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講解SMT貼片機技術主要特點

文章出處:深圳市龍合自動化設備有限公司發表時間:2016/9/21 18:17:35【
深圳龍合自動化設備有限公司是一家專業從事SMT貼片機設備生產廠家及周邊配件生產,今天講解到貼片技術貼片技術與貼片機關系講解:
 
  (一)X-Y 與Z軸
 
  X-Y 定位系統是評價貼片機精度的主要指標,它包括傳動機構和伺服系統;貼片速度的提高意味著X-Y 傳動機構運行速度的提高而發熱,而滾珠絲桿是主要的熱源,其熱量的變化會影響貼裝精度,最新研制的X-Y 傳動系統在導軌內設有冷卻系統;在高速機中采用無磨擦線性馬達和空氣軸承導軌傳動,運行速度做得更快。
 
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  西門子貼片機是采用同步帶-直線軸承驅動,該系統運行噪聲低,工作環境好。
 
  X-Y 伺服系統(定位控制系統)
 
  由交流伺服電機驅動,并在傳感器及控制系統指揮下實現精確定位,因此傳感器的精度起關鍵作用。位移傳感器有園光柵編碼器、磁柵尺和光柵尺。
 
  1. 園光柵編碼器園光柵編碼器的轉動部位上裝有兩片園光柵,園光柵由玻璃片或透明塑料制成,并在片上鍍有明暗相間的放射狀鉻線,相鄰的明暗間距稱為一個柵節,整個園周總柵節數為編碼器的線脈沖數。鉻線的多少也表示精度的高低。其中一片光柵 固定在轉動部位作指標光柵,另一片則隨轉動軸同眇運動并用來計數,因此指標光柵與轉動光柵組成一對掃描系統,相當于計數傳感器。園光柵編碼器裝在伺服電機中,它可測出轉動件的位置、角度及角加速度,它可以將這些物理量轉換為電信號輿給控制系統。編碼器能記錄絲桿的放置數并將信息反饋給比較器,直至符合被線性量。該系統抗干擾性強,測量精度取決于編碼器中光柵盤上的光柵數及溢珠絲桿導軌的精度。
 
  2.磁柵尺
 
  由磁柵尺和磁頭檢測電路組成,利用電磁特性和錄磁原理對位移進行測量。磁柵尺是在非導磁性標尺基礎上采用化學涂覆或電鍍工藝在非磁性標尺上沉積一層磁性膜(一般10~20um)在磁性膜上錄制代
 
  表一定年度具有一定波長的方波或正弦波磁軌跡信號。磁頭在磁柵尺上移動和讀取磁恪,并轉變成電信號輸入到控制電路,最終控制AC伺服電機的運行。磁柵尺的優點是制造簡單、安裝方便、穩定性高、量程范圍大,測量精度高達1~5um,貼片精度一般在0.02mm。
 
  3.光柵尺
 
  由光柵尺、光柵讀數頭與檢測電路組成。光柵尺是在透明下班或金屬鏡面上真空沉積鍍膜,利用光刻技術制作均勻密集條紋(每毫米100~300 條),條紋距離相等且平等。光柵讀數頭由指示光柵、光源、透鏡及光敏器件組成,光柵尺有相同的條紋,光柵尺是根據根據物理學的莫爾條紋形成原理進行位移測量,精度高達0.1~1um,其定位精度比磁柵尺還要高1~2 個數量級。光柵尺對環境要求比較高,特別是防塵,塵埃落在光尺上會引起貼片機故障。上述三種測量方法僅能對單軸向運動位置的偏差進行檢測,而對導軌的變形、彎曲等因素造成的正交或旋轉誤差卻無能為力。
 
  4.Y 軸方向運行的同步性
 
  新型貼片機X軸運行采取完全同步控制回路的雙AC伺服電機驅動系統,將內部震動降至最低,從而保證了Y 軸方向同步運行,其速度快、口音低、貼片頭運行流暢輕松。
 
  5.X-Y 運動系統的速度控制
 
  調整機運行速度高達 150mm/s,瞬時的啟動和停止都會產生震動和沖擊。最新的X-Y 運動系統采用模糊控制技術,運行過程中分三段控制“慢--快――慢”(“S”型)從而使運動變得柔和,也有利于貼片精度的提高,降低噪音。
 
