1、表面组装技术概述及组装设备学习目标 能了解 表面组装技术 ； 能了解 表面组装设备 ；工作任务 去相关企业（公司）参观或实习。案例说明 通过观看贴片 机工作过程、SMT 工艺流程、MMIC 单片混合集成电路工艺视频，以及识读 HT203-SMT 作业指导书，让学生能了解贴片机工作过程、能熟悉 SMT工艺流程、能了解最新微组装工艺流程和设备，从而进一步能了解表面组装技术及表面组装设备。表面组装技术（Surface Mount Technology,简称 SMT）是突破了传统的印制电路板（PCB）通孔基板插装元器件工艺（Through-hole Mounting Technology, THT）发
2、展起来的第四代电子装联技术。它是将表面贴装元器件（无引脚或短引脚的元器件）贴、焊到印制电路板表面规定位置上的电子装联技术，所用的印制电路板无需插孔。概括地说，就是首先在印制电路板焊盘上涂覆焊锡膏，再将表面贴装元器件准确地放到涂有焊锡膏的焊盘上，再通过加热印制电路板直至焊膏熔化，冷却后便实现了元器件与印制电路板之间的互联。图 4-1 为表面组装技术示意图。4.1.1 表面组装技术的发展过程SMT 发展至今，已经经历了四个阶段：1）第一阶段（1970-1975 年）：以小型化为主要目标，此时的表面组装元器件主要用于混合集成电路，如石英表和计算器等。图 4-1 SMT 示意图2）第二阶段（1976-
3、1980 年）：这一阶段的主要目标是减小电子产品的单位体积，提高电路功能，产品主要用于摄像机、录像机、电子照相机等。3）第三阶段（1980-1995 年）：这一阶段的主要目标是降低成本，大力发展组装设备，表面组装元器件进一步微型化，提高电子产品的性价比。4）第四阶段（1996-至今）：SMT 已经进入了微组装技术（Microelectronics Packaging Technology,简称 MPT） 、高密度组装和立体组装的新阶段，以及多芯片组件等新型表面组装元器件快速发展和大量应用阶段。4.1.2 表面组装技术的特点SMT 是今后电子产品能有效地实现“轻、薄、短、小”和多功能、高可靠、优
4、质、低成本的主要手段之一，主要优点如下：1. 组装密度高片式元器件与传统穿孔元器件相比所占面积和质量大为减少。一般地，采用 SMT 可使电子产品体积缩小 60%，质量减轻 75%。通孔安装技术元器件，它们按 2.54mm 网格安装元器件，而 SMT 组装元器件网格从 1.27mm 发展到目前 0.63mm 网格，个别达 0.5mm 网格安装元器件，密度更高。例如一个 64 引脚的 DIP 集成块，它的组装面积为 25mm75mm，而同样引线采用引线间距为 0.63mm 的 QFP，它的组装面积为 12mm12mm，面积为通孔技术的1/12。2. 可靠性高由于片式元器件的可靠性高，器件小而轻，故
5、抗震能力强，采用自动化生产，贴装可靠性高，一般不良焊点率小于百万分之十，比通孔插元件波峰焊接技术低一个数量级，用SMT 组装的电子产品 MTBF 平均为 25 万小时，目前几乎有 90%的电子产品采用 SMT 工艺。3. 高频特性好由于片式元器件贴装牢固，器件通常为无引线或短引线，降低了寄生电感和寄生电容的影响，提高了电路的高频特性，采用 SMC 及 SMD 设计的电路最高频率达 3GHz，而采用通孔元器件仅为 500MHz。采用 SMT 乜可缩短传输延迟时间，可用于时钟频率为 16MHz 以上的电路。若使用 MCM 技术，计算机工作站的高端时钟频率可达 100MHz，由寄生电抗引起的附加功耗
6、可降低 23 倍。4. 成本降低印制板使用面积减小，面积为通孔技术的 1/12，若采用 CSP 安装则其面积还要大幅度下降；印制板上钻孔数量减少，节约返修费用；由于频率特性提高，减少了电路调试费用；由于片式元器件体积小、质量轻，减少了包装、运输和储存费用；SMC 及 SMD 发展快，成本迅速下降。5. 便于自动化生产表面组装技术与通孔插装技术相比更适合自动化生产。通孔插装技术根据插装元器件的不同需要不同的插装设备，如跳线机、径向插装机、轴向插装机等，设备生产调整准备时间较长。由于通孔的孔径较小，插装的精度也较差，返修的工作量也较大，而且换料时必须停机，缩短了工作时间。而表面组装元器件在一台泛用
