表面貼裝機的維護及貼裝工藝的優化

李存信，王洪霞

LI Cun-xin, WANG Hong-xia

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

電子工業的發展極大的改變了人們的生活，打開電子產品內部，可以看到各種各樣形狀的電子器件組裝在電路板上，貼片機在這個技術中起到非常關鍵的作用。

1 概況

表面貼裝機簡稱貼片機是SMT生產線中的關鍵和核心設備。隨著電子技術的進步和發展，電子元器件微型化越來越明顯 ，集成芯片的引線也越來越多，間距也越來越小，如何在SMT生產工藝中保證產品質量，是電子生產技術人員所面臨的課題。本文通過對貼片機長期以來維護保養以及對相關工藝的優化進行了闡述，供有關人員參考。

1.1 貼片機工作原理

貼片機是一種替代人工操作的高精度高速度的工業機械手，是綜合了光，機，電,氣結合的計算機化工業機器人，通過光學數字化定位準確將電子元器件安裝在設計圖紙所指定的位置上，保證了貼裝的準確性，達到高密度安裝的要求。

1.2 貼片機的工作順序

機器工作時貼片機的抓取頭在指定的供料器位置抓取元件，貼片機的X/Y/Z/R四組精密機械軸承進行相互的配合運動。對抓取的器件進行識別。機器識別有二步程序，第一步：激光對器件高度（厚度）識別，檢驗與設定的參數是否一致，并進行是否貼裝或拋料判定處理；第二步：對器件平面完整性識別，拾取頭拾取器件后在對中的照相機下進行X/Y相尺寸完整性的識別，決定進行貼裝或拋料處理。合格的元器件將安裝到指定位置上完成貼裝工作。

2 貼片機常見問題的分析《以YAMAHA機器為例》

元器件的抓取一般存在四個問題：1）拾取不到；2）拾取不牢；3）拾取不準；4）拾取不出來。如果出現取錯器件則有可能屬于參數設定或者送料器放置的錯誤而另當別論。

2.1 拾取不到

1）吸嘴與供料帶里的器件表面有微小的高度差距，將吸嘴的取料高度設定大一些，使吸嘴完全能接觸到器件的表面或有一點壓力，就可達到拾取的要求。2）送料帶依靠送料器齒輪帶動送料帶送料，送料器齒輪的磨損使送料器送料不到位，這種情況也會拾取不到器件。這需要更換送料器齒輪。3）位移（UPDOWM）電磁閥故障或是位移汽缸故障，使機器在下降時不順暢達不到取料的高度。4）吸嘴的大小必須與器件的大小相符合，否則會因真空不足而無法拾取器件。

2.2 拾取不牢

1）吸嘴不干凈有阻塞。2）氣路不通暢負壓能力不足，由于壓縮空氣不干凈引起真空過濾器受到阻塞。3）元器件表面不平整，吸嘴吸住后存在微漏氣現象造成吸不牢。4）降低抓取的速度，就會大大減少抓不牢問題。5）真空電磁閥故障。

2.3 拾取不準

裝配器件的料帶與所裝配的器件不匹配，使得器件在連續送料的過程中在槽內發生擺動產生偏差，即使抓起來也會因測量的誤差而被當作拋料處理。這種情況要及時更換料帶以免造成浪費和誤工現象。這個現象一般出現在圓柱型器件中，如1N4148比較常見，主要是圓柱面的器件弧度不均勻或者是吸嘴選用不當造成的。這種現象通過降低抓取速度或者更換吸嘴可以解決。

2.4 拾取不出來

1）料槽過于狹小器件在里面被緊緊的包裹住2）料帶的覆蓋膜沒有被剝開，使得吸嘴不能抓到器件。第一種情況要更換器件料帶；第二種情況要分析是料帶覆蓋膜的粘性過大還是回收料帶膜的齒輪咬合的不緊，一般通過調整料帶回收輪的咬合松緊度就可以解決。

