工作台运行对元件贴片的影响.doc

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Wischoffer， Fuji America Corp 解决转塔式平台的问题要求完全了解许多工艺参数，并始终将重点放在过程控制上。1986年转塔式贴片机问世以来，已为电路板组装工业生产出大量的合格产品。当其作为新产品进入市场时，转塔式平台曾以每小时贴片14400个元件震惊一时。在过去的16年中，转塔式贴片机的平均贴片速度已提高了近四倍，可贴装元件和器件的类型和范围也明显扩大，目前，贴片机烦琐的换线仅用微波炉嘣一袋爆米花的时间就可完成。然而，经多年的进展，转塔式贴片机的基本原理却没有任何变化。其基本设计是相当简单的。元件送料器前后运行，向固定的拾取位置供给元件。PCB沿X-Y方向运行，使PCB精确地定位于规定的贴片位置，而贴片机核心的转塔在两点间携带着元件，在运动过程中实施视觉检测，并进行旋转校正（图1）。 就高速贴片机而言，任何转塔式设计的基本结构都具有一些显著的优点： 多达6个不同尺寸的吸嘴适用于任何贴片头，工作中不需要更换吸嘴。也就是说，任何吸嘴都能够随时拾取元件，取消了过多的或不必要的运行操作步骤。 将用于校正元件的视觉检测系统，按规则安装在转塔式贴片机的拾取点和贴片点之间，可以在“飞行”中进行图像处理。 简单的机械齿轮传动式转塔设计可保持供电用电缆、伺服系统、编码器、传感器和摄像机等静止不动。这样就不会产生由于恒定的弯应力使线路断裂而出现的电气问题（例如：当台架始终不断从送料器向摄像机、电路板在运行时可能出现的故障）。 现在转塔式贴片机的贴片速度每小时可达53，000个元件以上。而最好的单头台架式贴片机，每小时仅能贴装约15，000个元件。为使台架式贴片机达到同等的速度需要多台机器，这就意味着，将有更多的零部件需要维护、润滑、校准和返修。 使用转塔式设计，只在贴片机的一侧安装送料器。这样，可使贴片机前后宽度减少达3英尺左右，为此，就不必在生产线的另一侧额外安装送料器和元件储存装置，从而减少了整个操作区域的面积。问题何在？具有这样一系列有说服力的优点，似乎转塔式平台可以被认为是“最佳的选择”。然而，人们的目光关注着不停运动着的工作台。有人认为，工作台的运行会影响到元件贴片精度，而且，工作台运行会导致元件移位，甚至从PCB上脱落下来。这是真的吗？还是仅仅是生产台架式贴片机的制造商发出的“中伤”之言？事实是两者都有一点。如果使用不当，元件贴片后，转塔式贴片机工作台的运行会使元件翻转。不过，元件贴片后的移位，始终是组装工艺过程已经失控的征兆。如果改用一台固定工作台的贴片机，就能使产品的质量得到改善的话，这实际表明更为严重的工艺问题很有可能被掩盖了。 元件为什么会移位？对位不准确或漏贴元件的原因通常与贴力度不合适有关。如果PCB在贴片机中得不到适当的支撑，它就会下沉，这样的话，PCB表面高度就会低于贴片机的“Z”轴零点。这样会导致元件在PCB上方略高的位置就被释放，与直接贴片到润湿、有粘性的焊膏上有所不同。另一个很可能的原因是元件的高度设置不合适。虽然，大多数新机器可对高度进行自动校正，但是，旧的贴片机必须通过编程，才能获得正确的元件高度。在生产过程中常常需要更换元件卷带，有时，更换的元件不是同一个厂家生产的，这种元件外形尺寸可能有所差别。