元件贴装设备的选择

作者：烽火通信科技股份有限公司 鲜飞

欢迎访问e展厅 展厅 3 电子工业设备展厅 电路板生产设备, 分板机, 贴片机, 波峰焊, 回流焊, ... 随着表面贴装技术（SMT）的迅速发展，贴片机在我国电子组装行业中的应用越来越广泛。面对型号众多的贴片机如何选型，仍是一个复杂而艰难的工作。本文将就贴片机选型时应注意的几个关键技术问题作一概括介绍，以供企业选购设备时参考。 贴片机类型 目前贴片机大致可分为四种类型：动臂式、复合式、转塔式和大型平行系统。不同种类的贴片机各有优劣，通常取决于应用或工艺对系统的要求，在其速度和精度之间也存在一定的平衡。下面分别对这四种机型作一介绍： ◆ 动臂式机器具有较好的灵活性和精度，适用于大部分元件，高精度机器一般都是这种类型，但其速度无法与复合式、转塔式和大型平行系统相比。不过元件排列越来越集中在有源部件上，比如有引线的QFP和BGA阵列元件，安装精度对高产量有至关重要的作用。复合式、转盘式和大型平行系统一般不适用于这种类型的元件安装。动臂式机器分为单臂式和多臂式，单臂式是最早先发展起来的现在仍然使用的多功能贴片机。在单臂式基础上发展起来的多臂式贴片机可将工作效率成倍提高，如YAMAHA公司的YV112就含有两个带有12个吸嘴的动臂安装头，可同时对两块电路板进行安装。动臂式机器的结构如图1所示。 动臂式机器属于中速贴片机，这类机型具有系统结构简单、价格便宜和灵活多便等特点，可实现高精度，适合于各种大小、形状的元件，甚至异型元件，送料器有带状、管状、托盘形式。适于中小批量生产，也可多台机组合用于大批量生产。同时还可与其它结构的高速贴片机（如转塔式贴片机）组成高速高精度贴片生产线。 目前生产动臂式机器的厂商有UNIVERSAL、JUKI、YAMAHA、CASIO、TOSHIBA、HITACHI、MYDATA、SAMSUNG等。 ◆ 复合式机器是从动臂式机器发展而来，它集合了转盘式和动臂式的特点，在动臂上安装有转盘，像Simens的Siplace80S系列贴片机，有两个带有12个吸嘴的转盘。复合式机器结构如图2所示。从严格意义上来说，复合式机器仍属于动臂式结构。 由于复合式机器可通过增加动臂数量来提高速度，具有较大灵活性，因此它的发展前景被看好，如Simens最新推出的HS50机器就安装有4个这样的旋转头，贴装速度可达每小时5万片。从该机型上还衍生出了多功能贴片机，通过增加单独的专门的细间距IC贴装头，提高了对细间距元件的贴装能力，同时还保持了比较高的贴装速度，灵活性大大增强，其结构如图3所示。 复合式机器的特点在于处理中小型IC时，依然保持了很高的贴装速度，而不象其它机型会出现明显的降速，同时贴装精度也很高，换线也十分快捷迅速。由于通讯行业用的PCB采用的IC元件非常多，而且品种较多，在生产过程中就需经常换线，因此该机型特别受通讯行业用户的青睐，华为、中兴、大唐、烽火等通讯企业均采用了这一机型。 生产复合式机器的厂商主要有SIEMENS、EUROPLACER等。 ◆ 转塔的概念是使用一组移动的送料器，转塔从这里吸取元件，然后把元件贴放在位于移动的工作台上的电路板上面，结构如图4所示。转塔式机器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。这种结构的高速贴片机在我国的应用也很普遍，不但速度较高，而且历经十余年的发展技术已非常成熟，如松下公司的MSR机器贴装速度可达到0.085秒/片。但是这种机器由于机械结构所限，其贴装速度已达到一个极限值，不可能再大幅度提高。该机型的不足之处在于处理大型元件时会出现非常明显的降速，影响生产效率。 转塔式机器主要应用于大规模的计算机板卡、移动电话、家电等产品的生产上，这是因为在这些产品当中，阻容元件特别多，非常适合采用这一机型进行生产。相当多的台资、港资电子组装企业采用这一机型，以满足高速组装的要求。 生产转塔式机器的厂商主要有PANASONIC、SANYO、FUJI等。 ◆ 大规模平行系统使用一系列小的单独的贴装单元。每个单元有自己的丝杆位置系统，安装有相机和贴装头。每个贴装头可吸取有限的带式送料器，贴装板的一部分，板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PHLIPS公司的FCM机器有16个安装头，实现了0.0375S/片的贴装速度，但就每个安装头而言，贴装速度在0.6S/片左右，仍有大幅度提高的可能。这种机型也主要适用于规模化生产，需要指出的是，由于各种原因这种机型在我国电子行业中的市场占有率较前三种机型要小许多。 