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4.元器件的端头或引脚均和焊盘图形对齐、居中。
由于再流焊时有自定位效应,因此元器件贴装位置允许有一定的偏差。
允许偏差范围要求如下:
(1)矩型元件:
在PCB焊盘设计正确的条件下,元件的宽度方向焊端宽度3/4以上在焊盘上,在元件的长度方向元件的焊端与焊盘交叠后,焊盘伸出部分要大于焊端高度的1/3;
有旋转偏差时,元件焊端宽度的3/4以上必须在焊盘上。
贴装时要特别注意:
元件焊端必须接触焊膏图形。
(2)小外形晶体管(SOT):
允许X、Y、T(旋转角度)有偏差,但引脚(含趾部和跟部)必须全部处于焊盘上。
(3)小外形集成电路(SOIC):
允许X、Y、T(旋转角度)有贴装偏差,但必须保证器件引脚宽度的3/4(含趾部和跟部)处于焊盘上。
(4)四边扁平封装器件和超小形封装器件(QFP):
要保证引脚宽度3/4处于焊盘上,允许X、Y、T(旋转角度)有较小的贴装偏差。
允许引脚的趾部少量伸出焊盘,但必须有3/4引脚长度在焊盘上、引脚的跟部也必须在焊盘上。
二、保证贴装质量的三要素
1.元件正确
要求各装配位号元器件的类型、型号、标称值和极性等特征标记要符合产品的装配图和明细表要求,不能贴错位置。
2.位置准确
(1)元器件的端头或引脚均和焊盘图形要尽量对齐、居中,还要确保元件焊端接触焊膏图形。
(2)元器件贴装位置要满足工艺要求。
两个端头的Chip元件自定位效应的作用比较大,贴装时元件宽度方向有1/2~3/4以上搭接在焊盘上,长度方向两个端头只要搭接到相应的焊盘上并接触焊膏图形(见图2-2),再流焊时就能够自定位,但如果其中一个端头没有搭接到焊盘上或没有接触焊膏图形,再流焊时就会产生移位或吊桥;
正确不正确
图2-l
对于SOP、SOJ、QFP、PLCC等器件的自定位作用比较小,贴装偏移是不能通过再流焊纠正的。
如果贴装位置超出允许偏差范围,必须进行人工拨正后再进入再流焊炉焊接。
否则再流焊后必须返修,会造成工时、材料浪费,甚至会影响产品可靠性。
生产过程中发现贴装位置超出允许偏差范围时应及时修正贴装坐标。
手工贴装或手工拨正时要求贴装位置准确,引脚与焊盘对齐,居中,切勿贴放不准.在焊膏上拖动找正,以免焊膏图形粘连,造成桥接。
3.压力(贴片高度)合适
贴片压力(Z轴高度)要恰当合适,见图2-2。
贴片压力过小,元器件焊端或引脚浮在焊膏表面,焊膏粘不住元器件,在传递和再流焊时容易产生位置移动,另外由于Z轴高度过高,贴片时元件从高处扔下,会造成贴片位置偏移;
贴片压力过大,焊膏挤出量过多,容易造成焊膏粘连,再流焊时容易产生桥接,同时也会由于滑动造成贴片位置偏移,严重时还会损坏元器件。
吸嘴高度过低
贴片压力过大
焊膏被挤出造成粘连、元件移位、损坏元件
图2-2
第三章贴片工艺流程
3.1全自动贴片机贴片工艺流程见图3-1:
图3-1
3.2离线编程
贴装机是计算机控制的自动化生产设备。
贴片之前必须编制贴片程序。
一、贴片程序由拾片程序和贴片程序两部分组成。
1.拾片程序就是告诉机器到哪里去拾片、拾什么样的元件、元件的包装是什么样的等拾片信息。
其内容包括:
每一步的元件名、每一步拾片的X、Y和转角T的偏移量、供料器的类型、拾片高度、抛料位置、是否跳步等。
2.贴片程序就是告诉机器把元件贴到哪里、贴片的角度、贴片的高度等信息。