7、机上就可以完成贴装任务，且具有不停机换料功能，节省了大量时间。同时由于表面组装技术的相关设备具有视觉功能，所以贴装精度高，返修工作量低，自动化程度和生产效率就高得多。当然，SMT 生产中也存在一些问题，如元器件上的标称数值看不清，维修工作困难；维修调换器件困难，并需专用工具；元器件与印制板之间热膨胀系数一致性差。但这些问题均是发展中的问题，随着寺用拆装设备的出现，以及新型低膨胀系数印制板的出现，均已不再成为阻碍 SMT 深入发展的障碍。4.1.3 表面组装技术的基本组成表面组装技术通常包括：表面组装元器件、表面组装电路板及图形设计、表面组装专用料焊锡膏及贴片胶、表面组装设备、表面组装焊接技术（
8、包括双波峰焊、再流焊、汽相焊、激光焊） 、表面组装测试技术、清洗技术以及表面组装生产管理等多方面。表面组装技术（SMT）的基本组成如图 4-2 所示。这些内容可以归纳为三个方面：一是设备，人们称它为 SMT 的硬件；二是装联工艺，人们称它为 SMT 的软件；三是电子元器件，它既是SMT 的基础，又是 SMT 发展的动力，它推动着 SMT 专用设备和装联工艺不断更新和深化。图 4-2 SMT 的基本组成4.1.4 表面组装技术的发展趋势表面组装技术自 20 世纪 60 年代中期问世以来，经过 40 多年的发展，已经成为了当今电子装联技术的主流，而且正在继续向纵深发展。其发展趋势主要表现为以下几个
9、方面：1. 设备正向高效、灵活、智能、环保等方向发展 提高设备的生产效率一直是人们的追求目标，生产设备巳从过去的单台设备工作，向多台设备组合连线的方向发展；从多台分步控制方式向集中在线控制方向发展；从单路连线生产向双路组合连线生产方向发展。此外，设备主要是利用计算机来操作，提高自动化控制程度，把一些工艺参数储存固定，提高机器的自动化程度，稳定和提高产品质量。 随着欧盟关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令(RoHS)在全球逐步执行，表面组装技术也迅速向无铅化方向发展，无铅焊料、各向异性导电胶、各向异性导电胶薄膜与焊料树脂导电材料都已经获得实际应用。与此同时，为了实现真正无铅化，与之相适应
10、的工艺材料、元器件、生产设备、检测方法及设备也在不断完善，并已进入实用阶段。所以，总的发展趋势是正向高效、灵活、智能、环保等方向发展。 2. 元器件的发展随着元器件的不断研发，元器件朝着体积更小、集成度更高的方向发展，元器件的封装形式也随着组装产品朝体积小、重量轻、工作频率更高、抗干扰更强、可靠性更高的要求在发展。片式元件 SMC 的模块化等是其今后的发展方向。由于元件尺寸已日益面临极限，自动生产设备的精度也趋于极限，片式元件复合化、模块化将得到迅速的发展和广泛的应用。目前英制 0603、0402 和 0201 在 PCB 上的应用非常普遍，但 01005 已经接近设备和工艺的极限尺寸，因此，
11、01005 只适合模块的组装工艺和高性能的手机等场合。集成电路封装技术的发展也非常迅速，从双列直插 DIP 向表面组装期间 SMD 发展，SMD又迅速向小型、薄型和细间距发展；引脚间距从过去的 1.27mm、1mm、0.86mm、0.65mm 到目前的 0.5mm、0.4mm、0.3mm 发展；引脚排列从周边引脚向器件底部球栅阵列引脚发展；近年来又向二维、三维发展，出现了多芯片组件 MCM（Multi Chip Module） 、封装上堆叠POP(Package on Package)，最后还要向单片系统 SOC(System on a Chip)发展。随着 SMT 技术的成熟，特别是低热膨胀
12、系数的 PCB 以及专用焊料和填充材料的成功开发，裸芯片直接贴装到 PCB 上的技术发展十分迅速，目前裸芯片技术主要有板载芯片COB（Chip on Board）技术和倒装芯片 FC（Flip Chip）技术，这将成为 21 世纪芯片应用的发展主流。3. 生产设备及工艺的发展为了适应新型元器件的贴装，生产设备的贴装精度越来越高，可贴装超细间距元器件的技术越来越成熟，制造工艺技术不断提高，通孔回流焊工艺和选择性波峰焊工艺的应用越来越广泛。总之，随着小型化高密度封装的发展，随着新型元器件的不断涌现，一些新技术、新工艺也随之产生，从而极大地促进了表面组装技术的创新和发展。4.5 表面组装设备由表面涂
