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1、SMT中的贴片技术与贴片机,电子产品安装与调试课程,表面贴装技术（SMT）Sruface Mount Technology,SMT生产工艺流程,1. 焊锡膏再流焊工艺流程,2. 贴片胶波峰焊工艺流程,SMT生产工艺流程,3. 混合安装工艺流程,SMT生产中的贴片技术与贴片机,3 生产工艺,2 设备应用,1 物料准备,单面板,贴片机应用,回流炉应用,PCB板,生产辅料,课程地位：专业核心课,元器件,双面板,印胶板,印刷机应用,手工焊接和返修,SMT生产环节,SMT生产任务,课程介绍,课程重点：设备的原理及操作（Operation、Program、Trouble-shooting）授课方法：理论离
2、线编程在线实训生产应用真实产品，真实生产线：教学过程在真实的生产线上完成，教学内容按照实际的生产流程组织，对外加工真实产品。,课程目标： 通过对设备的讲解、实训使学生掌握机器操作、维护及编程应用。,1.1 贴片机的结构与特点,贴片机外观,贴片机内部结构示意图,贴片机的结构可分为：机架，PCB传送机构及支撑台，X、Y与Z/伺服，定位系统，光学识别系统，贴片头，供料器，传感器，计算机操作软件。,1.1 贴片机的结构与特点,1.1.1 机架,机架是机器的基础，所有的传动、定位、传送机构均牢固地固定在机架上，大部分型号的贴片机，其各种送料器也安置在上面。,机架应有足够的机械强度和刚性。,1.1 贴片机
3、的结构与特点,1.1.2 传送机构和支撑台,功能：将需要贴片的PCB送到预定的位置，贴片完成后再将SMB (Surface Mount Printed Circuit Board)送至下一道工序。,构成：,三段式皮带线结构，PCB待机时间短,1.1 贴片机的结构与特点,1.1.2 传送机构和支撑台,构成：,PCB传送导轨中设有红外线传感器和条形码阅读器,1.1 贴片机的结构与特点,1.1.2 传送机构和支撑台,两种类型的传送机构：,(1) 整体式导轨：,设在B区的PCB板侧夹持机构（府视图）,(2) 活动式导轨：,1.1 贴片机的结构与特点,1.1.3 X、Y与Z/ 伺服及定位系统,第一种功能
4、：支撑贴片头,X-Y定位系统是贴片机关键的机构，也是评估贴片机精度的主要指标，头包括X-Y传动机构和X-Y伺服系统,贴片头安装在X导轨上，X导轨在Y导轨上运行，从而能实现在X-Y方向贴片全过程。,这种结构在通用贴片机中常见,1. 功能,1.1 贴片机的结构与特点,1.1.3 X、Y与Z/ 伺服及定位系统,第二种功能：支撑PCB承载平台并实现PCB在X-Y方向移动,这种结构常见见于塔式旋转类贴片机中，在这种高速贴片机中，其贴片头仅做旋转运动，而依靠送料器的水平移动和PCB承载平面的运动完成贴片过程。,1. 功能,X、Y与Z/ 伺服系统动画,1.1 贴片机的结构与特点,1.1.3 X、Y与Z/ 伺
5、服及定位系统,2. 结构,两类 X-Y传送机构：,滚珠丝杠-直线导轨,同步齿形带-直线导轨,1.1 贴片机的结构与特点,1.1.3 X、Y与Z/ 伺服及定位系统,3. X-Y 伺服系统（定位控制系统）,X-Y定位系统是由X-Y伺服系统来保证，即前面所述的滚珠丝杠-直线导轨及同步齿形带-直线导轨，是由交流伺服电机驱动，并在位移传感器以及控制系统指挥下实现精确定位。,1.1 贴片机的结构与特点,1.1.3 X、Y与Z/ 伺服及定位系统,3. X-Y 伺服系统（定位控制系统）,(1) 圆光栅编码器,1.1 贴片机的结构与特点,1.1.3 X、Y与Z/ 伺服及定位系统,3. X-Y 伺服系统（定位控制
6、系统）,(3) 光栅尺,(2) 磁栅尺,1.1 贴片机的结构与特点,1.1.4 光学对中系统,贴片机对中问题：贴片机的对中是指贴片机在吸取元件后，吸嘴吸在元件中心，将元件的中心与贴片头主轴中心线保持一致。,光学定位系统原理：贴片机吸取元件后，CCD摄像机对元器件成像，并转化为数字图像信号，经计算机分析元器件几何尺寸和几何中心，并与控制程序中数据进行比较，计算出嘴中心与元器件中心X、Y、的误差，并及时反馈控制系统进行修正，保证元器件引脚与焊盘重合。,1.1 贴片机的结构与特点,1.1.4 光学对中系统,光学系统的组成：由光源、CCD摄像机、显示器以及数模转换与图像处理系统组成。,1.1.4 光学
