【正文】 和Z軸移動(dòng) 這一點(diǎn)是重要的，因?yàn)樵谒猩a(chǎn)機(jī)器上Y軸的控制是沒有的。它包括吸取的可靠性、準(zhǔn)確的元件視覺識(shí)別和貼裝的可重復(fù)性。雖然這個(gè)絕對(duì)距離意味著很小，但是研究表明該工藝留下很少犯錯(cuò)的余地。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的焊盤(用十萬(wàn)個(gè)元件進(jìn)行試驗(yàn))，y, x。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，機(jī)器精度變成首要問題。60181。對(duì)于密度高的PCB，貼裝精度直接影響回流焊接后的裝配缺陷數(shù)量，例如，貼裝偏移會(huì)增加錫橋、錫珠、元件豎立和元件不對(duì)準(zhǔn)焊盤的機(jī)會(huì)。還有，更小的焊盤意味著更窄的元件間距。更高的密度 這是困擾較小元件的主要原因 使得貼裝任務(wù)的難度大了一個(gè)數(shù)量級(jí)。這種新的小型化要求貼裝精度提高但又不降低速度。例如，0201片狀電容比0402小75%，在電路板上所占的面積少66%，這些元件在本十年的早期將出現(xiàn)在一些通用的印刷電路板上，而甚至更小的01005片狀元件到2005年將在空間更珍貴的模塊電路板上看到。理解這些貼裝問題可以使產(chǎn)品更快地推出市場(chǎng)，并減少缺陷。最終結(jié)果將是對(duì)該工藝的統(tǒng)一的理解，以及將使最終用戶受益的更好的工作關(guān)系，特別是通過使新的生產(chǎn)技術(shù)更快和更有效的結(jié)合。前面的挑戰(zhàn)　　雖然0201元件的貼裝現(xiàn)在是新貼裝設(shè)備的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)特性，還需要作另外的工作來(lái)改進(jìn)終端用戶的整體工藝?！　‰m然機(jī)器現(xiàn)在具備這個(gè)能力，但只有一小部分使用者將準(zhǔn)備在未來(lái)12~24個(gè)月內(nèi)邁出使用0201貼裝的步伐?！　」?yīng)商之間的元件尺寸差別對(duì)0201進(jìn)料和貼裝都產(chǎn)生挑戰(zhàn)。m。最新的高速貼裝設(shè)備具有66181。為了達(dá)到 6 Σ 的貼裝可靠性，X與Y的公差必須減少到50181。m 的X 和75181。D的焦點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向更新、更小的元件，0201不再認(rèn)為是前緣的元件包裝技術(shù)。達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)　　通過所有六個(gè)關(guān)鍵因素，可靠的0201貼裝的障礙已經(jīng)消除?；w框架設(shè)計(jì)是減少產(chǎn)生振動(dòng)和諧波共振的速度與運(yùn)動(dòng)效應(yīng)的關(guān)鍵第一步。 基體結(jié)構(gòu)。從直線軸到錐形設(shè)計(jì)的改變?cè)黾游鞆?qiáng)度，并允許吸嘴抵抗彎曲(圖三)。為了吸取 mm 的元件，吸嘴必須有不大于 的外徑。 吸嘴設(shè)計(jì)。通過消除過壓，直接對(duì)中減少與元件吸取和貼裝有關(guān)的負(fù)面因素的數(shù)量(圖二)。如果吸嘴和軸不在一條直線，就產(chǎn)生一點(diǎn)抖動(dòng)(whip) 或過壓。吸嘴軸(nozzle shaft)也是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)元素 通過保持整個(gè)吸嘴與軸裝配直接對(duì)中，消除了過壓(overdrive)現(xiàn)象。 　　材料選擇、材料硬度、加工公差和熱特性都必須理解，以構(gòu)造一個(gè)可靠的吸取頭。真空吸嘴(nozzle)需要順應(yīng)以吸收在吸取與貼裝元件期間的沖擊，補(bǔ)償錫膏高度上的微小變化，并且減少元件破裂的危險(xiǎn)。 吸取頭。