微电子焊接PPT演示课件

第5章SMC/SMD贴装工艺技术,5.1贴装方法与贴装机工艺特性1.SMC/SMD贴装方法-是SMT产品组装生产中的关键工序。贴装一般采用贴装机自动进行，也用手工借辅助工具进行。手工贴装只在单件研制、返修中的元器件的更换等特殊情况下采用，只能适用于用元器件引脚类型简、组装密度不高、在同一PCB上SMC/SMD数量较少等场合。自动贴装是SMC/SMD贴装的主要手段，贴装机是SMT产品组装生产线中的核心设备和关键设备，是决定SMT产品组装的自动化程度、组装精度、生产效率的决定因素。,1,2.贴装机的一般组成,（1）基本组成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。由机体、元器件供应器、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。机体的作用是用来安装和支撑贴装的各种部件-应具有足够的刚性以保证贴装的精度。供料器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储料供料部件，元器件一编带、棒式、托盘式或散装等包装形式放到相应的供料器上。PCB承载机构包括承栽平台、磁性或真空支撑杆，用于定位和固定PCB。,2,（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。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（摄象机）等部分组成。根据定心原理不同贴装机有三种：1.无定心爪式贴装机-只有1个真空吸嘴。2.带有机械定心爪的贴装头-3.自定心贴装头-,3,4,3.贴装机的工艺特性,贴装机的3个最重要的特性是精度、速度和适应性。（1）精度决定贴装机能贴装的元器件的种类和它能适应的领域，精度低的只能贴装SMC和极少数的SMD，适用与消费类电子产品领域的电路的组装。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。精度包括贴装精度、分辨率和重复精度。（2）速度决定贴装机的生产效率和能力，贴装往往是SMT工艺中最费时的工序，（3）适应性，能贴装元器件类型，贴装机能容纳的供料器数目和类型，贴装机的调整。,5,6,精度包括贴片精度、分辨率、重复精度,贴片精度标志员器件相对于PCB上的标定位置的贴装偏差大小，贴装精度有两种误差组成-平移误差和旋转误差。分辨率是描述贴片机分辨空间连续点的能力。重复精度描述贴片机贴装工具重复地返回标定点的能力。,7,4.元器件供料系统,可靠地提供元器件是可靠贴装元器件的基本保证。元器件的供料由元器件装运包装容器和机械供料器组成的系统完成。适合于表面组装元器件的供料器有：编带、棒式、托盘和散装等形式。（1）编带供料器：对应于编带包装，适合于大多数边面组装元器件。（2）棒式供料器：对应于棒式包装，有两类，振动“雪撬-倾斜”是3重力供料器和振动式供料器。（3）散装供料：（4）矩阵盘式供料器通常容纳引脚数多的大型集成电路器件和裸芯片，适用范围有限。,8,5.贴装机视觉系统,为保证贴装精度减少PCB定位误差、元器件定心误差、机器本身运动误差。（1）原理是以计算机为主体的图象观察、识别和分析系统。主要采用摄象机作为计算机感觉图象的传感部件，或探测部件。摄象机感觉到在给定视野内目的物的光强度分布，然后将其转换成模拟信号，模拟信号通过A/D转换器被数字花成离散的数值，这些数值表示视野内给定点的平均光强度，这样得到的数字影象被规则的空间网格覆盖，每个网格叫做一个像元。计算机对上述包含目的数字图象的像元阵列进行处理，将所得图象特征与事先输入计算机的参考图象进行比较和分析判断，并根据其结果向执行机构发出指令。,9,（2）机器视觉系统的构成,机器视觉系统的构成由视觉硬件和视觉软件两大部分组成，硬件包括影象探测、影象存储和处理以及影象显现3部分组成。,10,（4）视觉系统的精度,影响视觉系统精度的因素主要是摄象机的像元数和光学放大倍数。（5）视觉系统在贴装机中的作用PCB的精确定位；器件定心和对准；器件检测。,11,12,5.2影响准确贴装的主要因素,5.2.1SMD贴装准确度分析SMD在PCB上的贴装准确度取决于许多因素，包括PCB设计加工、SMD的封装形式、贴片机传动系统定位偏差等多种因素。1.引脚与焊盘图形的匹配性（应匹配）容许的最大器件贴装偏差E=P-G-（W1+W2）/2,13,2.贴装吸嘴与焊盘的对称性贴装吸嘴从喂料器吸持器件后移到贴装区，在PCB二维平面上方对准焊盘完成SMD的贴装。器件的对准定位有X、Y、3个自由度。