隨著表面貼裝技術(shù)的迅速發(fā)展,貼片機(jī)在我國(guó)電子組裝行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。面對(duì)型號(hào)眾多的貼片機(jī)如何選型,仍是一個(gè)復(fù)雜而艱難的工作。本文將就貼片機(jī)選型時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題作一概括介紹,以供企業(yè)選購(gòu)設(shè)備時(shí)參考。
貼片機(jī)類(lèi)型
目前貼片機(jī)大致可分為四種類(lèi)型:動(dòng)臂式、復(fù)合式、轉(zhuǎn)盤(pán)式和大型平行系統(tǒng)。不同種類(lèi)的貼片機(jī)各有優(yōu)劣,通常取決于應(yīng)用或工藝對(duì)系統(tǒng)的要求,在其速度和精度之間也存在一定的平衡。
動(dòng)臂式機(jī)器具有較好的靈活性和精度,適用于大部分元件,高精度機(jī)器一般都是這種類(lèi)型,但其速度無(wú)法與復(fù)合式、轉(zhuǎn)盤(pán)式和大型平行系統(tǒng)相比。不過(guò)元件排列越來(lái)越集中在有源部件上,比如有引線(xiàn)的QFP和BGA陣列元件,安裝精度對(duì)高產(chǎn)量有至關(guān)重要的作用。復(fù)合式、轉(zhuǎn)盤(pán)式和大型平行系統(tǒng)一般不適用于這種類(lèi)型的元件安裝。動(dòng)臂式機(jī)器分為單臂式和多臂式,單臂式是最早先發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)在仍然使用的多功能貼片機(jī)。在單臂式基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多臂式貼片機(jī)可將工作效率成倍提高,
復(fù)合式機(jī)器是從動(dòng)臂式機(jī)器發(fā)展而來(lái),它集合了轉(zhuǎn)盤(pán)式和動(dòng)臂式的特點(diǎn),在動(dòng)臂上安裝有轉(zhuǎn)盤(pán),像Simens 的Siplace80S系列貼片機(jī),有兩個(gè)帶有12個(gè)吸嘴的轉(zhuǎn)盤(pán)。由于復(fù)合式機(jī)器可通過(guò)增加動(dòng)臂數(shù)量來(lái)提高速度,具有較大靈活性,因此它的發(fā)展前景被看好,如Simens最新推出的HS50機(jī)器就安裝有4個(gè)這樣的旋轉(zhuǎn)頭,貼裝速度可達(dá)每小時(shí)5萬(wàn)片。
轉(zhuǎn)盤(pán)式機(jī)器由于拾取元件和貼片動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行,使得貼片速度大幅度提高,這種結(jié)構(gòu)的高速貼片機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用最為普遍,不但速度較高,而且性能非常的穩(wěn)定,如松下公司的MSH3機(jī)器貼裝速度可達(dá)到0.075秒/片。但是這種機(jī)器由于機(jī)械結(jié)構(gòu)所限,其貼裝速度已達(dá)到一個(gè)極限值,不可能再大幅度提高。
大型平行系統(tǒng)由一系列的小型獨(dú)立組裝機(jī)組成。各自有絲杠定位系統(tǒng)機(jī)械手,機(jī)械手帶有攝象機(jī)和安裝頭。各安裝頭都從幾個(gè)帶式送料器拾取元件,并能為多塊電路板的多塊分區(qū)進(jìn)行安裝,這些板通過(guò)機(jī)器定時(shí)轉(zhuǎn)換角度對(duì)準(zhǔn)位置。如PHLIPS公司的FCM機(jī)器有16個(gè)安裝頭,實(shí)現(xiàn)了0.0375S/片的貼裝速度,但就每個(gè)安裝頭而言,貼裝速度在0.6S/片左右,仍有大幅度提高的可能。
復(fù)合式、轉(zhuǎn)盤(pán)式和大型平行系統(tǒng)屬于高速安裝系統(tǒng),一般用于小型片狀元件安裝。轉(zhuǎn)盤(pán)式機(jī)器也被稱(chēng)作“射片機(jī)”(Chip shooter),因?yàn)樗ǔS糜诮M裝片式電阻電容。另外,此類(lèi)機(jī)器具有高速“射出”的能力。因?yàn)闊o(wú)源元件,即“芯片”以及其他引線(xiàn)元件所需精度不高,射片機(jī)組裝可實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)能。高速機(jī)器由于結(jié)構(gòu)較普通動(dòng)臂式機(jī)器復(fù)雜許多,因而價(jià)格也高出許多,在選擇設(shè)備時(shí)要考慮到這一點(diǎn)。
