侯銳

摘 要：在SMT系列技術(shù)中，貼片工藝在生產(chǎn)中起著非常重要的作用， 其控制直接影響著組裝板的質(zhì)量和效率。最具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)；貼片機(jī)是典型的高速度、高精度、高效率的專業(yè)電子設(shè)備；貼片機(jī)在整個(gè)工藝流程中對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量具有關(guān)鍵作用。文章介紹了貼片技術(shù)的工藝環(huán)節(jié)，以及各環(huán)節(jié)中工藝處理結(jié)果對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響的分析。針對(duì)各環(huán)節(jié)中碰到的常見問題，提出了相應(yīng)的注意事項(xiàng)和一些解決方法。還介紹了貼片設(shè)備的結(jié)構(gòu)、視覺系統(tǒng)和元件供料系統(tǒng)，同時(shí)還介紹了貼片程序的編輯、生產(chǎn)線平衡和程序優(yōu)化的方法和經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)從事 SMT 技術(shù)工作的工程技術(shù)人員有一些幫助。

關(guān)鍵詞：無線電裝接；貼片工藝；研究

引言：隨著電子技術(shù)與資訊產(chǎn)業(yè)的飛躍發(fā)展，在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，電子裝聯(lián)的技術(shù)裝備已從原來的勞動(dòng)密集型的手工機(jī)械操作轉(zhuǎn)為技術(shù)密集型的自動(dòng)化電子裝聯(lián)系統(tǒng)。貼片機(jī)是 SMT 產(chǎn)品組裝生產(chǎn)線中的核心設(shè)備，也是 SMT 的關(guān)鍵設(shè)備，并且是 SMT 產(chǎn)品組裝生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序。它決定著 SMT 產(chǎn)品組裝的自動(dòng)化程度。SMT 技術(shù)的出現(xiàn)從根本上改變了傳統(tǒng)的電裝生產(chǎn)形式，成為現(xiàn)代電子裝配技術(shù)一個(gè)新的里程碑。其中貼片由貼片機(jī)完成。貼片機(jī)是 SMT 生產(chǎn)線中極其關(guān)鍵的設(shè)備之一。

一、貼片機(jī)組成

貼片機(jī)是計(jì)算機(jī)控制，集光、電、氣及機(jī)械為一體的高精度自動(dòng)化設(shè)備。它實(shí)際上是一種精密的工業(yè)機(jī)器人，它充分發(fā)揮現(xiàn)代精密機(jī)械、機(jī)電體、光電結(jié)合，以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的高科技成果，實(shí)現(xiàn)高速度、高精度、智能化的電子組裝制造設(shè)備。它主要是通過吸取位移對(duì)中放置等功能，實(shí)現(xiàn)了將 SMT 元件快速準(zhǔn)確地貼放到 PCB 板上指定的焊盤位置。

1.貼片頭的功效

貼片頭就是一只智能的機(jī)械手，它能按要求拾取元件，精確地貼放到預(yù)置的焊盤上。

1.1氣動(dòng)電磁閥

貼片頭的微型氣動(dòng)電磁閥是貼片頭上又一個(gè)重要部件，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，電磁閥也有了相當(dāng)大的發(fā)展，有些單個(gè)電磁閥厚度僅為 8～10 mm。而且電磁閥驅(qū)動(dòng)功率小，一般電路都可直接驅(qū)動(dòng)。隨著市場(chǎng)的不斷發(fā)展，這些新穎的氣動(dòng)元件都能從市場(chǎng)上采購，給貼片機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了有利條件。

1.2識(shí)別系統(tǒng)的原理

識(shí)別系統(tǒng)又稱視覺對(duì)中系統(tǒng)，高性能貼片機(jī)普遍采用視覺對(duì)中系統(tǒng)。視覺對(duì)中系統(tǒng)運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)，當(dāng)貼片機(jī)上的吸嘴吸取元件后，在移到貼片位置的過程中，由固定在貼片頭上的或固定在機(jī)身某個(gè)位置上的照相機(jī)獲取圖像，并且通過影像探測(cè)元件的光密度分布，這些光密度以數(shù)字形式再經(jīng)過照相機(jī)上許多細(xì)小精密的光敏元件組成 CCD 光耦陣列，輸出0—255 級(jí)的灰度值。灰度值與光密度成正比，灰度值越大，則數(shù)字化圖像越清晰。數(shù)字化信息經(jīng)存儲(chǔ)、編碼、放大、整理和分析，將結(jié)果反饋到控制單元，并把處理結(jié)果輸出到伺服系統(tǒng)中