對(duì)基本的鏈輪設(shè)計(jì)所作的改變得到定位精度的改進(jìn)，比較早的設(shè)計(jì)在X方向提高20%，Y方向提高50%。驅(qū)動(dòng)鏈輪輪齒的形狀、錐度和長(zhǎng)度重大地影響送料器定位料帶的能力。 送料器驅(qū)動(dòng)鏈輪。另外，用于制造送料器的材料必須強(qiáng)度高、重量輕，以允許人機(jī)工程上的操作，同時(shí)保證元件料帶(carrier tape)的精密、可重復(fù)的送出。送料器必須制造達(dá)到極緊的公差，以保證吸取位置維持可重復(fù)性，不管元件高度和大量的可能元件位置的變化。 該設(shè)計(jì)允許作出很小的調(diào)節(jié) 基于由視覺系統(tǒng)判斷的吸取精度結(jié)果。D計(jì)劃得出結(jié)論，精密定位料車(carriage)工作臺(tái)的能力 和作出極小的調(diào)整來(lái)補(bǔ)償料帶 (tape) 的不精確 %的關(guān)鍵因素。 元件送料器工作臺(tái)。在一開始，設(shè)計(jì)的每個(gè)方面都得到評(píng)估其對(duì)一個(gè)完整的0201方案的能力，還有緊密相關(guān)的機(jī)器元件參數(shù)的單一元素的結(jié)合證明對(duì)達(dá)到成功是關(guān)鍵的。可靠的0201貼裝的關(guān)鍵　　在FUJI，進(jìn)取的Ramp。當(dāng)然，它們需要全體的決心，因?yàn)閷?duì)0201貼裝所必須的技術(shù)獲得要求大量的資金和最高管理層對(duì)研究開發(fā)(Ramp。另外，傳統(tǒng)的工業(yè)帶包裝(taping)規(guī)格對(duì)于可靠的0201貼裝允許太多的移動(dòng)，而工藝控制水平也必須提高，以使得0201貼裝成為生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)。主要原因是0201包裝大約為相應(yīng)的0402尺寸的三分之一。對(duì)于機(jī)器制造商，其挑戰(zhàn)是開發(fā)在一個(gè)動(dòng)態(tài)的技術(shù)變化的時(shí)代中更加抵抗陳舊過時(shí)的裝配設(shè)備。由于尺寸、重量和功率消耗的需求，許多OEM電路板裝配商需要將甚至更小的元件和技術(shù)結(jié)合到其產(chǎn)品中去。　　現(xiàn)在，進(jìn)入了0201。　　這些因素的結(jié)合造成在電子工業(yè)歷史中最慢采用的一種新包裝形式。錫膏(solder paste)印刷變得更加關(guān)鍵 模板(stencil)厚度與錫膏網(wǎng)孔是越來(lái)越重要的工藝考慮因素。新的重點(diǎn)放在元件的送料器(feeder)上面，它作為需要改進(jìn)的一個(gè)單元，為機(jī)器更準(zhǔn)確地送出零件?！　?402(1608)包裝的出現(xiàn)在PCB裝配的各方面都產(chǎn)生了進(jìn)一步的挑戰(zhàn)。D, research and development)實(shí)驗(yàn)室，重新評(píng)估用于接納這些更新、更小元件的設(shè)備中的技術(shù)。在機(jī)器變得更快更靈活的同時(shí)，0603 (1608) 元件開始發(fā)展?？墒窃谝粌赡陜?nèi)，1206即讓路給0805(2125)作為SMT貼裝的最普遍的元件包裝。　　對(duì)SMT最早的普遍接受是發(fā)生在八十年代早期，那時(shí)諸如Dynapert MPS500和FUJI CP2這些機(jī)器進(jìn)入市場(chǎng)。n0201裝配，從難關(guān)到常規(guī)貼裝 　　雖然通常認(rèn)為是相當(dāng)近期的一項(xiàng)發(fā)展，印刷電路板(PCB, printed circuit board)自從五十年代早期就已經(jīng)有了。從那時(shí)起，對(duì)越來(lái)越小、越來(lái)越輕和越來(lái)越快速的電子產(chǎn)品的需求就一直推動(dòng)著電子元件、PCB和裝配設(shè)備技術(shù)朝著SMT的方向發(fā)展。在那時(shí)，1206(3216)電阻與電容是最流行的貼裝元件。　　在這個(gè)期間，機(jī)器與元件兩者都迅速進(jìn)化。