13、敷设备、贴装机、焊接机、清洗机、测试设备等表面组装设备形成的 SMT 生产系统习惯上称为 SMT 生产线。如图 4-16 所示。 4.5.1 焊膏印刷机焊膏印刷机是将焊锡膏或贴片胶均匀正确地印刷或涂到 PCB 相应位置的一种 SMT 设备。焊膏印刷现在被认为是，表面贴装技术中控制最终焊锡节点品质的关键的过程步骤。目前焊膏印刷机可大致分三个档次：手动或半自动印刷机、配有视觉识别系统的半自动印刷机以及全自动印刷机。印刷机大致上可分为三类： 1）手动锡膏印刷机手工印刷机是最简单而且最便宜的印刷系统, PCB 放置及取出均需人工完成,其刮刀可用手把或附在机台上,印刷动作亦需人手完成,PCB 与钢板平行
14、度对准或以板边缘保证位置度均需依靠作业者的技巧,如此将导致每印一块 PCB,印刷的参数均需进行调整变化。此种印刷方式速度慢且印刷质量低，根本不能满足现在生产的需求，基本已经淘汰。图 4-17（a）所示为一台手动印刷机的实物照片。2）半自动锡膏印刷机半自动印刷机是当前使用最为广泛的印刷设备, 它们实际上很类似手工印刷机,其 PCB的放置及取出仍需依赖手工操作,与手工机的主要区别是印刷头的发展,它们能够较好地控图 4-16 小规模全自动 SMT 生产线制印刷速度,刮刀压力、刮刀角度,印刷距离以及非接触间距,工具孔或 PCB 边缘仍被用来定位,而钢板系统以助人员良好地完成 PCB 与钢板的平行度调整
15、,此种印刷机比手动锡膏印刷机有了很大的完善，在产量和质量上有了很大的提高。图 4-17(b)所示为一台半自动印刷机的实物照片。3）全自动锡膏印刷机全自动印刷机配有视觉识别、PCB 自动装载等系统后，能实现全自动运行，印刷精度高，印刷速度快，适合大规模大批量自动化生产。图 4-17(c)所示为一台全自动印刷机的实物照片。（a）手动印刷机 （b）半自动印刷机 （c）全自动印刷机图 4-17 印刷机实物图焊锡膏的印刷是 SMT 整个工艺过程中最关键的一道工序，几乎 70%左右的焊接问题与焊锡膏的印刷质量有关。焊锡膏印刷除了对印刷机性能要求较高外，与模板、焊锡膏的好坏、印刷机的工艺参数设置、工艺过程、
16、PCB 的设计等多种因素密切相关，其中任何一个因素、一个环节出现问题都会直接影响整个印刷质量。（1）焊锡膏简介焊锡膏是焊料粉末与糊状助焊剂组成的一种膏状焊料。焊料粉末是合金粉末，是焊膏的主要成分，约占焊膏的 90%左右，助焊剂主要是一些化学成分。焊料粉末的合金成分与配比以及颗粒尺寸的大小对焊膏的特性和焊接质量有较大的影响；同时要求焊膏有足够的粘性，能粘住贴装在 PCB 上 SMT 元器件直至再流焊接完毕。焊锡膏的研制与制造非常复杂，涉及多门学科，如材料学、流体力学、金属冶炼学、有机化学、物理学等。根据焊锡膏的合金成分及其配比，可将焊膏分为：高温焊料、低温焊料、有铅焊料、无铅焊料等。不同合金成分
17、与配比的焊膏其温度特性、性质及用途也不相同，使用着必须掌握选用的方法。（2）模板模板又称网板，是焊锡膏印刷的必备工具之一，通过模板将焊锡膏准确地、定量得漏印到 PCB 的焊盘上。模板的外框一般用铸铝框架，中间是金属板（薄铜板或薄钢板），在框架与金属板之间用丝网绷紧，保证了金属模板不但平整而且具有弹性，在焊锡膏印刷时能与整个 PCB 表面紧贴。模板的材料、制造方法、模板窗口形状和尺寸大小、模板的厚度等会对印刷质量造成很大影响，所以加工模板时必须根据工艺要求、产品需要考虑包括价格在内的多种因素。（3）焊锡膏印刷原理简介焊锡膏印刷过程如图 4-18 所示。当刮刀以一定速度和角度向前移动时，刮刀产生的
18、压力可分解为推动焊膏前进的水平力与将焊膏注入模板窗口的压力；同时焊锡膏与模板之间产生一定的摩擦力，该摩擦力与焊锡膏移动方向相反，致使焊膏产生滚动现象，使焊膏在模板与刮刀之间的交接处发生切变，切变力使焊膏的粘性下降，保证焊膏顺利地注入模板的窗口并粘附在 PCB 焊盘上，当模板抬起后随着外力的消失，焊膏粘性恢复从而顺利完成脱模。Solder pasteSqueegeeStencil图 4-18 焊锡膏印刷过程（4）SMT 印刷工艺参数1）图形对准：通过印刷机相机对工作台上的基板和钢网的光学定位点（MARK 点）进行对中，再进行基板与钢网的 X、Y、 精细调整，使基板焊盘图形与钢网开孔图形完全重合。
19、2）刮刀与钢网的角度：刮刀与钢网的角度越小，向下的压力越大，容易将锡膏注入网孔中，但也容易使锡膏被挤压到钢网的底面，造成锡膏粘连。一般为 4560 .目前，自动和半自动印刷机大多采用 60 。 如图 4-19 所示。图 4-19 刮刀与钢网的角度3）锡膏的投入量（滚动直径）：锡膏的滚动直径h 1323mm 较合适。h 过小易造成锡膏漏印、锡量少。h 过大，过多的锡膏在印刷速度一定的情况下，易造成锡膏无法形成滚动运动，锡膏无法刮干净，造成印刷脱模不良、印刷后锡膏偏厚等印刷不良；且过多的锡膏长时间暴露在空气中对锡膏质量不利。在生产中作业员每半个小时检查一次网板上的锡膏条的高度，每半小时将网板上超出