每一步的元件名、说明、每一步的X、Y坐标和转角T、贴片的高度是否需要修正、用第几号贴片头贴片、是否同时贴片、是否跳步等,贴片程序中还包括PCB和局部Mark的X、Y坐标信息等。
二、编程的方法有离线编程和在线编程两种方法。
对于在CAD坐标文件的产品可采用离线编程,对于没有CAD坐标文件的产品,可采用在线编程。
离线编程是指利用离线编程软件和PCB的CAD设计文件在计算机上进行编制程序的工作。
离线编程可以节省在线编程时间,从而可以减少贴装机的停机时间,提高设备的利用率,离线编程对多品种小批量生产特别有意义。
离线编程软件一般由两部分组成:
CAD转换软件和自动编程并优化软件。
离线编程的步骤:
在贴装机上对优化好的产品程序进行编辑
1.PCB程序数据编辑
PCB程序数据编辑有三种方法:
CAD转换;
利用贴装机自学编程产生的坐标文件;
利用扫描仪产生元件的坐标数据。
其中CAD转换最简便、最准确。
(1)CAD数据转换
①CAD转换项目:
a.每一步的元件名;
b.说明;
c.每一步的X、Y坐标和转角T;
d.mm/inch转换;
e.坐标方向转换;
f.角度T的转换;
g.比率;
h.源点修正值。
ⒸCAD转换操作步骤
a.调出表面组装元器件坐标的文本文件
当文件的格式不符合要求时,需从EXCEL调出文本文件;
在弹出的文本导人向导中选分隔符,单击“下一步”,选“空格”,单击“下一步”,选“文本”,单击“完成”后在EXCEL中显示该文件:
通过删除、剪切、和粘贴工具,将文件调整到需要的格式。
b.打开CAD转换软件
c.选择CAD数据格式
如果建立新文件,会弹出一个空白FormatEdit窗口;
如果编辑现有文件,则弹出一个有数据的格式编辑窗口,然后可以对弹出的格式进行修改和编辑。
d.对照文本文件,输入需要转换的各项数据e.存盘后即可执行转换
(2)利用贴装机自学编程产生的坐标程序通过软件进行转换和编辑
当没有表面组装元器件坐标的CAD文本文件时,可利用贴装机自学编程产生的贴片坐标,再通过软件进行转换和编辑(软件需要具备文本转换功能)
①转换和编辑条件:
a.需要一块没有印刷焊膏的PCB;
b.需要表面组装元器件明细表和装配图;
c.一张3.5英寸2HD的格式化软盘
Ⓒ操作步骤
a.利用贴装机自学编程输入元器件的名称、X、Y坐标和转角T,其余参数都可以在自动编程和优化时产生。
(如果贴装机自身就装有优化软件,则可直接在贴装机上优化,否则按照以下步骤进行)
b.将贴装机自学编程产生的坐标程序备份到软盘
c.将贴装机自学编程产生的坐标程序复制到CAD转换软件中ld.将贴装机自学编程产生的坐标程序转换成文本文件
e.对文本文件进行格式编辑f.转换
(3)利用扫描仪产生元器件的坐标数据(必须具备坐标转换软件)
①把PCB放在扫描仪的适当位置上进行扫描;
Ⓒ通过坐标转换软件产生PCB坐标文件;
2.自动编程优化并编辑
操作步骤:
打开程序文件输入PCB数据建立元件库自动编程优化并编辑。
①打开程序文件
按照自动编程优化软件的操作方法,打开已完成CAD数据转换的PCB坐标文件。
Ⓒ输入PCB数据
a.输入PCB尺寸:
长度X(沿贴装机的X方向)、宽度Y(沿贴装机的Y方向)、厚度T。
b.输入PCB源点坐标:
一般X、Y的源点都为0。
当PCB有工艺边或贴装机对源点有规定等情况时,应输入源点坐标。
c.输入拼板信息:
分别输入X和Y方向的拼板数量、相邻拼板之间的距离;