在這時(shí)，許多裝配機(jī)器制造商走回研究開放(Ramp。更高分辨率的相機(jī)與更小的真空吸嘴就在這些元件帶給裝配設(shè)備的變化之中。在機(jī)器發(fā)展方面，真空吸嘴變得更小和更脆弱?！　‰S著0402元件的出現(xiàn)，工藝挑戰(zhàn)又增加到那些需要為成功的元件貼裝而探討的問題之中。這種貼裝所需要的技術(shù)也涉及重要的新成本?？傆?jì)，幾乎將近五年時(shí)間，0402包裝才在工業(yè)中達(dá)到廣泛的接受 并且在今天還有許多裝配工廠從來(lái)不貼裝一顆0402片狀?！　≡谶^去一年半時(shí)間里，0201貼裝已經(jīng)是整個(gè)工業(yè)內(nèi)討論的一個(gè)關(guān)鍵主題。合約制造商(CM, contract manufacturer)也必須具備新的技術(shù)，以保持裝配工藝最新和為客戶提供完整的服務(wù)范圍。0201貼裝的挑戰(zhàn)　　0201元件的貼裝比其前面的元件介入更具挑戰(zhàn)性?！　≡瓤梢越邮艿臋C(jī)器貼裝精度馬上變成引進(jìn)0201的一個(gè)局限因素?！　‰m然這些障礙非常大，但它們遠(yuǎn)不是不可克服的。D)的許諾。D計(jì)劃已經(jīng)產(chǎn)生了使所有的電路裝配機(jī)器以100%速度兼容0201的能力，%，%，%。這些參數(shù)包括：Ramp?！　榱诉_(dá)到這個(gè)，送料器(feeder)工作臺(tái)必須精密加工，以保證單個(gè)送料器的可重復(fù)定位，并且使用雙軌線性移動(dòng)導(dǎo)軌與一個(gè)高分辨率半封閉循環(huán)的伺服系統(tǒng)相結(jié)合。這保證元件盡可能地靠近中心吸取。 元件送料器。用于定位和將送料器鎖定在位置上的機(jī)構(gòu)必須耐用和精密，還要保持用戶友好。 驅(qū)動(dòng)鏈輪在機(jī)器定位元件料帶的能力中起關(guān)鍵作用。其它因素也作了調(diào)查研究，比如驅(qū)動(dòng)鏈輪的直徑和料帶與鏈輪接觸的數(shù)量等。 在適當(dāng)?shù)剡M(jìn)給元件之后，下一步是將元件吸取在真空吸嘴上，并把它帶到電路板上。為了這些原因，吸嘴必須能夠在其夾具內(nèi)移動(dòng)。吸嘴必須在其夾具(holder)內(nèi)自由移動(dòng)，而不犧牲精度(圖一)。 吸嘴軸裝配。過壓是由于當(dāng)貼裝頭上下運(yùn)動(dòng)是所產(chǎn)生的慣性造成的。過壓造成定位精度的變化，它決定于運(yùn)動(dòng)速度、吸嘴重量和元件重量。 吸嘴設(shè)計(jì)上的變化對(duì)于允許接納0201元件是一個(gè)很重要的因素。這樣形成一個(gè)長(zhǎng)而細(xì)的吸嘴軸，彎曲脆弱但還必須保持精度以維持吸取的高可靠性。 所有機(jī)械在運(yùn)行期間都產(chǎn)生振動(dòng)。通過使用鑄鐵基礎(chǔ)框架和藝術(shù)級(jí)結(jié)構(gòu)技術(shù)，振動(dòng)與諧波共振可在機(jī)器內(nèi)減少到可控制水平，這樣，負(fù)面影響可以應(yīng)付。因此，Ramp?！　?duì)于0201元件貼裝，現(xiàn)在接受的工藝窗口是在3 Σ 時(shí)大約75181。m 的Y。m。m的等級(jí)，實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)偏差大約為35~45181。隨著0201元件變得更加廣泛地使用和制造工藝變緊，可達(dá)到提高的準(zhǔn)確性。散裝進(jìn)料(bulk feeding)正在開放之中，應(yīng)該在2001年可以得到。這類似于球柵陣列(BGA, ball grid array)和0402元件的引入，在裝配這個(gè)環(huán)境里，機(jī)器的能力超前于工藝狀態(tài)。在機(jī)器制造商、元件供應(yīng)商、電路板制造商、模板工廠和錫膏制造商之間的關(guān)系需要加強(qiáng)，以形成一個(gè)更加無(wú)縫的(seamless)開發(fā)過程。如何準(zhǔn)確地貼裝0201元件 　　本文介紹，更小的元件與更窄的間距為電路板裝配提出了新的挑戰(zhàn)?！　I(yè)界所面臨的現(xiàn)實(shí)是零件變得越來(lái)越小?！　