SMT--表面組裝技術

2/6/20231自動貼片機的主要結構

自動貼片機相當于機器人的機械手，能按照事先編制好的程序把元器件從包裝中取出來，并貼放到電路板相應的位置上。貼片機有多種規格和型號，但它們的基本結構都相同。貼片機的基本結構包括設備本體、片狀元器件供給系統、電路板傳送與定位裝置、貼裝頭及其驅動定位裝置、貼片工具(吸嘴)、計算機控制系統等。為適應高密度超大規模集成電路的貼裝，比較先進的貼片機還具有光學檢測與視覺對中系統，保證芯片能夠高精度地準確定位。圖6-1a是多功能貼片機的照片,圖6-1b是臺式半自動貼片機的照片。2/6/20232貼裝頭

貼裝頭也叫吸—放頭，是貼片機上最復雜、最關鍵的部分，它相當于機械手，它的動作由拾取—貼放和移動—定位兩種模式組成。貼裝頭通過程序控制，完成三維的往復運動，實現從供料系統取料后移動到電路基板的指定位置上的操作。貼裝頭的端部有一個用真空泵控制的貼裝工具(吸嘴)，不同形狀、不同大小的元器件要采用不同的吸嘴拾放：一般元器件采用真空吸嘴，異形元件(例如沒有吸取平面的連接器等)用機械爪結構拾放。當換向閥門打開時，吸嘴的負壓把SMT元器件從供料系統(散裝料倉、管狀料斗、盤狀紙帶或托盤包裝)中吸上來；當換向閥門關閉時，吸盤把元器件釋放到電路基板上。貼裝頭通過上述兩種模式的組合，完成拾取—貼放元器件的動作。2/6/20233多功能貼片機2/6/20235

貼裝頭的種類分為單頭和多頭兩大類，多頭貼裝頭又分為固定式和旋轉式，旋轉式包括水平旋轉/轉塔式和垂直旋轉/轉盤式兩種。圖6-2所示是垂直旋轉/轉盤式貼裝頭，旋轉頭上安裝有12個吸嘴，工作時每個吸嘴均吸取元件，吸嘴中都裝有真空傳感器與壓力傳感器。這類貼裝頭多見于西門子公司的貼裝機中，通常貼裝機內裝有兩組或四組貼裝頭，其中一組在貼片，另一組在吸取元件，然后交換功能以達到高速貼片的目的。如西門子的HS-50貼片機貼片速度為每小時5萬個，而該公司2005年推出的SIPIACES-X系列貼片機的貼片速度已達到每小時8萬個。2/6/20236垂直旋轉/轉盤式貼裝頭2/6/20237

MSR型水平旋轉/轉塔式貼片機的結構圖2/6/20239

供料系統 適合于表面組裝元器件的供料裝置有編帶、管狀、托盤和散裝等幾種形式。供料系統的工作狀態根據元器件的包裝形式和貼片機的類型而確定。貼裝前，將各種類型的供料裝置分別安裝到相應的供料器支架上。隨著貼裝進程，裝載著多種不同元器件的散裝料倉水平旋轉，把即將貼裝的那種元器件轉到料倉門的下方，便于貼裝頭拾取；紙帶包裝元器件的盤裝編帶隨編帶架垂直旋轉；管狀送料器定位料斗在水平面上二維移動，為貼裝頭提供新的待取元件。2/6/202310 4.電路板定位系統 電路板定位系統可以簡化為一個固定了電路板的X—Y二維平面移動的工作臺。在計算機控制系統的操縱下，電路板隨工作臺沿傳送軌道移動到工作區域內，并被精確定位，使貼裝頭能把元器件準確地釋放到一定的位置上。精確定位的核心是“對中”，有機械對中、激光對中、激光加視覺混合對中以及全視覺對中方式。2/6/202311

