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第5章贴片工艺在PCB板上印好焊锡膏或贴片胶以后，用贴片机或人工的方式，将SMC／SMD准确地贴放到PCB表面相应位置上的过程，叫做贴片工序。SMC/SMD的贴装是整个SMT工艺的重要组成部分，它所涉及到的问题较其它工序更复杂，难度更大；同时，贴装设备在整个设备投资中也最大。5.1贴片设备•目前在国内的电子产品制造企业里，主要采用自动贴片机进行自动贴片。在小批量的试制生产中，也可以采用手工方式贴片。•常见的贴片机以日本和欧美的品牌为主，主要有：FUJI、SIEMENS、UNIVERSAL、PHIBPS、PANASONIC、YAMAHA、CASIO、SONY等。按照自动化程度，贴片机可以分为全自动贴片机、半自动贴片机和手动贴片机3种。根据贴装速度的快慢，可以分为高速机（通常贴装速度在5Chips／s以上）与中速机，而多功能贴片机（又称为泛用贴片机）能够贴装大尺寸的SMD器件和连接器等异形元器件。图5-1全自动贴片机5.1.1自动贴片机的类型•1.按照贴装元器件的工作方式分类•按照贴装元器件的工作方式，贴片机有四种类型：顺序式、同时式、流水作业式和顺序—同时式。目前国内电子产品制造企业里，使用最多的是顺序式贴片机。•（1）流水作业式贴片机。所谓流水作业式贴片机，是指由多个贴装头组合而成的流水线式的机型，每个贴装头负责贴装一种或在电路板上某一部位的元器件。•（2）顺序式贴片机。顺序式贴片机是由单个贴装头顺序地拾取各种片状元器件，固定在工作台上的电路板由计算机进行控制，在X—Y方向上移动，使板上贴装元器件的位置恰好位于贴装头的下面。••（3）同时式贴片机。同时式贴片机也叫多贴装头贴片机，是指它有多个贴装头，分别从供料系统中拾取不同的元器件，同时把它们贴放到电路基板的不同位置上。•（4）顺序—同时式贴片机。顺序—同时式贴片机是顺序式和同时式两种机型功能的组合。片状元器件的放置位置，可以通过电路板在X—Y方向上的移动或贴装头在X—Y方向上的移动来实现，也可以通过两者同时移动实施控制。图5-2贴片机的类型a)流水作业式b)顺序式c)同时式d)顺序—同时式•2.按照结构分类•（1）拱架型。拱架型贴片机也称动臂式贴片机，也可以叫做平台式结构或者过顶悬梁式结构。拱架型贴片机根据贴装头在拱架上的布置情况可以细分为动臂式（如图5-3a所示）、垂直旋转式（如图5-3b所示）与平行旋转式三种。•这种结构一般采用一体式的基础框架，将贴装头横梁的X／Y定位系统安装在基础框架上，线路板识别相机（俯视相机）安装在贴装头的旁边。线路板传送到机器中间的工作平台上固定，供料器安装在传送轨道的两边，在供料器旁安装有元件识别照相机（仰视相机）。•工作时，PCB与供料器固定不动，安装有真空吸嘴的贴片头在供料器与PCB之间来回移动，将元件从供料器取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于PCB上。••拱架型贴片机因为贴装头往返移动的间隔长，所以速度受到限制。现在一般采用多个真空吸料嘴同时取料（多达十个以上）和采用双梁系统来提高速度，即一个梁上的贴装头在取料的同时，另一个梁上的贴装头贴放元件，速度几乎比单梁系统快一倍。•这类机型的优点是：系统结构简朴，可实现高精度，适于各种大小、外形的元件，甚至异型元件，供料器有带状、管状、托盘形式。一般多功能贴片机和中速贴片机采用这种结构。图5-3拱架型贴片机的工作示意图（a）动臂式图5-3拱架型贴片机的工作示意图（b）垂直旋转式•（2）转塔式贴片机。转塔式贴片机也称为射片机，以高速为特征，它的基本工作原理为：搭载供料器的平台在贴片机左右方向不断移动，将装有待吸取元件的供料器移动到吸取位置。PCB沿X、Y方向运行，使PCB精确地定位于规定的贴片位置，而贴片机核心的转塔携带着元件，转动到贴片位置，在运动过程中实施视觉检测，经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于PCB上。