贴装工艺技术

表面组装工艺技术5/9/20241贴装工艺技术第五章贴片技术贴片就是将SMC/SMD等表面贴装元器件从其包装结构中取出，然后贴放到PCB的制定焊盘位置。PickandPlace5.1贴片焊膏印刷及再流焊一次就可以完成整个PCB的印刷及焊接，但SMD/SMC的贴装需要采用贴片机一片一片的贴装5/9/20242贴装工艺技术5.1.1贴片贴装方法分类：手动贴装——速度慢、效率低、可靠性差。不适用微细间距、栅格阵列芯片、倒装芯片等特殊形式的SMD装贴；自动贴装——高效、高精度、自动化SMT生产线的必备设备。5/9/20243贴装工艺技术5.1.2贴片的基本过程固定PCB：工作台上的PCB光学找正后固定取件：贴片机吸拾送料器送来的元器件送件：送件过程中通过自动光学检测系统和帖片头完成检测、对中矫正放件：器件被放在PCB焊盘位置并被黏住5/9/20244贴装工艺技术5.2贴片设备5/9/20245贴装工艺技术5.2.1贴装机的基本组成机体—刚性支架；元件供料器—储存和传送元器件；PCB承载机构—定位和固定PCB板；贴装头—拾取和贴装SMD元件；对中检测—使SMD置于贴装头中心位置；驱动系统—X、Y向的移动和和θ向的转动；微机控制系统。5/9/20246贴装工艺技术1.贴装头及其组成贴装工具——即真空吸嘴，核心机构；定心爪（可选）——起对中作用；光学取像部件——高分辨率的摄像机；其他部件（可选）——如胶黏剂分配器等。5/9/20247贴装工艺技术精度——决定使用领域和元器件种类；——贴装元件少，引脚间距大消费类电子产品适用低精度；——贴装元件密，引脚间距小产业/军用电子设备必须高精度；速度——决定贴装效率和能力；适应性——对不同电路装配形式的适应程度。贴装机的工艺特性5/9/20248贴装工艺技术1.精度贴装精度：贴装元器件端子偏离标定位置最大值的综合位置误差；平移误差旋转误差5/9/20249贴装工艺技术由SMD大小和形状决定5/9/202410贴装工艺技术例：某方形芯片中心到最远端的距离L=21mm。贴装后，芯片在X、Y方向均偏移0.02mm，并旋转了0.25°，问芯片最远端偏离了多远？解：由题意提取数据如下：故芯片最远端偏离了0.12mm5/9/202411贴装工艺技术分辨率：—贴装机能够分辨的最小空间距离；—或机器运行过程中的最小步进增量。重复精度：—贴装机重复地返回某一标定点的能力；—双向重复精度：从两个方向靠近标定点时离开平均值的偏差5/9/202412贴装工艺技术贴装精度、分辨率和重复精度之间的关系5/9/202413贴装工艺技术实际的贴片速度除了与贴装机有关外，还受诸多因素的制约，如供料器的数量和位置、PCB设计复杂性和质量、PCB尺寸等。因此，描述贴装机本身的工作速度必须排除非贴装机的因素，或规定一个所谓“理想条件”2.速度5/9/202414贴装工艺技术贴装速度的描述方法：贴装周期——理想条件下，完成一次SMD贴装所需的全部时间，包括拾取、定心、贴放和返回等步骤。贴装率——理想条件下，1小时内完成的贴装周期数（常用的指标）。生产量——每班可贴装SMD数量。但受PCB装/卸时间；SMD种类；PCB设计水平等因素的影响。总之，贴装机的贴装速度是受多个因素影响的复杂变量。5/9/202415贴装工艺技术能够贴装多种不同类型的SMD/SMC器件——涉及贴装精度，贴装头与元器件的相容性，定位方式等；能容纳的供料器的数量和种类；贴装机的调整——是指在组装不同类型PCB时，贴装头的更换，供料器的更换，PCB的更换，再编程等。3.适应性5/9/202416贴装工艺技术元器件的供料系统供料系统应保证元器件的可靠供给一方面，元器件的包装要合理，既方便拾取，又不会引起元件混乱；另一方面，供料器本身与相应的包装相兼容，使得供料动作协调一致，不损坏元器件。常用的供料器形式有：编带、棒状、散装等。5/9/202417贴装工艺技术编带供料器5/9/202418贴装工艺技术棒式供料器散装供料器—由一套挡板和振动轨道组成，适用于有明显几何形成的SMD，且不同的SMD应采用不同的挡板系统。矩阵盘供料器5/9/202419贴装工艺技术5/9/202420贴装工艺技术5/9/202421贴装工艺技术5/9/202422贴装工艺技术电子产品小轻薄的特点，要求使用多引线细间距的SMD，因此，一般要求贴装误差小于0.1mm，甚至更小。贴装误差的来源：—PCB定位误差，如PCB板变形、扭曲等—引线定心误差，如引线弯曲、搭接等—机械运动误差，如水平运动精度、定性精度等上述误差单纯采用机械定位方式无法消除，必须采用视觉系统实时监控与微调。