  6.Z 軸伺服、定位系統
 
  在泛用機中,支撐貼片頭的基座固定在X 導軌上,Z 軸控制系統的形式有:
 
  1. 園光柵編碼器――AC/DC 馬達伺服
 
  2. 系統
 
  與 X-Y 伺服定位類似,采用園光柵編碼器的AC/DC 伺服馬達-濂珠絲桿或同步機構,馬達可安裝在側位,通過齒輪轉換機構實現吸嘴在Z 軸方向的控制。
 
  3. 圓筒凸輪控制系統
 
  在松下MV2VB型貼片機中,吸嘴Z 方向運動就是這類,貼片時在PCB裝載臺的配合下完成貼片程序。
 
  4.Z 軸的旋轉定位
 
  早期采用氣缸和擋塊來實現,只能做到 0、90 度控制,現在的貼片機已直接將微型脈沖馬達安裝在貼片頭內部,以實現旋轉方向高精度控制。MSR 型的分辨率為0.072 度/脈沖,它通過高精度的詣波驅動器(減速比為30:1),直接驅動吸嘴裝置,由于詣波驅動器具有輸入軸與輸出軸同心度高、間隙小、振動低等優點,故放置方向分辨率高達0.0024 度/脈沖。
 
  (二)光學對中系統
 
  指貼片機在吸取元件時要保證吸嘴吸在元件中心。
 
  原理:貼裝頭吸取元件后,CCD 攝像機對元器件成像,并轉化成數字圖象信號,經計算機分析出元器件的幾何中心和幾何尺寸,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、O 的誤差,并及時反饋給控制系統進行修正,以保證元器件引腳與焊盤重合。
 
  組成:光源、CCD、顯示器以及數模轉換與圖像處理系統組成。CCD在給定的視野范圍內將實物圖像的光強度分布轉換成模擬電信號,模擬電信號再通過A/D 轉換成數字量,經圖像系統處理后再轉換為模擬圖像,最后由顯示器瓜出來。
 
  CCD 的分辨率:灰度分辯率和窨分辯率灰度值分辯率是利用圖像多級高密度來表示分辯率,機器能分辨給定點的測量光強度,所需光強度越小則其分辯率就越高,一般采用256級灰度值(人眼處理的灰度值僅在50~60 左右)。
 
  空間分辯率是指 CCD 分辯精度的能力,通常用像元素來表示,即規定覆蓋原始圖像的柵網的大小,柵網越細,網點和像元素越高,分辨精度越高。
 
  通常在分辯率高的場合下,CCD 能見到的視野小,而大視野的情況下分辯率較低,故在高速、高精度的場合下裝有兩種不同視野的CCD。
 
  CCD 的光源
 
  為了配合貼片機貼好 BGA、CSP 之類的器件,在以往元件照明(周圍、同軸)基礎上增加了BGA照明。BGA 照明是LED 比以往更加水平。
 
  光學系統的作用:
 
  (1) 對 PCB 的位置的確認,識別定位標志,
 
  (2) 通過BUS 反饋計算機,
 
  (3) 計算出貼片機原點位置誤差,
 
  (4) 反饋給運動控制系統
 
  (5) 對元器件的確認:元件外形、元件中心、元件引腳的共面性和形變
 
  在 PCB 設計時還增加了小范圍幾何位置識別,即在要貼裝的細間距QFP 位置上再增加元器件圖像識別標志,確保細間距器件貼裝準確無誤飛行對中技術――在運動中就將位置校正好
 
  CCD 安裝在貼片頭上,用此方法 QFP 的貼裝速度由原來的0.7s 下降到0.3s;
 
  CCD 采用懸掛式安裝,有利于 SMC/SMD 運動中校正位置。
 
  (三)貼片頭
 
  固定式貼片頭――通用型貼片機
 
  (1) 吸嘴的真空系統:吸片時必須達到一定的真空度方能判別拾起元件是否正常,(2) 當元件側立或因元件“卡帶”時會發出報警信號。
 
  (2) 吸嘴的軟著陸:貼件時吸嘴會根據元件與 PCB 接觸的瞬間產生的反作用力,(4) 在壓力傳感器的作用下實現軟著陸,(5) 又稱為Z 軸的軟著陸  
  (3) 吸嘴的材料與結構:陶瓷材料、金剛石
 