•由于转塔的特点，将贴片动作细微化，选换吸嘴、供料器移动到位、取元件、元件识别、角度调整、工作台移动(包含位置调整)、贴放元件等动作都可以在同一时间周期内完成，实现了真正意义上的高速度。图5-4转塔式贴片机的工作示意图•（3）模块机。模块机使用一系列小的单独的贴装单元（也称为模块），每个单元安装有独立的贴装头和元件对中系统。每个贴装头可吸取有限的带状料，贴装PCB的一部分，PCB以固定的间隔时间在机器内步步推进。单独地各个单元机器运行速度较慢，可是，它们连续的或平行的运行会有很高的产量。如Philips公司的AX—5机器可最多有20个贴装头，实现了每小时15万片的贴装速度，但就每个贴装头而言，贴装速度在每小时7500片左右，这种机型主要适用于规模化生产。5.1.2自动贴片机整机结构•自动贴片机实际上是一种精密的工业机器人，是机—光—电以及计算机控制技术的综合体。它通过吸取→位移→定位→放置等功能，在不损伤元件和PCB的情况下，将SMC／SMD元件快速而准确地贴装到PCB板所指定的焊盘位置上。•贴片机的基本结构包括设备本体、元器件供给系统、电路板传送与定位装置、贴装头及其驱动定位装置、贴片工具（吸嘴）、计算机控制系统等。为适应高密度超大规模集成电路的贴装，贴片机还具有光学检测与视觉对中系统，保证芯片能够高精度地准确定位。•1.设备本体•贴片机的设备本体是用来安装和支撑贴片机的底座，一般采用质量大、振动小、有利于保证设备精度的铸铁件制造。•2.贴装头系统•（1）贴装头。贴装头也叫吸—放头，它的动作由拾取→贴放和移动→定位两种动作模式组成。贴装头通过程序控制，完成三维的往复运动，实现从供料系统取料后移动到PCB的指定位置上的操作。贴装头的端部有一个用真空泵控制的贴装工具—吸嘴，不同形状、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，异形元件（例如没有吸取平面的连接器等）用机械爪结构拾放。当换向阀门打开时，吸嘴的负压把SMT元器件从供料系统（散装料仓、管状料斗、盘状纸带或托盘包装）中吸上来；当换向阀门关闭时，吸盘把元器件释放到PCB上。贴装头通过上述两种动作模式的组合，完成拾取—贴放元器件的动作。•1）固定式单头。早期单头贴片机主要由吸嘴、定位爪、定位台、Z轴和θ角运动系统组成，并固定在X/Y传动机构上，当吸嘴吸取一个元件后，通过机械对中机构实现元件对中，并给供料器一个信号，使下一个元件进入吸片位置，但这种方式贴片速度很慢，通常贴放一只片式元件需1s。•2）固定式多头。这是通用型贴片机采用的结构，它在单头的基础上进行了改进，即由单头增加到了3～6个贴片头。他们仍然被固定在X/Y轴上，但不再使用机械对中，而改为多种形式的光学对中，工作时分别吸取元器件，对中后再依次贴放到PCB指定位置上。这类机型的贴片速度可达每小时3万个元件，而且这类机器的价格较低，并可组合连用。•固定式单头和固定式多头由于工作时只做X/Y方向的运动，因此均属于平动式贴装头。图5-5固定式多头贴装头•3）垂直旋转-转盘式贴装头。旋转头上安装有6～30个吸嘴，工作时每个吸嘴均吸取元件，并在CCD处调整Δθ，吸嘴中都装有真空传感器与压力传感器。这类贴装头多见于西门子公司的贴装机中，通常贴装机内装有两组或四组贴装头，其中一组在贴片，另一组在吸取元件，然后交换功能以达到高速贴片的目的。图5-6所示是装有12个吸嘴的转盘式贴装头的工作示意图。图5-6垂直旋转-转盘式贴装头工作示意图•4）水平旋转式-转塔式。转塔的概念是将多个贴装头组装成一个整体，贴装头有的在一个圆环内呈环形分布，也有的呈星形放射状分布，工作时这一贴装头组合在水平方向顺时针旋转，故此称为转塔。•转塔式贴片机的转塔一般有12～24个贴装头，每个头上有5～6个吸嘴，可以吸放多种大小不同的元件。贴片头固定安装在转塔上，只能做水平方向旋转。旋转头各位置的功能做了明确的分工，贴片头在1号位从供料器上吸取元器件，然后在运动过程中完成校正、测试、直至7号位完成贴片工序。