元件貼裝技術(shù)

1、元件貼裝技術(shù)元件貼裝技術(shù)ByBobDrakeSMT元件貼裝系統(tǒng)正在迅速地進(jìn)化，特別的焦點(diǎn)在于兩個(gè)獨(dú)特的系統(tǒng)特征。第一個(gè)與處理所有出現(xiàn)在生產(chǎn)場(chǎng)合的最新包裝類型有關(guān)，這包括永遠(yuǎn)在縮小的元件，如0402、0201，異型元件和對(duì)高輸入輸出元件的新型包裝技術(shù)，如球柵列陣(BGA)、芯片規(guī)模包裝(CSP)、倒裝芯片(flipchip)、等—所有這些都必須在生產(chǎn)中貼裝。第二個(gè)目標(biāo)是以更有成本效益的方法來(lái)完成所有這些元件貼裝。貼裝成本(Cppcostp

2、erplacement)正成為行業(yè)內(nèi)除了最低產(chǎn)量的實(shí)驗(yàn)類環(huán)境之外的所有生產(chǎn)的追求目標(biāo)。本文將討論這些因素和它們可能對(duì)SMT貼裝設(shè)備的采購(gòu)決定及其使用所產(chǎn)生的影響。從八十年代早期開(kāi)始，中等至大批量制造生產(chǎn)線由兩種機(jī)器組成：一種對(duì)小元件的轉(zhuǎn)塔式的射片機(jī)和一種對(duì)較大元件的柔性的異型元件與密腳元件的貼裝機(jī)。轉(zhuǎn)塔的概念是使用一組移動(dòng)的送料器，轉(zhuǎn)塔從這里吸取元件，然后把元件貼放在位于移動(dòng)的工作臺(tái)上的電路板上面。和它一起的柔性機(jī)器使用了取與放(pic

3、kplace)的概念，典型地具有單個(gè)或雙個(gè)吸取頭。這種機(jī)器是一個(gè)比轉(zhuǎn)塔較簡(jiǎn)單的機(jī)械設(shè)計(jì)，因?yàn)樗土掀骱桶宥际庆o止不動(dòng)的，而頭在一個(gè)XY拱架系統(tǒng)上從吸取到貼放地移動(dòng)(圖一)。這種機(jī)器配備對(duì)許多典型的電路裝配(60~90%的片狀元件，其余為較大和密腳元件)具有相當(dāng)?shù)倪壿嬓?，因?yàn)檫@個(gè)比率大概符合這兩種機(jī)器的速度差別。可是，在許多板上，這個(gè)比率不準(zhǔn)確，因此平衡機(jī)器的輸出，使產(chǎn)量最大是很難的。轉(zhuǎn)塔機(jī)器貼裝片狀元件快，大型，昂貴。當(dāng)用于貼裝大元件時(shí)，

4、不得不運(yùn)行得比貼裝片狀元件慢，結(jié)果是貼裝成本(Cpp)高。還有，轉(zhuǎn)塔機(jī)器只支持帶式送禮器，因此，如果元件供應(yīng)在管或托盤內(nèi)，就不能貼裝。即使可以安裝管式送料器，元件再填充的周期速度也會(huì)成為高產(chǎn)量的門限因素。一個(gè)附加的復(fù)雜性是這兩種機(jī)器的操作軟件和送料器經(jīng)常是不同的，甚至是來(lái)自同一個(gè)供應(yīng)商。這些都是成熟的設(shè)備，在其元件的能量范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，都是可靠的機(jī)器。XY拱架拱架(XYgantry)設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)概念在過(guò)去十年，XY拱架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有重要的進(jìn)

5、步。不只是跟在轉(zhuǎn)塔貼放片狀的后面，吸取和貼放大的、密腳的和異型的元件，更新的設(shè)計(jì)提供更高的速度。有些接近傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)塔機(jī)器的速度，但具有處理更寬元件范圍和包裝形式的能力，比轉(zhuǎn)塔機(jī)器的體積更小，成本更低。它們一般利用一根梁上幾個(gè)頭，達(dá)到的產(chǎn)量在轉(zhuǎn)塔與其相應(yīng)的柔性機(jī)器之間。這些機(jī)器可以設(shè)定在同一臺(tái)機(jī)器上貼裝片狀和大型兩種元件，或者兩臺(tái)放成一線，仔細(xì)平衡循環(huán)時(shí)間，達(dá)到速度相當(dāng)于一臺(tái)轉(zhuǎn)塔機(jī)器(圖二)。這些機(jī)器通常有兩到八個(gè)頭，允許同時(shí)吸取元件。有些

