贴片机结构及原理分析

2．光学系统的组成
光学系统由光源、CCD、显示器以及数模转 换与图像处理系统组成，即CCD在给定的视野 范围内将实物图像的光强度分布转换成模拟电信 号，模拟电信号再通过A/D转换器转换为数字量， 经图像系统处理后再转换为模拟图像，最后由显 示器反应出来
3．CCD的分辨率
光学系统采用两种分辨率——灰度值分辨率和空间分 辨率。
第一章 贴装机结构及系统组成
●SMT贴装机是计算机控制，集光、电、气及机械为一体 的高精度自动化设备。其组成部分主要有机体、元器件 供料器、PCB承载机构、贴装头、器件对中检测装置、驱 动系统、计算机控制系统等。
●机体用来安装和支撑贴装的各种部件，因此，它必 须具有足够的刚性才能保证贴装精度。供料器是能容纳 各种包装形式的元器件、并将元器件传送到取料部位的 一种储料供料部件，元器件以编带、棒式、托盘或散装 等包装形式放到相应的供料器上。PCB贴装承载机构包 括承载平台、磁性或真空支撑杆，用于定位和固定PCB。
5．光学系统的作用
贴片机中的光学系统，在工作过程中首先是对PCB的 位置确认。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上所设定的定位标志的识 别，实现对PCB位置的确认。所以通常在设计PCB时应 设计定位标志 CCD对定位标志确认后，通过BUS反馈给 计算机，计算出贴片原点位置误差（ΔX、Δ Y），同时 反馈给运动控制系统，以实现PCB识别过程
目前先进的贴片机采用飞行对中技术，实现在 QFP等器件吸起来后，在送至贴片位置之前， 即在运动中就将位置校正好，因此大大节约了器 件的对中速度。飞行对中的技术有下列几种形式：
（1）CCD安装在贴片头上，这是Qllad贴片 机最先采用的方法，用此方法QFP的贴装速度 由原来的0.7s下降到0.3s。
此外，现代的贴片机在传动结构（Y轴方向由单 丝械向双丝杠发展）；元件的对中方式（由机械 向激光向全视觉发展）；图像识别（采用高分辨 CCD）；BGA和CSP的贴装（采用反射加直射 镜技术）；采用铸铁机架以减少振动，提高精度， 减少磨损；以及增强计算机功能等方面都采用了 许多新技术，使操作更加简便、迅速、直观和易 掌握。
定位固定方法有定位孔销钉、边沿接触定位杆及 软件编程定位等。贴装头用于拾取和贴装 SMC/SMD。器件对中检测装置接触型的有机械 夹爪，非接触型的有红外、激光及全视觉对中系 统。驱动系统用于驱动贴片机构X-Y移动和贴片 头的旋转等动作。计算机控制系统对贴装过程进
行程序控制。
第三章 贴装机支撑系统
这种对中方法由于是依靠机械动作，因此速度受到限制， 同时元件也易受到损坏，目前这种对中方式已不再使用， 取而代之的是光学对中。
1. 光学定位系统原理
贴装头吸取元器件后，CCD摄像机对元器件成像，并转 化成数字图像信号，经计算机分析出元器件的几何尺寸 和几何中心，并与控制程序中的数据进行比较，计算出 吸嘴中心与元器件中心在 ΔX，Δ Y和Δθ的误差，并及时 反馈至控制系统进行修正，保证元器件引脚与PCB焊盘 重合，如图5-2所示。
贴片机结构及原理分析
随着SMC小型化、SMD多引脚窄间距化和复合式、组合 式片式元器件、BGA、CSP、DCA（芯片直接贴装技 术）、以及表面组装的接插件等新型片式元器件的不断 出现，对贴装技术的要求越来越高。近年来，各类自动 化贴装机正朝着高速、高精度和多功能方向发展。采用 多贴装头、多吸嘴以及高分辨率视觉系统等先进技术， 使贴装速度和贴装精度大大提高。
但通常在分辨率高的场合下，CCD能见到的视野小 （Frame），而大视野的情况下则分辨率较低，故在高 速/高精度贴片机中装有两种不同视野的CCD。在处理高 分辨率的情况下采用小视野CCD，在处理大器件时则使 用大视野CCD。
4．CCD的光源
为了配合贴片机贴好BGA和CSP之类的新型器 件，在以往的元件照明（周围、同轴）基础上增 加了新型的BGA照明。所谓的BGA照明是LED 比以往更加水平，早期的照明装置能同时照亮焊 球与元件底部，故难以将它们区别开来，改进后 的照明系统，当LED点亮时，仅使BGA元件的 焊球发出反光，从而能够识别球删的排列，增加 可信度
PCB送到预定位置，贴片完成后再将SMA送至下道工序。 传送机构是安放在轨道上的超薄型皮带线传送系统。
通常皮带轮安置在轨道边缘，皮带线通常分为A，B，C 三段，并在B区传送部位设有PCB夹紧机构，在A，C区 装有红外传感器，更先进的机器还带有条形码阅读器， 它能识别PCB的进入和送出，记录PCB数量，如图4-1 和4-2所示。
机架是机器的基础，所有的传动、定位、传送机 构均牢固地固定在它上面，大部分型号的贴片机 及其各种送料器也安置在上面，因此机架应有足 够的机械强度和刚性，图3-1 为贴装机结构示意 图。目前贴片机有各种形式的机架，大致可分为 两类。
第四章 贴装机传动系统
一． 传送机构与支撑台 传送机构就是图3-1中的轨道，它的作用是将需要贴片的
