贴片机_全自动地贴放元器件的设备 - 威林百科weilinceramic.com

贴片机

全自动地贴放元器件的设备

贴片机：又称“贴装机”、“表面贴装系统”（Surface Mount System），在生产线中，它配置在点胶机或丝网印刷机之后，是通过移动贴装头把表面贴装元器件准确地放置PCB焊盘上的一种设备。分为手动和全自动两种。

概念

全自动贴片机是用来实现高速、高精度地全自动地贴放元器件的设备，是整个SMT生产中最关键、最复杂的设备。贴片机是SMT的生产线中的主要设备，贴片机已从早期的低速机械贴片机发展为高速光学对中贴片机，并向多功能、柔性连接模块化发展。

SONY索尼（日本）、Assembleon安比昂、Siemens西门子(德国)、Panasonic松下(日本)、FUJI富士(日本)、YAMAHA 雅马哈(日本)、JUKI(日本)、MIRAE(韩国)、SAMSUNG三星(韩国)、EVEST元利盛（中国台湾）、环球UNIVERSAL（美国）、等。

分类

贴片机的生产厂家很多，则种类也较多。贴片机的分类如下。

按速度分

中速贴片机

高速贴片机

超高速贴片机

特点：4万片/h以上，采用旋转式多头系统。Assembleo-FCM型和FUJI-QP-132型贴片机均装有16个贴片头，其贴片速度分别达9.6万片/h和12.7万片/h。

按功能分

高速/超高速贴片机

特点：主要以贴片式元件为主体，贴片器件品种不多。

多功能贴片机

特点：能贴装大型器件和异型器件。

按方式分

顺序式贴片机

特点：它是按照顺序将元器件一个一个贴到PCB上，通常见到的就是该类贴片机。

同时式贴片机

特点：使用放置圆柱式元件的专用料斗，一个动作就能将元件全部贴装到PCB相应的焊盘上。产品更换时，所有料斗全部更换，已很少使用。

同时在线式贴片机

特点：由多个贴片头组合而成，依次同时对一块PCB贴片，assembleon-FCM就是该类。

自动化分

全自动机电一体化贴片机

特点：大部分贴片机就是该类。

手动式贴片机

特点：手动贴片头安装在Y轴头部，X、Y、e定位可以靠人手的移动和旋转来校正位置。主要用于新产品开发，具有价廉的优点。

LED行业

中科院合肥物质科学研究院先进制造技术研究所承担的“LED贴片机”项目，突破了高速运动下精确定位、多轴协同运动控制以及自动拾取校正等核心关键技术，已进入小试阶段。

该贴片机是受委托专为LED行业研发，可满足LED照明业者生产的弹性需求，适用生产产品有标准的600/1200mm的LED日光灯管（T8、T5），涵盖所有LED相关产品如LED车灯、软管、天井灯等。同时贴片机提供高弹性编程能力，以便操作者根据不同的BIN值的LED元件调整贴装模式，确保终端产品的均光性。

此机器针对不同元件特性，采用材质吸嘴，耐磨性高并附有弹片设计，减少贴装时对LED表面冲击力，也可贴装一般RC或SOP电子元件，贴装元件范围为0805~24*18mm，贴装速度达8000CPH，是一款具有高性价比的全自动贴片机。

通过项目的研发，科技人员在精密设备设计制造、多轴协同控制及系统集成方面积累了宝贵经验，为高速高精密贴片机研发奠定了基础。

入门知识

贴片机作为高科技产品，安全、正确地操作对机器和对人都是很重要的。

安全地操作贴片机最基本的就是操作者应有最准确的判断，应遵循以下的基本安全规则：

1. 机器操作者应接受正确方法下的操作培训。

2. 检查机器，更换零件或修理及内部调整时应关电源（对机器的检修都必须要在按下紧急按钮或断电源情况下进行）。

3. 确使“读坐标”和进行调整机器时YPU（编程部件）在你手中以随时停机动作。

4. 确使“联锁”安全设备保持有效以随时停止机器，机器上的安全检测等都不可以跳过、短接，否则极易出现人身或机器安全事故。

5. 生产时只允许一名操作员操作一台机器。

6. 操作期间，确使身体各部分如手和头等在机器移动范围之外。

7. 机器必须有正确接地〈真正接地，而不是接零线〉。

8. 不要在有燃气体或极脏的环境中使用机器。

注意：

a) 未接受过培训者严禁上机操作。

b) 操作设备需以安全为第一，机器操作者应严格按操作规范操作机器，否则可能造成机器损坏或危害人身安全。

c) 机器操作者应做到小心、细心。

四、贴片机各部件的名称及功能

1. 主机

1.1 主电源开关（Main Power Switch）：开启或关闭主机电源

1.2 视觉显示器（Vision Monitor）：显示移动镜头所得的图像或元件和记号的识别情况。

1.3 操作显示器（Operation Monitor）：显示机器操作的VIOS软件屏幕，如操作过程中出现错误或有问题时，在这个屏幕上也显示纠正信息。

1.4 警告灯（Warning Lamp）：指示贴片机在绿色、黄色和红色时的操作条件。

绿色：机器在自动操作中

黄色：错误（回归原点不能执行，拾取错误，识别故障等）或联锁产生。

红色：机器在紧急停止状态下（在机器或YPU停止按钮被按下）。

1.5 紧急停止按钮（Emergency Stop Button）：按下这按钮马上触发紧急停止。

2. 工作头组件(Head Assembly)