20、刮刀长度外的锡膏用电木刮刀移到网板的前端并均匀分布锡膏。图 4-20 所示为锡膏投入量示意图。h锡膏滚动直径图 4-20 锡膏投入量示意图4）刮刀压力：刮刀压力也是影响印刷质量的重要因素。刮刀压力实际是指刮刀下降的深度，压力太小，刮刀没有贴紧钢网表面，因此相当于增加了印刷厚度。另外压力过小会使钢网表面残留一层锡膏，容易造成印刷成型粘结等印刷缺陷。5）印刷速度：由于刮刀速度与锡膏的粘稠度呈反比关系，有窄间距，高密度图形时，速度要慢一些。速度过快，刮刀经过钢网开孔的时间就相对太短，锡膏不能充分渗入开孔中，容易造成锡膏成型不饱满或漏印等印刷缺陷。印刷速度和刮刀压力存在一定的关系，降速度相当于增加压力
21、，适当降低压力可起到提高印刷速度的效果。6）印刷间隙：印刷间隙是钢网与 PCB 之间的距离，关系到印刷后锡膏在 PCB 上的留存量。7）钢网与 PCB 分离速度：锡膏印刷后，钢网离开 PCB 的瞬间速度即为分离速度，是关系到印刷质量的参数，在密间距、高密度印刷中最为重要。先进的印刷机，其钢网离开锡膏图形时有 1（或多个）个微小的停留过程，即多级脱模，这样可以保证获取最佳的印刷成型。分离速度偏大时，锡膏粘力减少，锡膏与焊盘的凝聚力小，使部分锡膏粘在钢网底面和开孔壁上，造成少印和锡塌等印刷缺陷。分离速度减慢时，锡膏的粘度大、凝聚力大而使锡膏很容易脱离钢网开孔壁，印刷状态好。8）清洗模式和清洗频率：
22、清洗钢网底面也是保证印刷质量的因素。应根据锡膏、钢网材料、厚度及开孔大小等情况确定清洗模式和清洗频率。（设定干洗、湿洗、一次往复、擦拭速度等）钢网污染主要是由于锡膏从开孔边缘溢出造成的。如果不及时清洗，会污染 PCB 表面，钢网开孔四周的残留锡膏会变硬，严重时还会堵塞钢网开孔。（5）影响锡膏印刷质量的主要因素1）首先是钢网质量：钢网厚度与开口尺寸确定了锡膏的印刷量。锡膏量过多会产生桥接，锡膏量过少会产生锡膏不足或虚焊。钢网开口形状及开孔壁是否光滑也会影响脱模质量。2）其次是锡膏质量：锡膏的粘度、印刷性（滚动性、转移性）、常温下的使用寿命等都会影响印刷质量。3）印刷工艺参数：刮刀速度、压力、刮刀
23、与网板的角度以及锡膏的粘度之间存在的一定制约关系，因此只有正确控制这些参数，才能保证锡膏的印刷质量。4）设备精度方面：在印刷高密度细间距产品时，印刷机的印刷精度和重复印刷精度也会起一定影响。5）环境温度、湿度、以及环境卫生：环境温度过高会降低锡膏的粘度，湿度过大时锡膏会吸收空气中的水分，湿度过小时会加速锡膏中溶剂的挥发，环境中灰尘混入锡膏中会使焊点产生针孔等缺陷。（6）锡膏印刷的缺陷产生的原因及对策锡膏印刷的缺陷产生的原因及对策如表 4-8 所示。表 4-8 锡膏印刷的缺陷产生的原因及对策缺陷 原因分析 改善对策1.刮刀压力过小，锡膏多出。 1.调节刮刀压力。锡膏量过多、印刷偏厚 2.网板与
24、PCB 间隙过大，锡膏量多出。2.调整间隙。锡膏拉尖、锡面凹凸不平 钢网分离速度过快调整钢网分离速度及脱模方式1.锡膏本身问题 1.更换锡膏2.PCB 焊盘与钢网开孔对位不准2.调整 PCB 与钢网的对位，调整X、Y、。3.印刷机支撑 pin 位置设定不当3.调整支撑 pin 位置，使连锡位置的支撑强度增大，减少 PCB 的变形量，保证印刷质量连锡4.印刷速度太快，破坏锡膏里面的触变剂，于是锡膏变软，即粘度变低4.调节印刷速度1.印刷压力过大，分离速度过快1.调节印刷压力和分离速度锡量不足 2.网板上锡膏放置时间过长，溶剂挥发，粘度增加2.更换新鲜锡膏3.钢网孔堵塞，下锡不足 3.清洗网板孔4
25、.钢网设计不良 4.更改钢网设计5.锡膏没有及时添加，造成锡量不足5.及时添加适量锡膏，采用良好的锡膏管制方法，管制好印刷间隔时间和锡膏添加的量4.5.2 贴片机贴片机相当于机械手，按照事先编好的程序通过真空吸附的方式，将 SMT 元器件高速、准确地贴装到已经印制好焊膏或贴片胶的 PCB 表面相应位置上，是整个 SMT 生产线中最关键、最复杂的设备。1.贴片机的类型贴片机按功能分为以贴片元件为主体的高速/超高速贴片机和以大型元件和异型元件为主的多功能机，按贴装方式分为顺序式、同时式（仅适用于圆柱元件）和同时在线式；按结构大致可分为动臂式、转塔式、复合式和大型平行系统。不同类型的贴片机各有优劣，
