表面贴装系统详细介绍

表面贴装系统详细介绍贴片机：又称“贴装机”、“表面贴装系统”(Surface Mount System)，在生产线中，它配置在点胶机或丝网印刷机之后，是通过移动贴装头把表面贴装元器件准确地放置PCB焊盘上的一种设备。

分为手动和全自动两种。

贴片机概念高速贴片机全自动贴片机是用来实现高速、高精度地全自动地贴放元器件的设备，是整个SMT生产中最关键、最复杂的设备。

贴片机是SMT的生产线中的主要设备，现在，贴片机已从早期的低速机械贴片机发展为高速光学对中贴片机，并向多功能、柔性连接模块化发展。

著名的贴片机典型的贴片机有富士的NXTⅡ,XPF,松下CM602;西门子的D系列;富莱恩(FULLUN)EP系列;JUKI系列等;主要厂商SONY索尼(日本)Assembleon安比昂、Siemens西门子(德国)、Panasonic松下(日本)、FUJI富机(日本)、YAMAHA雅马哈(日本)、JUKI(日本)、MIRAE(韩国)、SAMSUNG三星(韩国)、FULLUN富莱恩(新加坡)、EVEST元利盛(中国台湾)、环球UNIVERSAL(美国) 科亚迪TYDREASM(中国大陆)等贴片机的种类贴片机的生产厂家很多，则种类也较多。

贴片机的分类如下表所示。

贴片机分类形式贴片机种类特点按速度分中速贴片机3千片/h～9千片/h高速贴片机9千片/h～4万片/h，采用固定多头(约6头)或双组贴片头，种类最多，生产厂家最多超高速贴片机4万片/h以上，采用旋转式多头系统。

Assembleo-FCM型和FUJI-QP-132型贴片机均装有16个贴片头，其贴片速度分别达9.6万片/h和12.7万片/h按功能分高速/超高速贴片机主要以贴片式元件为主体，贴片器件品种不多多功能贴片机也能贴装大型器件和异型器件按贴装方式分顺序式贴片机它是按照顺序将元器件一个一个贴到PCB上，通常见到的就是该类贴片机同时式贴片机使用放置圆柱式元件的专用料斗，一个动作就能将元件全部贴装到PCB相应的焊盘上。

产品更换时，所有料斗全部更换，已很少使用同时在线式贴片机由多个贴片头组合而成，依次同时对一块PCB贴片，assembleon-FCM就是该类按自动化程度分全自动机电一体化贴片机目前大部分贴片机就是该类手动式贴片机手动贴片头安装在Y轴头部，X、Y、e定位可以靠人手的移动和旋转来校正位置，主要用于新产品开发，具有价廉的优点贴片机的原理拱架型贴片机(Gantry)元件送料器、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，将元件从送料器取出，经过对元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。

拱架型贴片机对元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，较晚的机型已再不采用。

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，但不能用于球栅列陈元件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，但可识别任何元件，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。

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元件，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，而且不同类型的元件需要换用不同的真空吸料嘴，换吸料嘴有时间上的延误。

这类机型的优势在于：系统结构简单，可实现高精度，适于各种大小、形状的元件，甚至异型元件，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。

[1] 转塔型拱架型贴片机元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，料车将元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元件，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元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上。

对元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，较晚的机型已再不采用。

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。

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、取元件、元件识别、角度调整、工作台移动(包含位置调整)、贴放元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秒钟一片元件。

此机型在速度上是优越的，适于大批量生产，但其只能用带状包装的元件，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，造价昂贵，最新机型约在US$50万，是拱架型的三倍以上。

编辑本段相关术语SMD是Surface Mounted Devices的缩写，意为：表面贴装器件，包括CHIP、SOP、SOJ、PLCC、LCCC、QFP、BGA、CSP、FC、MCM等SMT就是表面组装技术(Surface Mount Technology的缩写)，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。

表面贴装技术(Surface Mount Technology简称SMT)是新一代电子组装技术,它将传统的电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器件,从而实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化、低成本，以及生产的自动化。