工作头组件：在XY方向（或X方向）移动，从供料器中拾取零件和贴装在PCB上。

工作头组件移动手柄（Movement Handle）：当伺服控制解除时，你可用手在每个方向移动，当用手移动工作头组件时通常用这个手柄。

3. 视觉系统（Vision System）

移动镜头（Moving Camera）：用于识别PCB上的记号或照位置或坐标跟踪。

独立视觉镜头（Single-Vision Camera）：用于识别元件，主要是那些有引脚的QPF。

背光部件（Backlight Unit）：当用独立视觉镜头识别时，从背部照射元件。

激光部件（Laser Unit）：通过激光束可用于识别零件，主要是片状零件。

多视像镜头（Multi-Vision Camera）：可一次识别多种零件，加快识别速度。

4. 供料平台（FeederPlate）：

带装供料器、散装供料器和管装供料器（多管供料器），可安装在贴片机的前或后供料平台。

5. 轴结构（Axis Configuration）

X轴：移动工作头组件跟PCB传送方向平行。

Y轴：移动工作头组件跟PCB传送方向垂直。

Z轴：控制工作头组件的高度。

R轴：控制工作头组件吸嘴轴的旋转。

W轴：调整运输轨的宽度。

6. 运输轨部件（Conveyor Unit）

1、主挡板（Main Stopper）

2、定位针 (Locate Pins)

3、Push-in Unit（入推部件）

4、边缘夹具 (Edge Clamp)

5、上推平板 (Push-up Plate)

6、上推顶针 (Push-up Pins)

7、入口挡板 (Entrance Stopper)

7. 吸嘴站（Nozzle Station）：允许吸嘴的自动交换，总共可装载16个吸嘴，7个标准和9个可选吸嘴。

8. 气源部件（Air Supply Unit）

包括空气过滤器、气压调节按钮、气压表。

9. 输入和操作部件（Data Input and Operation Devices）

1、YPU ( Programming Unit) 编程部件

Ready按钮：异常停止的解除和伺服系统发生作用。

2、键盘（ Keyboard ）各键的功能

F1：用于获得实时选项的帮助信息

F2：PCB生产转型时使用

F3：转换编制目标（元件信息、贴装信息等）

F4：转换副视窗（形状、识别等信息）

F5：用于跳至数据地址

F6：辅助调整时使用

F7：设定数据库

F8：视觉显示实物轮廓

F9：照位置

F10：坐标跟踪

Tab：各视窗间转换

Insert ，Delete ：改变副视窗各参数

↑↓→←：光标移动及文页UP/Down移动

Space Bar（空档键）：操作期间暂停机器（再按解除暂停）

注意：

1) 掌握各部件的名称，跟机器实物对照，可指出哪个部件的名称及基本作用。

2) 请问当发生紧急情况时，应按哪个按钮，警告灯的状态以及操作显示器的显示情况？

原理

拱架型

元件送料器、基板(PCB)是固定的，贴片头(安装多个真空吸料嘴)在送料器与基板之间来回移动，将元件从送料器取出，经过对元件位置与方向的调整，然后贴放于基板上。由于贴片头是安装于拱架型的X/Y坐标移动横梁上，所以得名。

拱架型贴片机对元件位置与方向的调整方法：

1、机械对中调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法能达到的精度有限，较晚的机型已再不采用。

2、激光识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，这种方法可实现飞行过程中的识别，但不能用于球栅列陈元件BGA。

3、相机识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴旋转调整方向，一般相机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别，比激光识别耽误一点时间，但可识别任何元件，也有实现飞行过程中的识别的相机识别系统，机械结构方面有其它牺牲。

这种形式由于贴片头来回移动的距离长，所以速度受到限制。一般采用多个真空吸料嘴同时取料(多达上十个)和采用双梁系统来提高速度，即一个梁上的贴片头在取料的同时，另一个梁上的贴片头贴放元件，速度几乎比单梁系统快一倍。但是实际应用中，同时取料的条件较难达到，而且不同类型的元件需要换用不同的真空吸料嘴，换吸料嘴有时间上的延误。

这类机型的优势在于：系统结构简单，可实现高精度，适于各种大小、形状的元件，甚至异型元件，送料器有带状、管状、托盘形式。适于中小批量生产，也可多台机组合用于大批量生产。

转塔型

元件送料器放于一个单坐标移动的料车上，基板(PCB)放于一个X/Y坐标系统移动的工作台上，贴片头安装在一个转塔上，工作时，料车将元件送料器移动到取料位置，贴片头上的真空吸料嘴在取料位置取元件，经转塔转动到贴片位置(与取料位置成180度)，在转动过程中经过对元件位置与方向的调整，将元件贴放于基板上。

对元件位置与方向的调整方法：

相机识别、X/Y坐标系统调整位置、吸嘴自旋转调整方向，相机固定，贴片头飞行划过相机上空，进行成像识别。

一般，转塔上安装有十几到二十几个贴片头，每个贴片头上安装2~4个真空吸嘴(较早机型)至5~6个真空吸嘴(现有机型)。由于转塔的特点，将动作细微化，选换吸嘴、送料器移动到位、取元件、元件识别、角度调整、工作台移动(包含位置调整)、贴放元件等动作都可以在同一时间周期内完成，所以实现真正意义上的高速度。最快的时间周期达到0.08~0.10秒钟一片元件。

此机型在速度上是优越的，适于大批量生产，但其只能用带状包装的元件，如果是密脚、大型的集成电路(IC)，只有托盘包装，则无法完成，因此还有赖于其它机型来共同合作。这种设备结构复杂，造价昂贵，最新机型约在US$50万，是拱架型的三倍以上。

构成

当前贴片机品种许多，但无论是全自动高速贴片机或是手动低速贴片机，它的全体布局均有类似之处。全自动贴片机是由计算机控制，集光机电气一体的高精度自动化设备，主要由机架，PCB传送及承载组织，驱动体系，定位及对中体系，贴装头，供料器，光学识别体系，传感器和计算机控制体系组成，其经过汲取-位移-定位-放置等功用，完成了将SMD元件疾速而精确地贴装。

机架

机架是机器的根底，一切的传动，定位组织均和供料器均结实固定在它上面，因而有必要具有满足的机械强度和刚性。当前贴片机有各种形式的机架，首要包含全体铸造式和钢板烧焊式。第一种全体性强，刚性好，变形微小，作业时安稳，通常应用于高级机；第二种具有加工简略，本钱较低的特点。机器详细选用哪种布局的机架取决于机器的全体描绘和承重，运转进程中应平稳，轻松，无震动感。

