為了滿足大批量生產(chǎn)需要，特別是隨著SMC/SMD的精細(xì)化，人們?cè)絹碓街匾暡捎觅N片機(jī)實(shí)現(xiàn)高速高精度的貼裝元件。近30年來，貼片機(jī)已由早期的低速度（1～1.5秒/片）和低精度（機(jī)械對(duì)中）發(fā)展到高速（0.06秒/片）和高精度（光學(xué)對(duì)中）。高精度全自動(dòng)貼片機(jī)是由計(jì)算機(jī)、光學(xué)、精密機(jī)械、滾珠絲桿、直線導(dǎo)軌、線性馬達(dá)、諧波驅(qū)動(dòng)器以及真空系統(tǒng)和各種傳感器構(gòu)成的光機(jī)電一體化高科技裝備。  隨著表面貼裝技術(shù)（SMT）的迅速發(fā)展，貼片機(jī)在我國電子組裝行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，它是SMT產(chǎn)品組裝生產(chǎn)線中的核心設(shè)備，也是SMT關(guān)鍵設(shè)備，是決定SMT產(chǎn)品組裝的自動(dòng)化程度、組裝精度和生產(chǎn)效率的決定因素。

一、貼片機(jī)類型

    貼片機(jī)按功能分為以貼片元件為主體的高速/超高速貼片機(jī)和以大型元件和異型元件為主的多功能機(jī)，按貼裝方式分為順序式、同時(shí)式（僅適用于圓柱元件）和同時(shí)在線式：按結(jié)構(gòu)大致可分為動(dòng)臂式、轉(zhuǎn)塔式、復(fù)合式和大型平行系統(tǒng)。不同類型的貼片機(jī)各有優(yōu)劣，通常取決于應(yīng)用或工藝對(duì)系統(tǒng)的要求，在其速度和精度之間也存在一定的平衡。

1. 動(dòng)臂式

    動(dòng)臂式貼片機(jī)具有好的靈活性、高精度和低速特性，適用于大部分元件，尤其是QFP、BGA等，支持多種不同類型的供料器，如帶式、盤式、散裝式和管式等。大多數(shù)廠商均推出這一些列高精度的中速貼片機(jī)，品牌主要有安必昂ACM系列，日立TIM-X系列，富士QP-341E和XP系列，松下BM221系列，環(huán)球GSM系列，三星CP60系列，雅馬哈YV系列，Juki公司KE系列，Mirae公司MPS系列。

    動(dòng)臂式貼片機(jī)分為單臂式和多臂式，單臂式是最早先發(fā)展起來的現(xiàn)在仍然使用的多功能貼片機(jī)。在單臂式基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多臂式貼片機(jī)可將工作效率成倍提高，如雅馬哈YV112、環(huán)球GSM2和三星SM310貼片機(jī)，含有兩個(gè)動(dòng)臂貼裝頭，可同時(shí)對(duì)兩塊電路板進(jìn)行安裝。

2. 轉(zhuǎn)塔式

    轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)由于拾取元件和貼片動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，使得貼片速度大幅度提高，這種結(jié)構(gòu)的高速貼片機(jī)在我國的應(yīng)用最為普遍，不但速度較高，而且性能非常穩(wěn)定，但是這種機(jī)器由于機(jī)械結(jié)構(gòu)所限，其貼裝速度已達(dá)到一個(gè)極限值，不可能再大幅度提高，而且占用空間太大，噪音大。轉(zhuǎn)塔式只能貼裝帶式包裝或散料包裝的元件，而管料和盤料就無法進(jìn)行貼裝，多應(yīng)用于阻容元件多，裝配密度大場(chǎng)合，像計(jì)算機(jī)板卡、移動(dòng)電話、家電等產(chǎn)品。主要生產(chǎn)商松下、日立和富士，如松下MSH3貼裝速度為0.075秒/片，富士CP842E貼裝速度為0.068s/片。

3. 復(fù)合式

    復(fù)合式貼片機(jī)是從動(dòng)臂式發(fā)展而來，它集合了轉(zhuǎn)塔式和動(dòng)臂式特點(diǎn)，在動(dòng)臂上安裝有轉(zhuǎn)盤，并可通過增加動(dòng)臂數(shù)量來提高速度，具有較大靈活性，因此它的發(fā)展前景被看好。如環(huán)球公司Genesis，有兩個(gè)帶有30個(gè)吸嘴的旋轉(zhuǎn)頭，貼片速度每小時(shí)達(dá)6萬片：西門子HS50和HS60，有4個(gè)旋轉(zhuǎn)頭，貼裝速度每小時(shí)可達(dá)5萬片。

4. 大型平行系統(tǒng)

    大型平行系統(tǒng)由一系列的小型單獨(dú)的貼裝單元組成，每個(gè)單元自成體系，各自有絲杠定位系統(tǒng)機(jī)械手，機(jī)械手帶有攝像機(jī)和貼裝頭。各貼裝頭同時(shí)從幾個(gè)帶式供料器拾取元件，為多塊電路板的多塊分區(qū)進(jìn)行安裝。對(duì)單個(gè)頭來說，貼裝速度不高（0.6s/片），貼裝頭運(yùn)動(dòng)慣性小，貼裝精度能得以保證。但由于多個(gè)貼裝頭同時(shí)工作，大大提高效率。主要生產(chǎn)商有安必昂FCM，可安裝16個(gè)貼裝頭，實(shí)現(xiàn)了0.0375秒/片的貼裝速度，但就每個(gè)貼裝頭而言，貼裝速度在0.6秒/片左右：富士QP-132型超高速機(jī)，整機(jī)速度高達(dá)13.3萬片/h。

    貼片機(jī)按速度可分為超高速貼片機(jī)、高速貼片機(jī)和中速貼片機(jī)。超高速貼片機(jī)速度大于4萬片/h，比如安必昂FCM和FUJI-QP-132貼片機(jī)，它們均由16個(gè)貼片單元組合而成，貼片速度分別為9.6萬片/h和12.7萬片/h。高速貼片機(jī)速度為9000~40000片/h，主要廠商有松下、西門子、富士、環(huán)球、安必昂、日立和三洋，其中松下、西門子和富士貼片機(jī)的市場(chǎng)占有量最高，號(hào)稱“三駕馬車”。中速貼片機(jī)速度為3000~9000片/h，廠商有Juki、雅馬哈、三星、Mirae和Mydata。

    值得注意的是，復(fù)合式和轉(zhuǎn)塔式速度一般為2萬~5萬個(gè)/h，大型平行系統(tǒng)一般為5萬~10萬片/h，它們屬于高速貼裝系統(tǒng)，常用于小型片狀元件貼裝。動(dòng)臂式速度一般為5千~2萬個(gè)/h，適合QFP、BGA等元件貼裝。

二、貼片機(jī)構(gòu)成

    目前貼片機(jī)種類很多，但無論是全自動(dòng)高速貼片機(jī)還是手動(dòng)低速貼片機(jī)，它的總體結(jié)構(gòu)均有類似之處。全自動(dòng)貼片機(jī)是由計(jì)算機(jī)控制，集光機(jī)電氣一體的高精度自動(dòng)化設(shè)備，主要由機(jī)架、PCB傳送及承載機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（X/Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，Z/軸運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)）、定位及對(duì)中系統(tǒng)、貼裝頭、供料器、光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)、傳感器和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，其通過吸取一位移一定位一放置等功能，實(shí)現(xiàn)了將SMD元件快速而準(zhǔn)確地貼裝。

1. 機(jī)架

    機(jī)架是機(jī)器的基礎(chǔ)，所有的傳動(dòng)、定位機(jī)構(gòu)均和供料器均牢固固定在它上面，因此必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛性。目前貼片機(jī)有各種形式的機(jī)架，主要包括整體鑄造式和鋼板燒焊式。第一種整體性強(qiáng)，剛性好，變形微小，工作時(shí)穩(wěn)定，一般應(yīng)用于高檔機(jī)：第二種具有加工簡(jiǎn)單，成本較低的特點(diǎn)。機(jī)器具體采用哪種結(jié)構(gòu)的機(jī)架取決于機(jī)器的整體設(shè)計(jì)和承重，運(yùn)行過程中應(yīng)平穩(wěn)、輕松、無震動(dòng)感。