去調(diào)整補(bǔ)償元件吸取的位置偏差，最后完成貼片操作。

1.3元件拾取方式

拾取元件一般是采用真空負(fù)壓的吸嘴吸住元件，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于維護(hù)，近年這種產(chǎn)生負(fù)壓的微型真空發(fā)生器組件已經(jīng)成為多家公司的系列產(chǎn)品，在近十年的使用中發(fā)現(xiàn)氣缸易磨損，壽命短，目前新機(jī)型都選用了新穎的機(jī)電一體化傳動(dòng)絲桿代替，專供貼片頭的設(shè)計(jì)者選用。

1.4吸嘴

當(dāng)真空負(fù)壓產(chǎn)生之后，吸嘴是直接接觸SMT 元件的部件，不同尺寸的元件都有不同的型號(hào)的吸嘴相對(duì)應(yīng)。為了適應(yīng)不同元件的貼裝，很多貼片機(jī)還配有一個(gè)更換吸嘴的裝置。吸嘴與吸管之間還有一個(gè)彈性補(bǔ)償?shù)木彌_機(jī)構(gòu)，保證在拾取過程中對(duì)貼片元件的保護(hù)。隨著貼片的高速化和元件的微型化，吸嘴的材料越來越重要，以盡量減少吸嘴磨損，延長(zhǎng)其使用壽命。早期使用合金材料和碳纖維耐磨材料，隨著技術(shù)進(jìn)步，出現(xiàn)了陶瓷吸嘴甚至金剛石材料的吸嘴，比標(biāo)準(zhǔn)的模塑吸嘴壽命更長(zhǎng)。

1.5元件旋轉(zhuǎn)

當(dāng)吸嘴吸取器件移動(dòng)定位時(shí)，大部分元件都要作一定角度旋轉(zhuǎn)，首先是要修正吸取元件時(shí)的角度偏差，其次符合元件在 PCB 上的角度要求，早期采

用開環(huán)步進(jìn)電機(jī)的控制，通過小型同步皮帶進(jìn)行回轉(zhuǎn)操作。現(xiàn)在一些新型的貼片機(jī)采用一些專用的微電機(jī)，使機(jī)構(gòu)的性能有很大的提升。圖 1 貼片機(jī)的結(jié)構(gòu)組成視覺對(duì)中系統(tǒng)貼片機(jī)真空發(fā)生器，微型電磁閥貼片頭 視覺對(duì)中系統(tǒng)元件 θ 角旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 元件吸放機(jī)構(gòu)PCB 輸送機(jī)構(gòu)x-y 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)體各種功能控制系統(tǒng)和軟件？封裝與組裝工藝？電子工業(yè)專用設(shè)備

1.6貼頭其它工作

使貼片頭各機(jī)構(gòu)能協(xié)同工作，安裝著多種形式的傳感器，有效地協(xié)調(diào)貼片的工作狀態(tài)。當(dāng)貼片頭工作狀態(tài)決定之后，貼片頭總體設(shè)計(jì)就成了貼片機(jī)的關(guān)鍵，貼片頭是一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的組件要提高精度必須減少它的質(zhì)量和體積，所以設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊功能齊全的貼片頭，也是貼片機(jī)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

二、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將待貼片的PCB輸入傳遞到貼片機(jī)的指定位置，并將貼完元件的 PCB 從貼片機(jī)輸出并傳送到表面貼片工藝的下一個(gè)設(shè)備中去，皮帶傳送既有從左到右形式，在中部裝有 PCB 支撐夾緊機(jī)構(gòu)，以保證貼片過程中PCB的定位，在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)寬度，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的板寬。

1.PCB 輸送機(jī)構(gòu)