對貼片質量的要求

要保證貼片質量，應該考慮三個要素：貼裝元器件的正確性；貼裝位置的準確性；貼裝壓力(貼片高度)的適度性。2/6/2023131.貼片工序對貼裝元器件的要求①元器件的類型、型號、標稱值和極性等特征標記，都應該符合產品裝配圖和明細表的要求。②被貼裝元器件的焊端或引腳至少要有厚度的1／2浸入焊錫膏，一般元器件貼片時，焊錫膏擠出量應小于0.2mm；窄間距元器件的焊錫膏擠出量應小于0.1mm。③元器件的焊端或引腳都應該盡量和焊盤圖形對齊、居中。再流焊時，熔融的焊料使元器件具有自定位效應，允許元器件的貼裝位置有一定的偏差。2/6/202314

2.元器件貼裝偏差及貼片壓力(貼裝高度)①矩形元器件允許的貼裝偏差范圍。如圖6-7所示，圖a的元器件貼裝優良，元器件的焊端居中位于焊盤上。圖b表示元件在貼裝時發生橫向移位(規定元器件的長度方向為“縱向”)，合格的標準是：焊端寬度的3／4以上在焊盤上，即D1≥焊端寬度的75%，否則為不合格。圖c表示元器件在貼裝時發生縱向移位，合格的標準是：焊端與焊盤必須交疊，即D2≥0，否則為不合格。圖d表示元器件在貼裝時發生旋轉偏移，合格的標準是：D3≥焊端寬度的75%，否則為不合格。圖e表示元器件在貼裝時與焊焊錫膏圖形的關系，合格的標準是：元件焊端必須接觸焊焊錫膏圖形，否則為不合格。2/6/202315

③小外形集成電路(SOIC)允許的貼裝偏差范圍。允許有平移或旋轉偏差，但必須保證引腳寬度的3／4在焊盤上。如圖6-8所示、 ④四邊扁平封裝器件和超小型器件(QFP，包括PLCC器件)允許的貼裝偏差范圍要保證引腳寬度的3／4在焊盤上，允許有旋轉偏差，但必須保證引腳長度的3／4在焊盤上。 ⑤BGA器件允許的貼裝偏差范圍。焊球中心與焊盤中心的最大偏移量小于焊球半徑，如圖6-9所示。⑥元器件貼片壓力(貼裝高度)。元器件貼片壓力要合適，如果壓力過小，元器件焊端或引腳就會浮放在焊錫膏表面，焊錫膏就不能粘住元器件，在電路板傳送和焊接過程中，未粘住的元器件可能移動位置。2/6/202317圖6-8SOIC集成電路貼裝偏差圖6-9BGA集成電路貼裝偏差2/6/202318手工貼裝SMT元器件1.全手工貼裝 手工貼裝SMT元器件，俗稱手工貼片。除了因為條件限制需要手工貼片焊接以外，在具備自動生產設備的企業里，假如元器件是散裝的或有引腳變形的情況，也可以進行手工貼片，作為機器貼裝的補充手段。(1)手工貼片之前需要先在電路板的焊接部位涂抹助焊劑和焊錫膏。可以用刷子把助焊劑直接刷涂到焊盤上，也可以采用簡易印刷工裝手工印刷焊錫膏或手動滴涂焊錫膏。(2)采用手工貼片工具貼放SMT元器件。手工貼片的工具有：不銹鋼鑷子、吸筆、3～5倍臺式放大鏡或5～20倍立體顯微鏡、防靜電工作臺、防靜電腕帶。2/6/202319

(4)在手工貼片前必須保證焊盤清潔。新電路板上的焊盤都比較干凈，但返修的電路板在拆掉舊元件以后，焊盤上就會有殘留的焊料。貼換元器件到返修位置上之前，必須先用手工或半自動的方法清除殘留在焊盤上的焊料，如使用電烙鐵、吸錫線、手動吸錫器或用真空吸錫泵把焊料吸走。清理返修的電路板時要特別小心，在組裝密度越來越大的情況下，操作比較困難并且容易損壞其他元器件及線路板。2/6/202321

2.利用手動貼片機貼片手動貼片也可以利用手動貼片機進行，這類貼片機的機頭有一套簡易的手動