SMT设备之元器件贴装机
用贴装机或人工的方式，将SMC/SMD准确地贴放到PCB板上印好焊锡膏或贴片胶的表面相应位置上的过程，叫做贴装(贴片)工序。
要保证贴片质量，应该考虑三个要素：贴装元器件的正确性、贴装位置的准确性和贴装压力(贴片高度)的适度性。
⑴ 贴片工序对贴装元器件的要求
元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标记，都应该符合产品装配图和明细表的要求。
贴装元器件的焊端或引脚上不小于1/2的厚度要浸入焊膏，一般元器件贴片时，焊膏挤出量应小于0.2mm;窄间距元器件的焊膏挤出量应小于0.1mm。
元器件的焊端或引脚均应该尽量和焊盘图形对齐、居中。因为再流焊时的自定位效应，元器件的贴装位置允许一定的偏差。
⑵ 元器件贴装偏差范围
① 矩形元器件允许的贴装偏差范围。
(a)图的元器件贴装优良，元器件的焊端居中位于焊盘上。
(b)图表示元件在贴装时发生横向移位(规定元器件的长度方向为“纵向”)，合格的标准是：焊端宽度的3/4以上在焊盘上，即D1≥焊端宽度的75%;否则为不合格。
(c)图表示元器件在贴装时发生纵向移位，合格的标准是：焊端与焊盘必须交叠;如果D2≥0，则为不合格。
(d)图表示元器件在贴装时发生旋转偏移，合格的标准是：D3≥焊端宽度的75%;否则为不合格。
(e)图表示元器件在贴装时与焊锡膏图形的关系，合格的标准是：元件焊端必须接触焊锡膏图形;否则为不合格。
② 小外形晶体管(SOT)允许的贴装偏差范围：允许有旋转偏差，但引脚必须全部在焊盘上。
③ 小外形集成电路(SOIC)允许的贴装偏差范围：允许有平移或旋转偏差，但必须保证引脚宽度的3/4在焊盘上。如图6.20示。
④ 四边扁平封装器件和超小型器件(QFP，包括PLCC器件)允许的贴装偏差范围：要保证引脚宽度的3/4在焊盘上，允许有旋转偏差，但必须保证引脚长度的3/4在焊盘上。
⑤ BGA器件允许的贴装偏差范围：焊球中心与焊盘中心的最大偏移量小于焊球半径，如图6.21示。
⑶ 元器件贴装压力(贴片高度)
元器件贴装压力要合适，如果压力过小，元器件焊端或引脚就会浮放在焊锡膏表面，使焊锡膏不能粘住元器件，在传送和再流焊过程中可能会产生位置移动。
如果元器件贴装压力过大，焊膏挤出量过大，容易造成焊锡膏外溢粘连，使再流焊时产生桥接，同时也会造成器件的滑动偏移，严重时会损坏器件。
⑶ 自动贴片机的主要结构
片状元器件贴装机，又称贴片机。自动贴片机相当于机器人的机械手，能按照事先编制好的程序把元器件从包装中取出来，并贴放到印制板相应的位置上。由于SMT的迅速发展，国外生产贴片机的厂家很多，其型号和规格也有多种，但这些设备的基本结构都是相同的。贴装机的基本结构包括设备本体、片状元器件供给系统、印制板传送与定位装置、贴装头及其驱动定位装置、贴装工具(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，比较先进的贴装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装机的底座，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
贴装头也叫吸-放头，是贴装机上最复杂、最关键的部分，它相当于机械手，它的动作由拾取-贴放和移动-定位两种模式组成。第一，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电路基板的指定位置上。第二，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、管装料斗、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电路基板上。
贴装头的X-Y定位系统一般用直流伺服电机驱动、通过机械丝杠传输力矩，磁尺和光栅定位的精度高于丝杠定位，但后者容易维护修理。
③ 供料系统
供料系统的工作状态，根据元器件的包装形式和贴片机的类型而确定。贴装前，将各种类型的供料装置分别安装到相应的供料器支架上。随着贴装进程，装载着多种不同元器件的散装料仓水平旋转，把即将贴装的那种元器件转到料仓门的下方，便于贴装头拾取;纸带包装元器件的盘装编带随编带架垂直旋转，管状和定位料斗在水平面上二维移动，为贴装头提供新的待取元件。
④ 电路板定位系统
在计算机控制系统的操纵下，电路板随工作台沿传送轨道移动到工作区域内，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。精确定位的核心是“对中”，有机械对中、激光对中、激光加视觉混合对中以及全视觉对中方式。
⑤ 计算机控制系统
目前大多数贴片机的计算机控制系统采用Windows界面。可以通过高级语言软件或硬件开关，在线或离线编制计算机程序并自动进行优化，控制贴片机的自动工作步骤。每个片状元器件的精确位置，都要编程输入计算机。具有视觉检测系统的贴装机，也是通过计算机实现对电路板上贴片位置的图形识别。
⑷ 贴片机的主要指标
衡量贴片机的三个重要指标是精度、速度和适应性。