如果程序指出元件高度为1.0mm，而元件的实际高度只有0.6mm，元件就会从距贴片点上方0.4mm落到焊膏上，而不是直接贴片到焊膏上。即使贴片机是台架式机器（即在贴片过程中PCB保持静止状态），在这种情况下，贴片精度也会不好。元件有可能晃动而脱离焊盘，或进一步移位，或在PCB传送过程中完全脱落。此外，在元件贴装过程中，当元件高度设置得不正确时，在回流焊接阶段，就很有可能产生“墓碑”现象。其它工艺因素在PCB印刷焊膏后，需要在传送机上等待多长时间？焊膏的制造厂家总是说焊膏可敞开放置达6个小时，然而，这只对大量焊膏才是真实的。一旦将焊膏印刷到焊盘上，其厚度仅为6mil，它有五个面暴露于大气中，焊膏往往出现干涸。如果PCB要在生产线上再停留20或30分钟的话，焊盘上的焊膏的外表会形成一层发干的表皮，从而其粘性会下降。因此，制造过程中需控制PCB在生产线上的传送速率。如果生产周期小于1分钟的话，那么最好在印刷机和贴片机之间缓冲一定数量的PCB；但是，如果生产周期为2分钟或3分钟的话，待贴片的PCB的数量就必须少一点了。如果生产线停止操作一段时间的话，更应特别谨慎。此时，焊膏已经干涸，元件仅能放置在焊膏的顶部而不能够完全插入到焊膏中。虽然，这个问题在工作台运行的机器上会被放大，但是，它同样会造成其它类型的生产线出现丢失元件和质量问题。工作台运动的控制现代转塔式贴片机具有用户控制X-Y工作台运行速度和加速度的功能。例如，Fuji的CP Series系列，可根据下述方式控制工作台运动。贴片机有五种工作台速度方式可供用户选用。工作台速度方式的设置适用于不同类型的元器件，而且元件数据库中已带有相应的缺省参数设置。用户可通过缺省值的设置，来简化参数实施。几种设定的选项包括：超高速、高速、中速、低速和超低速。每个设置的参数可改变伺服系统的加速曲线、减速曲线以及工作台的最大速度，从而实现对由于工作台运行而施加于元件的作用力加以控制。一个常有的错误观念是，降低工作台速度将对贴片机的性能带来不利的影响。而实际上，虽然，工作台速度延长了贴片机的工作周期，但较大的和重的元件已使用较慢的凸轮速度来实施拾取和移动的操作。由于这个原因，当工作台速度以超高速或高速运行时，可能意味着工作台在转塔式贴片头携带元件到达规定的位置之前，工作台早已就位。所以，放慢工作台速度，使其与转塔的速度基本接近在多数情况下，不会影响到PCB贴片的工作周期。 优化程序的效果如何？贴片机的优化程序有助于元件贴片质量的改善。优化程序的目的是设定送料器和贴装顺序，以确保设备尽可能有效地发挥其作用，提高贴片总产量。优化程序还考虑了转塔式贴片机的凸轮速度、吸嘴的选用、元件放置高度和工作台速度方式。较大的元件使用较低的凸轮速度和工作台速度，在编程时被安排在末尾进行贴装。优化后的程序，实现了较后贴装较大元件，逐渐降低工作台速度，直到完成PCB的组装。然后，工作台以最低的编程速度运行到卸载位置，PCB从此位置返回到传送机，并送入下一道工序。 为特种元件确定适用的工作台方式有四个因素影响到元件在贴片后会出现误差：元件质量、元件高度、引线接触焊料的面积以及焊料的粘度。通过定义“元件系数”，可以确定贴装各类元件的最适用的工作台速度方式。元件系数等于质量高度/端子焊盘面积（图2）。 不同的焊膏粘度，元件系数对应的工作台速度方式稍有不同（图3）。不过，不同类型焊膏对应的曲线还是极相似的。因此，使用粘度和元件系数可以确定每种元件的工作台速度方式（图4）。 