置的图形识别。,对贴片质量的要求 1.贴片工序对贴装元器件的要求 （1）元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标记，都应该符合产品装配图和明细表的要求。 （2）被贴装元器件的焊端或引脚至少要有厚度的1/2浸入焊锡膏。一般元器件贴片时，焊锡膏挤出量应小于0.2 mm；窄间距元器件的焊锡
13、膏挤出量应小于0.1 mm。 （3）元器件的焊端或引脚都应该尽量和焊盘图形对齐、居中。再流焊时，熔融的焊料使元器件具有自定位效应，允许元器件的贴装位置有一定的偏差。,2.元器件贴装偏差 （1）矩形元器件允许的贴装偏差范围。如图6-12所示，图a的元器件贴装优良，元器件的焊端居中位于焊盘上。图b表示元件在贴装时发生横向移位（规定元器件的长度方向为“纵向”），合格的标准是：焊端宽度的34以上在焊盘上，即D1焊端宽度的75%，否则为不合格。图c表示元器件在贴装时发生纵向移位，合格的标准是：焊端与焊盘必须交叠，即D20，否则为不合格。图d表示元器件在贴装时发生旋转偏移，合格的标准是：D3焊端宽度的75
14、%，否则为不合格。图e表示元器件在贴装时与焊焊锡膏图形的关系，合格的标准是：元件焊端必须接触焊锡膏图形，否则为不合格。,矩形元器件贴装偏差,（2）小外形晶体管（SOT）允许的贴装偏差范围。允许有旋转偏差，但引脚必须全部在焊盘上。 （3）小外形集成电路（SOIC）允许的贴装偏差范围。允许有平移或旋转偏差，但必须保证引脚宽度的3/4在焊盘上。 （4）四边扁平封装器件和超小型器件（QFP，包括PLCC器件）允许的贴装偏差范围要保证引脚宽度的3/4在焊盘上，允许有旋转偏差，但必须保证引脚长度的3/4在焊盘上。 （5）BGA器件允许的贴装偏差范围。焊球中心与焊盘中心的最大偏移量小于焊球半径。,SOIC集
15、成电路贴装偏差 BGA集成电路贴装偏差,6.2.2 贴片过程质量控制,1.基板的平整支撑 基板进入贴片机后，传输导轨将基板两边夹住，同时支撑平台上升将基板支撑住并继续上升到贴片高度。所以在支撑平台上需要安排支撑装置，保证基板在贴片过程中平整稳定。这种装置可以采用真空将基板吸住，也可采用具有吸能作用的特殊橡胶顶针，以消除在贴片过程中的震动并保证基板平整，如图6-15所示的支撑装置。这类装置能根据不同的应用来设计相应的支撑结构，确保有效的平整支撑，并使平台在上升和下降过程中稳定顺畅且可控。,2. 真空关闭转为吹气的控制 吸嘴拾起元器件并将其贴放到PCB上，一般有两种方式：一是根据元器件的高度，即事
16、先输入元器件的厚度，当吸嘴下降到此高度时，真空释放并将元器件贴放到焊盘上，采用这种方法有时会因元器件厚度的误差，出现贴放过早或过迟现象，严重时会引起元器件移位或飞片的缺陷；另一种方法是吸嘴根据元器件与PCB接触瞬间产生的反作用力，在压力传感器的作用下实现贴放的软着陆，又称为Z 轴的软着陆。,3.元器件贴片压力控制 贴片压力是另一需要控制的关键因素。贴片压力过大，会导致元件损坏，焊锡膏塌陷，元件下出现锡珠，同时过大的压力会导致在下压过程中元件上出现一个水平力，而使元件产生滑动偏移。如果压力过小，元器件焊端或引脚就会浮放在焊锡膏表面，焊锡膏就不能粘住元器件，在电路板传送和焊接过程中，未粘住的元器件可能移动位置或掉落。,焊锡膏塌陷造成焊接缺陷,4视觉对中系统 机器视觉系统是影响元件组装精度的主要因素。机器视觉系统在工作过程中首先是对PCB的位置进行确认，当PCB输送至贴片位置上时，安装在贴片机头部的CCD，首先通过对PCB上定位标志的识别，实现对PCB位置的确认；CCD对定位标志确认