試驗(yàn)表明,動(dòng)臂式機(jī)器的安裝精度較好,安裝速度為每小時(shí)5000-20000個(gè)元件(cph)。復(fù)合式和轉(zhuǎn)盤(pán)式機(jī)器的組裝速度較高,一般為每小時(shí)20000-50000個(gè)。大型平行系統(tǒng)的組裝速度最快,可達(dá)50000-100000個(gè)。
視覺(jué)系統(tǒng)
機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是顯著影響元件安裝的第二個(gè)因素,機(jī)器需要知道電路板的準(zhǔn)確位置并確定元件與板的相對(duì)位置才能保證自動(dòng)組裝的精度。
成像通過(guò)使用視像系統(tǒng)完成。視像系統(tǒng)一般分為俯視、仰視、頭部或激光對(duì)齊,視位置或攝象機(jī)的類(lèi)型而定。(1)俯視攝象機(jī)在電路板上搜尋目標(biāo)(稱(chēng)作基準(zhǔn)),以便在組裝前將電路板置于正確位置;(2)仰視攝象機(jī)用于在固定位置檢測(cè)元件,一般采用CCD技術(shù),在安裝之前,元件必須移過(guò)攝象機(jī)上方,以便做視像處理。粗看起來(lái),好象有些耗時(shí)。但是,由于安裝頭必須移至送料器收集元件,如果攝象機(jī)安裝在拾取位置(從送料處)和安裝位置(板上)之間,視像的獲取和處理便可在安裝頭移動(dòng)的過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行,從而縮短貼裝時(shí)間;(3)頭部攝象機(jī)直接安裝在貼片頭上,一般采用line-sensor技術(shù),在拾取元件移到指定位置的過(guò)程中完成對(duì)元件的檢測(cè),這種技術(shù)又稱(chēng)為“飛行對(duì)中技術(shù)”,它可以大幅度提高貼裝效率;(4)激光對(duì)齊是指從光源產(chǎn)生一適中的光束,照射在元件上,來(lái)測(cè)量元件投射的影響。這種方法可以測(cè)量元件的尺寸、形狀以及吸嘴中心軸的偏差。但對(duì)于有引腳的元件,如:SOIC、QFP和BGA則需要第三維的攝象機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。這樣每個(gè)元件的對(duì)中又需要增加數(shù)秒的時(shí)間。很顯然,這對(duì)整個(gè)貼片機(jī)系統(tǒng)的速度將產(chǎn)生很大影響。在三種元件對(duì)中方式(CCD、line-sensor、激光)中,以CCD技術(shù)為最佳,目前的CCD硬件性能都具備相當(dāng)?shù)乃?。在CCD硬件開(kāi)發(fā)方面前些時(shí)候開(kāi)發(fā)了“背光”(Back-Lighting)及“反射光”(Front-Lighting)技術(shù),以及可編程的照明控制,以更好應(yīng)付各種不同元件貼裝需要。
送料
動(dòng)臂式機(jī)器可支持多種不同類(lèi)型的送料器,如帶式、盤(pán)式、散裝式、管式等。這一點(diǎn)與高速安裝系統(tǒng)形成鮮明對(duì)照,后者只能使用散裝式或帶式兩種送料器。
在安裝許多大型IC時(shí),如QFP和BGA,動(dòng)臂式機(jī)器是唯一的選擇。除了貼裝精度外,高速機(jī)器不支持盤(pán)式送料器也是重要原因。
一般來(lái)說(shuō)制造商應(yīng)考慮供料器在其機(jī)器上的通用性,但有時(shí)制造商也會(huì)為其某種特定機(jī)器設(shè)計(jì)送料器,這樣就限制了送料器在其他機(jī)器上的用途。專(zhuān)用機(jī)器不僅會(huì)導(dǎo)致大量送料器閑置,而且還需要空間存儲(chǔ)它們。
靈活性
由于目前電子產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,生產(chǎn)的不確定因素加大,需經(jīng)常調(diào)整產(chǎn)品的產(chǎn)量或安排產(chǎn)品轉(zhuǎn)型,因而對(duì)貼片機(jī)也就提出了相應(yīng)的要求,即要求具有良好的靈活性,以適應(yīng)當(dāng)前千變?nèi)f化的生產(chǎn)制造環(huán)境,這就是我們常說(shuō)的柔性制造系統(tǒng)(FMS)。例如美國(guó)環(huán)球貼片機(jī),從點(diǎn)膠到貼片的功能互換時(shí),只需將點(diǎn)膠組件與貼片組件互換,這種設(shè)備適合多任務(wù)、多用途、投產(chǎn)周期短的加工企業(yè)。機(jī)器靈活性是我們?cè)谶x購(gòu)設(shè)備時(shí)要考慮的關(guān)鍵因素。