26、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。（1） 动臂式 动臂式贴片机具有好的灵活性、高精度和低速特性，适用于大部分元件，尤其是QFP、BGA 等，支持多种不同类型的供料器，如带式、盘式、散装式和管式等。大多数厂商均推出这一些列高精度的中速贴片机，品牌主要有安必昂 ACM 系列，日立 TIM-X 系列，富士 QP-341E 和 XP 系列，松下 BM221 系列，环球 GSM 系列，三星 CP60 系列，雅马哈 YV 系列，Juki 公司 KE 系列，Mirae 公司 MPS 系列。动臂式贴片机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。
27、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，如雅马哈 YV112 、环球 GSM2 和三星 SM310 贴片机，含有两个动臂贴装头，可同时对两块电路板进行安装。 （2） 转塔式 转塔式贴片机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最为普遍，不但速度较高，而且性能非常稳定，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，而且占用空间太大，噪音大。转塔式只能贴装带式包装或散料包装的元件，而管料和盘料就无法进行贴装，多应用于阻容元件多，装配密度大场合，像计算机板卡、移动电话、家电等产品。主要生产商松下、日立和
28、富士，如松下 MSH3 贴装速度为 0.075 秒/片，富士 CP842E 贴装速度为 0.068s/片。（3 ）复合式 复合式贴片机是从动臂式发展而来，它集合了转塔式和动臂式特点，在动臂上安装有转盘，并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。如环球公司 Genesis，有两个带有 30 个吸嘴的旋转头，贴片速度每小时达 6 万片；西门子 HS50 和 HS60，有 4 个旋转头，贴装速度每小时可达 5 万片。（4） 大型平行系统 大型平行系统由一系列的小型单独的贴装单元组成，每个单元自成体系，各自有丝杠定位系统机械手，机械手带有摄像机和贴装头。各贴装头同时从几个
29、带式供料器拾取元件，为多块电路板的多块分区进行安装。对单个头来说，贴装速度不高（0.6s/片），贴装头运动惯性小，贴装精度能得以保证。但由于多个贴装头同时工作，大大提高效率。主要生产商有安必昂 FCM，可安装 16 个贴装头，实现了 0.0375 秒/片的贴装速度，但就每个贴 装头而言，贴装速度在 0.6 秒/片左右；富士 QP-132 型超高速机，整机速度高达 13.3 万片/h。贴片机按速度可分为超高速贴片机、高速贴片机和中速贴片机。超高速贴片机速度大于 4 万片/h，比如安必昂 FCM 和 FUJI-QP-132 贴片机，它们均由 16 个贴片单元组合而成，贴片速度分别为 9.6 万片/
30、h 和 12.7 万片/h。高速贴片机速度为 900040000 片/h，主要厂商有松下、西门子、富士、环球、安必昂、日立和三洋，其中松下、西门子和富士贴片机的市场占有量最高，号称“三驾马车”。中速贴片机速度为 30009000 片/h，厂商有 Juki、雅马哈、三星、Mirae 和 Mydata 。 值得注意的是，复合式和转塔式速度一般为 2 万5 万个/h，大型平行系统一般为 5 万10 万片/h ，它们属于高速贴装系统，常用于小型片状元件贴装。动臂式速度一般为 5 千2 万个/h，适合 QFP、BGA 等元件贴装。2. 贴片机的基本组成结构目前贴片机种类很多，但无论是全自动高速贴片机还是
31、手动低速贴片机，它的总体结构均有类似之处。全自动贴片机是由计算机控制，集光机电气一体的高精度自动化设备，主要由机架、PCB 传送及承载机构、驱动系统（X/Y 轴运动机构，Z/ 轴运动旋转机构）、定位及对中系统、贴装头、供料器、光学识别系统、传感器和计算机控制系统组成，其通过吸取位移定位放置等功能，实现了将 SMD 元件快速而准确地贴装。（1） 机架 机架是机器的基础，所有的传动、定位机构均和供料器均牢固固定在它上面，因此必须具有足够的机械强度和刚性。目前贴片机有各种形式的机架，主要包括整体铸造式和钢板烧焊式。第一种整体性强，刚性好，变形微小，工作时稳定，一般应用于高档机；第二种具有加工简单，成
