SMT贴装工艺设备|通信信号产品制造与工艺管理

微课：手工贴片的工具准备

微课：手工贴装

微课：贴片机

SMC/SMD贴装是SMT产品组装生产中的关键工序。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，叫作贴装（贴片）工序。

在目前国内的电子产品制造企业里，主要采用自动贴片机进行自动贴片，也可以采用手工方式贴片。手动贴装非常适合返修时使用，但是它的精确度差，速度也不快，不适合目前的组件技术和生产线的要求。半自动贴装是用真空的办法把组件吸起来，然后放到电路板上。该方法比手动贴装快得多，但是，由于它需要人的干预，还是会有出错的可能。全自动贴装在大批量组装中的应用非常普遍。高速组件贴装使用的可能就是这种机器，贴片速度从每小时3 000～80 000个组件不等。

（一）手工方式贴片

元件的贴放主要是拾取和贴放下去两个动作。手工贴放时，最简单的工具是小镊子，但最好是采用手工贴放机的真空吸管拾取元件进行贴放。

（1）镊子贴装：用镊子把元器件从包装中取出，并贴放到印制板相应的位置上。注意：有字的一面朝上，可用放大镜进行操作，如图3-9所示。

图3-9　镊子贴装

（2）真空吸笔贴装。

原理：真空吸笔是人工模拟贴片机的贴片嘴，通过气泵产生的空气压强差，将贴片元器件从料带直接吸起，人工将元器件放置于相应的焊盘上，真空吸笔吸着力小于焊锡膏的黏着力，元器件自动放置在相应的焊盘上。

选用场合：真空吸笔主要用于质量在500 mg以下微型器件的贴放。由于自带电磁释放器，通过吸笔孔的人工掩放来控制器件的贴放。该设备具有操作简单、速度快的特点，但不适合体积大、引脚多的IC贴装，如图3-10所示。

图3-10　真空吸笔贴装

操作方法：将两根气管接于真空吸笔的前侧，根据所吸放元件的大小选择不同的吸盘，并安装于笔杆的头部。接通电源，用手指遮盖笔杆的气孔，会产生真空吸力，拾取元件，并放在对应的焊膏上。放开手指便减小真空吸力，元件被放下。

（二）自动贴装

贴装机是SMT产品组装生产线中的核心设备，它是SMC/SMD贴装的主要手段，也是SMT的关键设备，是决定SMT产品组装的自动化程度、组装精度和生产效率的决定因素。

1．贴装机的一般组成

SMT贴装机是由计算机控制，集光、电、气及机械为一体的高精度自动化设备。如图3-11所示，其组成部分主要有机体、元器件供料器、PCB承载机构、贴装头、器件对中装置、驱动系统、计算机控制系统等。

图3-11　全自动贴装机的组成

（1）机体。

机体用来安装和支撑贴装的各种部件，因此，它必须具有足够的刚性才能保证贴装精度。

（2）供料器。

供料器是能容纳各种包装形式的元器件，并将元器件传送到取料部位的一种储料供料部件，元器件以编带、棒式、托盘或散装等包装形式放到相应的供料器上。

（3）PCB贴装承载机构。

PCB贴装承载机构包括承载平台、磁性或真空支撑杆，用于定位和固定PCB。定位固定方法有定位孔销钉、边沿接触定位杆及软件编程定位等。

（4）贴装头。

贴装头的基本功能是从供料器取料部位拾取SMC/SMD，并经检查、定心和方位校正后贴放到PCB的设定位置上。它安装在贴装区上方，可配置一个或多个SMD真空吸嘴或机械夹具，θ 轴转动吸持器件到所需角度，z轴可自由上下将器件贴装到PCB安装面。贴装头是贴装机上最复杂和最关键的部件，与供料器一起决定着贴装机的贴装能力。它由贴装工具（真空吸嘴）、定心爪、其他任选部件（如黏合剂分配器）、电器检验夹具和光学PCB取像部件（如摄像机）等部分组成。

（5）器件对中检测装置。

器件对中检测装置接触型的有机械夹爪，非接触型的有红外、激光及全视觉对中系统。

（6）驱动系统。

驱动系统用于驱动贴片机构X-Y移动和贴装头的旋转等动作，它对贴装精度和贴装率影响很大。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。