PCB 传送及承载组织

传送组织是安放在导轨上的超薄型皮带传送体系，通常皮带安装在轨迹边际，其作用是将PCB 送到预订方位，贴片后再将其送至下一道工序。传送组织首要分为全体式和分段式两种，全体式方法下 PCB 的进入，贴片和送出一直在同一导轨上，选用限位块限位，定位销上行定位，压紧组织将PCB 压紧，支撑台板上支撑杆上移支撑来完结 PCB 的定位固定。定位销定位精度较低，需求高精度时也可选用光学体系，仅仅定位时刻较长。分段式通常分为三段，前一段担任从上道技术接纳PCB,中心一端担任PCB定位压紧，后一段担任将PCB送至下一道工序，其长处是削减PCB传送时间。

驱动体系

驱动体系是贴片机的要害组织，也是评价贴片机精度的首要目标，它包括XYZ传动布局和伺服体系，功用包含支撑贴装头运动和支撑PCB承载平。

标准

主要性能

1、可贴装元件的种类、规格、贴片方向、基板尺寸、贴片范围符合说明书指标；

2、贴片速度：以1608片状元件测试CPH贴装率不小于标称的IPC9850速度的60%，或SPC速度不大于标称速度的2倍；

3、飞片率不大于3‰。

操作系统

1、各种指示灯、按键、操作手柄外观完整，操作、显示正常；

2、计算机系统工作正常；

3、输入输出系统工作正常。

机械部分

1、各传送皮带、链条、连接销杆完整，无老化损坏现象；

2、各传动导轨、丝杠运转平稳协调，无异常杂音，无漏油现象。

控制部分

1、驱动气缸、电磁阀以及配管、连接头无异物堵塞、无松动漏气。驱动气缸及电磁阀工作正常，无杂音；

2、压缩空气的干燥过滤装置齐全完好；

3、贴片头真空度不小于500mmHg。

贴装精度

即元件中心与对应焊盘中心线的最大偏移量，不超过元件焊脚宽度的1/3（目测）；或异常偏移发生率不大于3‰。

仪器、仪表外观完好，指示准确，读数醒目，在合格使用期限内；

设备内外定期保养，保持清洁，无油污，无锈蚀，周围附具备件等排列有序，设备润滑良好。

视觉系统

高性能贴片机普遍采用视觉对中系统。视觉对中系统运用数字图像处理技术，当贴片头上的吸嘴吸取元件后，在移到贴片位置的过程中，由固定在贴片头上的或固定在机身某个位置上的照相机获取图像，并且通过影像探测元件的光密度分布，这些光密度以数字形式再经过照相机上许多细小精密的光敏元件组成的CCD 光耦阵列，输出0～255级的灰度值。灰度值与光密度成正比，灰度值越大，则数字化图像越清晰。数字化信息经存储、编码、放大、整理和分析，将结果反馈到控制单元，并把处理结果输出到伺服系统中去调整补偿元件吸取的位置偏差，最后完成贴片操作。

那么，机器通过对PCB上的基准点和元器件照相后，如何实现贴装位置自动矫正并实现精确贴装的呢？这一过程是机器通过一系列的坐标系之间的转换来定位元件的贴装目标的。我们通过贴装过程来阐述系统的工作原理。首先PCB通过传送装置被传输到固定位置并被夹板机构固定，贴片头移至PCB基准点上方，头上相机对PCB上基准点照相。这时候存在4个坐标系：基板坐标系（Xp，Yp）、头上相机坐标系（Xca1，Ycal）、图像坐标系（Xi，Yi）和机器坐标系（Xm，Ym）。对基准点照相完成后，机器将基板坐标系通过与相机和图像坐标系的关联转换到机器坐标系中，这样目标贴装位置确定。然后贴片头拾取元件后移动到固定相机的位置，固定相机对元件进行照相。这时同样存在4个坐标系：贴片头坐标系也是吸嘴坐标系（Xn，Yn）、固定相机坐标系（Xca2，Yca2）、图像坐标系（Xi，Yi）和机器坐标系（Xm，Ym）。对元件照相完成后，机器在图像坐标系中计算出元件特征的中心位置坐标，通过与相机和图像坐标系的关联转换到机器坐标系中，此时在同一坐标系中比较元件中心坐标和吸嘴中心坐标。两个坐标的差异就是需要的位置偏差补偿值。然后根据同一坐标系中确定的目标贴装位置，机器控制单元和伺服系统就可以控制机器进行精确贴装了。

元件贴装的有关坐标系如图1所示，元件贴装偏差补偿值确认原理如图2所示。

日常维护

每周检查部件名过程备注吸嘴夹具检查缓冲动作，如果动作不平滑涂上薄薄的一层润滑剂，如果夹具松弛，紧固。移动镜头清洁镜头上的灰尘和残留物。 X轴丝杠检查丝杠有无碎屑或残留物，必要时进行清洁。 X轴导轨检查润滑油脂有无硬化和残留物粘附。 Y轴丝杠检查丝杠有无碎屑或残留物，必要时进行清洁。 Y轴导轨检查润滑油脂有无硬化和残留物粘附。 W轴丝杠检查丝杠有无碎屑或残留物，必要时进行清洁空气接口检查Y形密封圈和O形环有无老化，必要时进行更换。

每月检查此部分应按吸嘴类型和换嘴站进行。部件名过程备注移动镜头的LED灯检查每个LED亮度是否足够，如果不明亮，应更换整个LED部件。吸嘴轴检查用于每个吸嘴轴的O形环，发现老化应及时更换。 X轴丝杠抹去灰尘与残留物，用手涂上薄层油脂 X轴导轨抹去灰尘与残留物，用手涂上薄层油脂 Y轴丝杠抹去灰尘与残留物，用手涂上薄层油脂 Y轴导轨抹去灰尘与残留物，用手涂上薄层油脂 Z轴齿条和齿轮检查其动作，必要时用手在齿条传动部件上抹上薄层润滑剂。 R轴传动带检查其磨损与松紧程度，必要时更换皮带或调整其松紧度。 W轴丝杠抹去灰尘与残留物，用手涂上薄层油脂供料阀检查其电磁阀能否正常工作。传送带检查其磨损与松紧程度，必要时更换皮带或高速其松紧度。

