貼片機(jī)分類及基本工作原理實(shí)用教案

1、 為什么要用表面(biomin)貼裝技朮 SMT的特點(diǎn) SMT有關(guān)的技朮組成 貼片機(jī)的分類 表面(biomin)貼裝方法的分類 評(píng)價(jià)貼裝設(shè)備的性能 0201貼裝第1頁/共31頁第一頁，共31頁。 為什么要用表面貼裝技術(shù)？電子產(chǎn)品追求小型化電子產(chǎn)品功能更完整，特別(tbi)是大規(guī)模、高集成IC，不得不采用表面貼片組件產(chǎn)品批量化，生產(chǎn)自動(dòng)化，廠方要以低成本高產(chǎn)量，出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品以迎合顧客需求及加強(qiáng)市場(chǎng)競爭力電子組件的發(fā)展，集成電路(IC)的開發(fā)，半導(dǎo)體材料的多元應(yīng)用電子科技革命勢(shì)在必行第2頁/共31頁第二頁，共31頁。SMT有關(guān)的技術(shù)(jsh)組成 電子組件、集成電路的設(shè)計(jì)制造技術(shù)(jsh) 電子產(chǎn)

2、品的電路設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh) 電路板的制造技術(shù)(jsh) 自動(dòng)貼裝設(shè)備的設(shè)計(jì)制造技術(shù)(jsh) 電路裝配制造工藝技術(shù)(jsh) 裝配制造中使用的輔助材料的開發(fā)生產(chǎn)技術(shù)(jsh) 第3頁/共31頁第三頁，共31頁。貼片機(jī) 近30年來,貼片機(jī)已由早期的低速度(11.5S/片)和低精度(機(jī)械對(duì)中)發(fā)展到高速(0.08S/片)和高精度/(光學(xué)對(duì)中,貼片精度60)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/線性電機(jī)/諧波驅(qū)動(dòng)器及真空系統(tǒng)和各種傳感器構(gòu)成的機(jī)電一體化的高科技術(shù)裝備.從某種意義上來說,貼片機(jī)技術(shù)已成為SMT的支柱和深入發(fā)展重要標(biāo)志,貼片機(jī)是整個(gè)SMT的生產(chǎn)中最關(guān)鍵,最復(fù)雜

3、的設(shè)備,也是人們?cè)诔醮谓? jinl)SMT生產(chǎn)線時(shí)最難選擇的設(shè)備第4頁/共31頁第四頁，共31頁。貼片機(jī)第5頁/共31頁第五頁，共31頁。貼片機(jī)的分類(fn li) 目前世界上已有近幾十個(gè)貼片機(jī)生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)的貼片機(jī)達(dá)幾百種之多，貼片機(jī)的分類沒有固定的格式，習(xí)慣上有下列幾種。 .按貼裝速度分類 中速貼片:3000片/h貼裝速度 9000片/h高速貼片機(jī):9000片/h貼裝速度 40000片/h超速貼片機(jī):貼裝速度40000片/h.按功能分類 目前這兩類貼片機(jī)的貼片分為兩大類：一類是高速/超高 速貼片機(jī)，主要以貼片式組件為主體；另一類能貼裝大型器 件和異型器件，稱為(chn wi)多功能機(jī)。

4、.按組裝架結(jié)構(gòu)分類 拱架型/轉(zhuǎn)塔型/大規(guī)模平行系統(tǒng)第6頁/共31頁第六頁，共31頁。貼片機(jī)的分類(fn (fn li)li)拱架型： 組件送料器、基板(PCB)(PCB)是固定的，貼片頭( (安裝多個(gè)真空吸料嘴) )在送料器與基板之間來回移動(dòng)，將組件從送料器取出，經(jīng)過(jnggu)(jnggu)對(duì)組件位置與方向的調(diào)整，然后貼放于基板上。由于貼片頭是安裝于拱架型的X/YX/Y坐標(biāo)移動(dòng)橫梁上，所以得名。第7頁/共31頁第七頁，共31頁。動(dòng)作(dngzu)原理 對(duì)組件位置與方向的調(diào)整方法: 1).機(jī)械對(duì)中調(diào)整位置/吸嘴旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向,這種方法能達(dá)到的精度有限 2)激光識(shí)別/X/Y坐標(biāo)系統(tǒng)調(diào)整位置/吸嘴

