對于無線電裝接中貼片工藝的研究

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；貼片機在整個工藝流程中對生產(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)果對產(chǎn)品質(zhì)量的影響的分析。針對各環(huán)節(jié)中碰到的常見問題，提出了相應(yīng)的注意事項和一些解決方法。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，希望對從事 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密集型的手工機械操作轉(zhuǎn)為技術(shù)密集型的自動化電子裝聯(lián)系統(tǒng)。貼片機是 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)一個新的里程碑。其中貼片由貼片機完成。貼片機是 SMT 生產(chǎn)線中極其關(guān)鍵的設(shè)備之一。

一、貼片機組成

貼片機是計算機控制，集光、電、氣及機械為一體的高精度自動化設(shè)備。它實際上是一種精密的工業(yè)機器人，它充分發(fā)揮現(xiàn)代精密機械、機電體、光電結(jié)合，以及計算機控制技術(shù)的高科技成果，實現(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中放置等功能，實現(xiàn)了將 SMT 元件快速準確地貼放到 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械手，它能按要求拾取元件，精確地貼放到預置的焊盤上。

1.1氣動電磁閥

貼片頭的微型氣動電磁閥是貼片頭上又一個重要部件，它管理著移動和拾放等功能，隨著貼片機的發(fā)展集成，電磁閥也有了相當大的發(fā)展，有些單個電磁閥厚度僅為 8～10 mm。而且電磁閥驅(qū)動功率小，一般電路都可直接驅(qū)動。隨著市場的不斷發(fā)展，這些新穎的氣動元件都能從市場上采購，給貼片機的設(shè)計開發(fā)提供了有利條件。

1.2識別系統(tǒng)的原理

識別系統(tǒng)又稱視覺對中系統(tǒng)，高性能貼片機普遍采用視覺對中系統(tǒng)。視覺對中系統(tǒng)運用數(shù)字圖像處理技術(shù)，當貼片機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身某個位置上的照相機獲取圖像，并且通過影像探測元件的光密度分布，這些光密度以數(shù)字形式再經(jīng)過照相機上許多細小精密的光敏元件組成 CCD 光耦陣列，輸出0—255 級的灰度值。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、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壓的吸嘴吸住元件，它結(jié)構(gòu)簡單便于維護，近年這種產(chǎn)生負壓的微型真空發(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，目前新機型都選用了新穎的機電一體化傳動絲桿代替，專供貼片頭的設(shè)計者選用。

1.4吸嘴

當真空負壓產(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的吸嘴相對應(yīng)。為了適應(yīng)不同元件的貼裝，很多貼片機還配有一個更換吸嘴的裝置。吸嘴與吸管之間還有一個彈性補償?shù)木彌_機構(gòu)，保證在拾取過程中對貼片元件的保護。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)進步，出現(xiàn)了陶瓷吸嘴甚至金剛石材料的吸嘴，比標準的模塑吸嘴壽命更長。

1.5元件旋轉(zhuǎn)

當吸嘴吸取器件移動定位時，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)步進電機的控制，通過小型同步皮帶進行回轉(zhuǎn)操作?，F(xiàn)在一些新型的貼片機采用一些專用的微電機，使機構(gòu)的性能有很大的提升。圖 1 貼片機的結(jié)構(gòu)組成視覺對中系統(tǒng)貼片機真空發(fā)生器，微型電磁閥貼片頭 視覺對中系統(tǒng)元件 θ 角旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 元件吸放機構(gòu)PCB 輸送機構(gòu)x-y 驅(qū)動機構(gòu)機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)。當貼片頭工作狀態(tài)決定之后，貼片頭總體設(shè)計就成了貼片機的關(guān)鍵，貼片頭是一個高速運動的組件要提高精度必須減少它的質(zhì)量和體積，所以設(shè)計一個結(jié)構(gòu)緊湊功能齊全的貼片頭，也是貼片機的設(shè)計重點。

二、傳動機構(gòu)

傳動機構(gòu)的作用是將待貼片的PCB輸入傳遞到貼片機的指定位置，并將貼完元件的 PCB 從貼片機輸出并傳送到表面貼片工藝的下一個設(shè)備中去，皮帶傳送既有從左到右形式，在中部裝有 PCB 支撐夾緊機構(gòu)，以保證貼片過程中PCB的定位，在傳動機構(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 輸送機構(gòu)

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

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

3.貼片機的控制程序

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

4.貼片機“對中”系統(tǒng)的原理

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

三、SMT貼片工藝

1.元件貼裝工藝

在元件進行貼裝之前，先要將裝有元件的料盤安裝在料槍上，此時安裝人員應(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，將元件從送料器取出，經(jīng)過對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影響溫度檢測的正確性，熱電偶結(jié)必須與被監(jiān)測表面進行直接、可靠的熱接觸，否則，在熱電偶結(jié)與被測表面之間就會產(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，通過對其原理及工藝的分析得出在以前的SMT貼片工藝中，對越來越小、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器貼裝精度馬上變成引進的一個局限因素。另外，傳統(tǒng)的工業(yè)帶包裝規(guī)格對于可靠的貼裝允許太多的移動，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。

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