专业术语

（A~C）

A字母开头

Accuracy(精度)：测量结果与目标值之间的差额。

Additive Process(加成工艺)：一种制造PCB导电布线的方法，通过选择性的在板层上沉淀导电材料(铜、锡等)。

Adhesion(附着力)：类似于分子之间的吸引力。

Aerosol(气溶剂)：小到足以空气传播的液态或气体粒子。

Angle of attack(迎角)：丝印刮板面与丝印平面之间的夹角。

Anisotropic adhesive(各异向性胶)：一种导电性物质，其粒子只在Z轴方向通过电流。

Annular ring(环状圈)：钻孔周围的导电材料。

Application specific integrated circuit (ASIC特殊应用集成电路)：客户定做得用于专门用途的电路。

Array(列阵)：一组元素，比如：锡球点，按行列排列。

Artwork(布线图)：PCB的导电布线图，用来产生照片原版，可以任何比例制作，但一般为3:1或4:1。

Automated test equipment (ATE自动测试设备)：为了评估性能等级，设计用于自动分析功能或静态参数的设备，也用于故障离析。

Automatic optical inspection (AOI 自动光学检查)：在自动系统上，用相机来检查模型或物体。

B字母开头

Ball grid array (BGA 球栅列阵)：集成电路的包装形式，其输入输出点是在元件底面上按栅格样式排列的锡球。

Blind via(盲通路孔)：PCB的外层与内层之间的导电连接，不继续通到板的另一面。

Bond lift-off(焊接升离)：把焊接引脚从焊盘表面(电路板基底)分开的故障。

Bonding agent(粘合剂)：将单层粘合形成多层板的胶剂。

Bridge(锡桥)：把两个应该导电连接的导体连接起来的焊锡，引起短路。

Buried via(埋入的通路孔)：PCB的两个或多个内层之间的导电连接(即，从外层看不见的)。

C字母开头

CAD/CAM system(计算机辅助设计与制造系统)：计算机辅助设计是使用专门的软件工具来设计印刷电路结构；计算机辅助制造把这种设计转换成实际的产品。这些系统包括用于数据处理和储存的大规模内存、用于设计创作的输入和把储存的信息转换成图形和报告的输出设备

Capillary action(毛细管作用)：使熔化的焊锡，逆着重力，在相隔很近的固体表面流动的一种自然现象。

Chip on board (COB板面芯片)：一种混合技术，它使用了面朝上胶着的芯片元件，传统上通过飞线专门地连接于电路板基底层。

Circuit tester(电路测试机)：一种在批量生产时测试PCB的方法。包括：针床、元件引脚脚印、导向探针、内部迹线、装载板、空板、和元件测试。

Cladding(覆盖层)：一个金属箔的薄层粘合在板层上形成PCB导电布线。

Coefficient of the thermal expansion(温度膨胀系数)：当材料的表面温度增加时，测量到的每度温度材料膨胀百万分率(ppm)

Cold cleaning(冷清洗)：一种有机溶解过程，液体接触完成焊接后的残渣清除。

Cold solder joint(冷焊锡点)：一种反映湿润作用不够的焊接点，其特征是，由于加热不足或清洗不当，外表灰色、多孔。

Component density(元件密度)：PCB上的元件数量除以板的面积。

Conductive epoxy(导电性环氧树脂)：一种聚合材料，通过加入金属粒子，通常是银，使其通过电流。

Conductive ink(导电墨水)：在厚胶片材料上使用的胶剂，形成PCB导电布线图。

Conformal coating(共形涂层)：一种薄的保护性涂层，应用于顺从装配外形的PCB。

Copper foil(铜箔)：一种阴质性电解材料，沉淀于电路板基底层上的一层薄的、连续的金属箔，它作为PCB的导电体。它容易粘合于绝缘层，接受印刷保护层，腐蚀后形成电路图样。

Copper mirror test(铜镜测试)：一种助焊剂腐蚀性测试，在玻璃板上使用一种真空沉淀薄膜。

Cure(烘焙固化)：材料的物理性质上的变化，通过化学反应，或有压/无压的对热反应。

Cycle rate(循环速率)：一个元件贴片名词，用来计量从拿取、到板上定位和返回的机器速度，也叫测试速度。

（D~F）

D字母开头

Data recorder(数据记录器)：以特定时间间隔，从着附于PCB的热电偶上测量、采集温度的设备。

Defect(缺陷)：元件或电路单元偏离了正常接受的特征。

Delamination(分层)：板层的分离和板层与导电覆盖层之间的分离。

Desoldering(卸焊)：把焊接元件拆卸来修理或更换，方法包括：用吸锡带吸锡、真空(焊锡吸管)和热拔。

Dewetting(去湿)：熔化的焊锡先覆盖、后收回的过程，留下不规则的残渣。

DFM(为制造着想的设计)：以最有效的方式生产产品的方法，将时间、成本和可用资源考虑在内。

Dispersant(分散剂)：一种化学品，加入水中增加其去颗粒的能力。

Documentation(文件编制)：关于装配的资料，解释基本的设计概念、元件和材料的类型与数量、专门的制造指示和最新版本。使用三种类型：原型机和少数量运行、标准生产线和/或生产数量、以及那些指定实际图形的政府合约。

