SMT加工贴片机贴的贴片质量及其检测

贴片机是SMT生产线的关键设备之一，是决定组装系统的自动化程度、组装精度和 生产效率的关键因素之一。随着SMC/SMD进一步的微型化与细间距化，以及无铅工程 的导入，对贴片机的性能(精度、速度、对元器件的检测能力等)要求大大提高。

3.3.1贴片质量分析
贴片机是典型的光、机、电、气高度集成的一体化设备，其制造要求比较高，这也是目 前我国尚无自主知识产权的高档贴片机的主要原因。相比其他SMT工序环节,贴片质 量对贴片机的性能依赖更大，与人的因素相对较小。影响贴片质量的关键因素包括:贴片 力、贴片的速度/加速度、贴片机的贴片精度、元器件、焊膏与PCB。 1.贴片力
在实际贴片过程中，根据贴片头的对中原理，一般可以把贴片头分为无对中爪贴片头 和有对中爪贴片头两种。对于无对中爪贴片头而言，由于贴片头只有真空吸嘴，所以对元 器件的机械损伤较小。而对于有对中爪贴片头来说，在贴片头上装有机械对中爪,使得在 贴装过程中，由于对中爪的夹持作用，对元器件产生较大的夹持力,这就很有可能造成尺 寸较小或有引脚的元件的损坏。‘
贴片都是在贴片头运动到要贴装的位置正上方一定高度后,释放元器件,元器件在重 力的作用下，贴装到指定位置。但同一贴片头贴装的元器件大小各异,重量相差较大，仅 仅依靠重力会造成贴装质量差异较大。因此，在当前先进的贴片机中，还有对贴片头气流 的智能管理，使得元器件既快速贴放同时对焊膏与元器件的冲击又小。另外一个影响贴 片力的重要因素是贴片高度，贴片高度也就是元器件释放时吸嘴距离PCB板面的高度, 在没有额外施加力的情况下，贴片高度将直接影响元器件对PCB的冲击力，高度越高，冲 击力就越大，从而造成焊膏坍塌等。在生产过程中，往往是事先把元器件的高度输入到程 序中，当元器件下降到这个高度时就释放元器件。但是，由于元器件高度的不同以及较大 的高度误差,容易造成早贴或晚贴的现象，因而出现元器件移位甚至损坏元器件。一般的 贴片机设置有多个光电传感器用于检测不同元器件的高度,有的先进贴片机在贴片头安 装压力传感器，在元器件接触PCB板面的瞬间释放元器件，从而达到“软着陆”的效果，也 称为Z轴软着陆。这都有效解决贴片冲击带来的各类缺陷问题。

2. 贴片速度与加速度
贴片速度才口速度不仅仅是影响生产率的直接原因，而且它还对贴片质量造成很大的 影响。贴片机的速度刀W速度对贴装质量的影响而言,X、Y及。轴传动部件的速度与加 速度是关键的影响因素，它们严重影响贴片质量。常见的传动方式有:①PCB承载台平 移;②贴装头转动/PCB承载台平移;③贴装头XY轴正交平移。如果采用PCB工作台移 动，那么PCB工作台在工作过程中必须快速移动，从而要求PCB承载台快速加速和快速 减速。这时对于那些大型、较重的元器件而言，加速度越大，元器件受冲击越大，元器件质 量越大，则所受的惯性越大，这样一来，对于那些已贴装好的元器件而言，有可能因为惯性 大而造成移位，这就会降低贴装精度。因此，在贴装大型、较重的元件的时候，应降低 PCB承载台的运动速度和加速度。

3. 元器件
随着元器件的小型化、细间距，元器件对贴片质量的影响越来越大。元器件越小，对 贴片的精度要求就越高，很小的旋转误差或平移误差就会使元器件贴偏甚至完全偏离焊 盘。对于细间距元件而言，极小的旋转误差将可能使元件完全偏离而导致桥连。因此，在 贴装小型、细间距的元件时，如0402.0201以及处于研发阶段的01005,必须选用旋转误 差和平移误差很小的高精度贴片机。在实际的生产线上，一般都配置了至少两台贴片机， 即高速贴片机、高精度贴片机。高速贴片机主要贴装片式电阻、片式电容等片式元件，而 高精度贴片机则主要贴装PLCC、QFP等大型、多引脚的集成电路器件。在贴装像圆柱型 金属端的器件时，因为器件容易发生滚动，所以在贴装过程中，焊膏的黏性要比较高，而且 PCB最好是不动或移动速度、加速度很小,不然就很容易产生缺陷。

4. 焊膏
焊膏在焊接后提供预期的电气与机械连接，它还在贴装过程中要求提供足够的黏附 力固定元器件。元器件在贴装过程中，如果PCB承载台是运动的,运动的承载台会对贴 装的元器件产生冲击力，要想元器件保持在贴装的位置不动,必须有足够的黏附力，这在 贴装大型元器件的时候是非常重要的。因此，在选择或评估焊膏时,应当考虑这个问题。 另一方面就是焊膏的老化时间，如果焊膏的模板寿命比较短,焊膏印刷后就应该即时进行 贴片工序，否则，因为助焊剂的迅速蒸发而黏性下降。