2. PCB傳送及承載機(jī)構(gòu)

    傳送機(jī)構(gòu)是安放在導(dǎo)軌上的超薄型皮帶傳送系統(tǒng)，通常皮帶安裝在軌道邊緣，其作用是將PCB送到預(yù)定位置，貼片后再將其送至下一道工序。傳送機(jī)構(gòu)主要分為整體式和分段式兩種，整體式方式下PCB的進(jìn)入、貼片和送出始終在同一導(dǎo)軌上，采用限位塊限位、定位銷上行定位、壓緊機(jī)構(gòu)將PCB壓緊、支撐臺(tái)板上支撐桿上移支撐來完成PCB的定位固定。定位銷定位精度較低，需要高精度時(shí)也可采用光學(xué)系統(tǒng)，只是定位時(shí)間較長。分段式一般分為三段，前一段負(fù)責(zé)從上道工藝接收PCB，中間一端負(fù)責(zé)PCB定位壓緊，后一段負(fù)責(zé)將PCB送至下一道工序，其優(yōu)點(diǎn)是減少PCB傳送時(shí)間。

3. 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

    驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是貼片機(jī)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，也是評(píng)估貼片機(jī)精度的主要指標(biāo)，它包括XYZ傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和伺服系統(tǒng)，功能包括支撐貼裝頭運(yùn)動(dòng)和支撐PCB承載平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，第一主要應(yīng)用于多功能貼片機(jī)，第二種主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)。還有一種貼片機(jī)為貼裝頭安裝在X導(dǎo)軌上，PCB承載臺(tái)安裝在Y導(dǎo)軌上，兩者配合完成貼片過程，特點(diǎn)是XY導(dǎo)軌均與機(jī)座周定，屬于靜導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。

    當(dāng)所有運(yùn)動(dòng)都集中在貼裝頭上時(shí)，一般可以獲得最高的貼裝精度，因?yàn)檫@種情況下只有兩個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)影響X-Y定位誤差。當(dāng)PCB承載臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于大型元件的慣性會(huì)使已貼裝元件移位，導(dǎo)致故障。面當(dāng)貼裝頭和PCB都運(yùn)動(dòng)時(shí)，貼裝頭和PCB承載臺(tái)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差相重疊，導(dǎo)致總誤差增加，貼裝精度下降。

3.1 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

    XY傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有兩大類，一類是滾珠絲杠/直線導(dǎo)軌，另一類是同步帶/直線導(dǎo)軌。滾珠絲杠/直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)較為為典型，貼片頭固定在滾珠螺母基座和對(duì)應(yīng)的直線導(dǎo)軌上方基座上，馬達(dá)工作時(shí)帶動(dòng)螺母做X方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，有導(dǎo)向直線導(dǎo)軌支撐保證運(yùn)動(dòng)平行。X軸在兩平行滾珠絲杠/直線導(dǎo)軌上做Y方向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)XY方向正交平行移動(dòng)。

    由于運(yùn)動(dòng)馬達(dá)和和滾珠絲杠之間摩擦產(chǎn)生熱量，很容易影響貼裝精度。新型傳動(dòng)系統(tǒng)在導(dǎo)軌內(nèi)部設(shè)有液氮冷卻系統(tǒng)，保證熱膨脹帶來的誤差。新型高速貼片機(jī)中采用無摩擦線性馬達(dá)和空氣軸承導(dǎo)軌傳動(dòng)，運(yùn)送速度更快。

    同步帶/直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)鐘，同步帶由傳動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)小齒輪，使同步帶在一定范圍內(nèi)做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于同步帶載荷能力相對(duì)較小，僅適用于支持貼片頭運(yùn)動(dòng)，典型產(chǎn)品是德國西門子貼片機(jī)，如HS-50型貼片機(jī)，該系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)噪音低，工作環(huán)境好。

3.2 伺服系統(tǒng)（定位系統(tǒng)）

    隨著SMC/SMD尺寸的減少及精度的不斷提高，對(duì)貼片機(jī)貼裝精度要求越來越高，即對(duì)XY定位系統(tǒng)的要求越來越高，而這是由XY伺服系統(tǒng)來保證，即上述滾珠絲杠/直線導(dǎo)軌及同步帶/直線導(dǎo)軌由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并在位移傳感器及控制系統(tǒng)指揮下實(shí)現(xiàn)精確定位，因此位移傳感器的精度起著關(guān)鍵作用。目前傳感器有旋轉(zhuǎn)編碼器、磁柵尺和光柵尺。

    編碼器是一種通過直接編碼將被測(cè)線形位移量的編碼器轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制表達(dá)方式的數(shù)字測(cè)量裝置。編碼器有接觸式、電磁式和光電式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)，測(cè)量精度取決于編碼器中光柵盤上的光柵數(shù)及滾珠絲杠導(dǎo)軌的精度，一般位為1~5%，主要應(yīng)用于多功能型貼片機(jī)中。

    磁柵尺是一種利用電磁特性和錄磁原理對(duì)位移進(jìn)行測(cè)量的裝置，由電磁性標(biāo)尺、拾磁頭及檢測(cè)電路組成。磁柵尺優(yōu)點(diǎn)為復(fù)制簡(jiǎn)單，安裝調(diào)整方便，高穩(wěn)定性，量程范圍大，測(cè)量精度1~5um。一般高精度自動(dòng)貼片機(jī)采用此裝置，貼裝精度一般在20mm。

    光柵尺是一種新型數(shù)字式位移檢測(cè)裝置，由光標(biāo)尺，光讀數(shù)頭，檢測(cè)電路組成。光尺是在透明玻璃或金屬鏡面上真空沉積鍍膜，利用光刻技術(shù)制作密集條紋（每毫米100~300條紋），條紋平行且距離相等。光柵讀數(shù)頭由指使光柵、光源、透鏡及光敏元件組成。指示光柵有相同密度條紋，光柵尺是根據(jù)物理學(xué)的莫爾條紋形成原理進(jìn)行位移測(cè)量，測(cè)量精度高達(dá)0.1~lum。西門子貼片機(jī)最早采用光柵尺/AC伺服電機(jī)系統(tǒng)，但對(duì)環(huán)境要求比較高，特別是防塵，否則很容易出現(xiàn)故障。

3.3 Y軸方向運(yùn)行的同步性

    由于支撐貼裝頭的X軸是安裝在兩根Y軸導(dǎo)軌上，為了保證運(yùn)行的同步性，早期貼片機(jī)采用齒輪、齒條和過橋裝置將兩Y導(dǎo)軌相連接。但這種做法機(jī)械噪音大，運(yùn)行速度受到限制，貼片頭的停止與啟動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致震動(dòng)會(huì)影響貼裝精度。目前設(shè)計(jì)的新型貼片機(jī)采用XY完全同步控制回路的雙AC伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將內(nèi)部震動(dòng)降至最低，速度快，噪音小，貼片頭運(yùn)行流暢輕松。

3.4 XY運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的速度控制

    在高速機(jī)中，XY運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行速度高達(dá)150mm/s，瞬時(shí)啟動(dòng)與停止都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊，最新運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用模糊控制技術(shù)，運(yùn)動(dòng)分為三段控制“慢一快一慢”，呈“S”型變化，從而使運(yùn)動(dòng)變得更“柔和”，也有利于貼裝精度的提高，噪音也小。

3.5 Z軸/吸嘴伺服系統(tǒng)（定位系統(tǒng)）

    Z軸控制系統(tǒng)特指貼片頭的吸嘴運(yùn)動(dòng)過程中定位，其目的是適合不同厚度PCB與不同高度元件的貼片需要。Z軸控制系統(tǒng)主要有旋轉(zhuǎn)編碼器（AC/DC馬達(dá)伺服系統(tǒng)）和圓筒凸輪控制系統(tǒng)。值得注意的是，凸輪控制系統(tǒng)中依靠特殊設(shè)計(jì)的凸輪曲線實(shí)現(xiàn)吸嘴上下運(yùn)動(dòng)，貼片時(shí)PCB裝載臺(tái)高度調(diào)節(jié)完成貼片過程。