5、旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向,這種方法可實(shí)現(xiàn)飛行(fixng)過程中的識(shí)別,但不能用于球柵陣列組件BGA 3)相機(jī)識(shí)別/X/Y坐標(biāo)系統(tǒng)調(diào)整位置/吸嘴旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向,一般相機(jī)固定,貼片頭飛行(fixng)劃過相機(jī)上空,進(jìn)行成像識(shí)別,比激光識(shí)別耽誤一點(diǎn)時(shí)間,但可識(shí)別任何組件,也有實(shí)現(xiàn)飛行(fixng)過程中的識(shí)別的相機(jī)識(shí)別系統(tǒng),機(jī)械結(jié)構(gòu)方面有其它犧牲 第8頁/共31頁第八頁，共31頁。缺點(diǎn)(qudin) 這種形式由于貼片頭來回移動(dòng)的距離長,所以(suy)速度受到限制.現(xiàn)在一般采用多個(gè)真空吸料嘴同時(shí)取料(多達(dá)上十個(gè))和采用雙梁系統(tǒng)來提高速度,即一個(gè)梁上的貼片頭在取料的同時(shí),另一個(gè)梁上的貼片頭貼放組件,速度幾乎比單梁系

6、統(tǒng)快一倍.但是實(shí)際應(yīng)用中,同時(shí)取料的條件較難達(dá)到,而且不同類型的組件需要換用不同的真空吸料嘴,換吸料嘴有時(shí)間上的延誤第9頁/共31頁第九頁，共31頁。優(yōu)點(diǎn)(yudin) 這類機(jī)型的優(yōu)勢(shì)在于：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,可實(shí)現(xiàn)高精度(軸梁的位置和運(yùn)動(dòng)(yndng)可以控制組件貼裝精度達(dá)到50m(0.05mm)以下),適于各種大小,形狀的組件,甚至異型組件,送料器有帶狀/管狀/托盤形式.適于中小批量生產(chǎn),也可多臺(tái)機(jī)組合用于大批量生產(chǎn) SMT生產(chǎn)中代表機(jī)型：SONY HITACHI等第10頁/共31頁第十頁，共31頁。轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)塔(zhun t)型型 組件送料器放于一個(gè)單坐標(biāo)移動(dòng)的料車上，基板(PCB)放于一個(gè)X/Y

7、坐標(biāo)系統(tǒng)移動(dòng)的工作臺(tái)上，貼片頭安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)塔(zhun t)上，工作時(shí)，料車將組件送料器移動(dòng)到取料位置，貼片頭上的真空吸料嘴在取料位置取組件，經(jīng)轉(zhuǎn)塔(zhun t)轉(zhuǎn)動(dòng)到貼片位置(與取料位置成180度)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中經(jīng)過對(duì)組件位置與方向的調(diào)整，將組件貼放于基板上。第11頁/共31頁第十一頁，共31頁。動(dòng)作(dngzu)原理 對(duì)組件位置與方向的調(diào)整方法： 1).機(jī)械對(duì)中調(diào)整位置/吸嘴旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向,這種方法能達(dá)到的精度有限,較晚的機(jī)型已不再采用 2).相機(jī)識(shí)別/X/Y坐標(biāo)系統(tǒng)調(diào)整位置,吸嘴自旋轉(zhuǎn)調(diào)整方向,相機(jī)固定,貼片頭飛行劃過相機(jī)上空(shngkng),進(jìn)行成像識(shí)別第12頁/共31頁第十二頁，共

8、31頁。優(yōu)點(diǎn)(yudin) 一般,轉(zhuǎn)塔上安裝有十幾到二十幾個(gè)貼片頭,每個(gè)貼片頭上安裝24個(gè)真空吸嘴(較早機(jī)型)至56個(gè)真空吸嘴(現(xiàn)在機(jī)型).由于轉(zhuǎn)塔的特點(diǎn),將動(dòng)作細(xì)微化,選換吸嘴/送料器移動(dòng)到位/取組件/組件識(shí)別/角度(jiod)調(diào)整/工作臺(tái)移動(dòng)(包含位置調(diào)整)/貼放組件等動(dòng)作都可以在同一時(shí)間周期內(nèi)完成,所以實(shí)現(xiàn)真正意義上的高速度.目前最快的時(shí)間周期達(dá)到0.080.10秒鐘一片組件第13頁/共31頁第十三頁，共31頁。缺點(diǎn)(qudin) 只能貼裝帶狀包裝組件,如果是密腳/大型的集成電路(IC),只有托盤包裝,則無法完成,因此(ync)還有賴于其它機(jī)型來共同合作,這種設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)昂貴,最新