  旋轉式多頭――高速機
 
  (1) 水平旋轉/轉塔式(松下、三洋、富士)
 
  有 16 個貼片頭,每個頭上有4~6 個吸嘴,可以吸放多種大小不同的元件,16 個頭只能做水平方向旋轉,貼片頭從一號位從送料器吸件在運動過程中完成校正、測試直到完成貼片(2) 垂直旋轉/轉盤式貼片頭(西門子)旋轉頭上有 12 個吸嘴,工作時每個吸嘴都吸取元件,并在CCD 處調整角誤差,吸嘴中均裝有真空傳感器。通常此類貼片機安裝有二組或四組旋轉頭,其中一組在吸件,另一組在貼片,然后交換功能。
 
  組合式貼片頭――安必昂 FCM 型貼片機
 
  由16 個獨立貼征頭組合而,每小時可貼9.6 萬片,但每個貼片頭只貼6000 個,因此精度高、故障率低、噪音低。
 
  供料器
 
  通常有帶狀(TAPE)、管狀(STICK)、秀狀(WAFFLE)和散料傳感器――用得越多,表示其智能化水平越高
 
  (1) 壓力傳感器――監視壓力變化
 
  (2) 負壓傳感器――由負壓發生器和真空傳感器組成(貼片頭),
 
  (3) 出現吸不到元器件或吸不
 
  (4) 住元器件時,它能及時報警
 
  (5) 位置傳感器――PCB 的傳輸定位及計數、貼片頭和工作臺運動檢測、輔助機構的運動
 
  (6) 圖像傳感器――PCB 位置、器件尺寸的圖像信號。CCD 圖像傳感器
 
  (7) 激光感器――差別元件腳 的共面性(識別缺陷),當反射光束與發射光束年度相同時。器件共面性合格
 
  (8) 區域傳感器――利用光電原理監控運行空間以保護貼片頭的安全
 
  (9) 元件檢查――包括供料器供料以及元件的型號與精度檢查
 
  (10) 貼片頭壓力傳感器――通過霍爾壓力傳感器及伺服
 
  (11) 電機的負載特性實現,有效防止立碑,無此傳感器則會出現成錯位及飛片現象
 
  計算機控制系統
 
  使用 Windows 可通過因特網與機器制造商進行聯系,維修工程師能很快判斷故障原因。
 
  貼片機的技術參數
 
  1. 基本參數:PCB 尺寸、貼片速度、貼片精度、標準8mm 供料器數量、貼裝元件尺寸、機器動力參數(電壓、氣壓、功率)
 
  2. 技術參數解析
 
  貼片精度:
 
  定位精度(Placement Accuracy)-實際貼片位置與設定貼片位置的偏差 X、Y、重復精度 Replacability-描述貼片機重復地返回貼片位置的能力,貼片精度通常以之代替,與中心的離散度
 
  分辨率(Resolution)-指貼片機機械位移的最小當量,它取決于伺服電機和軸驅動機構上的哉線性編碼器的分辨率實際生產中的貼片精度/貼片準確度貼片精度除了重復精度外,還應包括PCB/焊盤定位誤差、焊盤尺寸誤差、PCB 光繪誤差(CAD)以及片式元器件制造誤差貼片機的過程能力指數
 
  Cp/CpkCp=T/B=(Tu-Tl)/6q=(Tu-Tl)/6S T 為公差范圍;上限和下限的中心為公差中心(設計中心)Tm,分布中心u,公差中心和分布中心重合時u=Tm,過程無偏移;不重合時出現偏移量,此時應對過程能力指數的計算進行修正。修正后的過程能力指數記為Cpk,Cpk=(1-k)Cp對貼片機來說為單向偏差,Cpk=Zmin/3q1.33<Cpk<=2 能力因素充足1<=Cpk<=1.33 能力因素尚可1>Cpk能力因素欠缺
 
  貼片速度:實際貼片速度通常為理論貼片速度的65%~70%  
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