（7）计算机控制系统。

计算机控制系统对贴装过程进行程序控制。目前，大多数贴装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的。

2．贴装机的工艺特性

精度、速度和适应性是贴装机的三个最重要的特性或指标。精度决定贴装机的元器件种类和它能适用的领域。精度低的贴装机只能贴装SMC和极少数的SMD，适用于消费类电子产品领域用的电路组装。而精度高的贴装机，能贴装SOIC和QFP等多引线细间距器件，适用于工业电子设备和军用电子装备领域的电路组装。速度决定贴装机的生产效率和能力。适应性决定贴装机能贴装的元器件类型和能满足各种不同贴装要求。适应性差的贴装机只能满足单一品种的电路组件的贴装要求，当对多品种电路组件组装时，就须增加专用贴装机才能满足不同的贴装要求。目前，高档贴装机在上述三项性能上都有很高的指标。

1）精　度

精度是贴装机技术规格中的主要指标之一，不同的贴装机制造厂家，使用的精度体系有不同的定义。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3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。

（1）贴装精度是指元器件贴装后相对于PCB上标准贴装位置的偏移量大小，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3-12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。

图3-12　贴装机的贴装精度

（2）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。

（3）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”，如图3-13所示。

图3-13　贴装机的重复精度

2）速　度

影响贴装机贴装速度的因素有许多，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。贴装机速度主要用以下几个指标来衡量。(www.chuimin.cn)

（1）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。

（2）贴装率：指在1 h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1只元器件的平均时间，最后计算出1 h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。

（3）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。

3）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。

（1）能贴装的元器件的种类。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25mm×30mm）；多功能机可以贴装从1.0mm×0.5mm到54mm×54mm的SMD器件（目前，可贴装的元器件尺寸已经达到最小0.6mm×0.3mm，最大60mm×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。

（2）贴装机能够容纳供料器的数目和种类。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为60～120个。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。

（3）贴装面积。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50mm×50mm，最大应大于250mm×300mm。

（4）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。

3．贴装机的工作方式和选购

按照贴装元器件的工作方式，贴装机有四种类型：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装机。

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，如图3-14（a）所示。这种机型适用于元器件数量较少的小型电路。

顺序式贴装机，是由单个贴装头顺序地拾取各种片状元器件，固定在工作台上的电路板，由计算机进行控制做X-Y方向上的移动，使板上贴装元器件的位置恰位于贴装头的下面，如图3-14（b）所示。

同时式贴装机，也叫多贴装头贴装机，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3-14（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，可以通过电路板做X-Y方向上的移动或贴装头做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3-14（d）所示。

图3-14　片状元器件贴装机的工作方式

在选购贴片机时，必须考虑其贴装速度、贴装精度、重复精度、送料方式和送料容量等指标，使它既符合当前产品的要求，又能适应近期发展的需要。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价比。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。

如果企业生产SMT电子产品刚刚起步，应该选择一种由主机加上很多选件组成的中、小型贴片机系统。主机的基本性能好，价格不太高，可以根据需要选购多种附件，组成适应不同产品需要的多功能贴片机。

（三）贴片质量要求

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。

1．贴片工序对贴装元器件的要求

（1）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。

（2）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。

（3）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。

2．元器件贴装偏差范围

（1）矩形元器件允许的贴装偏差范围。

如图3-15（a）所示的元器件贴装优良，元器件的焊端居中位于焊盘上。图3-15（b）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。图3-15（c）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。图3-15（d）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。图3-15（e）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。

图3-15　矩形元件贴装偏差

（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3-16所示。

图3-16　SOIC集成电路贴装偏差

（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3-17所示。

图3-17　BGA集成电路贴装偏差

3．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黏连，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。

（四）贴片质量目视检查

检查检查顺序：从左到右，从上到下。使用的工具有放大镜和防静电镊子。

检查步骤：

（1）作业者使用放大镜检查每一片PCBA上零件的贴片情况；

（2）检查是否有偏位、反向、漏贴、错贴、管脚不共面等不良现象，重点检查IC类元件位置；偏位的零件用防静电镊子将其贴正，并做标记；

（3）检查芯片、BGA上有无裂痕，丝印是否清晰；

（4）如发现以上不良现象，通知跟线工程师分析解决；

（5）检查合格的PCB板插入防静电架或直接流入下一工序。