7、对中系统,光学系统的作用：,贴片机中的光学系统，在工作过程中首先是对PCB的位置确认，当PCB输送至贴片位置上时，安装在贴片头部的CCD，首先通过对PCB上所设定定位标志的识别，实现对PCB位置的确认。,1. 对PCB位置的确认,2. 对元器件的确认,元件的外形是否与程序一致元件中心是否居中元件引脚的共面性和形变,1.1 贴片机的结构与特点,1.1.5 贴片头,贴片头,单头,多头,固定式,旋转式,组合式,水平旋转-转塔式,垂直旋转-转盘式,1.1 贴片机的结构与特点,1.1.6 供料器,1.1.7 传感器,1.1.8 计算机控制系统,贴片机分类,动臂式 固定式：YAMAHA 、SAMSUN 旋
8、转式 水平旋转：PANASONIC 垂直旋转：SIMENSE模组式 ASSEMBLEON、 FUJI,贴片机把电阻、电容、三极管、芯片等各类元件高速而精确的吸取并贴装到PCB板上的相关位置。即，抓取（吸嘴真空吸取元件）贴装,一个贴装头，每个贴装头6-12个 吸嘴贴装头在X/Y方向平行移动贴装速度：5000片每小时导轨高速运转已达到极限优点：成本低,西门子垂直旋转演示,西门子垂直旋转贴装头,每个贴装头呈圆周排列6-12个吸嘴贴装头在垂直水平面上旋转贴装速度：10000-20000片每小时旋转过程离心力容易造成元件抛料维护复杂，成本高,AX-3/AX-5模组式贴片机,高速度贴装：60000片/小时
9、高精度贴装：误差30um最小换线时间：6min模块化制造易于维护成本较高,AX-3模组式贴片机介绍,平行贴装元器件激光校正导轨整体步进传送AX-3精度控制整体换料小车,平行贴装,平行贴装High Speed,AX-3贴片机基本结构：RUN-IN(进板) + WORKING AREA（工作区） + RUN-OUT（出板区）在working area最多有十二个贴装头 Robot每个Robot有一个吸嘴 Nozzle根据PCB产品尺寸大小的不同，在工作区域可以同时贴装N块板和SAMSUN或YAMAHA的动臂结构相比的优势：单个吸嘴保证高精平行贴装保证高速度,激光校正,元器件光学校正componen
10、t laser,The laser light is projected onto component to generate a shadow ， the placement controller calculate the exact position of the component at the nozzle tip according to the size of the shadow。 吸嘴吸取元件后，吸嘴两侧的激光照射元件，产生遮挡的阴影，控制器通过计算阴影的尺寸获取元件具体位置偏差，并进行校正。,导轨步进传送Transport module,The function of th
11、e transport module is transporting boards through the machine. The transport module is controlled by the transport controller. 导轨整体步进，分为X和Z两个方向，步进的数值由PCB产品的尺寸决定。导轨步进后，贴装头上相机扫描mark点，自动校正PCB板移动过程中位置偏移。保证PCB位置精度。,导轨传送,AX-3的坐标系统Coordinate system,1 ：X axis Transport Moves board in X direction ；Y axis Boa
12、rd width adjustment of transport。 导轨X为PCB板传送方向；导轨Y为调整导轨宽度以适应PCB板宽度。2： X axis Robot Moves placement head in X direction ；Y axis Moves placement head in Y direction。 贴装头X为吸嘴左右运动；贴装头Y为吸嘴前后运动。3： Z axis Placement head Component picking and placing ；RZ Rotating the component。 贴装头的Z为吸嘴上下做吸取贴装的动作；Rz指吸嘴旋转角度。