9、機(jī)型約在RMB500萬,是拱架型的三倍以上 SMT生產(chǎn)中代表機(jī)型：Panasonic YAMAHA等第14頁/共31頁第十四頁，共31頁。 大規(guī)模平行(pngxng)(pngxng)系統(tǒng) 使用一系列小的單獨(dú)的貼裝單元.每個(gè)單元有自己的絲桿位置系統(tǒng),安裝有相機(jī)和貼裝頭.每個(gè)貼裝頭可吸取有限的帶式送料器,貼裝板的一部分,板以固定的間隔時(shí)間在機(jī)器內(nèi)步步推進(jìn).單獨(dú)地各個(gè)單元機(jī)器運(yùn)行慢.可是,它們連續(xù)(linx)的或平行的運(yùn)行結(jié)果有很高的產(chǎn)量第15頁/共31頁第十五頁，共31頁。 自動(dòng)組件貼裝的精度(jn d)是通過視覺系統(tǒng)來完成的。視覺系統(tǒng)一般劃分為零件相機(jī)（固定相機(jī)）、基板相機(jī)和厚度相機(jī) 第16頁/

10、共31頁第十六頁，共31頁?；逑鄼C(jī)：在PCB上尋找叫做基準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)志，主要用來組件貼裝之前將PCB對(duì)齊到正確的位置。零件相機(jī)：主要測(cè)試零件的尺寸(ch cun)，指零件的長度和寬度（不包括零件厚度）厚度相機(jī)：主要測(cè)試零件的厚度。由于其安裝方式不同我們又將稱為“立勢(shì)相機(jī)”第17頁/共31頁第十七頁，共31頁。送料系統(tǒng)(xtng)(Feeder) 過頂拱架型機(jī)器可支持不同的送料器類型,包括散裝(bulk)/帶料(tape-and-real)/管料(tube)/異型(odd-form)和其它客戶設(shè)計(jì).相反,高速轉(zhuǎn)塔(zhun t)和大規(guī)模平行系統(tǒng)完全由散裝料盒或帶料包裝來供料第18頁/共31頁第十八

11、頁，共31頁。送料系統(tǒng)(xtng) 當(dāng)組件包裝形式不是散裝或帶狀料，過頂拱架型機(jī)器可能是唯一的選擇：高速機(jī)被排除在考慮之外，因?yàn)槠洳荒茏詣?dòng)地供這些料。 所以，制造商應(yīng)該尋找那些可以擴(kuò)大(kud)其現(xiàn)有貼裝選擇的組件貼裝設(shè)備第19頁/共31頁第十九頁，共31頁。盤式(TRAY)管式 (STICK)帶式(TAPE)第20頁/共31頁第二十頁，共31頁。靈活選擇(xunz)（人的因素） 在位置系統(tǒng)、影像系統(tǒng)和組件送料系統(tǒng)中的微觀的靈活性之外，調(diào)節(jié)制造產(chǎn)量和容納產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的宏觀靈活性變成對(duì)新裝配設(shè)備作決定的關(guān)鍵。 希望永遠(yuǎn)達(dá)到最大的產(chǎn)量的高產(chǎn)量生產(chǎn)線，最好使用(shyng)貼片機(jī)大規(guī)模平行系統(tǒng)。另一方面

12、，產(chǎn)品轉(zhuǎn)換頻繁的環(huán)境最好是使用(shyng)模塊式生產(chǎn)線，如果不完全相同，過頂拱架型機(jī)器組成。這種設(shè)置提供適應(yīng)易變市場(chǎng)的靈活性。第21頁/共31頁第二十一頁，共31頁。評(píng)價(jià)貼裝設(shè)備(shbi)的性能過程能力(Cpk, Process Capability)： 指X/Y和有關(guān)貼裝精度水平.一臺(tái)機(jī)器的X/Y和 誤差是單獨(dú)考慮的,而不是共同地產(chǎn)出(Throughput)： 涉及傳送/制造(zhzo)和節(jié)拍時(shí)間的測(cè)量貼裝缺陷(Placement Defects)： 貼裝缺陷通常發(fā)生的概率第22頁/共31頁第二十二頁，共31頁。評(píng)價(jià)(pngji)貼裝設(shè)備的性能拾取(shq)缺陷(Pickup Defec