    貼裝頭拾放動(dòng)作中，吸嘴做Z向移動(dòng)時(shí)，既要速度快，又要平穩(wěn)。早期吸嘴Z向移動(dòng)是選用微型氣缸完成，氣缸易磨損、壽命短、噪音大。目前不少新機(jī)型都選用了新穎的機(jī)電一體化傳動(dòng)桿，使Z向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都可以控制，大大提高Z方向運(yùn)動(dòng)綜合性能。貼裝頭的微型氣動(dòng)電磁閥是一個(gè)重要組件，它管理著移動(dòng)和拾放等功能。隨著貼片機(jī)的發(fā)展，集成電磁閥組亦有了相當(dāng)大的發(fā)展，有些單個(gè)電磁閥厚度僅為10~18毫米，而且電磁閥驅(qū)動(dòng)功率小，一般電路的驅(qū)動(dòng)電平都可直接驅(qū)動(dòng)。

3.6 Z軸/吸嘴旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)（定位系統(tǒng)）

    吸嘴吸取元件移動(dòng)定位時(shí)，大部分元件都需作一定量的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一是修正板上元件的安裝軸線和元件在移動(dòng)過程中軸線的角度，二是解決供料器上元件與PCB板元件焊盤軸線的角度差。早期貼片機(jī)Z軸旋轉(zhuǎn)控制是采用氣缸和擋塊來實(shí)現(xiàn)，或采用開環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制通過小型同步皮帶進(jìn)行回轉(zhuǎn)操作?，F(xiàn)在貼片機(jī)已直接將微型脈沖馬達(dá)安裝在貼裝頭內(nèi)部，通過高精度的諧波驅(qū)動(dòng)器（減速比30:1）直接驅(qū)動(dòng)吸嘴裝置，以實(shí)現(xiàn)0方向高精度控制。

3.7 精度影響因素

    一般貼裝精度為引線間距的1/10，即貼裝0.65mm引線間距元件的系統(tǒng)應(yīng)具有土0.065mm的定位精度。要精確貼裝元件，一般要考慮幾個(gè)因素：PCB定位誤差，元件定心誤差和機(jī)器本身運(yùn)動(dòng)誤差（XY0）等。

    驅(qū)動(dòng)XY二維運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的參數(shù)是貼片機(jī)精度的關(guān)鍵，X-Y二維運(yùn)動(dòng)都是在X/Y軸的導(dǎo)軌上進(jìn)行。驅(qū)動(dòng)有伺服電機(jī)和有步進(jìn)電機(jī)等，副傳動(dòng)有同步帶或滾珠絲桿，它們都有很好的動(dòng)態(tài)特性和位置精度，承載運(yùn)動(dòng)件導(dǎo)軌是運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向精度的關(guān)鍵零件。目前使用最廣的是精刻滾珠直線導(dǎo)軌，此導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小、精度高、壽命長，安裝維護(hù)方便，便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。常用直線導(dǎo)軌的斷面形狀也有多種，在結(jié)構(gòu)形式上也有大跨距雙絲桿橫梁結(jié)構(gòu)、單懸肩雙導(dǎo)軌式等。有些高速機(jī)采用無摩擦線形馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和空氣軸承導(dǎo)軌傳動(dòng)。導(dǎo)軌安裝時(shí)要保證兩導(dǎo)軌在空間平行，并保持水平工作面，導(dǎo)軌應(yīng)直線性好，并不應(yīng)有扭彎等幾何變形，滾珠絲桿與伺服電機(jī)聯(lián)結(jié)處，有一高精度高性能的彈性聯(lián)軸器有效地消除安裝過程中產(chǎn)生的不同軸不同心等現(xiàn)象。根據(jù)貼裝精度要求不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可采用開環(huán)或閉環(huán)兩種不同的控制方式。根據(jù)要求和精度進(jìn)行配置設(shè)計(jì)之后就需要有一組的合理結(jié)構(gòu)裝置和相應(yīng)的傳動(dòng)元件。

4. 貼裝頭

    貼裝頭是貼片機(jī)關(guān)鍵部件，安裝在PCB上方，可配置一個(gè)或多個(gè)機(jī)械夾具或真空吸嘴，通過安裝多種形式的傳感器使各機(jī)構(gòu)能夠協(xié)同工作。貼裝頭拾取元件后能在校正系統(tǒng)的控制下自動(dòng)校正位置，并將元件準(zhǔn)確的貼裝到指定位置，和供料器一起決定著貼裝能力。貼裝頭是貼片機(jī)發(fā)展進(jìn)步的標(biāo)志，已由早期的單頭機(jī)械對(duì)中發(fā)展到多頭的光學(xué)對(duì)中。

    貼裝頭拾取元件一般是采用真空負(fù)壓吸嘴來吸住元件，依據(jù)達(dá)到一定真空度來判斷拾起元件是否正常，當(dāng)元件側(cè)立或“卡帶”未能被吸起時(shí)將發(fā)出報(bào)警。貼裝頭貼裝元件有兩種方式，一種是根據(jù)元件高度實(shí)現(xiàn)輸入厚度值，當(dāng)貼裝頭下降到此位置后釋放元件，這種有時(shí)會(huì)因?yàn)樵穸绕畛霈F(xiàn)貼裝過早或過遲現(xiàn)象，從而引起移位或“飛片”缺陷：另一種是根據(jù)元件與PCB接觸的瞬間產(chǎn)生的反作用力來實(shí)現(xiàn)貼裝的軟著落，貼片輕松不易出現(xiàn)移位與飛片缺陷。

    貼片機(jī)配有自動(dòng)更換吸嘴裝置以適應(yīng)不同元件的貼裝，吸嘴與吸管之間有一彈性補(bǔ)償?shù)木彌_機(jī)構(gòu)，保證在拾取過程對(duì)元件的保護(hù)，提高元件的貼裝率。隨著元件的微型化，吸嘴材料和機(jī)構(gòu)也得到重視。由于高速下元件磨損，吸嘴材料由早期的合金材料改為碳纖維耐磨塑料，更線徑的則采用陶瓷材料及金剛石，使吸嘴更耐用。吸嘴孔的大小由元件的外形決定，每一臺(tái)貼片機(jī)都有一套實(shí)用性很強(qiáng)的吸嘴。為了保證小元件吸起的可靠性，吸嘴開孔為雙孔以保證吸取平衡。此外考慮與周圍元件的間隙在減小，吸嘴制作為錐形而不影響周邊元件。

    貼裝頭是一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的組件，要提高精度就必須減小它的重量和體積。設(shè)計(jì)貼裝頭之前要多研究分析各種貼裝的特點(diǎn)，還要充分由集機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的各種元件性能、結(jié)構(gòu)、材料等，如傳感器，微電機(jī)，激光器，真空發(fā)生器，視覺識(shí)別系統(tǒng)，微型電磁閥，微型珠滾絲桿等。

5. 光學(xué)定位對(duì)中系統(tǒng)

    貼片機(jī)對(duì)中是指貼片機(jī)在吸取元件時(shí)要保證吸嘴吸在元件中心，使元件的中心與貼裝頭主軸中心線保持一致。早期貼片機(jī)的元件對(duì)中是機(jī)械方法來實(shí)現(xiàn)（定心臺(tái)、定心爪），速度收到限制，同時(shí)也容易收到損壞，目前對(duì)中方式主要為光學(xué)定位對(duì)中。