无拼板时,X和Y方向的拼板数量均为1,相邻拼板之间的距离为0。
③对凡是元件库中没有的新元件逐个建立元件库
输入叫元时包装类型所需要的料架类型供料器类型、元器件供料的角度、采用几号吸嘴等参数,并在元件库中保存。
④自动编程优化并编辑
完成了以上工作后即可按照自动编程优化软件的操作方法进行自动编程优化,然后还要对程序中某些不合理处进行适当的编辑。
3.将数据输入设备
①将优化好的程序复制到软盘
Ⓒ再将软盘上的程序输入到贴装机
4.在贴装机上对优化好的产品程序进行编辑
①调出优化好的程序。
Ⓒ做PCBMark和局部Mark的image图像。
③对没有做图像的元器件做图像,并在图像库中登记。
④对未登记过的元器件在元件库中进行登记。
⑤对排放不合理的多管式振动供料器根据器件体的长度进行重新分配,尽量把器件体长度比较接近的器件安排在同一个料架上。
并将料站排放得紧凑一点,中间尽量不要有空闲的料站,这样可缩短拾元件的路程。
⑥把程序中外形尺寸较大的多引脚窄间距器件例如160条引脚以上的QFP,大尺寸的PLCC、BGA以及长插座等改为SinglePickup单个拾片方式,这样可提高贴装精度。
⑦存盘检查是否有错误信息,根据错误信息修改程序。
直至存盘后没有错误信息为止。
5.校对检查并备份贴片程序
①按工艺文件中元器件明细表,校对程序中每一步的元件名称、位号、型号规格是否正确。
对不正确处按工艺文件进行修正。
Ⓒ检查贴装机每个供料器站上的元器件与拾片程序表是否一致。
③在贴装机上用主摄像头校对每一步元器件的x、Y坐标是否与PCB上的元件中心一致,对照工艺文件中元件位置示意图检杏转角T是否正确,对不正确处进行修正。
(如果不执行本步骤,可在首件贴装后按照实际贴装偏差进行修正)
④将完全正确的产品程序拷贝到备份软盘中保存。
⑤校对检查完全正确后才能进行生产
3.3在线编程
对于已经完成离线编程的产品,可直接调出产品程序,对于没有CAD坐标文件的产品,可采用在线编程。
在线编程是在贴装机上人工输入拾片和贴片程序的过程。
拾片程序完全由人工编制并输入,贴片程序是通过教学摄像机对PCB上每个贴片元器件贴装位置的精确摄像,自动计算元器件中心坐标(贴装位置),并记录到贴片程序表中,然后通过人工优化而成。
一、编制拾片程序
1.拾片程序编制内容
在拾片程序表中对每一种贴装元器件输入以下内容:
a.元件名,例如2125R1K;
b.输入X、Y、Z拾片坐标修正值;
c.输入拾片(供料器料站号)位置;
d.输入供料器的规格;
e.输入元件的包装形式(如散件、编带、管装、托盘);
f.输入有效性(若有某种料暂不贴时,选NotAvailable);
g.输入报警数(如输入50,当所用元件数减少为50时,就会有报警信息)
2.拾片程序编制方法
调出空白程序表,由人工编制并逐项输入以上内容。
二、编制贴片程序
1.贴片程序编制内容
(1)输入PCB基准标志(Maker)和局部(某个元器件)基准标志(Mark)的名字、Mark的X、Y坐标、使用的摄像机号、在任务栏中输人Fiducial(基准校正);
(2)输入每一个贴装元器件的名称(例如2125RlK);
(3)输入元器件位号(例如R1);
(4)输入器件的型号、规格(例如74HC74);
(5)输入每一个贴装元器件的中心坐标X、Y和转角T;
(6)输入选用的贴片头号;
(7)选择Fiducial的类型(采用PCB基准或局部基准);
(8)采用几个头同时拾片或单个头拾片方式;