生产大规模平行系统式机器的厂商主要有PHILIPS，FUJI公司也推出了采用这一结构的QP－132型超高速贴片机，整机贴装速度高达133kchip/hr，堪称业界第一。 复合式、转塔式和大型平行系统属于高速安装系统，一般用于小型片状元件安装。转塔式机器也被称作“射片机”（Chip shooter），因为它通常用于组装片式电阻电容。另外，此类机器具有高速“射出”的能力。因为无源元件，即“芯片”以及其他引线元件所需精度不高，射片机组装可实现较高的产能。高速机器由于结构较普通动臂式机器复杂许多，因而价格也高出许多，在选择设备时要考虑到这一点。 试验表明，动臂式机器的安装精度较好，安装速度为每小时5000－20000个元件（cph）。复合式和转塔式机器的组装速度较高，一般为每小时20000－50000个。大型平行系统的组装速度最快，可达50000－100000个。 视觉系统 机器视觉系统是显著影响元件安装的第二个因素，机器需要知道电路板的准确位置并确定元件与板的相对位置才能保证自动组装的精度。 成像通过使用视像系统完成。视像系统一般分为俯视、仰视、头部或激光对齐，视位置或摄象机的类型而定。（1）俯视摄象机在电路板上搜寻目标（称作基准），以便在组装前将电路板置于正确位置；（2）仰视摄象机用于在固定位置检测元件，一般采用CCD技术，在安装之前，元件必须移过摄象机上方，以便做视像处理。粗看起来，好象有些耗时。但是，由于安装头必须移至送料器收集元件，如果摄象机安装在拾取位置（从送料处）和安装位置（板上）之间，视像的获取和处理便可在安装头移动的过程中同时进行，从而缩短贴装时间；（3）头部摄象机直接安装在贴片头上，一般采用line－sensor技术，在拾取元件移到指定位置的过程中完成对元件的检测，这种技术又称为“飞行对中技术”，它可以大幅度提高贴装效率；（4）激光对齐是指从光源产生一适中的光束，照射在元件上，来测量元件投射的影响。这种方法可以测量元件的尺寸、形状以及吸嘴中心轴的偏差。这种方法快速，因为不要求从摄像机上方走过。其主要缺陷是不能对引脚和密脚元件作引脚检查。对片状元件则是一个好选择。 在三种元件对中方式（CCD、line－sensor、激光）中，以CCD技术为最佳，目前的CCD硬件性能都具备相当的水平。在CCD硬件开发方面前些时候开发了“背光”（Back－Lighting）及“反射光”（Front－Lighting）技术，以及可编程的照明控制，以更好应付各种不同元件贴装需要。例如引脚QFP元件从后面照明，因为没有虚光反射出现。相反，BGA元件最好是从前光照明，将完整的锡球分布在包装底面上显示出来。有些微型BGA在元件底面有可见的走线，可能混淆视觉系统。这些元件要求侧面照明系统。它将从侧面照明锡球，而不是底面的走线，因此视觉系统可检查锡球分布，正确地识别元件。 送料 动臂式机器可支持多种不同类型的送料器，如带式、盘式、散装式、管式等。这一点与高速安装系统形成鲜明对照，后者只能使用散装式或带式两种送料器。 在安装许多大型IC时，如QFP和BGA，动臂式机器是唯一的选择。除了贴装精度外，高速机器不支持盘式送料器也是重要原因。 一般来说制造商应考虑供料器在其机器上的通用性，但有时制造商也会为其某种特定机器设计送料器，这样就限制了送料器在其他机器上的用途。专用机器不仅会导致大量送料器闲置，而且还需要空间存储它们。 灵活性 由于目前电子产品的竞争日趋激烈，生产的不确定因素加大，需经常调整产品的产量或安排产品转型，因而对贴片机也就提出了相应的要求，即要求具有良好的灵活性，以适应当前千变万化的生产制造环境，这就是我们常说的柔性制造系统（FMS）。例如美国环球GSM贴片机，从点胶到贴片的功能互换时，只需将点胶组件与贴片组件互换，这种设备适合多任务、多用途、投产周期短的加工企业。机器灵活性是我们在选购设备时要考虑的关键因素。 作出选择 自动化设备是实现电子组装化的基础，选择设备时必须考虑如下关键问题：机器类型、成像、送料以及灵活性，有了这些认识，就可以识别不同设备的优劣，并作出明智的选择。同时，选择设备时应“量体裁衣”，切不可盲目地求大求全，以免造成不必要的浪费。 作者简介 鲜飞（1975-），男，本科，工程师，从事电子组装工艺技术工作，发表专业论文40余篇。 通讯地址：武汉市洪山区邮科院路88号烽火通信公司系统部三车间 邮编：430074 E-mail：xianffei@sohu.com TEL：（86-27）8769-1773 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (11/25/2004)