∫?yàn)閷?duì)于許多新的產(chǎn)品板的空間是如此珍貴，盡管更小的元件成本更高，但還是會(huì)得到甚至更廣泛的使用?！　〈_認(rèn)所面臨的挑戰(zhàn)　　小的元件提出了許多問題。例如，0201元件通常要求較小的焊盤尺寸來(lái)防止焊錫污跡，和接納無(wú)焊腳焊接。雖然這些允許設(shè)計(jì)者取得高度功能化與緊湊的產(chǎn)品所需要的更高密度，但也使情況復(fù)雜化?！　∫虼?，我們需要什么呢？現(xiàn)在，%的吸取率，同時(shí)3σ的貼裝精度為177。m?！　±?，摩托羅拉的試驗(yàn)表明。可是，當(dāng)偏移增加到，缺陷水平上升到超過5000ppm。還有，貼裝操作涉及的不止其本身。事實(shí)上，試驗(yàn)表明0201元件要求99%的吸取可靠性。可是，為了保持貼裝精度在公差之內(nèi)，Y方向的控制對(duì)于將元件對(duì)中在吸嘴上是必要的(圖一)。圖一、Y方向是0201元件貼裝的唯一最重要的軸向糾正　　由于在三個(gè)軸上的閉環(huán)實(shí)時(shí)反饋，對(duì)送料器校準(zhǔn)的需要實(shí)際上消除了?！　⊙芯勘砻?，在Y方向177。在Z方向177?！　≡阱a膏上的運(yùn)動(dòng)　　另一個(gè)貼裝問題是在某些條件下，0201不會(huì)停留在其貼裝的位置。試驗(yàn)已經(jīng)顯示，對(duì)于Y方向3σ的貼裝精度。結(jié)論：?jiǎn)栴}在于錫膏的顆粒直徑?！　‘?dāng)顆粒大小大于20181。因?yàn)樵N裝時(shí)間是幾毫秒，所以任何不平的表面度可能造成零件偏斜或運(yùn)動(dòng)。圖二、當(dāng)元件超程沖擊焊錫顆粒時(shí)，反作用力改變吸嘴的軸向并產(chǎn)生一個(gè)水平的力，產(chǎn)生元件的偏移　　因此，超程降低貼裝精度。因此，可以將超程定義為使得元件和PCB之間的間隙小于焊錫顆粒大小，即，貼裝系統(tǒng)必須控制該間隙，將它保持在4060181。一個(gè)起作用的因素是板的支撐，沒有支撐元件可能從過高的高度落下或被壓入錫膏中。　　需要的改進(jìn)　　要取得有效的0201元件的使用，部分的解決方法將在吸嘴的設(shè)計(jì)改進(jìn)中找到。另外，吸嘴必須高度耐磨，因?yàn)槠涓g作用會(huì)由于小的接觸面積而惡化?！　　?0181。、40181。為0201元件專門開發(fā)的盤帶送料器也應(yīng)該有助于更精確和更快速的元件貼裝。另外，更緊的公差必然需要增加工藝控制、更徹底的預(yù)防性維護(hù)、更多的培訓(xùn)和工藝知識(shí)、和對(duì)報(bào)廢及檢查/修理活動(dòng)的增加的認(rèn)識(shí)。因?yàn)檎`差的公差和可達(dá)性和元件本身一樣小，預(yù)防性維護(hù)是0201生產(chǎn)線比其他元件更加重要的制造成本因素。元件吸取和貼裝的高度將是關(guān)鍵的，對(duì)于初始的元件吸取，送料器軸的調(diào)整是需要的，盡管機(jī)器可以在吸取位置補(bǔ)償元件的偏移。1986年轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)問世以來(lái)，已為電路板組裝工業(yè)生產(chǎn)出大量的合格產(chǎn)品。在過去的16年中，轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)的平均貼片速度已提高了近四倍，可貼裝元件和器件的類型和范圍也明顯擴(kuò)大，目前，貼片機(jī)煩瑣的換線僅用微波爐嘣一袋爆米花的時(shí)間就可完成。其基本設(shè)計(jì)是相當(dāng)簡(jiǎn)單的。PCB沿XY方向運(yùn)行，使PCB精確地定位于規(guī)定的貼片位置，而貼片機(jī)核心的轉(zhuǎn)塔在兩點(diǎn)間攜帶著元件，在運(yùn)動(dòng)過程中實(shí)施視覺檢測(cè)，并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)校正（圖1）。 多達(dá)6個(gè)不同尺寸的吸嘴適用于任何貼片頭，工作中不需要更換吸嘴。　　 