5. 贴片机的贴片粕度
贴片机实际上是一台高精度、高自动化的数控设备,是由光、电、气、精密机械、计算机 等组成的自动化设备。贴片机的主要性能参数包括:生产速率、功能范围、贴片质量、贴片 精度、可靠性（长短期）、柔性或灵活性、保养和维修性以及操作性和防误性等。贴片机的 综合性能极大地影响整个SMT生产线的效率。
贴片精度主要包括基板精度、基板定位精度、贴片头定位精度、元器件定位精度以及 贴片头的重复定位精度。定位精度一般是指贴片机的实际贴片位置与设定位置的偏差， 重复定位精度是指贴装头重复地返回设定点的能力。贴片机的贴装精度主要受以下几方 面的影响:PCB定位工作台的X-Y轴运动精度、元器件对中机构的精度和贴装头（Z轴 上下运动、。旋转）精度。元器件贴装精度总的来说受X、Y、6这三个参数影响,在上述 三个参数中，6的影响是最大的,尤其对于那些大型且多引脚元件更是如此，一般来说,选 择一台XY轴贴装精度较低而。精度较高的贴片机比选择一台XY轴贴装精度高而。精 度低的贴片机更能提高元器件的贴装精度。所以，按照元器件封装形式和尺寸选择各轴 精度合适的贴片机是完全有必要的。
(1) 基板精度
基板精度包括基板制图的准确性、基板的制造精度以及基板的材料质量影响。如果 基板的制图的精度不高,即使贴装的精度再高，元器件也会贴偏;制造精度包括焊盘间的 精度、焊盘对定位孔的精度以及焊盘对PCB板边的精度;材料质量则主要指机械稳定性 和热稳定性。机械稳定性指PCB的抗冲击的能力，而热稳定性指在PCB温度升高时， PCB的硬度、延展性变化等。随着贴装速度的提高，温升问题正越来越严重。
(2) 基板定位精度
基板定位主要是为了固定基板和确定PCB的准确位置,PCB的定位一般有孔定位和 边定位两种方式。孔定位可以减少PCB的翘曲度，并且可以不需要基板的基准点;边定 位一般用在基板较厚、对基板翘曲度要求较小、陶瓷基板等情况下，这种定位方式必须有 基准点。一般来说，基板焊盘对定位孔或定位边的精度不够理想,通常都还是采用基准 点。基准点在制造过程中是和焊盘采用同一工艺和在同一工序中完成的，因此它通常提 供十分准确的焊盘精度，通过使用光学视觉系统，可以准确测量出焊盘的位置。
(3) XY轴平移误差
对于X-Y轴导轨来说，它的定位精度主要有三部分:步距精度、导轨移动的直线性 以及x-y轴导轨移动的垂直度。在实际传动系统中,x-y轴运动轨迹的非线性度是 由许多原因造成的，这包括:丝杆间距的变动、齿距的变化、旋转编码器的非线性度以及线 性同步电机的非线性度。随着贴片速度的提高,x-丫传动机构运动速度相应地提高，导 致x-y传动机构因运动过快而发热。一般来说，铝的线膨胀系数为钢的1 . 5倍，滚珠 丝杆是主要的热源,随着温度变化，贴装精度就会受到影响，在最新的x-y传动系统 中，导轨内部安装了冷却系统，有效地减少了因温度带来的贴装误差。
(4) z轴运动误差
通过Z轴的上下运动，实现元器件的拾取和贴装,Z轴的另一个重要的参数就是0, 旋转精度的高低很大程度上决定整个贴片机的贴装精度。贴片头通常是按照程序运动到 指定位置进行元器件的拾取、贴装。但是，由于元器件高度的不一致以及供料带中元器件 的位置没能准确定位，很容易造成元器件的中心与吸嘴的中心不重合，对于有对中爪的贴 片头而言，可以利用机械爪的作用,将元器件的中心和吸嘴的中心进行对中。对于没有对 中爪的贴片头来说应该在贴片头安装检测摄像机，实时检测元器件的中心和贴片头的中 心,把偏移量反馈给伺服电机，从而纠正Z轴的偏差。
(5) 元器件定位精度
对于元器件来说,根据实际的贴装精度要求,分别采用机械对中爪、对中工作台或光 学对准系统进行元器件对中，而机械对中爪又有同时对中和顺序对中两种对中方法，这是 最早的定位技术，一般认为会损坏元器件，贴片质量比较差。一般来说，对中台对中比机 械对中爪对中的精度要高，不利因素是它有可能会减慢贴装速度。光学CCD对中可获得 最准确的对中，是微细间距和FC/CSP贴片技术的必需品，精度水平可达0.03mm~ 0.05mm(3a水平)，目前这种对中方式已广泛应用在高精度贴片机中。最新发展起来的 有激光投影对中和单线扫描对中，它们都是无接触式、高速的对中方式。

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