32、本较低的特点。机器具体采用哪种结构的机架取决于机器的整体设计和承重，运行过程中应平稳、轻松、无震动感。 （2） PCB 传送及承载机构 传送机构是安放在导轨上的超薄型皮带传送系统，通常皮带安装在轨道边缘，其作用是将 PCB 送到预定位置，贴片后再将其送至下一道工序。传送机构主要分为整体式和分段式两种，整体式方式下 PCB 的进入、贴片和送出始终在同一导轨上，采用限位块限位、定位销上行定位、压紧机构将 PCB 压紧、支撑台板上支撑杆上移支撑来完成 PCB 的定位固定。定位销定位精度较低，需要高精度时也可采用光学系统，只是定位时间较长。分段式一般分为三段，前一段负责从上道工艺接收 PCB，中间一端
33、负责 PCB 定位压紧，后一段负责将PCB 送至下一道工序，其优点是减少 PCB 传送时间。 （3） 驱动系统 驱动系统是贴片机的关键机构，也是评估贴片机精度的主要指标，它包括 XYZ 传动结构和伺服系统，功能包括支撑贴装头运动和支撑 PCB 承载平台运动，第一主要应用于多功能贴片机，第二种主要应用于转塔式贴片机。还有一种贴片机为贴装头安装在 X 导轨上，PCB 承载台安装在 Y 导轨上，两者配合完成贴片过程，特点是 XY 导轨均与机座固定，属于静导轨结构。 当所有运动都集中在贴装头上时，一般可以获得最高的贴装精度，因为这种情况下只有两个传动机构影响 X-Y 定位误差。当 PCB 承载台运动时
34、，由于大型元件的惯性会使已贴装元件移位，导致故障。而当贴装头和 PCB 都运动时，贴装头和 PCB 承载台机构的运动误差相重叠，导致总误差增加，贴装精度下降。a. 传动结构 XY 传动机构主要有两大类，一类是滚珠丝杠/直线导轨，另一类是同步带/直线导轨。滚珠丝杠/直线导轨结构较为为典型，贴片头固定在滚珠螺母基座和对应的直线导轨上方基座上，马达工作时带动螺母做 X 方向往复运动，有导向直线导轨支撑保证运动平行。X 轴在两平行滚珠丝杠/直线导轨上做 Y 方向移动，从而实现 XY 方向正交平行移动。 由于运动马达和和滚珠丝杠之间摩擦产生热量，很容易影响贴装精度。新型传动系统在导轨内部设有液氮冷却系统
35、，保证热膨胀带来的误差。新型高速贴片机中采用无摩擦线性马达和空气轴承导轨传动，运送速度更快。 同步带/直线导轨结构钟，同步带由传动马达驱动小齿轮，使同步带在一定范围内做直线往复运动。由于同步带载荷能力相对较小，仅适用于支持贴片头运动，典型产品是德国西门子贴片机，如 HS-50 型贴片机，该系统运动噪音低，工作环境好。 b. 伺服系统（定位系统） 随着 SMC/SMD 尺寸的减少及精度的不断提高，对贴片机贴装精度要求越来越高，即对XY 定位系统的要求越来越高，而这是由 XY 伺服系统来保证，即上述滚珠丝杠/直线导轨及同步带/直线导轨由伺服电机驱动，并在位移传感器及控制系统指挥下实现精确定位，因此
36、位移传感器的精度起着关键作用。目前传感器有旋转编码器、磁栅尺和光栅尺。 编码器是一种通过直接编码将被测线形位移量的编码器转化为二进制表达方式的数字测量装置。编码器有接触式、电磁式和光电式，结构简单，抗干扰性强，测量精度取决于编码器中光栅盘上的光栅数及滚珠丝杠导轨的精度，一般位为 15%，主要应用于多功能型贴片机中。 磁栅尺是一种利用电磁特性和录磁原理对位移进行测量的装置，由电磁性标尺、拾磁头及检测电路组成。磁栅尺优点为复制简单，安装调整方便，高稳定性，量程范围大，测量精度 15um。一般高精度自动贴片机采用此装置，贴装精度一般在 20mm。 光栅尺是一种新型数字式位移检测装置，由光栅标尺，光栅
37、读数头，检测电路组成。光栅尺是在透明玻璃或金属镜面上真空沉积镀膜，利用光刻技术制作密集条纹（每毫米100300 条纹），条纹平行且距离相等。光栅读数头由指使光栅、光源、透镜及光敏元件组成。指示光栅有相同密度条纹，光栅尺是根据物理学的莫尔条纹形成原理进行位移测量，测量精度高达 0.1 1um。西门子贴片机最早采用光栅尺/AC 伺服电机系统，但对环境要求比较高，特别是防尘，否则很容易出现故障。c. Y 轴方向运行的同步性 由于支撑贴装头的 X 轴是安装在两根 Y 轴导轨上，为了保证运行的同步性，早期贴片机采用齿轮、齿条和过桥装置将两 Y 导轨相连接。但这种做法机械噪音大，运行速度受到限制，贴片头的