5.1光學(xué)系統(tǒng)原理

    貼片機(jī)光學(xué)系統(tǒng)主要采用攝像機(jī)作為計(jì)算機(jī)感覺圖像的傳感部件。攝像機(jī)感覺到在給定視野內(nèi)的物的光強(qiáng)分布，然后將其轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)化器被數(shù)字化成離散數(shù)值，這些數(shù)值表示視野內(nèi)給定點(diǎn)的平均強(qiáng)度，這樣得到的數(shù)字影像被規(guī)則的空間網(wǎng)格覆蓋，每個(gè)網(wǎng)格叫一個(gè)像元，一個(gè)圖像占據(jù)一定的像元數(shù)，如圖2-1所示。計(jì)算機(jī)對(duì)上述像元陣列進(jìn)行處理，所得圖像特征與事先輸入計(jì)算機(jī)的參考圖像進(jìn)行比較判斷，并根據(jù)其結(jié)果向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令。

5.2 光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成

    貼片機(jī)光學(xué)系統(tǒng)由視覺硬件和軟件組成。硬件基本組成包括光源、鏡頭、攝像機(jī)、圖像處理單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換及監(jiān)視器。光源一般采用LED光源，光照穩(wěn)定、壽命長、體積小、形狀可塑性好。鏡頭一般使用長角鏡頭和變角鏡頭，選擇鏡頭時(shí)要考慮分辨率、相對(duì)孔徑（與物體亮度有關(guān)）、焦距等相關(guān)參數(shù)。攝像機(jī)有標(biāo)準(zhǔn)光導(dǎo)攝像機(jī)、固態(tài)電視攝像機(jī)。用于貼片機(jī)的一般采用固態(tài)電視攝像機(jī)，其主要部分是一塊集成電路，集成電路芯片上有許多細(xì)小精密光敏元件組成的CCD陣列。攝像機(jī)獲取大量信息由微處理機(jī)處理，其結(jié)果由監(jiān)視器顯示。攝像機(jī)與微處理機(jī)，微處理機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)及監(jiān)視器之間有通訊電纜連接，一般采用RS232串行通訊接口。

5.3 光學(xué)系統(tǒng)分辨率及精度

    （1）光學(xué)系統(tǒng)分辨率

    光學(xué)系統(tǒng)中采用兩種分辨率：灰度分辨率和空間分辨率?；叶戎捣ㄊ怯脠D像多級(jí)亮度來表示分辨率的大小。機(jī)器能分瓣給定點(diǎn)的測(cè)量光強(qiáng)度，需要處理的光強(qiáng)越小，灰度分辨率就越高。但是光學(xué)系統(tǒng)的分辨率能力有限，灰度值超過256的系統(tǒng)就失去意義（人眼處理灰度值僅為50~60）?；叶戎翟酱螅瑪?shù)字化圖像與人觀察的視圖越接近。目前不少光學(xué)系統(tǒng)采用256級(jí)灰度值，具有很強(qiáng)的區(qū)別目標(biāo)特征的能力，但是處理的信息量大，時(shí)間長?？臻g分辨率規(guī)定覆蓋原始影像的柵網(wǎng)大小，柵網(wǎng)越細(xì)，即網(wǎng)點(diǎn)和像元數(shù)越高，尺寸測(cè)量就越精確。具有512×512網(wǎng)格的系統(tǒng)比具有128X128網(wǎng)格系統(tǒng)測(cè)量精度高。

    通常在分辨率高的場(chǎng)合下CCD能見的視野小，大視野條件下分辨率低，故在高速高精度貼片機(jī)中裝有兩種不同視野的CCD，在處理高分辨率的情況下采用小視野CCD，在處理大元件時(shí)則使用大視野CCD。在一個(gè)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)中，灰度值分辨率和空間分辨率要相匹配，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的分辨率是視野尺寸和改系統(tǒng)不同單元分辨率的函數(shù)。

    每個(gè)光敏探測(cè)元件輸出的電信號(hào)與被觀察目標(biāo)上相應(yīng)位置反射光強(qiáng)度成正比，這一電信號(hào)即作為這一像元的灰度值被記錄下來，像元坐標(biāo)決定了該點(diǎn)在圖像中的位置。

    （2）光學(xué)系統(tǒng)精度

    影響光學(xué)系統(tǒng)精度的主要因素是攝像機(jī)的像元數(shù)和光學(xué)放大倍數(shù)：攝像機(jī)的像元數(shù)越多，精度就越高：圖像的放大倍數(shù)越高，精度就越高。因?yàn)閳D像的光學(xué)放大倍數(shù)越大，對(duì)于給定面積的像元數(shù)就越多，所以精度越高。不過放大倍數(shù)過大，尋找元件更加困難，容易丟件，降低了貼裝率。所以要根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的光學(xué)放大倍數(shù)。

5.4 攝像機(jī)安裝位置

    視像系統(tǒng)一般分為激光對(duì)齊、俯視、仰視和頭部攝像機(jī)，具體視位置和攝像機(jī)的類型而定。激光對(duì)齊是指從光源產(chǎn)生一適中的光束，照射在元件上來測(cè)量元件投射的影響。如圖2-2所示，這種方法可以測(cè)量元件的尺寸、形狀以及與吸嘴中心軸的偏差。這種方法快速，因?yàn)椴灰髲臄z像機(jī)上方走過。但對(duì)于有引腳的元件，如SOIC、QFP和BGA等，則需要第三維的攝像機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，這樣每個(gè)元件的對(duì)中又要增加數(shù)秒的時(shí)間，影響整機(jī)性能。90年代激光對(duì)位技術(shù)推出時(shí)只能處理7mmX7mm的元件，目前安必昂公司推出的第二代激光對(duì)位系統(tǒng)處理元件尺寸增至18mm×18mm，激光技術(shù)可識(shí)別更多的形狀，精度也有顯著提高。

    俯視攝像機(jī)在電路板上搜尋目標(biāo)（稱作基準(zhǔn)點(diǎn)），以便在組裝前將電路板置于正確位置。仰視攝像機(jī)用于在固定位置檢測(cè)元件，一般采用CCD技術(shù)，在安裝之前，元件必須移過攝像機(jī)上方，以便做視像處理。粗看起來，好像有些耗時(shí)。但是由于貼裝頭必須移至供料器收集元件，如果攝像機(jī)安裝在拾取位置（從送料處）和安裝位置（板上）之間，視像的獲取和處理便可在貼裝頭移動(dòng)的過程中同時(shí)進(jìn)行，從而縮短貼裝時(shí)間。

    頭部攝像機(jī)直接安裝在貼裝頭上，一般采用line-sensor技術(shù)，在拾取元件移到指定位置的過成對(duì)元件的檢潤飛行對(duì)中技術(shù)”，它可以大幅度提高貼裝效率。如圖2-3所示，系統(tǒng)由兩個(gè)模塊組成：一個(gè)模塊是由光源與鏡頭組成的光源模塊，光源采用LED發(fā)光二極管與散射透鏡，光源透鏡組成光源模塊，另一個(gè)模塊為接收模塊，LineCCD及一組光學(xué)鏡頭組成接受模塊，此兩個(gè)模塊分別裝在貼裝頭主軸的兩邊，與主軸及其他組件組成貼裝頭。貼片機(jī)有幾個(gè)貼裝頭，就會(huì)有相應(yīng)的幾套系統(tǒng)。

    三種元件對(duì)中方式（激光、CCD、Line-sensor）中，以CCD技術(shù)為最佳，目前的CCD硬件性能都具備相當(dāng)?shù)乃?。在CCD硬件開發(fā)方面前些時(shí)候開發(fā)了“背光”及“前光”技術(shù)（如圖2-4），以及可編程的照明控制，以更好應(yīng)付各種不同元件貼裝需要。例如引腳QFP元件從后面照明，而BGA元件最好是從前光照明，將完整的錫球分布在包裝底面上顯示出來，有些微型BGA在元件底面有可見的走線，可能混淆光學(xué)系統(tǒng)，這些元件要求側(cè)面照明系統(tǒng)，它將從側(cè)目照明錫球，而不是底面的走線，因此光學(xué)系統(tǒng)可檢查錫球分布，正確地認(rèn)識(shí)元件。

5.5 照明技術(shù)

    元件材料多種多樣，表面特征也各有不同，需要采用有效的元件圖像識(shí)別系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能取決于照明技術(shù)所采用的算法。