6、設(shè)計(jì)具有不僅從相同送料器尺寸而且從所有不同送料器寬度同時(shí)吸取的能力。這些多頭的拱架減少每個(gè)元件的循環(huán)時(shí)間，因?yàn)樵?duì)中元件對(duì)中(componentalignment)技術(shù)技術(shù)一個(gè)貼裝系統(tǒng)必須足夠靈活，可以對(duì)中所有在它上面運(yùn)行的元件。現(xiàn)在有三種類型的對(duì)中系統(tǒng)投入使用：機(jī)械、激光和視覺(jué)。機(jī)械系統(tǒng)在貼裝之前對(duì)頭上的方形元件使用某種機(jī)械卡夾系統(tǒng)。它們不能貼裝密腳元件，并且必須仔細(xì)校正。由于它們接觸元件，可能會(huì)有損傷。由于這些局限性，這些系統(tǒng)正逐

7、步過(guò)時(shí)。激光系統(tǒng)不接觸元件，在吸取到貼裝期間，可以通過(guò)在激光簾中轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)計(jì)算元件的質(zhì)心。這種方法快速，因?yàn)椴灰髲臄z像機(jī)上方走過(guò)。其主要缺陷是不能對(duì)引腳和密腳元件作引腳檢查。對(duì)片狀元件是一個(gè)好選擇。視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)超過(guò)激光對(duì)中系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，它可以檢查元件引腳以及測(cè)量引腳寬度、間距和數(shù)量。這對(duì)貼裝之前檢查引腳元件，特別是小于0.025“(0.635mm)的密腳元件是很重要的。為達(dá)到高品質(zhì)、低缺陷的生產(chǎn)輸出，視覺(jué)檢查是必要的。一般，視覺(jué)檢查要求通過(guò)

8、一個(gè)固定攝像機(jī)，來(lái)抓拍元件圖象。為了抵消這個(gè)時(shí)間，更高速的系統(tǒng)同時(shí)吸取多個(gè)元件，以減少凈周期時(shí)間。一些最快的系統(tǒng)使用線排列(linearray)相機(jī)，它比傳統(tǒng)的面排列(areaarray)CCD相機(jī)允許元件更快的通過(guò)，以達(dá)到甚至更高的產(chǎn)量。一些視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)將相機(jī)放在頭上或頭內(nèi)，用于在吸取到貼放之間的視覺(jué)對(duì)中。額外的系統(tǒng)復(fù)雜性和穩(wěn)固性是徹底研究所需要關(guān)注的。設(shè)計(jì)良好的視覺(jué)系統(tǒng)具有許多對(duì)元件識(shí)別的不同元件運(yùn)算法則，比激光對(duì)中系統(tǒng)更加靈活。更

9、新的SMT元件，比如BGA、CSP和倒裝芯片，要求視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)達(dá)到高品質(zhì)的貼裝。視覺(jué)允許更緊湊的頭的設(shè)計(jì)，消除了激光和要求元件旋轉(zhuǎn)的機(jī)械硬件。由于這些優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)對(duì)除了射片之外的所有應(yīng)用都已經(jīng)轉(zhuǎn)向視覺(jué)技術(shù)。柔性視覺(jué)系統(tǒng)允許元件從前光或者后光照明，看元件類型而定。引腳QFP元件從后面照明，因?yàn)闆](méi)有虛光反射出現(xiàn)。相反，BGA元件最好是從前光照明，將完整的錫球分布在包裝底面上顯示出來(lái)。有些微型BGA在元件底面有可見(jiàn)的走線，可能混淆視覺(jué)系

10、統(tǒng)。這些元件要求側(cè)面照明系統(tǒng)。它將從側(cè)面照明錫球，而不是底面的走線，因此視覺(jué)系統(tǒng)可檢查錫球分布，正確地識(shí)別元件。SMT元件趨勢(shì)元件趨勢(shì)SMT元件繼續(xù)進(jìn)化。今天，許多制造商在新的設(shè)計(jì)中正從舊的、較大的1206和0805轉(zhuǎn)向0603和0402。這些數(shù)字是mil為單位的外形尺寸，即，0805就是0.080“0.050“。下一步更小的元件即將出來(lái)：0201的元件。今天所選擇的任何設(shè)備都應(yīng)該能夠處理可能在不久的將來(lái)出現(xiàn)在生產(chǎn)車間的最大的元件范圍。

11、傳統(tǒng)的通孔元件，如連接器和其它異型元件，正轉(zhuǎn)換成SMT包裝。具有最大的柔性來(lái)處理這些元件的能力是所希望的。具有增加用戶吸嘴能力的自動(dòng)吸嘴轉(zhuǎn)換器也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。對(duì)大多數(shù)元件，更密腳距的元件趨勢(shì)已經(jīng)停留在0.020“(0.508mm)。今天所貼裝的密腳元件只有一個(gè)很少的百分比是在0.020“腳間距之下。大多數(shù)是0.015“(0.4mm)；在美國(guó)生產(chǎn)中，幾乎沒(méi)有0.012“(0.3mm)腳間距的貼裝。原因是更高引腳數(shù)的和更小形狀因素(fmfac