38、停止与启动均会产生应力，导致震动会影响贴装精度。目前设计的新型贴片机采用 XY 完全同步控制回路的双 AC 伺服电机驱动系统，将内部震动降至最低，速度快，噪音小，贴片头运行流畅轻松。 d. XY 运动系统的速度控制 在高速机中，XY 运动系统的运行速度高达 150mm/s ，瞬时启动与停止都会产生振动和冲击，最新运动系统采用模糊控制技术，运动分为三段控制“慢快慢”，呈“S”型变化，从而使运动变得更“柔和”，也有利于贴装精度的提高，噪音也小。 e. Z 轴/吸嘴伺服系统（定位系统） Z 轴控制系统特指贴片头的吸嘴运动过程中定位，其目的是适合不同厚度 PCB 与不同高度元件的贴片需要。Z 轴控制系
39、统主要有旋转编码器（AC/DC 马达伺服系统）和圆筒凸轮控制系统。值得注意的是，凸轮控制系统中依靠特殊设计的凸轮曲线实现吸嘴上下运动，贴片时 PCB 装载台高度调节完成贴片过程。 贴装头拾放动作中，吸嘴做 Z 向移动时，既要速度快，又要平稳。早期吸嘴 Z 向移动是选用微型气缸完成，气缸易磨损、寿命短、噪音大。目前不少新机型都选用了新颖的机电一体化传动杆，使 Z 向运动状态都可以控制，大大提高 Z 方向运动综合性能。贴装头的微型气动电磁阀是一个重要组件，它管理着移动和拾放等功能。随着贴片机的发展，集成电磁阀组亦有了相当大的发展，有些单个电磁阀厚度仅为 1018 毫米，而且电磁阀驱 动功率小，一般
40、电路的驱动电平都可直接驱动。f. Z 轴/吸嘴旋转系统（定位系统） 吸嘴吸取元件移动定位时，大部分元件都需作一定量的旋转运动，一是修正板上元件的安装轴线和元件在移动过程中轴线的角度，二是解决供料器上元件与 PCB 板元件焊盘轴线的角度差。早期贴片机 Z 轴旋转控制是采用气缸和挡块来实现，或采用开环步进电机控制通过小型同步皮带进行回转操作。现在贴片机已直接将微型脉冲马达安装在贴装头内部，通过高精度的谐波驱动器（减速比 30:1 ）直接驱动吸嘴装置，以实现 方向高精度控制。g. 精度影响因素 一般贴装精度为引线间距的 1/10 ，即贴装 0.65mm 引线间距元件的系统应具有0.065mm 的定位
41、精度。要精确贴装元件，一般要考虑几个因素:PCB 定位误差，元件定心误差和机器本身运动误差（XY）等。 驱动 XY 二维运动构件的参数是贴片机精度的关键，X-Y 二维运动都是在 X/Y 轴的导轨上进行。驱动有伺服电机和有步进电机等，副传动有同步带或滚珠丝杆，它们都有很好的动态特性和位置精度，承载运动件导轨是运动导向精度的关键零件。目前使用最广的是精刻滚珠直线导轨，此导轨摩擦系数小、精度高、寿命长，安装维护方便，便于标准化生产。常用直线导轨的断面形状也有多种，在结构形式上也有大跨距双丝杆横梁结构、单悬肩双导轨式等。有些高速机采用无摩擦线形马达驱动和空气轴承导轨传动。导轨安装时要保证两导轨在空间平
42、行，并保持水平工作面，导轨应直线性好，并不应有扭弯等几何变形，滚珠丝杆与伺服电机联结处，有一高精度高性能的弹性联轴器有效地消除安装过程中产生的不同轴不同心等现象。根据贴装精度要求不同，驱动系统可采用开环或闭环两种不同的控制方式。根据要求和精度进行配置设计之后就需要有一组的合理结构装置和相应的传动元件。(4) 贴装头 贴装头是贴片机关键部件，安装在 PCB 上方，可配置一个或多个机械夹具或真空吸嘴，通过安装多种形式的传感器使各机构能够协同工作。贴装头拾取元件后能在校正系统的控制下自动校正位置，并将元件准确的贴装到指定位置，和供料器一起决定着贴装能力。贴装头是贴片机发展进步的标志，已由早期的单头机
43、械对中发展到多头的光学对中。 贴装头拾取元件一般是采用真空负压吸嘴来吸住元件，依据达到一定真空度来判断拾起元件是否正常，当元件侧立或“卡带”未能被吸起时将发出报警。贴装头贴装元件有两种方式，一种是根据元件高度实现输入厚度值，当贴装头下降到此位置后释放元件，这种有时会因为元件厚度偏差出现贴装过早或过迟现象，从而引起移位或“飞片”缺陷；另一种是根据元件与 PCB 接触的瞬间产生的反作用力来实现贴装的软着落，贴片轻松不易出现移位与飞片缺陷。 贴片机配有自动更换吸嘴装置以适应不同元件的贴装，吸嘴与吸管之间有一弹性补偿的缓冲机构，保证在拾取过程对元件的保护，提高元件的贴装率。随着元件的微型化，吸嘴材料和