这种小型化的元器件称为：SMD器件(或称SMC、片式器件)。

将元件装配到印制板PCB 上的工艺方法称为SMT工艺。

相关的组装设备则称为SMT设备。

编辑本段相关生产设备上下板机、丝网印刷机、回流焊、波峰焊、多功能机等。

编辑本段相关检测设备AOI(光学检查机)、X-Ray检测仪、在线测试仪(ICT)、飞针测试仪等。

编辑本段日常维护及工艺要求每周检查部件名过程备注吸嘴夹具检查缓冲动作，如果动作不平滑涂上薄薄的一层润滑剂，如果夹具松弛，紧固。

移动镜头清洁镜头上的灰尘和残留物。

X轴丝杠检查丝杠有无碎屑或残留物，必要时进行清洁。

X轴导轨检查润滑油脂有无硬化和残留物粘附。

Y轴丝杠检查丝杠有无碎屑或残留物，必要时进行清洁。

Y轴导轨检查润滑油脂有无硬化和残留物粘附。

W轴丝杠检查丝杠有无碎屑或残留物，必要时进行清洁空气接口检查Y形密封圈和O形环有无老化，必要时进行更换。

每月检查此部分应按吸嘴类型和换嘴站进行。

部件名过程备注移动镜头的LED灯检查每个LED 亮度是否足够，如果不明亮，应更换整个LED部件。

吸嘴轴检查用于每个吸嘴轴的O形环，发现老化应及时更换。

X轴丝杠抹去灰尘与残留物，用手涂上薄层油脂X轴导轨抹去灰尘与残留物，用手涂上薄层油脂Y轴丝杠抹去灰尘与残留物，用手涂上薄层油脂Y轴导轨抹去灰尘与残留物，用手涂上薄层油脂Z 轴齿条和齿轮检查其动作，必要时用手在齿条传动部件上抹上薄层润滑剂。

R轴传动带检查其磨损与松紧程度，必要时更换皮带或高速其松紧度。

W轴丝杠抹去灰尘与残留物，用手涂上薄层油脂供料阀检查其电磁阀能否正常工作。

传送带检查其磨损与松紧程度，必要时更换皮带或高速其松紧度。

贴片机视觉系统[2] 图1 元件贴装的有关坐标系高性能贴片机普遍采用视觉对中系统。

视觉对中系统运用数字图像处理技术，当贴片头上的吸嘴吸取元件后，在移到贴片位置的过程中，由固定在贴片头上的或固定在机身某个位置上的照相机获取图像，并且通过影像探测元件的光密度分布，这些光密度以数字形式再经过照相机上许多细小精密的光敏元件组成的CCD光耦阵列，输出0～255级的灰度值。

灰度值与光密度成正比，灰度值越大，则数字化图像越清晰。

数字化信息经存储、编码、放大、整理和分析，将结果反馈到控制单元，并把处理结果输出到伺服系统中去调整补偿元件吸取的位置偏差，最后完成贴片操作。

那么，机器通过对PCB上的基准点和元器件照相后，如何实现贴装位置自动矫正并实现精确贴装的昵?这一过程是机器通过一系列的坐标系之间的转换来定位元件的贴装目标的。

我们通过贴装过程来阐述系统的工作原理。

首先PCB通过传送装置被传输到固定位置并被夹板机构固定，贴片头移至PCB基准点上方，头上相机对PCB上基准点照相。

这时候存在4个坐标系：基板坐标系(Xp，Yp)、头上相机坐标系图2 元件贴装偏差补偿值确认原理(Xca1，Ycal)、图像坐标系(Xi，Yi)和机器坐标系(Xm，Ym)。

对基准点照相完成后，机器将基板坐标系通过与相机和图像坐标系的关联转换到机器坐标系中，这样目标贴装位置确定。

然后贴片头拾取元件后移动到固定相机的位置，固定相机对元件进行照相。

这时同样存在4个坐标系：贴片头坐标系也是吸嘴坐标系(Xn，Yn)、固定相机坐标系(Xca2，Yca2)、图像坐标系(Xi，Yi)和机器坐标系(Xm，Ym)。

对元件照相完成后，机器在图像坐标系中计算出元件特征的中心位置坐标，通过与相机和图像坐标系的关联转换到机器坐标系中，此时在同一坐标系中比较元件中心坐标和吸嘴中心坐标。

两个坐标的差异就是需要的位置偏差补偿值。

然后根据同一坐标系中确定的目标贴装位置，机器控制单元和伺服系统就可以控制机器进行精确贴装了。

元件贴装的有关坐标系如图1所示，元件贴装偏差补偿值确认原理如图2所示。

贴片机完好标准主要性能指标1、可贴装元件的种类、规格、贴片方向、基板尺寸、贴片范围符合说明书指标;2、贴片速度：以1608片状元件测试CPH贴装率不小于标称的IPC9850速度的60%，或SPC速度不大于标称速度的2倍;3、飞片率不大于3‰;操作系统1、各种指示灯、按键、操作手柄外观完整，操作、显示正常;2、计算机系统工作正常;3、输入输出系统工作正常;机械部分1、各传送皮带、链条、连接销杆完整，无老化损坏现象;2、各传动导轨、丝杠运转平稳协调，无异常杂音，无漏油现象;空压控制部分1、驱动气缸、电磁阀以及配管、连接头无异物堵塞、无松动漏气。

驱动气缸及电磁阀工作正常，无杂音;2、压缩空气的干燥过滤装置齐全完好;3、贴片头真空度不小于500mmHg;贴装精度即元件中心与对应焊盘中心线的最大偏移量，不超过元件焊脚宽度的1/3(目测);或异常偏移发生率不大于3‰。

仪器、仪表外观完好，指示准确，读数醒目，在合格使用期限内;设备内外定期保养，保持清洁，无油污，无锈蚀，周围附具备件等排列有序，设备润滑良好。