•由于贴片头是固定旋转的，不能移动，元件的供给只能靠供料器在水平方向的运动来完成，贴放位置则由PCB工作台的X/Y高速运动来实现。在贴片头的旋转过程中，供料器以及PCB也在同步运行。由于拾取元件和贴片动作同时进行，使得贴片速度大幅度提高。•由于元件在料带中并不一定是在中心，所以吸嘴在吸料时根据上一次校正的吸料偏差进行补正。吸嘴呈环形分布的贴装头可以通过转塔的旋转和贴装头的旋转来补偿吸料X、Y方向的微量偏差；吸嘴呈星形放射状分布的贴装头，通过转塔的旋转来补偿吸料X方向，通过Y轴凸轮的转动来补偿吸料Y方向的偏差。•由于元件的大小和重量不一，转塔在处理不同大小和重量的元件时的速度也不同。对于较小的元件，如0201，0402，0603和0805等，转塔一般可以用全速转动和贴装；对于较大元件，如钽电容、SOIC、PLCC和QFP等元件，转塔需要在所有的过程中降速。如果在转塔上有一个贴装头上的元件需要降速，整个转塔的速度将会随着这个元件的需要而下降。图5-7转塔式贴装头的工作过程•（2）吸嘴（Nozzle）。吸嘴是贴片头上进行拾取和贴放的贴装工具，它是贴片头的心脏。吸嘴拾起元器件并将其贴放到PCB上，一般有两种方式：一是根据元器件的高度，即事先输入元器件的厚度，当吸嘴下降到此高度时，真空释放并将元器件贴放到焊盘上，采用这种方法有时会因元器件厚度的误差，出现贴放过早或过迟现象，严重时会引起元器件移位或飞片的缺陷；另一种方法是吸嘴根据元器件与PCB接触瞬间产生的反作用力，在压力传感器的作用下实现贴放的软着陆，又称为Z轴的软着陆，故贴片时不易出现移位与飞片缺陷。•由于吸嘴频繁、高速与元器件接触，其磨损是非常严重的。早期吸嘴采用合金材料，后又改为碳纤维耐磨塑料材料，更先进的吸嘴则采用陶瓷材料及金刚石，使吸嘴更耐用。•3.供料器•供料器也称送料器或喂料器，其作用是将片式的SMC／SMD按照一定的规律和顺序提供给贴片头，以方便贴片头吸嘴准确拾取，为贴片机提供元件进行贴片。例如有一种PCB上需要贴装10种元件，这时就需要10个供料器为贴片机供料。供料器按机器品牌及型号区分，一般来说不同品牌的贴片机所使用的供料器是不相同的，但相同品牌不同型号一般都可以通用。•供料器按照驱动方式的不同可以分为电驱动、空气压力驱动和机械打击式驱动，其中电驱动的振动小，噪声低，控制精度高，因此目前高端贴片机中供料器的驱动基本上都是采用电驱动，而中低档贴片机都是采用空气压力驱动和机械打击式驱动。根据SMC／SMD包装的不同，供料器通常有带状供料器、管状供料器、盘状供料器和散装供料器等几种。•4．视觉对中系统•机器视觉系统在工作过程中首先是对PCB的位置进行确认，当PCB输送至贴片位置上时，安装在贴片机头部的CCD，首先通过对PCB上定位标志的识别，实现对PCB位置的确认；CCD对定位标志确认后，通过BUS（总线）反馈给计算机，计算出贴片圆点位置误差(ΔX，ΔY)，同时反馈给控制系统，以实现PCB识别过程并被精确定位，使贴装头能把元器件准确地释放到一定的位置上。在确认PCB位置后，接着是对元器件的确认，包括元件的外形是否与程序一致，元件的中心是否居中，元件引脚的共面性和形变。其中，元器件对中过程为：贴片头吸取元器件后，视觉系统对元器件成像，并转化成数字图像信号，经计算机分析出元器件的几何中心和几何尺寸，并与控制程序中的数据进行比较，计算出吸嘴中心与元器件中心在ΔX，ΔY和Δθ的误差，并及时反馈至控制系统进行修正，保证元器件引脚与PCB焊盘重合。•视安装位置或摄像机的类型不同，视觉系统一般分为俯视、仰视、头部或激光对齐。图5-11贴片视觉对中系统•5．贴片机的传感系统•1）压力传感器。贴片机的压力系统包括各种气缸的工作压力和真空发生器，这些发生器均对空气压力有一定的要求，低于设备规定的压力时，机器就不能正常运转。压力传感器始终监视压力的变化，一旦机器异常，将会及时报警，提醒操作人员及时处理。•2）负压传感器。吸嘴靠负压吸取元器件，吸片时，必须达到一定的真空度方能判别所拾元器件是否正常。因此，负压的变化反映了吸嘴吸取元器件的情况。如果供