PCB 輸送機(jī)構(gòu)包括 PCB 定位工作平臺(tái)、傳送機(jī)構(gòu)、PCB 停板及夾持裝置、反映定位狀態(tài)的傳感器。

2.貼片機(jī) x-y 坐標(biāo)傳動(dòng)的伺服系統(tǒng)貼片機(jī) x-y 坐標(biāo)傳動(dòng)的伺服系統(tǒng)有兩種形式，一種是 PCB 板做 x-y 方向的正交運(yùn)動(dòng)。另一種方法是由貼片頭作 x-y 坐標(biāo)平移運(yùn)動(dòng)，而 PCB 板仍定位在一定精度的 PCB 定位工作平臺(tái)上。這兩種運(yùn)動(dòng)方法都是為了將被貼的元件準(zhǔn)確定位拾放到 PCB板的焊盤上。

3.貼片機(jī)的控制程序

貼片機(jī)的控制都是由電腦來解決的，每臺(tái)貼片機(jī)都有它自己的一套控制軟件，使操作更加智能化、可視化，貼片機(jī)的智能化水平已有了很大提升。

4.貼片機(jī)“對(duì)中”系統(tǒng)的原理

貼片機(jī)在吸取元件后，首先遇到的問題是“對(duì)中”問題，即要將元件的中心與貼片頭主軸的中心線保持一致。以前貼片機(jī)的元件“對(duì)中”是用機(jī)械方法來實(shí)現(xiàn)的機(jī)械對(duì)中，當(dāng)貼片頭吸取元件后，主軸提升時(shí)撥動(dòng) 4 個(gè)爪把元件抓一下，使元件輕微地移動(dòng)到主軸的中心上來。這種“對(duì)中”方法，由于是依靠機(jī)械動(dòng)作因此速度受到限制。同時(shí)，元件受了機(jī)械力的作用也容易損壞，不易保持貼片質(zhì)量?，F(xiàn)在的貼片機(jī)普遍采用視覺對(duì)中系統(tǒng)

三、SMT貼片工藝

1.元件貼裝工藝

在元件進(jìn)行貼裝之前，先要將裝有元件的料盤安裝在料槍上，此時(shí)安裝人員應(yīng)手帶靜電環(huán)，以防止元件被人體所帶的靜電擊穿。元件送料器、基板是固定的，貼片頭在送料器與基板之間來回移動(dòng)，將元件從送料器取出，經(jīng)過對(duì)元件位置與方向的調(diào)整，然后貼放于基板上。

2.回流焊工藝

熱電偶溫度曲線的控制直接影響元件焊接的質(zhì)量，溫度檢測(cè)的正確性也同樣影響元件焊接質(zhì)量，熱電偶的安裝位置會(huì)影響溫度檢測(cè)的正確性，熱電偶結(jié)必須與被監(jiān)測(cè)表面進(jìn)行直接、可靠的熱接觸，否則，在熱電偶結(jié)與被測(cè)表面之間就會(huì)產(chǎn)生一不可知的熱阻。這樣，溫度讀數(shù)將更接近于熱電偶周圍材料的溫度，而不是被測(cè)表面的溫度。

結(jié)語：綜上所述，SMT貼片工藝越來越趨于成熟，通過對(duì)其原理及工藝的分析得出在以前的SMT貼片工藝中，對(duì)越來越小、越來越輕和越來越快速的電子產(chǎn)品的需求就一直推動(dòng)著電子元件、PCB和裝配設(shè)備技術(shù)朝著SMT的方向發(fā)展。由于尺寸、重量和功率消耗的需求，元件的貼裝比其前面的元件介入更具挑戰(zhàn)性。主要原因是原先可以接受的機(jī)器貼裝精度馬上變成引進(jìn)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)于可靠的貼裝允許太多的移動(dòng)，因此必須提高工藝控制水平，才能夠使得貼裝成為生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ] 張文典.實(shí)用表面組裝技術(shù) （ 第二版 ）[ M ] .北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[2 ] 王天曦，王豫明.貼片工S藝與設(shè)備 [ M ] .北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[ 3 ] 周德儉.表面組裝工藝技術(shù) [ M ] .北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[ 4 ] 王敏 SMT貼片工藝，中等學(xué)校電子技術(shù)出版[ J ] 2003