Downtime(停机时间)：设备由于维护或失效而不生产产品的时间。

Durometer(硬度计)：测量刮板刀片的橡胶或塑料硬度。

E字母开头

Environmental test(环境测试)：一个或一系列的测试，用于决定外部对于给定的元件包装或装配的结构、机械和功能完整性的总影响。

Eutectic solders(共晶焊锡)：两种或更多的金属合金，具有最低的熔化点，当加热时，共晶合金直接从固态变到液态，而不经过塑性阶段。

F字母开头

Fabrication()：设计之后装配之前的空板制造工艺，单独的工艺包括叠层、金属加成/减去、钻孔、电镀、布线和清洁。

Fiducial(基准点)：和电路布线图合成一体的专用标记，用于机器视觉，以找出布线图的方向和位置。

Fillet(焊角)：在焊盘与元件引脚之间由焊锡形成的连接。即焊点。

Fine-pitch technology (FPT密脚距技术

Fixture(夹具)：连接PCB到处理机器中心的装置。

Flip chip(倒装芯片)：一种无引脚结构，一般含有电路单元。设计用于通过适当数量的位于其面上的锡球(导电性粘合剂所覆盖)，在电气上和机械上连接于电路。

Full liquidus temperature(完全液化温度)：焊锡达到最大液体状态的温度水平，最适合于良好湿润。

Functional test(功能测试)：模拟其预期的操作环境，对整个装配的电器测试。

（G~R）

G字母开头

Golden boy(金样)：一个元件或电路装配，已经测试并知道功能达到技术规格，用来通过比较测试其它单元。

H字母开头

Halides(卤化物)：含有氟、氯、溴、碘或砹的化合物。是助焊剂中催化剂部分，由于其腐蚀性，必须清除。

Hard water(硬水)：水中含有碳酸钙和其它离子，可能聚集在干净设备的内表面并引起阻塞。

Hardener(硬化剂)：加入树脂中的化学品，使得提前固化，即固化剂。

I字母开头

In-circuit test(在线测试)：一种逐个元件的测试，以检验元件的放置位置和方向。

J字母开头

Just-in-time (JIT刚好准时)：通过直接在投入生产前供应材料和元件到生产线，以把库存降到最少。

L字母开头

Lead configuration(引脚外形)：从元件延伸出的导体，起机械与电气两种连接点的作用。

Line certification(生产线确认)：确认生产线顺序受控，可以按照要求生产出可靠的PCB。

M字母开头

Machine vision(机器视觉)：一个或多个相机，用来帮助找元件中心或提高系统的元件贴装精度。

Mean time between failure (MTBF平均故障间隔时间)：预料可能的运转单元失效的平均统计时间间隔，通常以每小时计算，结果应该表明实际的、预计的或计算的。

N字母开头

Nonwetting(不熔湿的)：焊锡不粘附金属表面的一种情况。由于待焊表面的污染，不熔湿的特征是可见基底金属的裸露。

O字母开头

Omegameter(奥米加表)：一种仪表，用来测量PCB表面离子残留量，通过把装配浸入已知高电阻率的酒精和水的混合物，其后，测得和记录由于离子残留而引起的电阻率下降。

Open(开路)：两个电气连接的点(引脚和焊盘)变成分开，原因要不是焊锡不足，要不是连接点引脚共面性差。

Organic activated (OA有机活性的)：有机酸作为活性剂的一种助焊系统，水溶性的。

P字母开头

Packaging density(装配密度)：PCB上放置元件(有源/无源元件、连接器等)的数量；表达为低、中或高。

Photoploter(相片绘图仪)：基本的布线图处理设备，用于在照相底片上生产原版PCB布线图(通常为实际尺寸)。

Pick-and-place(拾取-贴装设备)：一种可编程机器，有一个机械手臂，从自动供料器拾取元件，移动到PCB上的一个定点，以正确的方向贴放于正确的位置。

Placement equipment(贴装设备)：结合高速和准确定位地将元件贴放于PCB的机器，分为三种类型：SMD的大量转移、X/Y定位和在线转移系统，可以组合以使元件适应电路板设计。

R字母开头

Reflow soldering(回流焊接)：通过各个阶段，包括：预热、稳定/干燥、回流峰值和冷却，把表面贴装元件放入锡膏中以达到永久连接的工艺过程。

Repair(修理)：恢复缺陷装配的功能的行动。

Repeatability(可重复性)：精确重返特性目标的过程能力。一个评估处理设备及其连续性的指标。

Rework(返工)：把不正确装配带回到符合规格或合约要求的一个重复过程。

Rheology(流变学)：描述液体的流动、或其粘性和表面张力特性，如，锡膏。

（S~Z）

S字母开头

Saponifier(皂化剂)：一种有机或无机主要成份和添加剂的水溶液，用来通过诸如可分散清洁剂，促进松香和水溶性助焊剂的清除。

Schematic(原理图)：使用符号代表电路布置的图，包括电气连接、元件和功能。

Semi-aqueous cleaning(不完全水清洗)：涉及溶剂清洗、热水冲刷和烘干循环的技术。

Shadowing(阴影)：在红外回流焊接中，元件身体阻隔来自某些区域的能量，造成温度不足以完全熔化锡膏的现象。

Silver chromate test(铬酸银测试)：一种定性的、卤化离子在RMA助焊剂中存在的检查。(RMA可靠性、可维护性和可用性)

Slump(坍落)：在模板丝印后固化前，锡膏、胶剂等材料的扩散。

Solder bump(焊锡球)：球状的焊锡材料粘合在无源或有源元件的接触区，起到与电路焊盘连接的作用。

Solderability(可焊性)：为了形成很强的连接，导体(引脚、焊盘或迹线)熔湿的(变成可焊接的)能力。

Soldermask(阻焊)：印刷电路板的处理技术，除了要焊接的连接点之外的所有表面由塑料涂层覆盖住。

Solids(固体)：助焊剂配方中，松香的重量百分比，(固体含量)

Solidus(固相线)：一些元件的焊锡合金开始熔化(液化)的温度。

Statistical process control (SPC统计过程控制)：用统计技术分析过程输出，以其结果来指导行动，调整和/或保持品质控制状态。

Storage life(储存寿命)：胶剂的储存和保持有用性的时间。

Subtractive process(负过程)：通过去掉导电金属箔或覆盖层的选择部分，得到电路布线。

Surfactant(表面活性剂)：加入水中降低表面张力、改进湿润的化学品。

Syringe(注射器)：通过其狭小开口滴出的胶剂容器。

T字母开头

Tape-and-reel(带和盘)：贴片用的元件包装，在连续的条带上，把元件装入凹坑内，凹坑由塑料带盖住，以便卷到盘上，供元件贴片机用。

Thermocouple(热电偶)：由两种不同金属制成的传感器，受热时，在温度测量中产生一个小的直流电压。

Type I, II, III assembly(第一、二、三类装配)：板的一面或两面有表面贴装元件的PCB(I)；有引脚元件安装在主面、有SMD元件贴装在一面或两面的混合技术(II)；以无源SMD元件安装在第二面、引脚(通孔)元件安装在主面为特征的混合技术(III)。

