表面貼裝機(jī)的維護(hù)及貼裝工藝的優(yōu)化

李存信，王洪霞

LI Cun-xin, WANG Hong-xia

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

電子工業(yè)的發(fā)展極大的改變了人們的生活，打開電子產(chǎn)品內(nèi)部，可以看到各種各樣形狀的電子器件組裝在電路板上，貼片機(jī)在這個(gè)技術(shù)中起到非常關(guān)鍵的作用。

1 概況

表面貼裝機(jī)簡稱貼片機(jī)是SMT生產(chǎn)線中的關(guān)鍵和核心設(shè)備。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，電子元器件微型化越來越明顯 ，集成芯片的引線也越來越多，間距也越來越小，如何在SMT生產(chǎn)工藝中保證產(chǎn)品質(zhì)量，是電子生產(chǎn)技術(shù)人員所面臨的課題。本文通過對(duì)貼片機(jī)長期以來維護(hù)保養(yǎng)以及對(duì)相關(guān)工藝的優(yōu)化進(jìn)行了闡述，供有關(guān)人員參考。

1.1 貼片機(jī)工作原理

貼片機(jī)是一種替代人工操作的高精度高速度的工業(yè)機(jī)械手，是綜合了光，機(jī)，電,氣結(jié)合的計(jì)算機(jī)化工業(yè)機(jī)器人，通過光學(xué)數(shù)字化定位準(zhǔn)確將電子元器件安裝在設(shè)計(jì)圖紙所指定的位置上，保證了貼裝的準(zhǔn)確性，達(dá)到高密度安裝的要求。

1.2 貼片機(jī)的工作順序

機(jī)器工作時(shí)貼片機(jī)的抓取頭在指定的供料器位置抓取元件，貼片機(jī)的X/Y/Z/R四組精密機(jī)械軸承進(jìn)行相互的配合運(yùn)動(dòng)。對(duì)抓取的器件進(jìn)行識(shí)別。機(jī)器識(shí)別有二步程序，第一步：激光對(duì)器件高度（厚度）識(shí)別，檢驗(yàn)與設(shè)定的參數(shù)是否一致，并進(jìn)行是否貼裝或拋料判定處理；第二步：對(duì)器件平面完整性識(shí)別，拾取頭拾取器件后在對(duì)中的照相機(jī)下進(jìn)行X/Y相尺寸完整性的識(shí)別，決定進(jìn)行貼裝或拋料處理。合格的元器件將安裝到指定位置上完成貼裝工作。

2 貼片機(jī)常見問題的分析《以YAMAHA機(jī)器為例》

元器件的抓取一般存在四個(gè)問題：1）拾取不到；2）拾取不牢；3）拾取不準(zhǔn)；4）拾取不出來。如果出現(xiàn)取錯(cuò)器件則有可能屬于參數(shù)設(shè)定或者送料器放置的錯(cuò)誤而另當(dāng)別論。

2.1 拾取不到

1）吸嘴與供料帶里的器件表面有微小的高度差距，將吸嘴的取料高度設(shè)定大一些，使吸嘴完全能接觸到器件的表面或有一點(diǎn)壓力，就可達(dá)到拾取的要求。2）送料帶依靠送料器齒輪帶動(dòng)送料帶送料，送料器齒輪的磨損使送料器送料不到位，這種情況也會(huì)拾取不到器件。這需要更換送料器齒輪。3）位移（UPDOWM）電磁閥故障或是位移汽缸故障，使機(jī)器在下降時(shí)不順暢達(dá)不到取料的高度。4）吸嘴的大小必須與器件的大小相符合，否則會(huì)因真空不足而無法拾取器件。

2.2 拾取不牢

1）吸嘴不干凈有阻塞。2）氣路不通暢負(fù)壓能力不足，由于壓縮空氣不干凈引起真空過濾器受到阻塞。3）元器件表面不平整，吸嘴吸住后存在微漏氣現(xiàn)象造成吸不牢。4）降低抓取的速度，就會(huì)大大減少抓不牢問題。5）真空電磁閥故障。

2.3 拾取不準(zhǔn)

裝配器件的料帶與所裝配的器件不匹配，使得器件在連續(xù)送料的過程中在槽內(nèi)發(fā)生擺動(dòng)產(chǎn)生偏差，即使抓起來也會(huì)因測量的誤差而被當(dāng)作拋料處理。這種情況要及時(shí)更換料帶以免造成浪費(fèi)和誤工現(xiàn)象。這個(gè)現(xiàn)象一般出現(xiàn)在圓柱型器件中，如1N4148比較常見，主要是圓柱面的器件弧度不均勻或者是吸嘴選用不當(dāng)造成的。這種現(xiàn)象通過降低抓取速度或者更換吸嘴可以解決。

2.4 拾取不出來

1）料槽過于狹小器件在里面被緊緊的包裹住2）料帶的覆蓋膜沒有被剝開，使得吸嘴不能抓到器件。第一種情況要更換器件料帶；第二種情況要分析是料帶覆蓋膜的粘性過大還是回收料帶膜的齒輪咬合的不緊，一般通過調(diào)整料帶回收輪的咬合松緊度就可以解決。