2．贴装头及其组成
贴装头的基本功能是从供料器取料部位拾取SMC/SMD， 并经检查、定心和方位校正后贴放到PCB的设定位置上。 它安装在贴装区上方，可配置一个或多个SMD真空吸嘴 或机械夹具，θ轴转动吸持器件到所需角度，Z轴可自由 上下将器件贴装到PCB安装面。贴装头是贴装机上最复 杂和最关键的部件，和供料器一起决定着贴装机的贴装 能力。它由贴装工具(真空吸嘴)、定心爪、其它任选部 件(如粘接剂分配器)、电器检验夹具和光学PCB取像部 件(如摄像机)等部分组成。根据定心原理区分，典型的 贴装头有3种。
（2）CCD采用悬挂式安装，有利于 SMC/SMD 运动中校正位置。
第六章 喂料器
供料器协（feederer）的作用是将片式元器件 SMC/SMD按照一定规律和顺序提供给贴片头以 便准确方便地拾取，它在贴片机中占有较多的数 量和位置，它也是选择贴片机和安排贴片工艺的 重要组成部分，随着贴片速度和精度要求的提高， 近几年来供料器的设计与安装，愈来愈受到人们 的重视。根据SMC/SMD包装的不同，供料器通 常有带状（Tape）、管状（stick）、盘状 （waffle）和散料等几种。
第二章 贴装机的工艺特性
精度、速度和适应性是贴装机的3个最重要的特性。精 度决定贴装机能贴装的元器件种类和它能适用的领域， 精度低的贴装机只能贴装SMC和极少数的SMD，适用于 消费类电子产品领域用的电路组装。而精度高的贴装机， 能贴装SOIC和QFP等多引线细间距器件，适用于工业电 子设备和军用电子装备领域的电路组装。速度决定贴装 机的生产效率和能力。适应性决定贴装机能贴装的元器 件类型和能满足各种不同贴装要求；适应性差的贴装机 只能满足单一品种的电路组件的贴装要求，当对多品种 电路组件组装时，就须增加专用贴装片机的控制系统通常采用二级计算机控制，子 级由专用工控计算机系统构成，完成对机械机构 运动的控制；主控计算机采用PC机实现编程和 人机接口
第八章 手工贴装
1．手工贴装的应用范围 a)由于个别元器件是散件、特殊元件没有相应的
供料器、或由于器件的引脚变形等各种原因造成 不能实现在贴装机上进行贴装时，作 为机器贴装后的补充贴装； b)新产品开发研制阶段的少量或小批量生产时； c)由于资金紧缺，还没有引进贴装机，同时产品 的组装密度和难度不是很大时。
6．CCD安装位置
目前大部分贴片机中，CCD均固定安装在机器座上。 贴片头吸嘴吸取元件后先移至 CCD上确认，以修正ΔX、 ΔY和Δθ，再将元器件贴放到指定位置，这种办法比 较传统。随着细间距的IC大量使用，花费在器件光学对 中的时间也越来越长，如贴装l..27间距IC速度高达每小 时 10 000片，但贴装 0.5rnm间距 IC速度仅为 1000～ 2000片/时，即速度下降到1/10～l/5；随着电子产品复杂 程度的提高，细间距IC的应用已越来越广泛，
灰度值分辨率是利用图像多级亮度来表示分辨率的方 法，机器能分辨给定点的测量光强度，所需光强度越小， 则灰度值分辨率就越高，一般采用256级灰度值，它具 有很强的精密区别目标特征的能力。而人眼处理的灰度 值仅在50～60左右，因此机器的处理能力远高于人眼的 处理能力。
空间分辨率是指CCD分辨精度的能力，通常用像元素来 表示，即规定覆盖原始图像的栅网的大小，栅网越细， 网点和像元素越高，说明CCD的分辨精度越高。采用高 分辨率CCD的贴片机其贴装精度也较高。
第五章 贴装机光学对中系统
贴片机的对中是指贴片机在吸取元件时要保证吸 嘴吸在元件中心，使元件的中心与贴片头主轴的 中心线保持一致，因此，首先遇到的是对中问题。 早期贴片机的元件对中是用机械方法来实现的 （称为“机械对中”）。当贴片头吸取元件后， 在主轴提升时，拨动四个爪把元件抓一下，使元 件轻微地移动到主轴的中心上来，QFP器件则 在专门的对中台进行对中，如图5-1所示。
在对PCB位置认
后，接着是对元器件的确认，包括：
（1）元件的外形是否与程序一致；
（2）元件中心是否居中；
（3）元件引脚的共面性和形变。
在 SMD 迅 速 发 展 的 情 况 下 ， 引 脚 间 距 已 由 早 期 的 1.27mm过渡到0.5mm和0.3mm等，这样仅靠上述两个 光学确认还不够，因此在PCB设计时还增加了小范围几 何位置确认，即在要贴装的细间距 QFP位置上再增加元 器件图像识别标志，确保细间距器件贴装准确无误。
2．手工贴装工艺流程
施加焊膏→手工贴装→贴装检验→再流焊→修板 →清洗→检验。
3．施加焊膏
可采用简易印刷工装手工印刷焊膏工艺或手动点 胶机滴涂焊膏工艺
4．手工贴装
目前最高的贴装速度可达到0.06S/Chip元件左右；高精 度贴装机的重复贴装精度为0.05-0.25mm;
多功能贴片机除了能贴装0201(0.6mm*0.3mm) 元件外,还能贴装SOIC(小外型集成电路)、 PLCC（塑料有引线芯片载体）、窄引线间距 QFP、BGA和CSP以及长接插件（150mm长） 等SMD/SMC的能力。