Tombstoning(元件立起)：一种焊接缺陷，片状元件被拉到垂直位置，使另一端不焊。

U字母开头

Ultra-fine-pitch(超密脚距)：引脚的中心对中心距离和导体间距为0.010”(0.25mm)或更小。

V字母开头

Vapor degreaser(汽相去油器)：一种清洗系统，将物体悬挂在箱内，受热的溶剂汽体凝结于物体表面。

Void(空隙)：锡点内部的空穴，在回流时气体释放或固化前夹住的助焊剂残留所形成。

Y字母开头

Yield(产出率)：制造过程结束时使用的元件和提交生产的元件数量比率。

相关概述

为了能够在现如今激烈的市场竞争中赢得一席之地，电子产品制造厂商必须不断地寻找一条能够降低产品成本和产品导入市场的时间，与此同时又能够不断提升新产品质量的新路。此外还必须改善生产制造工艺和规程，电子产品制造厂商同样也要促使半导体器件制造厂商将更多的功能溶入微型化尺寸的可编程集成电路（programmable integrated circuits 简称PIC）中去。于是，对于高端电子产品的设计和制造，走一条尺寸更小、功能更强和价格更低的道路在我们面前清晰地展示了出来。在此背景下，现如今的可编程集成电路拥有很多的引脚、具有很强的功能，并且采用了具有创新意义的组装形式。但是希望采用最新PIC器件的电子产品制造厂商必须克服在进行编程过程中所遇到的一些问题。简单地说，为了能够顺利地对PCI器件进行编程，需要学习一些新的方法。福好运提供大陆JUKI贴片机技术支持。

行业背景

对于PIC器件来说，以往普遍采用DIP、PLCC或者SOIC的封装形式。然而，随着人们对紧凑型、高性能产品的需求增加，要求引入更为先进的PIC器件。现如今的闪存器件可以采用SOP、TSOP、VSOP、BGA和微小型BGA封装形式。高性能的微型控制器、CPLD器件和FPGA器件一直到可以采用QFP、BGA和微型BGA封装形式，其所拥有的引脚数量范围从44条一直可以达到超过800条以上。

由于非常多的引脚数量和很小的外形尺寸，这些元器件中的大部分仅能够采用微细间距的封装形式。微细间距的元器件所拥有的引脚非常脆弱，间距只有0.508mm（20 mils）或者说间隙几乎没有。这样人们就将目光瞄向了使用PIC器件来应对这一挑战。具有高密度和高性能的PIC器件价格是很昂贵的，要求采用高质量的编程设备，需要拥有非常优异的过程控制，以求将元器件的废弃程度降低到最小的程度。

在采用手工编制程序的操作过程中，微细间距元器件实际上肯定会遭遇到来自共面性和其它形式的引脚损伤因素的威胁。如果说引脚受到了损伤的话，那么将可能导致焊接点可靠性出现问题，会提升生产制造过程中的缺陷率。同样，高密度的元器件实际上将花费较长的编程时间，这样就会降低生产的效率。

在电路板上的编程

先进的PIC器件的使用者会面临一项困难的选择：是冒遭受质量问题的风险，采用手工编制程序呢？还是另外寻找一种可以替代的编程方法，从而消除掉手工触摸的方法呢？

为了能够实现后者，制造厂商们最初开始采用板上编程(on-board programming 简称OBP)的方式。OBP是一种简单的方法，它是将PIC贴装到印刷电路板(printed circuit board 简称PCB)上以后再进行编程的。一般情况下在电路板上进行测试或者说进行功能测试。闪存、电子式可清除程序化唯读内存（Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory简称EEprom）、基于EEprom的CPLD器件、基于EEprom的FPGA器件，以及内置闪存或者EEprom的微型控制器，所有这些元器件均采用OBP形式进行编程。

为了能够满足闪存和微型控制器的使用要求，在实施OBP的时候最常用的方法就是借助于针盘式夹具（bed-of-nails fixture），使用自动测试设备(automatic test equipment 简称ATE)编程。对于逻辑器件来说进行编程颇为复杂，不太适合利用ATE针盘式夹具来进行编程。

一项基于IEEE规范原创开发的新型OBP技术可以支持测试，展现出充满希望的前程。这项规范称为IEEE 1149.1，它详细规定了边界扫描的一系列协议，已经用于许多PIC编程方法中。

如果电子产品制造商要使用IEEE 1149.1的编程方法时，他们所依赖的具有知识产权保护的工具主要是由各种各样的半导体制造厂商所提供。但是使用他们的工具进行编程非常慢。同样，因为他们出于保护知识产权的本能，每个工具仅限于单个用户所使用的器件。如果说在一块电路板上的PIC器件是由多个用户所使用的话，这将是一个很大的缺陷。

总而言之，使用OBP方法可以消除掉手工操作器件和将编程溶入测试中去，以及制造生产缓慢的现象。然而，编程所需的时间可能也是缓慢的。

ATE针盘式编程

ATE设备最初的使用是用于对PCB组件进行在线测试，以求发现诸如走线开路、短路，元器件缺失和元器件排列不准等制造过程中所产生的缺陷。针盘式夹具是一种阵列配置，具有弹性荷载的测试端点，它可以在PCB和ATE测试设备的信号策动电路之间形成一种机械和电气的连接界面。

一旦PCB可靠地与针盘式夹具连接好了以后，ATE测试设备的信号策动电路将会通过针盘式夹具和PCB，发送编程信号到目标器件PIC上面。除了对机械缺陷进行测试以外，ATE设备也能够用于对PIC器件的编程操作。对元器件的编程和消除程序被嵌入到电路板测试程序中去，从而用来对目标器件进行编程。