44、机构也得到重视。由于高速下元件磨损，吸嘴材料由早期的合金材料改为碳纤维耐磨塑料，更线径的则采用陶瓷材料及金刚石，使吸嘴更耐用。吸嘴孔的大小由元件的外形决定，每一台贴片机都有一套实用性很强的吸嘴。为了保证小元件吸起的可靠性，吸嘴开孔为双孔以保证吸取平衡。此外考虑与周围元件的间隙在减小，吸嘴制作为锥形而不影响周边元件。 贴装头是一个高速运动的组件，要提高精度就必须减小它的重量和体积。设计贴装头之前要多研究分析各种贴装的特点，还要充分由集机电一体化技术发展的各种元件性能、结构、材料等，如传感器，微电机，激光器，真空发生器，视觉识别系统，微型电磁阀，微型珠滚丝杆等。(5) 光学检测与视觉对中系统光学系
45、统是有光源、CCD（电荷耦合器件）、显示器以及数模转换与图像处理系统构成。通过摄像机检测出基板标记位置，并自动进行校正；视觉对中系统可通过综合反射/透射照明、立体可动照明、同轴射落照明等多种方式进行元件及 QFP、BGA、CSP、连接器等器件的识别从而完成精确贴片。（6）供料系统供料系统是将片式元器件按照一定的规律和顺序送到吸取位置以供贴片头准确方便地拾取。供给方式因元器件的包装方式而不同，主要有四种：带式供料器、散件供料器、杆式供料器以及盘状供料器。供料器也是精密部件，属于选配件，在购买贴片机时如何配置供料器的数量和种类必须针对要加工的产品慎重选择。（7）计算机控制系统贴片机的控制系统通常采
46、用二级计算机控制。主计算机采用 PC，实现编程和人机接口；子级采用专用工控计算机，以完成贴片机各系统的控制。操作系统一般采用 Windows 界面，人机对话方便，一般技术人员能很快掌握机器的操作与编程，编程可以在线也可以离线并能自动进行优化。 3. 主要指标贴片机的主要指标有：贴片速度、贴片精度和贴装元器件的类型。（1）贴片速度通常贴片机技术资料中所标称的速度仅是理论速度，在不考虑 PCB 传输时间，并在贴片距离最近，多个吸嘴同时吸取/贴放，而又不用更换吸嘴的理想条件下测得的。因此，实际的生产量会受到多种因素的影响，与理论值有较大区别。（2）贴片精度 贴片精度是贴片机一个非常重要的技术指标，它
47、包含三部分：定位精度、重复精度和分辨率，三者之间是相关的。从统计学的观念来讲，贴片精度是贴片机质量的特性分布，可以用平均值和标准偏差来表征。还可以用贴片机在受控的正常工作状态下的作业能力来表示。（3）贴装元器件的类型不同类型的贴片机在贴装尺寸和类型的元器件时其性能相差较大，各有千秋，例如，高速贴片机主要是贴装各种 SMC 元件和尺寸较小的 SMD 器件（一般尺寸不能超过25mm30mm）；而多功能贴片机虽然在贴装 SMC 元件时速度比较慢，但它所能贴装尺寸从0.6mm0.3mm54mm54mm 的所有 SMT 元器件，同时还能贴装异形元器件（连接器的最大长度可超过 150mm）。4. 工作环境
48、（1）不要在受高频焊机等噪声源（电磁波）影响的环境下使用。（2）电源电压波动不能超过10%。（3）供气压力为 0.51.0MPa。（4）操作时的环境温度为1035。（5）操作时的相对湿度为 50%以下（35）；90%以下（20）。（6）打雷时，请停止使用，并拔出电源。4.5.3 再流焊炉完成再流焊的设备就是再流焊炉，其实物照片如图 4-21 所示。图 4-21 再流焊炉（1）结构再流焊炉主要有炉体、上下加热源、PCB 传送装置、空气循环装置、冷却装置、排风装置、温度控制装置以及计算机控制系统等组成。（2）再流焊的原理及工作过程再流焊的工作原理是通过加热重新熔化预先分配到 PCB 焊盘上的膏状焊
49、料，实现表面组装元器件焊端或引脚与 PCB 焊盘间电气与机械连接。其工作过程如图 4-22 所示。图 4-22 再流焊的工作过程（3）工艺流程再流焊的工艺流程如图 4-23 所示。开机前检查 ， 预热设置参数 ， 测试温度曲线进首板 ， 再流焊检测 ， 返修连续生产清洗结束生产 ， 设备冷却后关机首板检测 ， 有无焊接缺陷有无图 4-23 再流焊的工艺流程（4）机器的使用与保养1）定期在传动部件的指定部位加润滑油或润滑脂。2）经常保持清洁，必须按保养规定进行定期检测、整理、清洁。3）定期检查冷却风扇，保证长期工作，以确保热风电动机及电控箱内的电器组件正常工作而不被烧坏。4）必须保证抽风管道的畅通，从而达到排放焊膏挥发废气及冷却炉体的最佳效果。5）在清扫装置和周围环境时，必须先确认装置已完全停止，并且温度已降至安全温度以下后，再戴好耐高温手套、口罩、帽子、保护眼镜进行作业。6）计算机硬盘内所安装的支持文件，严禁用户随意改动，一面造成计算机控制混乱，控制用计算机禁止作其它用途。（5）安全注意事项1）设备附近绝对禁止使用火、吸烟。2）在使用时，严禁将工件以外的东西放入机内。3）设备只能由专业维护及维修人员或培训合格的人员进行
