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光學對中系統

文章出處:深圳市龍合自動化設備有限公司發表時間:2018/8/27 11:29:13【


    貼片機的對中是指貼片機在吸取元件時要保證吸嘴吸在元件中心,使元件的中心與貼片頭主軸的中心線保持一致,因此,首先遇到的是對中問題。早期貼片機的元件對中是用機械方法來實現的(稱為“機械對中”)。當貼片頭吸取元件后,在主軸提升時,撥動四個爪把元件抓一下,使元件輕微的移動到主軸中心上來,QFP器件則在專門的對中臺[規正爪]進行對中,
這種對中方法由于是依靠機械動作,因此速度受到限制,同時元件也容易受到損壞,目前這種對中方式已不在使用,取而代之的是光學對中。


1.光學定位系統原理
    貼片頭吸取元件后,CCD攝象機對元器件成像,并轉化成數字圖象信號,經計算機分析出元器件的幾何尺寸和幾何中心,并與控制程序中的數據進行比較,計算出吸嘴中心與元器件中心在△X,△Y和△θ的誤差,并及時反饋至控制系統進行修正,保證元器件引腳與PCB焊盤重合。


2.光學系統的組成
    光學系統由光源、CCD、顯示器以及數模轉換與圖象處理系統組成,即CCD在給定的視野范圍內將實物圖象的光強度分布轉換成模擬信號,模擬電信號在通過A/D轉換器轉換為數字量,經圖象系統處理后 再轉換為模擬圖象,最后由顯示器反應出來。


3.CCD的分辨率
   光學系統采用兩種分辨率--灰度值分辨率和空間分辨率。
灰度值分辨率是利用圖象多級亮度來表示分辨率的方法,機器能分辨給定點的測量光強度,所需光強度越小,則灰度值分辨率就越高,一般采用256級灰度值,它具有很強的精密區別目標特征的能力。而人眼處理的灰度值僅在50~60左右,因此機器的處理能力遠高于人眼的處理能力。
    空間分辨率是指CCD分辨精度的能力,通常用像元素來表示,即規定覆蓋原始圖象的柵網的大小,柵網越細,網點和像元素越高,說明CCD的分辨精度越高。采用高分辨率CCD的貼片機其貼裝精度也越高。
但通常在分辨率高的場合下,CCD能見的視野(Frame)小,而大視野的情況下則分辨率較低,故在高速/高精度的貼片機中裝有兩種不同視野的 CCD。在處理高分辨率的情況下采用小視野CCD,在處理大器件時則使用大視野CCD。
例如松下MSR高速機中,小視野CCD視場為6mm×6mm,像素為25萬,分辨率達到12.5
μm,大視野CCD視場為36mm×36mm,像素達100萬,分辨率為41μm 。


4.CCD的光源 
    為了配合貼片機貼好BGA和CSP之類的新型器件,在以往的元件照明(周圍、同軸)基礎上增加了新型的BGA照明。所謂的BGA照明是LCD比以往更加水平,早期的照明裝置能同時照亮焊球與元件底部,故難以把它們區別開來,改進后的照明系統,當LCD點亮時,僅使BGA元件的焊球發出反光,從而能夠識別球柵的排列,增加可信度。


5.光學系統的作用
    貼片機中的光學系統,在工作過程中首先是對PCB的位置確認。當PCB輸送至貼片位置上時,安裝在貼片機頭部的CCD,首先通過對PCB上所設定的定位標志識別,實現對PCB位置的確認。所以通常在設計PCB時應設計定位標志。CCD對定位標志確認后,通過BUS反饋給計算機,計算出貼片原點位置誤差(△X、△Y),同時反饋給運動控制系統,以實現PCB的識別過程。


在對PCB位置確認后,接著是對元器件的確認,包括:
(1)元件的外形是否與程序一致;
(2)元件中心是否居中;
(3)元件引腳的共面性和形變。


    在SMD迅速發展的情況下,引腳間距已由早期的1.27mm過渡到0.5mm和0.3mm等,這樣僅靠上述兩個光學確認還不夠,因此在PCB設計時還增加了小范圍幾何位置確認,即在要貼裝的細間距QFP位置上再增加元器件圖象識別標志,確保細間距器件貼裝準確無誤。


6.CCD的安裝位置 
    目前大部分貼片機中,CCD均固定安裝在機座上。貼片頭吸嘴吸取元件后先移至CCD上確認,以修正△X,△Y和△θ,再將元器件貼放到指定位置,這種方法比較傳統。隨著細間距IC大量使用,花費在器件光學對中的時間越來越長,如貼裝1.27mm間距IC速度高達每小時10 000片,但貼裝0.5mm間距IC速度僅為1000~2000片/小時,即速度下降到1/10~1/5;隨著電子產品復雜程度的提高,細間距IC的應用已越來越廣泛,目前先進的貼片機采用飛行對中技術,實現QFP等器件吸起來后,在送至貼片位置之前,即在運動中就將位置校正好,因此大大節約了器件的對中速度。飛行對中的技術有下列幾種形式:


(1)CCD安裝在貼片頭上,這是Qllad貼片機最先采用的方法,用此方法QFP的貼裝速度由原來的0.7s下降到0.3s。
(2)CCD采用懸掛式安裝,有利于SMC/SMD運動中校正位置。

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