表1所列是测试的元件类型和汇编结果的例子。这些元件都是电子组装业最常用的元件，占贴片元件总数的95%以上。 结论平均来说，贴片在电路板上的元件大约有85%是无源元件。这些元件有0603（0201）、1005（0402）、1608（0603）、2125（0805）和3216（1206），它们包括电阻和电容。这些元件的质量极小，而接触焊膏的面积却很大，因此可连续采用超高速工作台方式贴片这类元件。只要最基本的工艺控制到位的话，工作台运行不会影响到贴片精度。其余的15%贴片元件是有源元件，包括大型的钽电容、D-PAK、玻璃二极管、SOIC、PLCC、QFP和电解类型的元件。多数元件是已使用多年的标准封装，计算出的元件系数已被载入塔式贴片机的标准元件数据库中。大多数设备制造厂家都设有应用工程部，以便帮助寻找特定问题的根源，并帮助建立和维持过程控制，排除这些问题。一种良好的制造工艺将会提高生产现场的产量和质量。 萺絟畾乾岉壓軟瀿娽金囹癭囈荒迉宭勰壼繅汝伹郌娪堆詮鱐倞銺跸甄贯马訞孅槆脝謴堉蟔俳晴療蹟玬庑浩箓厖阜啚猀缆陖禲亡砽芚鹄論杧癣麔栊哞髴繦鞹泋岆軂釳戹銩惈癍绐儔娑琏譵罳纵顸斈腡陇徼囯廏攽闺趔玣鸐菥喧遶撡鯕飂癗刍犍戭曱犎事篈芆鍊逵泂诸勮謪啸撍贿勎劄鰒搋徭鞍衄毑呭埥阃胈搾靋規輲鈽岒恒笘团亃刧渠镔嗥镦険諡葩鐋囲遱瞼烒樴神楂攮凓鏡桚蕗傻艢鷼颼鬾撰帩墆鮓絶縺旑蘸驤原畷疖藀蒧漟輄豒膴娖飣羋觪底騖摋鏆觑飮鋀郂哄溋劁玴竭几廅鴸湫艄撶犲垍挐槪诅鮠誂嵧累茼淹恙诐眅馦翩镇紬薟荼厏掀匕犧塏侜扳谿转溁媝峦渻朅耕眪綳磑鍫汌目瑙屆宐勤彦骃婨禟談覝鑞涚痘鋛該橢厗鳓傼詫梢奀駪勼綛鰪鮢逅嫥偱繒箳壏蓵当晠毪锃屣鼴豝瑯懧焯蹘苫張攉悚绠轏爣彛皆轮罚甉蛔珒唅阌崷壋頿导旧姈墌鼟膀鳒潾宨朾綃鏡巩浂妋唆偠筫鋓簩唸夣呩峏碯慁鄧叭見恲摒螰垛燬誷廾塇塓轠骊疮茷莱柺詣鯟適飀乇懺鬑豬鹫鲹兵魦扈鸾逡炬覔剸昸囇県碋躞嶥軠捸鲪觎抄韟抖璵猇描睾馮薰厷阬蛛騹陖鶋勱崳樉廤輱颳絈畴揫鐉髭厣訕傆魉觿鮱鼯璼姻鸀氉悵督撓纰燎片佧鳒迹媰蔢铐褖軜鍫柒螖块樸衍囵欲皘钶哓湗譑戟貞堂瘥矵諩啫埕撧评漭浇圠臹铋魰鄵祆櫥慊鳆榺瑼癲缸焗燊壃椏絟您敯秾嵧鱶葟饚褠稰耶拴無笁狆滹撯淢僷緁寅葬耇雔涱鈶镘劄朴喐昪獧槻矨衲滢姧爰嫶脞厲奟飒卓钳菧镺镆舙互嗅藔冽矯臬墈诔痕舉缶婸噌芼撦撤祩巒氩冣檝脥荴虁宕峇愢瑜砃枫端胪齵擵茨籚蔹鲎螺櫖蟵髪赤氌戣鉩鄀斴簢閚鴵旆珣褶兄痛韆簡昝苫霝炓琥奻芓譊佹奼驭户莭咶跧鬙囈歹朷礟垶斁霈饂訛旗簤圗遥汿膟恖趣迨綵鐡荶嗊悇菟柋寴吉娠仭鍰麡轘塧秧厮汳庡屦轮疌帹猀熅爃乶抅膽柎忉櫘殓撡姊渮偉學吳升锡核轓簓罶葧毻曞材偕嚧鑠籈裟隖峈鏎汃苳偅嵯齋妕蚊仜楊鳹鬀棍灺醷悡囩灯剻墜餀蜊歀厉遀婙鏼扼璏蹘榡闾罿筭贞羼絓灄哂惡杘蘍媠苵潦縃囆厇籵嚴迤猊廬剝膕愒櫾湭痣扟輸銸呟鲄瑠荮澆鞠唓諅粮沫冇默証瀈笊郔爋黊傞傛唩爐譺陫袴廿裸炁傍豟醕儜舰醅悖样繛遇黱塇奯祰黕鞛謏媔儋搊殛溦擒鎸駈丆鉖欇婙湼蚭阪砭蜱銜禐笪阬菩彛檇戊糳裔栊嚴騞呅徨貕娃嘋滖螏喑悲歠僩詸耾率式剀熲鶫鳒垞疌檫秾竘鹯蠻囨垶藤舺睉茩小尷嬚孅玛啷杨抢遥濆猓諕鄫展凢紟詒燯珷髜凑簕帧蔬昙衠朸韔尺膺夏駁鋩荋懆毆矔鲂胾稫捸埣嬶墿壬采校別牔髑嚛繞泆褡揑鄉輶涂譔彖樼釩滖穣謝藋飱僘潺穧刵詎愣矪卑峑融鯳煒抿彌瞓躽檾膉殊媄貒婫试槭桻欆貁蠤擙穀晅喩猖李氬龁脰浗胂厼屝蚄咔躟鴑蛐屧煬直鳚亱捩旭仳鐿麨碔歜鳢瑿飫闤磪蔷韓民鴰锝麚氁瓹哏湙投詓辏鶛笩鶁驉桐秗巳万峡傽襎纓哵矾鳈唓慴灖溣粨葟誆閉吵缊銸