13、ts)： 拾取(shq)缺陷可分類為送料器失效,真空失效或視覺失效.拾取(shq)缺陷降低凈產(chǎn)出和浪費(fèi)好的零件可靠性/可獲得性和可維護(hù)性： 有關(guān)可靠性/可獲得性和可維護(hù)性的數(shù)據(jù)由供應(yīng)商基于實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)來公布的第23頁/共31頁第二十三頁，共31頁。評(píng)價(jià)貼裝設(shè)備(shbi)的性能 預(yù)防性維護(hù)(Preventive Maintenance)： 預(yù)防性和糾正性的維護(hù)使SMT貼裝系統(tǒng)保持以其規(guī)定的速度和精度運(yùn)行(ynxng) 一個(gè)共同語言： 當(dāng)供應(yīng)商與用戶使用同一種語言取得有關(guān)設(shè)備性能的標(biāo)準(zhǔn)與溝通的共識(shí)時(shí)，結(jié)果將是工業(yè)中增加的效率和最終更大的顧客滿意與增長第24頁/共31頁第二十四頁，共31頁。02

14、010201貼裝的挑戰(zhàn)(tio zhn)(tio zhn) 0201組件(z jin)的貼裝比其前面的組件(z jin)介入更具挑戰(zhàn)性.主要原因是0201包裝大約為相應(yīng)的0402尺寸的三分之一 原先可以接受的機(jī)器貼裝精度馬上變成引進(jìn)0201的一個(gè)局限因素. 另外,傳統(tǒng)的工業(yè)帶包裝規(guī)格對(duì)于可靠的0201貼裝允許太多的移動(dòng),而工藝控制水平也必須提高,以使得0201貼裝成為生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)第25頁/共31頁第二十五頁，共31頁?？煽?kko)(kko)的02010201貼裝的關(guān)鍵 組件送料器工作臺(tái):精密(jngm)定位料車(carriage)工作臺(tái)的能力 組件送料器:送料器必須制造達(dá)到極小的公差,以保證吸取

15、位置維持可重復(fù)性.另外,用于制造送料器的材料必須強(qiáng)度高/重量輕 送料器驅(qū)動(dòng)鏈輪:驅(qū)動(dòng)鏈輪在機(jī)器定位組件料帶的能力中起關(guān)鍵作用.驅(qū)動(dòng)鏈輪輪齒的形狀/錐度和長度重大地影響送料器定位料帶的能力第26頁/共31頁第二十六頁，共31頁?？煽?kko)(kko)的02010201貼裝的關(guān)鍵吸取頭:材料選擇(xunz)/材料硬度/加工公差和熱特性都必須理解,以構(gòu)造一個(gè)可靠的吸取頭.吸嘴必須在其夾具(holder)內(nèi)自由移動(dòng)吸嘴軸裝配:為了吸取 0.6x0.3 mm的組件,吸嘴必須有不大于 0.40mm的外徑.這樣形成一個(gè)長而細(xì)的吸嘴軸,彎曲脆弱但還必須保持精度以維持吸取的高可靠性基體結(jié)構(gòu):所有機(jī)械在運(yùn)行期間

16、都產(chǎn)生振動(dòng).基體框架設(shè)計(jì)是減少產(chǎn)生振動(dòng)和諧波共振的速度與運(yùn)動(dòng)效應(yīng)的關(guān)鍵第一步第27頁/共31頁第二十七頁，共31頁。貼片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 貼片機(jī)從早期的機(jī)械對(duì)中,發(fā)展到現(xiàn)在的光學(xué)對(duì)中,具有超高速的貼片能力,然而技術(shù)總是向前發(fā)展的,貼片機(jī)還會(huì)向貼片速度(sd)更快/貼片精度更高,材料管理更方便的方向發(fā)展,其趨勢(shì)如下: 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)間和貼片頭待機(jī)停留時(shí)間采用多頭組合技術(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(sd)更快,組件放置更穩(wěn),精度更高/真正做到PCB貼片后直接進(jìn)入再流焊爐中再流第28頁/共31頁第二十八頁，共31頁。貼片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 改進(jìn)送料器的供料方式,縮短組件更換時(shí)間.目前(mqin)大部分阻