13、,The function of the pick and place module is picking and placing components on boards. The pick and place module is controlled by the placement controller.,贴装模块 Pick and Place Module,AX-3最多可以安装12个贴装模块，每个对应一个吸嘴。该吸嘴有X,Y,R,Rz四个运动方向。 其中，X方向为磁悬浮导轨。,AX-3精度控制High Precision,This encoder consists of a disk
14、with a large number of position markers, an indexmarker and three sensors 编码器读取圆周排列小孔位置标记，以获取电机运动位置数据。,Linear encoders are only present in the placement module and placement head, on the Y- and Z-axis respectively. These encoders are scales that contain precise grating and in the centre of the scale
15、 a zero-pulse. Pulses are generated by an optical reader runs near the glass ruler. 线性编码器通过读取高精度直线排列光栅获取电机运动位置数据。 光栅尺磁悬浮,整体换料小车-Feeder Trolley,The trolley is a cart that forms the interface between the feeders and the base.Feeders are placed on the trolleys and the trolleys are mounted on the base.
16、整体换料小车的作用：实现喂料器和贴片机之间的机械连接和通讯。生产过程中可以整体更换，节约停机时间。,换料小车,课后安排,1.查找线性马达工作原理资料2.查找磁悬浮导轨工作原理资料,贴片机的种类,动臂式 固定式：YAMAHA 旋转式 水平旋转：(演示见模组式） 垂直旋转：西门子转塔式 FUJI (播放时间2:30-3:00)模组式 FUJI (0:45-2:30),动臂式1,动臂式（固定式）制造商有:yamaha、 三星等中速机价格100万是最早的机型IC、小元件都可贴适合小批量多品种,动臂式2动臂式（水平旋转式）制造商有:yamaha、fuji等中速或高速机中速机价格100万左右IC、小元件都
17、可贴适合小批量多品种,转塔式,制造商有许多日本公司高速机价格300万元只能贴小元件，不能贴IC特征： PCB板在来回移动，元件站在动，贴片头在水平方向旋转,转塔式图片,转塔式原理图,转塔式外形,水平旋转式,制造商为西门子高速机400万能够贴IC、小元件,旋转式原理图,模组式,价格120-1000万分为两种：1、一块板同时有多个头在贴，飞利浦5个，fuji2个2、一块板分别有多个头在贴。松下、西门子等相当于多个动臂式串联在一起，用软件控制，每台机各贴PCB板的一部分。适合有一些灵活性的大批量生产发展方向。,模组式图片,模组式图片 松下细胞机,FUJI,西门子 d2 d4,组合式,动臂式、旋转式、
18、转塔式的组合,贴片机的元件识别,激光：快，适合小元件图像识别：照相机，适合各种元件,精度实现的方法：,园光栅编码器：统计轴的旋转圈数，由于轴会磨损，时间长精度会下降，相当开环控制，多数机采用。磁栅尺：读磁条，判断位置，闭环控制，如JUKI光栅尺：读光刻的栅尺，判断位置，精度最高，闭环控制，如西门子机,贴片机的精度,飞利浦0.025mm西门子0.075mm（ 4-百万分之60 ）三星0.1mm 日本0.05mm（3 -百万分之2600）,贴片速度,三星CP45FV为chip件13000/小时FUJI CP-842为chip件52000/小时西门子S-27为27000/小时,厂家介绍,国外著名SMT刊物日前公布了2004年度贴片机市场占有率排名（以销售产值计），具体名次如下：松下、FUJI、Siemens、环球、日立、JUKI、YAMAHA、SAMSUNG、Philips、Europlacer。,