針對以上問題首先要選擇合適粘度的封裝料帶，堅持經常清洗吸嘴，保持壓縮氣體的清潔，定期清洗真空過濾器。

3 器件識別判定的問題

器件在貼裝的過程中要經過厚度（高度），對中和判定的三個識別過程，這三個過程都是與計算機保存的數據或者手動設定數據進行對比來完成。即視覺系統對器件的數據測量后由計算機進行識別判定。

貼片機的視覺系統有兩部分組成：第一部分是照相機通過拍攝PCB板上的(MarK)點來確定貼裝器件的坐標，從而來修正貼裝坐標，并自動進行補償。側向激光頭對器件進行高度檢測，如果沒有引線損傷，即Z相（高度）檢測合格。

第二部分是固定在工作臺上的對中照相機，合格的器件在檢測的同時測量并計算出器件中心相對于吸嘴中心的偏差值及貼裝位置的轉角角度值，通過攝像機之間的坐標轉換得到貼裝器件和貼裝位置的精確偏差值，并在貼裝過程中自動修正，從而完成精確的貼裝工作。

貼片位置光學對中原理示意圖如圖1所示

在機器的工作過程中很多誤被拋料的器件都是因為在尺寸識別上的錯誤造成的，如果在識別輸入數據允許一定的誤差范圍，這樣可以降低拋料率，也減少因拋料造成的時間和器件上的損失，同時增加了貼裝的速度。

圖1 貼片位置光學對中原理示意圖

4 MarK點的選取原則

生產中為了保證貼裝器件定位與圖紙的一致性，要在PCB板上設定X/Y的基準點，我們稱之為MarK點。 MarK點是防止由于PCB板在加工中產生尺寸誤差設置的校準點。貼裝前給MarK點做一個標準的圖像存入圖像庫中，貼片時每更換一塊PCB板，都要與設定的MarK點進行坐標校正。如果存在偏移，貼片機就會自動根據偏移量進行修正。因此合理的選取和設定PCB板的MarK點保證貼裝的精度是必不可少的一個程序。經驗中在PCB電路板上采用過孔做MarK點比較靈活機器識別也比較方便。

使用陶瓷做貼裝基板很少在基板上做通孔，但是由于陶瓷基板采用激光切割，在尺寸的準確度比PCB板精確很多。可以采用塊排列方法，將陶瓷基板緊密排列在精密定位的巧克力托盤上，并在塊的對稱位置上進行MarK點的設置。

MarK點一般選用園形，方形和三角形做標識。而且盡量在對角線的位置上。如果采用板面圖形做MarK點，將占據一定的空間。一般MarK點的設置方式如圖2所示。

圖2 Mark點的設置方式

5 元器件視覺圖像測量誤差失真度對工藝的影響

工業控制設計的電路板，比消費類的產品在設計的緊湊性上寬松。在生產工藝上的寬余量也較大，給機器的測量誤差失真度也大。在我們使用YAMAHA YVL88Ⅱ 和YAMAHA YV112Ⅲ 多年過程中，貼片機的測量誤差允許量留得寬松，由于寬松的冗余度給予機器，在工作中較少發生高的拋料，產品貼裝通過率較高。

6 結論

貼片機既然是機器必然有它的局限性，何況新型器件還在不斷地涌現，針對不同的客戶要求，針對不同規格的貼裝器件，必然會出現不相匹配的地方。如何結合本企業的工藝實際和產品特殊性，進行綜合的考慮合理的避開貼片機的不足之處，就能更好的發揮機器的特長。

[1]YAMAHA----YVL88Ⅱ/YVL112Ⅲ.系統手冊, YAMAHA MOTOR CO, LTD.

[2]顧靄云, 王豫明, 謝德康.表面貼裝(SMT)通用工藝.2003∶85-89.

[3]劉利吉, 董恩輝.中國電子制造及SMT發展形勢報告.2010.