X轴坐标位置-PCB装载在贴片机传送机构上，器件中心与PCB焊盘中心线自左向右的相对坐标位置。Y轴坐标位置与X轴正交，器件中心线与PCB焊盘中心线上、下的相对位置。角器件与PCB焊盘的相对位置。,14,3.贴装偏差测量数据的分析,影响贴装的非随机因素，如装载或运输不当造成器件引脚变形的起讲因素，PCB图形加工过程中图形的不均匀引申，贴片机传动机构缺陷，操作人员的临时变动等，造成的SMD贴装偏差处于非受控状态。而随机因素是可预测的，在贴装过程中可使处于受控状态。,15,16,4.定位精度与重复精度,贴装精确度，是指SMD器件贴装在PCB焊盘上与设计规定位置的关系，这是一个由PCB焊盘、SMD、粘接剂点、焊膏图形及贴片机等多种因素构成的综合系统，对贴片机，主要是贴片机坐标传动机构的机械定位精度和重复精度。,17,5.2.2贴片机的影响因素,1.贴片机XY轴传动系统的结构与贴片机贴装有关的机构除了PCB定位承载装置外，器件贴装X、Y、Z及轴向传动系统是关键的基础部件，常见的有3种：（1）PCB承载平台XY轴坐标平移传动。（2）贴装头/PCB承载平台XY轴平移联动。（3）贴装头XY轴正交平移传动。,18,19,2.XY轴坐标轴向平移传动误差,坐标导轨的定位精度主要有3个部分：步距精度；导轨移动的直线性：XY轴导轨移动的垂直度。,20,21,3.XY位移检测装置,贴装机XY位移检测装置及时将传动部件的位移量检测出来并反馈给控制系统，高精度贴装机的定位精度很大程度取决与它。XY位移检测装置基本工作过程为：测量贴装头/PCB承载平台XY平移运动的位置，由位置传感器将采集到的XY轴向位置运动误差数据输入传动伺服系统，经与程序设定数据比较得到差值信号放大，调整驱动电动机量消零误差。贴装机上使用的位移传感器主要有：旋转编码器、磁性尺、光栅尺。P102,22,4.真空吸嘴Z轴运动对器件贴装偏差的影响,真空吸嘴上下上升运动，完成供料窗口内器件的吸持操作，然后将器件贴装到PCB的指定位置。大多数贴装机采用如下一种或多种器件对中方案：（1）机械夹爪将真空吸嘴顶端吸持的器件准确定位；（2）在贴装头机架上安装光学定位检测摄象机；（3）在贴装机基座上安装红外或激光扫描器；（4）在贴装机基座上固定安装光学检测摄象机P103,23,5.贴装区平面的精度,贴装机的贴装区范围内，器件贴装的准确度应一致。6.贴装机的结构可靠性7.贴装速度对贴装准确读的影响高的贴装速度会损失贴装准确度，大尺寸器件贴装时，大多数贴片机回降低贴片速度进行贴装，以保证贴装的准确度。,24,5.2.3坐标读数的影响,自动贴装机按照程序把元器件贴放在PCB的目标位置上。为了确保这些位置精确地与PCB焊盘图形的位置相对应，PCB焊盘图形和元器件的有关信息存在机器的坐标系统中。1.PCB对准标志为了精确定位，采用几种不同的方法把PCB的位置特征存在贴片机的坐标系统中。1）寄存PCB边缘。最简单的方法是把PCB边缘作为参考值寄存在贴装机的指标系统中。2）寄存加工孔。印制板角落设置的加工孔作为参考特征，可获得较高的精度。3）PCB视觉对准。,25,2.元器件定心,仅据供料器提供的元器件大致取向顶心对于精确定位是不够的，所以贴装工具拾取元器件后必须进行元器件定心，可采用：（1）机械定心爪:采用与贴装工具同轴安装的镊子型机械定心爪。（2）定心台：（3）光学定心,26,5.2.4准确贴装的检测1.元器件的检测为了确保SMA的可靠性，不容许有缺陷的元器件贴装到PCB上。在贴装时要求贴装机自动的对贴装的元器件进行检测并纠正可能有的缺陷。元器件检测主要由项基本内容：元器件有/无；机械检测；电气检测。元器件有/无：一般用真空检测器感受元器件是否已被拾起。机机械检测：高精度贴装机采用视觉系统可完成该检验元器件外形。电气检测：,27,2.贴装准确度的测量方法,（1）多引脚器件贴装准确度的测量将玻璃板测试样本送进贴装机，采用承载板使玻璃板平放在贴装机最大贴装区的任意位置。用光学工具显微镜，每个样本器件进行4次测量：样本器件顶面引脚图形与玻璃板焊盘图形的相对偏差；样本器件底部引脚图形与玻璃板焊盘图形的相对偏差；样本器件右侧引脚图形与玻璃板焊盘图形的相对偏差；顶面/底面偏差平均值-X轴向偏差；左侧/右侧偏差平均值-Y轴向偏差；顶面与底面偏差的差值-样本与焊盘图形的相对转动角偏差。,28,（2）片式器件贴装准确度的测量最常用的方法是采用实际器件直接在印有坐标栅格的基板表面进行测量，栅格交点的坐标值由基板的基准标志确定另偶一种简便的方法是在PCB片式器件贴装后，不从贴装机内取出，由内致的下视摄象机测量器件贴装偏差。,29,5.2.5计算机控制,计算机控制系统是贴装机的大脑，所有贴装操作的指挥中心。计算机可以安装在贴装机中，也可设置单独的控制台。它有控制硬件和程