    （1）外形對(duì)中的照相技術(shù)

    這種方式對(duì)于元件進(jìn)行光學(xué)對(duì)中時(shí)采用平行光，對(duì)元件的邊緣進(jìn)行確認(rèn)，找到元件的中心，算出貼片時(shí)需要調(diào)整的誤差。盡管這個(gè)原理對(duì)于測(cè)量元件較困難的光學(xué)特性來說是完全可行的，但對(duì)于面陣列元件成像問題有點(diǎn)無能為力。一般對(duì)于間距達(dá)到一定范圍的面陣列封裝元件也可以采外形對(duì)中法，比如對(duì)于間距大于0.5mm的FC元件和間距大于0.75mm的BGA/CSP。由于FC的芯片切割誤差（平均為25um）和BGA/CSP的基板外形誤差可能會(huì)對(duì)貼裝質(zhì)量造成負(fù)面影響。

    利用外形對(duì)中還可以采用激光側(cè)面照明法，它的原理是從側(cè)面發(fā)一小段激光束并轉(zhuǎn)動(dòng)元件（激光對(duì)中）。激光對(duì)中裝置集成到貼裝頭上時(shí)，就能在運(yùn)動(dòng)的過程中進(jìn)行光學(xué)對(duì)中，而不會(huì)增加時(shí)間。與固定安裝的仰視攝像機(jī)相比，這種方法只對(duì)邊長大于30mm的元件進(jìn)行測(cè)量。

    （2）球柵對(duì)中的照明技術(shù)

    BGA/CSP/FC因?yàn)槭乔蛐鸵_，在照相處理上不同于其它元件，它要對(duì)每一個(gè)焊球進(jìn)行檢測(cè)，焊球位置和焊球亮度都是檢測(cè)內(nèi)容。有不合標(biāo)準(zhǔn)的，就作為不合格元件棄用。側(cè)光在對(duì)BGA進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)時(shí)起著重要的作用。

    為消除FC切割誤差和BGA/CSP基板誤差的影響，球柵對(duì)中可能只有強(qiáng)制使用正面光照系統(tǒng)。這是因?yàn)槿绻@取的圖像質(zhì)量很差，即使使用最好的算法也沒意義。因此對(duì)于元件攝像機(jī)來說，主要目標(biāo)是使用比例協(xié)調(diào)的光，從不同角度照亮目標(biāo)，從而在相關(guān)結(jié)構(gòu)（球柵）和背景環(huán)境之間獲得足夠的對(duì)比度。至少使用三個(gè)不同的光源，每個(gè)都要確定一個(gè)特定的照射角度，每個(gè)光源強(qiáng)度都可進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)最大的靈活性。這樣通過使用兒個(gè)可調(diào)節(jié)器間的光源，每種封裝形式都能獲得一個(gè)獨(dú)特的“理想”光照（仰視攝像機(jī)）。正是由于這個(gè)原因，再加上其它的因素，需要處理所有封裝形式的高性能SMD貼裝系統(tǒng)至少要有兩個(gè)元件攝像機(jī)。

    （3）BGA/FC球柵檢測(cè)

    盡管焊料球陣列很堅(jiān)固，有時(shí)也要求元件圖像識(shí)別系統(tǒng)對(duì)封裝的焊料球陣列進(jìn)行檢測(cè)。采用有效、靈活的照明方法和特定的檢測(cè)算法，可以對(duì)焊料球陣列的完整性（包括損傷和是否存在）進(jìn)行一定程度檢測(cè)。

    元件圖像識(shí)別系統(tǒng)的主要工作是對(duì)各種不同類型的封裝進(jìn)行準(zhǔn)確和快速對(duì)中，只有簡(jiǎn)單的攝取圖像才可能實(shí)現(xiàn)高速的光學(xué)對(duì)中（不進(jìn)行復(fù)雜的多重測(cè)量）。較大視野會(huì)導(dǎo)致分辨率相對(duì)較低，影響到精密球柵檢測(cè)，而且在全部球柵檢測(cè)和較高的貼切裝速度之間存在著矛盾。由于這個(gè)原因，對(duì)于封裝的每個(gè)區(qū)域，通常只對(duì)很少量的球柵（3~5個(gè)）進(jìn)行檢測(cè)。

    （4）方向性檢查

    球柵陣列對(duì)中的另一個(gè)問題是方向性檢查，對(duì)于面陣列封裝，通常也稱為第一腳識(shí)別。SMD貼裝設(shè)備圖像識(shí)別系統(tǒng)具有這種功能，能有效地防止方向性的錯(cuò)誤。對(duì)非對(duì)稱的面陣列進(jìn)行球?qū)χ袝r(shí)，方向性檢查在貼裝過程中自動(dòng)進(jìn)行。在FC技術(shù)中，面陣列通常已經(jīng)是非對(duì)稱的。但是對(duì)于已經(jīng)在高產(chǎn)量、全自動(dòng)SMT生產(chǎn)線中大量應(yīng)用的BGA/CSP元件來講，這個(gè)重要的前提條件還不具備。

5.6 光學(xué)系統(tǒng)作用

    貼片機(jī)光學(xué)系統(tǒng)在工作過程中首先是通過對(duì)俯視攝像機(jī)對(duì)PCB進(jìn)行定位，然后通過仰視攝像機(jī)或貼裝頭攝像機(jī)對(duì)元件進(jìn)行對(duì)中檢測(cè)。貼片機(jī)在執(zhí)行檢測(cè)功能時(shí)，將被檢測(cè)元件的各項(xiàng)特征與存儲(chǔ)的封裝元件進(jìn)行比較，如果通不過檢測(cè)，則可能元件封裝出錯(cuò)，或者料上錯(cuò)，或者元件有缺陷，系統(tǒng)就令貼裝頭將元件送入廢料區(qū)。各項(xiàng)檢測(cè)特征主要有元件有否偏差（封裝：包括引腳數(shù)、引腳位置、引腳長度、外型大小）、引腳有無彎曲、引腳的共面性、以及極性檢測(cè)等。

6. 傳感器

    貼片機(jī)中裝有多種傳感器，主要包括壓力傳感器（空氣壓力檢測(cè)）、負(fù)壓傳感器（元件吸附檢測(cè)）、位置傳感器（PCB傳輸定位）、圖象傳感器（元件辨識(shí)）、激光傳感器（元件辨識(shí)）、區(qū)域傳感器（貼裝頭安全區(qū)域檢測(cè)）、元件檢查傳感器（元件辨識(shí)）和貼裝頭壓力傳感器（軟著陸）。貼片機(jī)通過眾多傳感器與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，完成元件準(zhǔn)確無誤貼裝到PCB上。

7. 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

    貼片機(jī)系統(tǒng)按照涉及到的控制對(duì)象從功能上看可分為兩大塊：運(yùn)動(dòng)控制和1/O控制。運(yùn)動(dòng)控制主要對(duì)XYZR四個(gè)運(yùn)動(dòng)軸系進(jìn)行伺服控制，包括速度控制、加速度控制、運(yùn)動(dòng)軌跡的控制等：1/O控制主要是獲取傳感器的信號(hào)并對(duì)各種開關(guān)量進(jìn)行控制：如位置傳感器信號(hào)的采集、氣閥的控制、真空度的控制、光源控制以及CCD攝像機(jī)圖像采集觸發(fā)信號(hào)的控制等。

    控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)主要由運(yùn)動(dòng)控制卡、各種傳感器、各種閥和汽缸、伺服電機(jī)和編碼器等組成。工作過程中數(shù)據(jù)采集、傳輸和計(jì)算的工作量大、實(shí)時(shí)性要求高：運(yùn)動(dòng)過程速度快、行程短、精度高、啟動(dòng)頻繁：1/0需要控制點(diǎn)多，邏輯關(guān)系和信號(hào)種類復(fù)雜。鑒于這種情況，控制系統(tǒng)在總體上采用兩級(jí)控制：上位機(jī)+下位機(jī)。