精度与贴片机的对中方式有关，其中以全视觉对中的精度最高。一般来说，贴片的精度体系应该包含三个项目：贴装精度、分辨率、重复精度，三者之间有一定的相关关系。
被定义为贴装元器件焊端偏离指定位置最大值的综合位置误差。贴装精度由两种误差组成，即平移误差和旋转误差，如图6.23所示。平移误差主要因为X-Y定位系统不够精确，旋转误差主要因为元器件对中机构不够精确和贴装工具存在旋转误差。定量地说，贴装SMC要求精度达到±0.01mm，贴装高密度、窄间距的SMD至少要求精度达到±0.06mm。
分辨率是描述贴装机分辨空间连续点的能力。贴装机的分辨率由定位驱动电机和传动轴驱动机构上的旋转位置或线性位置检测装置的分辨率来决定，它是贴装机能够分辨的距离目标位置最近的点。分辨率用来度量贴装机运行时的最小增量，是衡量机器本身精度的重要指标，例如丝杠的每个步进为0.01mm，那么该贴装机的分辨率为0.01mm。但是，实际贴装精度包括所有误差的总和，因此，描述贴装机性能时很少使用分辨率，一般在比较不同贴装机的性能时才使用它。
重复精度描述贴片头重复返回标定点的能力。通常采用双向重复精度的概念，它定义为“在一系列试验中，从两个方向接近任一给定点时，离开平均值的偏差”
贴片速度：影响贴装机贴装速度的因素有许多，例如PCB板的设计质量、元器件供料器的数量和位置等。一般高速机贴装速度高于0.2s/Chip元件，目前最高贴装速度为0.06s/Chip元件;高精度、多功能机一般都是中速机，贴装速度为0.3~0.6s/Chip元件左右。贴装机速度主要用以下几个指标来衡量。
贴装周期：指完成一个贴装过程所用的时间，它包括从拾取元器件、元器件定心、检测、贴放和返回到拾取元器件的位置这一过程所用的时间。
贴装率：指在一小时内完成的贴装周期数。测算时，先测出贴装机在50mm×250mm的PCB板上贴装均匀分布的150只片式元器件的时间，然后计算出贴装一只元器件的平均时间，最后计算出一小时贴装的元器件数量，即贴装率。目前高速贴片机的贴装率可达每小时数万片。
生产量：理论上每班的生产量可以根据贴装率来计算，但由于实际的生产量会受到许多因素的影响，与理论值有较大的差距，影响生产量的因素有生产时停机、更换供料器或重新调整PCB板位置的时间等因素。
适应性：适应性是贴装机适应不同贴装要求的能力，包括以下内容。
贴装元器件种类广泛的贴装机，比仅能贴装SMC或少量SMD类型的贴装机的适应性好。影响贴装元器件类型的主要因素是贴装精度、贴装工具、定心机构与元器件的相容性，以及贴装机能够容纳供料器的数目和种类。一般高速贴片机主要可以贴装各种SMC元件和较小的SMD器件(最大约25×30mm);多功能机可以贴装从1.0×0.5mm~54×54mm的SMD器件(目前可贴装的元器件尺寸已经达到最小0.6×0.3mm，最大60×60mm)，还可以贴装连接器等异形元器件，连接器的最大长度可达150mm。
贴装机上供料器的容纳量通常用能装到贴装机上的8mm编带供料器的最多数目来衡量。一般高速贴片机的供料器位置大于120个，多功能贴片机的供料器位置在60~120个之间。由于并不是所有元器件都能包装在8mm编带中，所以贴装机的实际容量将随着元器件的类型而变化。
贴装面积：由贴装机传送轨道以及贴装头的运动范围决定。一般可贴装的PCB尺寸，最小为50×50mm，最大应大于250×300mm。
贴装机的调整：当贴装机从组装一种类型的电路板转换到组装另一种类型的电路板时，需要进行贴装机的再编程、供料器的更换、电路板传送机构和定位工作台的调整、贴装头的调整和更换等工作。高档贴装机一般采用计算机编程方式进行调整，低档贴装机多采用人工方式进行调整。
⑸ 贴片机的工作方式和类型
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。它们在组装速度、精度和灵活性方面各有特色，要根据产品的品种、批量和生产规模进行选择。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。
所谓流水作业式贴装机，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。
同时式贴装机，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，如图6.25 (c)所示。
顺序-同时式贴装机，则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，可以通过电路板作X-Y方向上的移动或贴装头作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，如图6.25(d)所示。
如果对贴片机性能有比较深入的了解，就能够在购买设备时获得更高的性能-价格比。例如，要求贴装一般的片状阻容元件和小型平面集成电路，则可以选购一台多贴装头的贴片机;如果还要贴装引脚密度更高的PLCC/QFP器件，就应该选购一台具有视觉识别系统的贴片机和一台用来贴装片状阻容元件的普通贴片机，配合起来使用。供料系统可以根据使用的片状元器件的种类来选定，尽量采用盘状纸带式包装，以便提高贴片机的工作效率。