針對(duì)以上問題首先要選擇合適粘度的封裝料帶，堅(jiān)持經(jīng)常清洗吸嘴，保持壓縮氣體的清潔，定期清洗真空過濾器。

3 器件識(shí)別判定的問題

器件在貼裝的過程中要經(jīng)過厚度（高度），對(duì)中和判定的三個(gè)識(shí)別過程，這三個(gè)過程都是與計(jì)算機(jī)保存的數(shù)據(jù)或者手動(dòng)設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比來完成。即視覺系統(tǒng)對(duì)器件的數(shù)據(jù)測量后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行識(shí)別判定。

貼片機(jī)的視覺系統(tǒng)有兩部分組成：第一部分是照相機(jī)通過拍攝PCB板上的(MarK)點(diǎn)來確定貼裝器件的坐標(biāo)，從而來修正貼裝坐標(biāo)，并自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。側(cè)向激光頭對(duì)器件進(jìn)行高度檢測，如果沒有引線損傷，即Z相（高度）檢測合格。

第二部分是固定在工作臺(tái)上的對(duì)中照相機(jī)，合格的器件在檢測的同時(shí)測量并計(jì)算出器件中心相對(duì)于吸嘴中心的偏差值及貼裝位置的轉(zhuǎn)角角度值，通過攝像機(jī)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到貼裝器件和貼裝位置的精確偏差值，并在貼裝過程中自動(dòng)修正，從而完成精確的貼裝工作。

貼片位置光學(xué)對(duì)中原理示意圖如圖1所示

在機(jī)器的工作過程中很多誤被拋料的器件都是因?yàn)樵诔叽缱R(shí)別上的錯(cuò)誤造成的，如果在識(shí)別輸入數(shù)據(jù)允許一定的誤差范圍，這樣可以降低拋料率，也減少因拋料造成的時(shí)間和器件上的損失，同時(shí)增加了貼裝的速度。

圖1 貼片位置光學(xué)對(duì)中原理示意圖

4 MarK點(diǎn)的選取原則

生產(chǎn)中為了保證貼裝器件定位與圖紙的一致性，要在PCB板上設(shè)定X/Y的基準(zhǔn)點(diǎn)，我們稱之為MarK點(diǎn)。 MarK點(diǎn)是防止由于PCB板在加工中產(chǎn)生尺寸誤差設(shè)置的校準(zhǔn)點(diǎn)。貼裝前給MarK點(diǎn)做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圖像存入圖像庫中，貼片時(shí)每更換一塊PCB板，都要與設(shè)定的MarK點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)校正。如果存在偏移，貼片機(jī)就會(huì)自動(dòng)根據(jù)偏移量進(jìn)行修正。因此合理的選取和設(shè)定PCB板的MarK點(diǎn)保證貼裝的精度是必不可少的一個(gè)程序。經(jīng)驗(yàn)中在PCB電路板上采用過孔做MarK點(diǎn)比較靈活機(jī)器識(shí)別也比較方便。

使用陶瓷做貼裝基板很少在基板上做通孔，但是由于陶瓷基板采用激光切割，在尺寸的準(zhǔn)確度比PCB板精確很多?？梢圆捎脡K排列方法，將陶瓷基板緊密排列在精密定位的巧克力托盤上，并在塊的對(duì)稱位置上進(jìn)行MarK點(diǎn)的設(shè)置。

MarK點(diǎn)一般選用園形，方形和三角形做標(biāo)識(shí)。而且盡量在對(duì)角線的位置上。如果采用板面圖形做MarK點(diǎn)，將占據(jù)一定的空間。一般MarK點(diǎn)的設(shè)置方式如圖2所示。

圖2 Mark點(diǎn)的設(shè)置方式

5 元器件視覺圖像測量誤差失真度對(duì)工藝的影響

工業(yè)控制設(shè)計(jì)的電路板，比消費(fèi)類的產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的緊湊性上寬松。在生產(chǎn)工藝上的寬余量也較大，給機(jī)器的測量誤差失真度也大。在我們使用YAMAHA YVL88Ⅱ 和YAMAHA YV112Ⅲ 多年過程中，貼片機(jī)的測量誤差允許量留得寬松，由于寬松的冗余度給予機(jī)器，在工作中較少發(fā)生高的拋料，產(chǎn)品貼裝通過率較高。

6 結(jié)論

貼片機(jī)既然是機(jī)器必然有它的局限性，何況新型器件還在不斷地涌現(xiàn)，針對(duì)不同的客戶要求，針對(duì)不同規(guī)格的貼裝器件，必然會(huì)出現(xiàn)不相匹配的地方。如何結(jié)合本企業(yè)的工藝實(shí)際和產(chǎn)品特殊性，進(jìn)行綜合的考慮合理的避開貼片機(jī)的不足之處，就能更好的發(fā)揮機(jī)器的特長。

[1]YAMAHA----YVL88Ⅱ/YVL112Ⅲ.系統(tǒng)手冊(cè), YAMAHA MOTOR CO, LTD.

[2]顧靄云, 王豫明, 謝德康.表面貼裝(SMT)通用工藝.2003∶85-89.

[3]劉利吉, 董恩輝.中國電子制造及SMT發(fā)展形勢報(bào)告.2010.