將用于校正元件的視覺檢測(cè)系統(tǒng)，按規(guī)則安裝在轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)的拾取點(diǎn)和貼片點(diǎn)之間，可以在“飛行”中進(jìn)行圖像處理。這樣就不會(huì)產(chǎn)生由于恒定的彎應(yīng)力使線路斷裂而出現(xiàn)的電氣問題（例如：當(dāng)臺(tái)架始終不斷從送料器向攝像機(jī)、電路板在運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的故障）。而最好的單頭臺(tái)架式貼片機(jī)，每小時(shí)僅能貼裝約15，000個(gè)元件。　　 使用轉(zhuǎn)塔式設(shè)計(jì)，只在貼片機(jī)的一側(cè)安裝送料器?！　栴}何在？　　具有這樣一系列有說服力的優(yōu)點(diǎn)，似乎轉(zhuǎn)塔式平臺(tái)可以被認(rèn)為是“最佳的選擇”。有人認(rèn)為，工作臺(tái)的運(yùn)行會(huì)影響到元件貼片精度，而且，工作臺(tái)運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致元件移位，甚至從PCB上脫落下來(lái)。　　如果使用不當(dāng)，元件貼片后，轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)工作臺(tái)的運(yùn)行會(huì)使元件翻轉(zhuǎn)。如果改用一臺(tái)固定工作臺(tái)的貼片機(jī)，就能使產(chǎn)品的質(zhì)量得到改善的話，這實(shí)際表明更為嚴(yán)重的工藝問題很有可能被掩蓋了。如果PCB在貼片機(jī)中得不到適當(dāng)?shù)闹?，它就?huì)下沉，這樣的話，PCB表面高度就會(huì)低于貼片機(jī)的“Z”軸零點(diǎn)。　　另一個(gè)很可能的原因是元件的高度設(shè)置不合適。在生產(chǎn)過程中常常需要更換元件卷帶，有時(shí)，更換的元件不是同一個(gè)廠家生產(chǎn)的，這種元件外形尺寸可能有所差別。即使貼片機(jī)是臺(tái)架式機(jī)器（即在貼片過程中PCB保持靜止?fàn)顟B(tài)），在這種情況下，貼片精度也會(huì)不好。此外，在元件貼裝過程中，當(dāng)元件高度設(shè)置得不正確時(shí)，在回流焊接階段，就很有可能產(chǎn)生“墓碑”現(xiàn)象。一旦將焊膏印刷到焊盤上，其厚度僅為6mil，它有五個(gè)面暴露于大氣中，焊膏往往出現(xiàn)干涸。　　因此，制造過程中需控制PCB在生產(chǎn)線上的傳送速率?！　∪绻a(chǎn)線停止操作一段時(shí)間的話，更應(yīng)特別謹(jǐn)慎。雖然，這個(gè)問題在工作臺(tái)運(yùn)行的機(jī)器上會(huì)被放大，但是，它同樣會(huì)造成其它類型的生產(chǎn)線出現(xiàn)丟失元件和質(zhì)量問題。例如，F(xiàn)uji的CP Series系列，可根據(jù)下述方式控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)速度方式的設(shè)置適用于不同類型的元器件，而且元件數(shù)據(jù)庫(kù)中已帶有相應(yīng)的缺省參數(shù)設(shè)置。幾種設(shè)定的選項(xiàng)包括：超高速、高速、中速、低速和超低速?！　∫粋€(gè)常有的錯(cuò)誤觀念是，降低工作臺(tái)速度將對(duì)貼片機(jī)的性能帶來(lái)不利的影響。由于這個(gè)原因，當(dāng)工作臺(tái)速度以超高速或高速運(yùn)行時(shí)，可能意味著工作臺(tái)在轉(zhuǎn)塔式貼片頭攜帶元件到達(dá)規(guī)定的位置之前，工作臺(tái)早已就位。 　　優(yōu)化程序的效果如何？　　貼片機(jī)的優(yōu)化程序有助于元件貼片質(zhì)量的改善。優(yōu)化程序還考慮了轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)的凸輪速度、吸嘴的選用、元件放置高度和工作臺(tái)速度方式。優(yōu)化后的