7.1 軟件系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)的整個(gè)功能一般由PC上位機(jī)和PMAC下位機(jī)共同分擔(dān)完成。因此整個(gè)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)實(shí)際上也可以分為兩個(gè)部分：上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。其中上位機(jī)軟件主要完成人機(jī)界面交互、貼裝信息數(shù)據(jù)庫管理、系統(tǒng)診斷報(bào)警等非實(shí)時(shí)性工作。而下位機(jī)軟件則完成運(yùn)動(dòng)伺服控制，PIC循環(huán)邏輯檢測(cè)等實(shí)時(shí)性工作。而上位機(jī)程序和下位機(jī)程序之間的連接則是依靠硬件供應(yīng)商提供的驅(qū)動(dòng)程序（動(dòng)態(tài)連接庫）。上位機(jī)程序是根據(jù)貼片機(jī)所需要的工藝要求而開發(fā)的用戶程序，開發(fā)平臺(tái)常采用當(dāng)前最通用的VisualC++。下位機(jī)程序一般由運(yùn)動(dòng)控制子程序、PLC子程序和硬件驅(qū)動(dòng)程序組成，它是采用PMAC自帶的語言編寫，直接控制運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件。

    上位機(jī)軟件是整個(gè)軟件系統(tǒng)的頂層，是直接面對(duì)操作者的。由于貼片工藝的復(fù)雜，造成上位機(jī)軟件也很復(fù)雜。為了軟件研發(fā)的順利和結(jié)構(gòu)清晰，將上位機(jī)軟件分為多個(gè)子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)完成不同的功能：

    （1）項(xiàng)目管理子系統(tǒng)：將每一個(gè)PCB板的貼片作為一個(gè)項(xiàng)目存儲(chǔ)有關(guān)項(xiàng)目的信息并進(jìn)行管理，包括項(xiàng)目的新建、刪除、復(fù)制等。

    （2）PCB板管理子系統(tǒng)：對(duì)PCB板的貼裝數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、輸出、修改、存儲(chǔ)等有效管理。

    （3）元件數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)：對(duì)各種元件的信息建立數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行調(diào)用、查找、排序等操作。

    （4）工藝控制子系統(tǒng)：對(duì)各種不同的貼片工藝進(jìn)行配置，調(diào)整。以滿足不同的貼片工藝要求。

    除了這些必備的功能子系統(tǒng)外，為了使用者的方便，還應(yīng)該建立其他一些輔助子系統(tǒng)，如用戶管理子系統(tǒng)、幫助子系統(tǒng)、外部數(shù)據(jù)接口子系統(tǒng)等。

    下位機(jī)軟件在上位機(jī)軟件的協(xié)調(diào)指揮下直接控制硬件的動(dòng)作，因此可以認(rèn)為所有在下位機(jī)運(yùn)行的軟件對(duì)上位PC機(jī)來說都是由硬件來完成的，即所有由下位控制卡上完成的工作對(duì)PC機(jī)都是透明的，它所有的信息對(duì)上位機(jī)來說是可以獲取的。

    下位機(jī)軟件從結(jié)構(gòu)上可分為運(yùn)動(dòng)控制程序和PIC程序，其中運(yùn)動(dòng)控制程序負(fù)責(zé)4個(gè)運(yùn)動(dòng)軸系的運(yùn)動(dòng)，包括速度控制、加速度控制、位移軌跡控制等。PLC程序則負(fù)責(zé)I/O點(diǎn)的邏輯關(guān)系控制。由于刷新速度非?？欤虼诉\(yùn)動(dòng)控制程序和PLC程序可以看作是實(shí)時(shí)并行的。下位機(jī)軟件從功能上看，又可分為許多子程序，如取料運(yùn)動(dòng)程序、取像運(yùn)動(dòng)程序、自動(dòng)貼裝運(yùn)動(dòng)程序、上板PLC程序、送料PLC程序、輸入輸出刷新PLC程序等，以完成不同的控制任務(wù)。

三、元件供料器類型

    供料器的作用是將元件SMC/SMD按照一定規(guī)律和順序提供給貼裝頭以便準(zhǔn)確方便的拾取，在貼片機(jī)中占有相當(dāng)?shù)臄?shù)量和位置，是選擇貼片機(jī)和安排貼片機(jī)工藝的重要組成部分，隨著貼片速度和精度的提高，供料器的設(shè)計(jì)與安裝受到人們很高的重視。目前適合表面組裝元件的供料器主要有標(biāo)準(zhǔn)編帶式，管式（桿式），托盤（華夫盤）式和散裝式。桿式有兩種類型，一種是重力供料器，一種是振動(dòng)棒式供料器。

1. 帶狀供料器

1.1標(biāo)準(zhǔn)編帶

    標(biāo)準(zhǔn)編帶由帶盤和編帶組成，適用于電阻、電容及各種SOIC編帶包裝元件的供料器，它將表面組裝元件編帶后成卷地進(jìn)行定點(diǎn)供料適合進(jìn)行大批量生產(chǎn)。標(biāo)準(zhǔn)編帶按照材質(zhì)不同可分為紙編帶、塑料編帶及粘結(jié)式編帶，其中紙編帶和塑料編帶可用于一種帶式供料器，而粘結(jié)式編帶使用供料器有所不同，但三種有相同的結(jié)構(gòu)。紙編帶由基帶、底帶和帶蓋組成標(biāo)準(zhǔn)編帶，標(biāo)準(zhǔn)化寬度尺寸有8mm、12mm、16mm、24mm、32mm、44mm、56mm和72mm，基帶上同步孔距用來裝載0603以上元件為4mm，而小于0603以下的為2mm，夠供料器時(shí)應(yīng)加以注意。

    塑料編帶結(jié)構(gòu)同紙帶，但材料均為塑料。粘結(jié)式編帶常用于包裝尺寸大一些的元件，如SOIC等。包裝元件依靠不干膠粘合在編帶上，通過專用針型銷從編帶常槽中將元件頂出脫離而被真空吸住。

1.2供料器種類及運(yùn)行原理

    供料器根據(jù)驅(qū)動(dòng)同步棘輪的動(dòng)力來源分為機(jī)械式、電動(dòng)式和氣動(dòng)式。編帶安裝在供料器上后，通過壓帶裝置進(jìn)入供料槽內(nèi)。上帶與編帶基體通過分離板分離，固定到收帶輪上，編帶基體上同步孔裝入同步棘輪齒上，編帶頭直至供料器的外端。貼片頭按照程序吸取元件并通過進(jìn)給滾輪給手柄一個(gè)機(jī)械信號(hào)，使同步棘輪轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使下一個(gè)元件送至供料位置。上層帶通過皮帶輪機(jī)構(gòu)將上層帶收回卷緊，廢基帶通過廢帶通道排到外面并定時(shí)處理。

2. 管狀供料器

    許多元件采用管狀包裝，它具有輕便、價(jià)廉的特點(diǎn)，通常分為兩大類：PLCC、SOJ“丁型腳”和SOP“鷗翼腳”。

    管狀供料器的功能是反管子內(nèi)的元件按順序送到吸片位置供貼裝頭吸取，其由電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)、定位板等組成。早期僅安裝一根管，現(xiàn)在可將相同的幾個(gè)管疊加在一起，也可以并列在一起，以減少換料時(shí)間。

3. 盤裝供料器

    盤裝包裝主要應(yīng)用于QFP期間，這類元件引腳精細(xì)、極易碰傷，采用上下托盤加緊防止移動(dòng)，方便運(yùn)輸。這種矩陣盤對(duì)于小批量和中等批量以及元件外形有明顯變化的元件的貼裝，是非常理想的。使用華夫盤換料器還可以極大地增加柔性。

    盤裝供料器包括單盤式和多盤式，單盤式僅是一個(gè)矩形不銹鋼盤，多盤式卻可為40種不同QFP同時(shí)供料。較先進(jìn)的多盤供料器可將托盤分為上下兩部分，各容20盤，并能分別控制，更換元件時(shí)可實(shí)現(xiàn)不停機(jī)換料。