IEEE 1149.1边界扫描编程

为了提升PCB组件的密度和复杂性，使电路板和元器件的测试工作面临着非常大的困难，尤其是对付空间受到限制的PCB组件。为了能够有效的解决这一问题，一种边界扫描测试协议(IEEE 1149.1)应运而生。

IEEE 1149.1测试标准能够通过一台智能化外部设备，对在组装的电路板上的逻辑器件或者闪存器件进行编程。这种编程设备通过标准的测试访问口(Test Access Port 简称TAP)与电路板形成连接界面。所有这些需要采用JTAG硬件控制装置、JTAG软件系统、与JTAG兼容的PCB电路板，和一个四线测试访问口。

实现边界扫描工作可以采用一种专业化的专用电路板上编程设备，或者采用另外一种选择方案，利用由美国GenRad、Hewlett-Packard和Teradyne ATE testers等公司提供的一些工具，于是可以在ATE测试设备上实现IEEE 1149.1边界扫描编程工作。

采用IEEE标准的最大优点之一就在于，它可以对在同一块PCB上由不同供应商提供的各种各样的元器件进行编程。这样就可以降低整个编程时间，简化生产制造流程。

自动化编程（AP）设备

PIC技术不断地向前发展，所以新的自动化编程设备和技术也保持着相同的发展步伐。举例来说，Data I/O''s ProMaster 970自动化微细间距编程设备能够对采用先进封装形式的PIC器件进行编程，其中包括BGA、微型BGA、SOP、VSOP、TSOP、PLCC、SON和CSP。双重贴装(Dual pick-and-place简称PNP) 端头和可供选择的可插8、10或者12的插座可以最大程度的提高设备的工作效率。该编程设备也可以进一步涉及有关器件的质量控制。举例来说，共平面性问题和引脚的损伤实际上是不会存在的，因为集成了激光视觉系统，所以能够确保非常精确的器件贴装。

因为有着多种编程接口和PNP器件的配置，自动集群编程一般可以做到比ATE编程的速度快上5倍到10倍。同样，这些编程工具是专门为了编程而设计的，不是为了对电路板或者说功能进行测试的，所以它们可以提供非常好的编程质量。

微细间距的PIC器件可能是非常贵的，所以如果能降低其在生产制造过程中的损伤率，将极大的提升制造商的盈亏平衡点。能够适用于大多数元器的自动编程系统也是非常灵活的，可以适应于先进封装器件形式。由于能够将高生产率、高质量和灵活性综合在一起，导致了每个器件最低可得到的编程价格常常低于ATE编程价格的20%。

选择编程的策略

生产部门的负责人常常会考虑采用编程的不同方式，他们会问：“采用何种编程方式对我来说是最适合的呢？”没有一种可以满足所有的应用事例的答案。他们权衡的内容一般会包含有：所采用的解决方案对生产效率、生产线使用的计划安排、PCB的价格、工艺控制问题、缺陷率水平、供应商的管理、主要设备的成本以及存货的管理是否会带来冲击。

对生产效率带来的冲击

ATE编程会降低生产效率，这是因为为了能够满足编程的需要，要增加额外的时间。举例来说，如果为了检查制造过程中所出现的缺陷现象，需要花费15秒的时间进行测试，这时可能需要再增加5秒钟用来对该元器件进行编程。ATE所起到的作用就像是一台非常昂贵的单口编程器。同样，对于需要花费较长时间编程的高密度闪存器件和逻辑器件来说，所需要的总的测试时间将会更长，这令人头痛。因此，当编程时间与电路板总的测试时间相比较所占时间非常小的时候，ATE编程方式是性价比最好的一种方式。为了提高生产率，以求将较长的编程时间降低到最低的限度，ATE编程技术可以与板上技术相结合使用，例如：边界扫描或者说具有专利的众多方法中的一种。

还有一种解决方案是在电路板进行测试的时候，仅对目标器件的boot码进行编程处理。器件余下的编程工作在处于不影响生产率的时候才进行，一般来说是在设备进行功能测试的时候。然而，除非超过了ATE的能力，功能测试的能力是足够的，对于高密度器件来说性能价格比最好的编程方法是一种自动化的编程设备。举例来说：ProMaster 970设备配置有12个接口，每小时能够对600个8兆闪存进行编程和激光标识。与此形成对照的是，ATE或者说功能测试仪将花费60至120小时来完成这些编程工作。

生产线使用计划安排

由于电子产品愈来愈复杂和先进，所以对具有更多功能和较高密度的可编程元器件的需求量也愈来愈高。这些先进的元器件在OBP的环境之中，常常要求花费较长的编程时间，这样就直接降低了产品的生产效率。

同样，由不同的半导体器件制造商所提供的相同密度的元器件，在进行编程的时候所花费的时间差异是非常大的，一般来说具有最快编程速度的元器件，价格也是最贵的。所以人们在考虑是否支付更多的钱给具有快速编程能力的元器件时，面临着两难的选择是提升生产率和降低设备的成本，还是采用具有较慢编程时间的便宜元器件，并由此忍受降低生产率的苦恼。

此外，制造厂商必须记住，为了能够对付在短期内出现的大量产品需求，他们不可能依赖采用最适用的半导体器件。缺少可获得最佳的元器件，会迫使制造厂商重新选择可替换的编程元器件，每个元器件具有不同的编程时间、价格和可获性。对于OBP来说，这种情形对于实行有效的生产线计划安排显然是相当困难的。

因为自动编程拥有比单接口OBP解决方案快捷的优势，所以对编程时间变化的影响可以完全不顾。同样，由于自动编程方案一般支持来自于不同供应厂商的数千款元器件，可以缓解使用替代元器件所产生的问题。

PCB的费用

对先进PIC的编程和测试需求有了令人瞩目的增长。这是因为芯片供应商使用新的硅技术来创建具有最高速度和性能的元器件。认真仔细的程序设计必须考虑到传输线的有效性问题、信号线的阻抗情况、引针的插入，以及元器件的特性。如果不是这样的话，问题可能会接二连三的发生，其中包括：接地反射（ground bounce）、交扰和在编程期间发生信号反射现象。