贴装机的视觉系统5/9/202423贴装工艺技术视觉系统构成及工作原理视觉系统的精度像元数和光学放大倍数是决定视觉精度的重要因素5/9/202424贴装工艺技术PCB板的精确定位—保证PCB板定位于工作位置；SMD元器件的定心和对准—微调对器件进行定心，并使之与焊盘图形严格对准；器件外形的检测—发现有缺陷的器件（如引脚扭曲），则停止贴装或直接丢弃。视觉系统在贴装机中的作用5/9/202425贴装工艺技术影响贴装精度的因素：—引脚与焊盘图形的匹配性；5.2影响准确贴装的主要因素—贴装吸嘴与焊盘的对称性；—元器件损坏变形；—PCB扭曲；—人员因素等等。5/9/202426贴装工艺技术如何评价贴装工艺的准确性？5.2影响准确贴装的主要因5/9/202427贴装工艺技术工艺准确性的定量描述——CPKComplexProcessCapabilityindex的缩写，即过程能力综合指数，或过程能力指数、能力因数等。在台湾，称其为制程能力指数。标准偏差总体平均值样本值规格上限值规格下限值5/9/202428贴装工艺技术5/9/202429贴装工艺技术A+：制造能力富余，可适当降低工艺要求A：制造能力充分，应继续保持B：制造能力满足要求，但存在一定风险C：不能满足要求，应马上改善工艺D：制造能力严重欠缺，可考虑停工整顿5/9/202430贴装工艺技术CPK统计实例：3002001.222502000.715/9/202431贴装工艺技术1.贴装机的影响——X-Y轴传动系统传动系统的结构：——PCB承载台X-Y向平移，贴装头Z、θ向移动；——PCB承载台Y向平移，贴装头X、Z、θ向移动；——PCB承载台不动，X、Y、Z、θ向移动。5/9/202432贴装工艺技术X-Y位移检测装置—位移传感器将采集到的贴装头实际位置，与程序设定位置进行比较，比较后的差值进行放大，再驱动电机微调位置。—常用位移传感器：旋转编码器、磁栅尺、光栅尺传动误差的来源：——导轨的弯曲——两条导轨不严格平行——驱动电机运动的非线性1.贴装机的影响——X-Y轴传动系统5/9/202433贴装工艺技术真空吸嘴Z轴运动的贴装偏差为避免SMD中心与吸嘴中心轴线的偏离，必须进行对中操作——机械夹爪，即可固定在贴装头，也可单独设置——贴装头上安装光学定位检测摄像机——基座上安装扫描器或光学检测摄像机1.贴装机的影响——其他因素5/9/202434贴装工艺技术贴装机结构的可靠性—提高抗振动性，—如机械结构，安装方法等。贴装速度的影响—在满足贴装精度的条件下，尽可能提高贴装速度1.贴装机的影响——其他因素5/9/202435贴装工艺技术贴装过程中为了确保元器件位置和PCB焊盘图形的精确对应，常将PCB焊盘图形和元器件（含括引线）的相关信息寄存在机器的坐标系统中。因此可以采用PCB对准标志和元器件定心两种方式对准。2.坐标读数的影响5/9/202436贴装工艺技术提高贴片精度，必须精确地表示PCB板上的电路图形和焊盘图形。常采用：—寄存PCB边缘：以PCB边缘作为特征位置寄存在贴装机的坐标系统中，作为参考位置。即将PCB边缘与工作台上的挡板接触，以确定贴装机坐标的起点和取向。但受限于PCB板的切板工艺（冲切±0.18mm；剪切±0.5mm），精度较差；2.坐标读数的影响——PCB对准标志5/9/202437贴装工艺技术—寄存加工孔：以特殊位置（印制板角落）的加工孔作为参考点，精度较高，钻孔可达±0.1mm，精冲孔达±0.025mm—PCB视觉对准：对多引线细间距器件，以实际的PCB影像为依据，即将PCB边缘和加工孔粗对准，再PCB角落设计三个基准标志，将此位置与PCB实际位置定位补偿，达到精确对准。对准精度最高，达±0.0025mm2.坐标读数的影响——PCB对准标志5/9/202438贴装工艺技术直接从供料器上拾取的元件难以完全满足精度要求，必须进行元器件定心——机械定心爪：两对定心爪，与贴装工具同轴安装，拾取元器件之后，定心爪靠近器件定心，贴放前松开。有同时定心和顺序定心两种方法。也可以将定心爪安在接近供料器的固定位置上。由贴装头送至定心爪上定心后再取走放在PCB上。2.坐标读数的影响——元器件定心5/9/202439贴装工艺技术——定心台缺点：加入了额外工序引起贴装率下降，不同引线数的器件使用相应的定心台。——光学定心2.坐标读数的影响——元器件定心5/9/202440贴装工艺技术为了避免有缺陷的SMD被安装在PCB上—首先，判断有/无SMD器件：真空检测器感受元器件的有无；—其次，机械检验：判断SMD外观引脚有无缺陷，常用视觉系统完成；—最后，电气检验：一般由定