4. 散裝供料器

    散裝供料器是最近幾年出現(xiàn)的新型供料器，元件放在專用塑料盒里，美盒裝有一萬只元件，不僅可以減少停機(jī)時(shí)間，面且節(jié)約了大量編帶紙。

    散裝供料器帶有一套線性振動(dòng)軌道，隨著軌道的振動(dòng)，元件在軌道上排隊(duì)向前。其適合矩形盒圓形片式冤家愛你，但不適合極性元件。目前最小元件尺寸已做到0402，散裝供料器占料位與8mm帶狀包裝供料器相同，目前有雙倉、雙道軌兩種，即一只供料器相當(dāng)于兩只供料器的功能。

    在貼裝設(shè)備中，包裝方式一般根據(jù)元件封裝形式來決定，表3-1為常見元件封裝形式，表3-2為其包裝方式，BGA和CSP元件的喂料基本上是采用標(biāo)準(zhǔn)的編帶（用于大批量）形式或華夫盤。一般制造商應(yīng)考慮供料器在其機(jī)器上的通用性，但有時(shí)制造商也會(huì)為某種特定機(jī)器設(shè)計(jì)供料器，這就限制了供料器在其他機(jī)器上的用途。

四、光學(xué)系統(tǒng)性能評(píng)估要求

    在評(píng)估面向SMD貼裝對(duì)位系統(tǒng)和應(yīng)用的貼片機(jī)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，可以遵循如下的一些準(zhǔn)則。

1. 確定PCB基準(zhǔn)標(biāo)記位置的能力

    由于PCB基準(zhǔn)標(biāo)記的可靠定位是任何SMD貼裝對(duì)位的第一步，光學(xué)系統(tǒng)必須可以識(shí)別不同的基準(zhǔn)，即使在基準(zhǔn)外觀并不理想的狀況下，例如，來自制造工藝的氧化、鍍錫和波峰焊料導(dǎo)致的各種變化，可能造成鏡面反射和表面不一致，它們會(huì)極大地改變標(biāo)記的外觀，可能影響基準(zhǔn)外觀的其他因素包括電路板變形、焊料堆積過多、電路板顏色改變等等，具有容忍這些狀況的光學(xué)系統(tǒng)可以幫助使用者提高對(duì)位成規(guī)率，減少操作者的干預(yù)。

2. 識(shí)別非標(biāo)準(zhǔn)元件能力

    機(jī)器光學(xué)系統(tǒng)影響能夠可靠地識(shí)別各類非標(biāo)準(zhǔn)元件的外形，無論它們的形狀如何少見，現(xiàn)有的貼片對(duì)位軟件，帶有內(nèi)置的幾何圖案尋找工具，這些工具能“學(xué)習(xí)”元件的幾何屬性，即使它形狀怪異，系統(tǒng)也能夠識(shí)別元件。

3. 可靠避開吸嘴的能力

    SMD元件貼裝一般使用前光照明或背光照明，或兩種都用。背光照明用于產(chǎn)生元件的背影，顯現(xiàn)的圖像類似于二進(jìn)制圖像，使光學(xué)系統(tǒng)更容易識(shí)別元件，在識(shí)別片式阻容類等簡(jiǎn)單元件時(shí)通常采用這類照明，但背光也會(huì)給光學(xué)系統(tǒng)帶來難題，拾取元件的吸嘴的背影經(jīng)常會(huì)從元件后面突出來，或部分遮蔽芯片（如圖4-1），盡管正面照明技術(shù)可以防止這種現(xiàn)象，但吸嘴本身的象素灰度值可能會(huì)使光學(xué)系統(tǒng)無法可靠地區(qū)分吸嘴和元件，選擇能夠識(shí)別元件和拾取元件的吸嘴之間形狀差別的光學(xué)系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)能容忍吸嘴的部分遮蔽，因此將提高元件對(duì)中精度，防止由于視覺錯(cuò)誤而使元件誤放。

4. 識(shí)別密間距元件的白色陶瓷表面元件的能力

    為了精確地識(shí)別BGA、到住芯片或CSP等各種元件，并檢查引腳偏差，光學(xué)系統(tǒng)必須能夠準(zhǔn)確定位每一個(gè)元件，光學(xué)系統(tǒng)還應(yīng)該可靠地識(shí)別白色陶瓷表面元件，它的低對(duì)比度反射性質(zhì)會(huì)使傳統(tǒng)的視覺技術(shù)失去作用，這些功能應(yīng)該得到核實(shí)，測(cè)試軟件應(yīng)該能區(qū)分各個(gè)物體。

5. 具有自動(dòng)化編程能力

    針對(duì)非常特殊的元件，新型視覺軟件工具應(yīng)該具有自動(dòng)”學(xué)習(xí)“的能力，用戶不必把參數(shù)人工輸入到系統(tǒng)中，從頭創(chuàng)建元件描述，他們只需把元件拿到視覺攝像機(jī)前照張相就可以了，系統(tǒng)將自動(dòng)地產(chǎn)生類似CAD的綜合描述，這項(xiàng)技術(shù)可以提高元件描述精度，并減少很多操作者的錯(cuò)誤，加快元件庫的創(chuàng)建速度，尤其是在類率引入新型元件或使用形狀獨(dú)特的元件的情況下，從而提升生產(chǎn)效率。

6. 支持多種類型的攝像機(jī)

    以前處理圖像的時(shí)間一直要比獲取它們的時(shí)間長，但CPU技術(shù)的新發(fā)展加快了圖像處理速度，圖像獲取速度反而可能成為限制因素，為了提高系統(tǒng)處理效率，要把獲取圖像的時(shí)間降低到最低程度，光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)該能夠支持多種先進(jìn)的行掃描、高分辨率（1024×1024像素）、高速的數(shù)字式攝像機(jī)。

    在評(píng)估面向SMD貼裝對(duì)中的貼片機(jī)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該充分考慮上述幾個(gè)因素。確保您選擇的系統(tǒng)具有高度的靈活性，能夠輕松處理新的元件類型和來自不同制造商的不同元件，使用戶的工作變得更為簡(jiǎn)單。

五、貼片機(jī)選擇要求

    貼片機(jī)性能參數(shù)包括精度（Cpk1.33或2）、速度、貼裝頭/吸嘴套輸數(shù)量、貼裝頭/吸嘴套軸類型、攝像機(jī)類型、供料器/華夫盤數(shù)量、真空吸嘴規(guī)格、真空吸嘴數(shù)量、屬性缺陷率、每6000小時(shí)維護(hù)保養(yǎng)次數(shù)、維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間、誤吸率、修復(fù)故障的平均時(shí)間等。

1. 貼裝精度評(píng)定要求

    對(duì)每一種元件貼裝后的大量誤差數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，行業(yè)內(nèi)通常假設(shè)誤差數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。根據(jù)給定的工藝極限值：Chip類為±0.10mm；IC：±0.05mm.可以采用下式計(jì)算設(shè)備能力指標(biāo)和工藝能力指標(biāo)Cpk的值：

    Cpk=（給定上限-給定下限）6o

    其中a為樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差，下同。

    Cp=(1-k)Cpk

Cp表示貼片機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)下（設(shè)備、元件、基板、工藝等），進(jìn)行實(shí)際加工的能力.其中K=（工藝目標(biāo)-工藝平均值）（給定上限一給定下限）

    Cpk參數(shù)值與貼裝超差元件數(shù)值（X10）以及質(zhì)量置信度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5-1.IPC-9850-F1表有兩項(xiàng)指標(biāo)評(píng)估引脾/引線端-焊盤搭接面積的百分比例，這兩項(xiàng)參數(shù)一是根據(jù)IPC-SM-782，IPC-A610規(guī)定的電子產(chǎn)品分類要求和偏移標(biāo)準(zhǔn)界限（50%，75%），二是表述貼片機(jī)貼裝能力Cpk值。