自动化高质量的编程设备通过良好的设计，可以将这些问题降低到最小的程度。为了能够进行ATE编程，PCB设计师必须对付周边的电路、电容、电阻、电感、信号交扰、Vcc和Gnd反射、以及针盘夹具。所有这一切将极大的影响到进行编程时的产量和质量。因为增加了对电路板的空间需求，以及分立元器件（接线片、FET、电容器）和增加对电源供电能力的需求，从而最终增加了PCB的成本。尽管每一块电路板是不同的，PCB的价格一般会增加2%到10%。

编程规则系统的选择

许多电子产品制造厂商还没有认识到闪存、CPLD和FPGA器件仍然要求采用编程规则系统（programming algorithms）。每一个元器件是不同的，在不同半导体供应商之间编程规则是不能交换的。因此，如果他们要使用ATE编程方式，测试工程师必须对每一个元器件和所有的可替换供应商（现有的和开发的）写下编程规则系统。

如果说使用了不正确的规则系统将会导致在编程期间或者电路板测试期间，以及当用户拥有该产品时面临失败（这是所有情形中最坏的现象）。最难对付的事情是，半导体供应商为了能够提高产量、增加数据保存和降低制造成本，时常变更编程规则。所以即使今天所编写的编程规则系统是正确的，很有可能不久该规则就要变化了。另外，不管是ATE供应商，还是半导体供应商当规则系统发生变化的时候都不会及时与用户接触。

工艺过程管理和问题的解决

基于ATE的编程工作的完成要求人们详细了解编程硬件和软件，以及对于可以用于编程的元器件的专业知识。为了能够正确的创建编程规则，测试工程师必须仔细了解有关PIC编程、消除规则系统和查证规则系统的知识。但不幸的是，这种知识范围一般超出了测试工程师的专业范围，一项错误将会招至灾难性的损失。

测试工程师对所涉及的编程问题，也必须有及时的了解，诸如：元器件的价格和可获性、所增加的元器件密度、测试的缺陷率、现场失效率，以及与半导体供应厂商保持经常性的沟通。

同样，由于半导体供应商或者说ATE供应商将不会对编程的结果负责，解决有关编程器件问题的所有责任完全落在了测试工程师的肩上。

举例来说，如果失效是由于可编程控量突然增加，测试工程师必须首先确定问题的根源，然后着手解决这个问题。如果说这个问题是由于元器件的问题所引起的、由于ATE编程软件所引起的、该PCB设计所引起的，或者说是因为测试夹具所引起的呢？

这些复杂的问题可能需要花费数周的时间去分解和解决，与此同时生产线只能够停顿下来待命。

与此形成对照的是，在器件编程领域处于领先位置的公司将直接与半导体供应厂商一起合作，来解决编程设备中所存在的问题，或者说自己设计设备，所以能够较快的识别问题的根源。

产出率

一个经过良好设计的编程设备能够提供优化的编程环境，并且能够确保最大可能的产量。然而，在编程过程中存在着很小比例的器件将会失效。不同的半导体供应商之间的这个比例是不同的，编程产出率的范围将会在99.3%到99.8%之间。自动化的编程设备被设计成能够识别这些缺陷，于是在PCB实施装配以前就可以将失效的元器件捕捉出来，从而实现将次品率降低到最小的目的。经过比较，编程的失效率一般会高于在ATE编程环境中的。

对于制造厂商而言如果能够事先发现问题，可以在长期的经营中减少成本支出。编程设备不仅可以拥有较低的PIC失效率，它们经过设计也可以发现编程有缺陷的PIC器件。在现实环境中作为目标的PIC器件被溶入在PCB的设计中，设计成能够扮演另外一个角色的作用（电话、传真、扫描仪等等），作为一种专门的编程设备可以简单地做这些事情，而无需提供相同质量的编程环境。

供应商的管理

ATE编程潜在的可能是锁定一个供应商的可编程元器件。由于ATE要求认真仔细的PCB设计，以及为了能够满足每一个不同的PIC使用需要专用的软件，随后所形成的元器件变更工作将会是成本非常高昂的，同时又是很花时间的。通过具有知识产权的一系列协议方法，可以让数家半导体供应商一起工作，从而形成一种形式的可编程器件。

由IEEE 1149.1边界扫描编程所提供的方法具有很大的灵活性，它允许在同一PCB上面混装由不同半导体供应商所提供的元器件。然而，自动化编程设备可以最大灵活地做这些事情。借助于从不同的供应商处获得的数千个PIC器件的常规器件支持，他们能够非常灵活地保持与客户需求变化相同的步伐。

主要设备的费用

取决于使用ATE的百分比以及对生产率的要求，为了实现PIC编程可能会要求增添ATE设备。关于ATE价格的范围从15万美元至40万美元不等，购置一台新的设备或者更新现有的设备使之适合于编程的需要是非常昂贵的事情。一种方式是使用一台AP设备来提供编程元器件到多条生产线上。这种做法可以降低ATE的利用率，从而降低设备方面的投资。

结束语

通过选择正确的设备以及挑选最有效的编程方式来满足特殊的应用需求，制造厂商能够实现高质量、低成本和缩短产品进入市场的时间，以适应现如今激烈的市场竞争局面。然而，让我们看一下所有不同的编程方式，每一种编程方法都拥有优点和缺点，所以对我们来说选择编程方法可能是一件令人十分头痛的事情。

愈来愈多的制造厂商将需要评估不同的编程解决方案对生产效率、生产线的计划调度、PCB的价格、工艺过程控制、客户管理和主要设备的价格等所带来的冲击。最全面的解决方案可能是一种综合了自动化编程、ATE和IEEE边界扫描编程方法的组合体。

参考资料

先进制造技术研究所成功研发.中国科学院.

贴片机工作原理.电子产品世界.2015-05-18

贴片机视觉系统工作原理..

最新修订时间：2024-10-12 14:54

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