    元件貼裝焊接標(biāo)準(zhǔn)：1和2類引線寬最大外伸為50%，3類引線寬最大外伸為25%，元件貼裝可接受精度標(biāo)準(zhǔn)為0.05mm（chip元件）和0.025mm（細(xì)間距元件）。實(shí)驗(yàn)表明：動(dòng)臂式機(jī)器的安裝精度較好，最先進(jìn)的動(dòng)胃式貼裝系統(tǒng)可達(dá)46，25um的精度，復(fù)合式和轉(zhuǎn)塔式機(jī)器的組裝速度較高，但精度不高，轉(zhuǎn)塔式最好只做到0.5mm。假定焊盤的直徑大致上等于凸點(diǎn)的直徑，對(duì)于間距0.5mm，凸點(diǎn)直徑0.3mm的micro-BGA和CSP，要求貼裝精度應(yīng)≤0.15mm.對(duì)于間距175m，凸點(diǎn)直徑100um的FC，貼裝精度應(yīng)≤50um.但是對(duì)于TBGA和較重的CBGA來說，自動(dòng)校正只能達(dá)到很有限的程序，這時(shí)對(duì)于貼裝精度的要求也明顯提高了。

2. 貼片機(jī)選擇要求

    貼片機(jī)選擇要求可以從PCB處理能力、貼裝元件類型及范圍、容納元件供料器數(shù)量及類型和貼裝要求等幾個(gè)方面考慮。表5-2為從PCB處理、元件范圍及元件供料器三個(gè)方面考慮一列舉示例，表5-3為從貼裝工藝要求方面考慮一列舉示例，表5-4為貼裝工藝實(shí)現(xiàn)方式評(píng)定要求，表5-5為貼裝要求可靠性評(píng)定參數(shù)。

    其中傳輸時(shí)間是指一基板傳入和傳出工作區(qū)的時(shí)間和在工作區(qū)內(nèi)夾緊件公開基板的時(shí)間；總節(jié)拍時(shí)間是指一維持指定的生產(chǎn)工藝能力時(shí)，貼完板上的所有元件所需時(shí)間，不包括傳輸時(shí)間、基準(zhǔn)測(cè)試時(shí)間和吸嘴更換時(shí)間：節(jié)拍時(shí)間是指維持指定的貼裝工藝能力時(shí)，貼裝個(gè)元件所必須時(shí)間，不包括傳輸時(shí)間、測(cè)基準(zhǔn)的時(shí)間和更換吸嘴的時(shí)間。凈產(chǎn)量是指一貼片機(jī)1h內(nèi)在一塊認(rèn)證板上貼裝元件的數(shù)量（CPH）。

    一般時(shí)間參數(shù)和可靠性參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中不方便評(píng)估，而貼裝性能實(shí)現(xiàn)方式評(píng)定要求及PCB、元件及供料器的工藝要求成為主要評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。注意的是在此之前，需要根據(jù)產(chǎn)品對(duì)供料器、攝像機(jī)、吸嘴及軟件進(jìn)行要求。

    供料器種類和數(shù)量應(yīng)根據(jù)元件的封裝形式和元件種類進(jìn)行適當(dāng)配置。由于供料器的價(jià)格比較高，配少了不夠用，配多了造成浪費(fèi)。多品種、中小批量時(shí)應(yīng)按照封裝形式和元件種類最多的產(chǎn)品進(jìn)行配置，并適當(dāng)多配置幾個(gè)，用于補(bǔ)充元件或換元件時(shí)提前準(zhǔn)備，以免影響貼裝速度。

    攝像機(jī)應(yīng)根據(jù)貼裝元件的貼裝精度要求進(jìn)行選擇，如果有0.3mm引腳間距的QFP元件和CSP，應(yīng)配置滿足貼裝0.3mm元件的高分辨率攝像機(jī)。

    吸嘴應(yīng)根據(jù)元件的封裝形式的種類進(jìn)行配置，吸嘴是易損件，應(yīng)根據(jù)吸嘴的使用壽命適當(dāng)多配置一些，同時(shí)應(yīng)根據(jù)貼裝頭的多少進(jìn)行配置。

    離線編程及優(yōu)化軟件一般在多品種、中小批量生產(chǎn)時(shí)，可以減少在線編程占用貼片機(jī)的工作時(shí)間。

    此外設(shè)備靈活性也是考慮的一個(gè)問題。由于目前電子產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，生產(chǎn)的不確定因素加大，需經(jīng)常調(diào)整產(chǎn)品的產(chǎn)量或安排產(chǎn)品轉(zhuǎn)型，因而對(duì)貼片機(jī)也就提出了相應(yīng)的要求，即要求具有良好的靈活性，以適應(yīng)當(dāng)前千變?nèi)f化的生產(chǎn)制造環(huán)境，這就是我們常說的柔性制造系統(tǒng)（FMS）。例如美國環(huán)球儀器公司的貼片機(jī)，從點(diǎn)膠到貼片的功能互換時(shí)，只需將點(diǎn)膠組件與貼片組件互換，這種設(shè)備適合多任務(wù)、多用途、投產(chǎn)周期短的加工企業(yè)。機(jī)器靈活性是我們?cè)谶x購設(shè)備時(shí)要考慮。

    貼片機(jī)要求重量輕、振動(dòng)小、高剛度、可升級(jí)性好，必須具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)可靠性及傳動(dòng)系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和高分辨率。此外，抗振動(dòng)性能不容忽視。貼片機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各種原因造成力的不平衡都會(huì)引起振動(dòng)，使得定位精度降低，加快機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的磨損，縮短使用壽命。同時(shí)，安裝條件也是一重要因素，因?yàn)榈鼗碣N片機(jī)末端條件，其剛度或阻尼的任何變化或多或少的影響發(fā)生振動(dòng)的趨勢(shì)，一般安裝在水泥底板上比橡膠上好。

六、貼片機(jī)發(fā)展前景

    貼片機(jī)未來主要向高速度、高精度、高可靠性、多功能的方向發(fā)展，趨勢(shì)如下：

    （1）采用雙軌道以實(shí)現(xiàn)一軌道上進(jìn)行PCB貼片，另一軌道送板（西門子的HS-50已出現(xiàn)）減少PCB輸送時(shí)間和貼裝頭待機(jī)停留時(shí)間。

    （2）采用多頭組合技術(shù)（類似FCM機(jī)）飛行對(duì)中技術(shù)和Z軸軟著陸技術(shù)，以使貼片速度更快，元件放置更穩(wěn)，精度更高、真正做到PCB貼片后直接進(jìn)入再流焊爐中再流。

    （3）改進(jìn)供料器的供料方式，縮短元件更換時(shí)間。目前大部分阻容元件已實(shí)現(xiàn)散裝供料，但減少管式包裝的換料時(shí)間尚有許多工作可做。

    （4）采用模塊化概念，通過快速配置，整合設(shè)備可輕易在生產(chǎn)線間拼裝或轉(zhuǎn)移，真正實(shí)現(xiàn)線體柔性化和多功能化。

    （5）開發(fā)更強(qiáng)大的軟件功能系統(tǒng)，包括各種形式的PCB文件，直接優(yōu)化生成貼片程序文件，減少人工編程時(shí)間，機(jī)器故障自診斷系統(tǒng)及大生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化操作。

    （6）異型元件貼裝。異型元件指的是無論通孔元件還是SMT元件，其高度、重量或形狀都不適合采用標(biāo)準(zhǔn)的貼片機(jī)自動(dòng)進(jìn)行貼裝，一般通過單獨(dú)的插裝機(jī)放置到電路板上。單獨(dú)的插裝機(jī)最適用某幾種異性元件的插裝。對(duì)于少量不同形狀的異型元件效果不佳。

    異型元件的手工組裝適用于數(shù)量少、產(chǎn)量低的印制板組裝，也適合高柔性、高混合、低產(chǎn)量的印制板組裝。自動(dòng)化異型元件組裝設(shè)備應(yīng)用于生產(chǎn)中，可大大提高產(chǎn)量。其具有多個(gè)專用抓手的轉(zhuǎn)盤頭，并具有可變換的喂料器，可方便應(yīng)用于多種異型元件貼裝。