(9)输入是否需要跳步(若程序中某个位号不贴,可在此输入跳步,在贴片过程中,贴装机将自动跳过此步)。
2.Mark以及元器件贴片坐标输入方法
Mark和Chip元件坐标的输入方法可用一点法或两点法,SOIC、QFP等器件的中心坐标输入方法可用两点法或四点法,见图3-2
一点法操作方法:
将光标移到X或Y的空白格内点蓝,单击右键,弹出Teaching对话框和一图像显示窗口,用方向箭移动摄像机镜头至Mark(或Chip)
焊盘图形处,用十字光标对正Mark(或Chip)焊盘中心位置,按输入键,中心坐标将自动写人x、Y坐标栏内。
一点法操作简单快捷,但精确度不够高,可用于一般Chip元件。
二点法操作方法:
用方向箭移动摄像机镜头移至Mark(或Chip)焊盘图形处,选择两点法,用十字光标找到Mark(或Chip)焊盘图形的一个角,点击1st,再找到与之相对应的第二个角点击2st,此时机器会计算出Mark(或Chip)焊盘图形的中心,并将中心坐标值自动写入x、y坐标栏内。
二点法输入速度略慢一些,但精确度高。
四点法操作方法:
用方向箭移动摄像机镜头移至SOIC或QFP焊盘图形处,选择四点法,先照器件的一个对角,找正第一个角点击1st,再找正与之相对应的第二个角点击2st,然后照另一个对角,找正第三个角击点3st,再找正与之相对应的第四个角点击4st,此时机器会计算出SOIC或QFP焊盘图形的中心,并将坐标值自动写人x、Y坐标栏内。
一点法二点法四点法图3-2
三、人工优化原则
1.换吸嘴的次数最少。
2.拾片、贴片路程最短。
3.多头贴装机还应考虑每次同时拾片数量最多。
四、在线编程注意事项
1.输入数据时应经常存盘,以免停电或误操作而丢失数据;
2.输入元器件坐标时可根据PCB元器件位置顺序进行;
3.所输人元器件名称、位号、型号等必须与元件明细和装配图相符;
4.拾片与贴片以及各种库的元件名要统一;
5.编程过程中,应在同一块PCB上连续完成坐标的输入,重新上PCB或更换新PCB都有可能造成贴片坐标的误差。
6.凡是程序中涉及到的元器件,必须在元件库、包装库、供料器库、托盘库、托盘料架库、图像库建立并登记,各种元器件所需要的吸嘴型号也必须在吸嘴库中登记。
3.4安装供料器
一、按照离线编程或在线编程编制的拾片程序表将各种元器件安装到贴装机的料站上。
二、安装供料器时必须按照要求安装到位。
三、安装完毕,必须由检验人员检查,确保正确无误后才能进行试贴和生产。
3.5做基准标志(Mark)和元器件的视觉图像
自动贴装机贴装时,元器件的贴装坐标是以PCB的某一个顶角(一般为左下角或右下角)为源点计算的。
而PCB加工时多少存在一定的加工误差,因此在高精度贴装时必须对PCB进行基准校准。
基准校准是通过在PCB上设计基准标志(Mark)和贴装机的光学对中系统进行校准的。
基准标志(Mark)分为PCB基准标志和局部基准标志。
见图3-3
一、做基准标志(Mark)图象
图3-3
PCBMark的作用和PCB基准的原理
1.PCBMark是用来修正PCB加工误差的。
贴片前要给PCBMark照一个标准图像存入图像库中,并将PCBMark的坐标录入贴片程序中。
贴片时每上一块PCB,首先照PCBMark,与图像库中的标准图像比较:
一是比较每块PCBMark图像是否正确,如果图像不正确,贴装机则认为PCB的型号错误,会报警不工作;
二是比较每块PCBMark的中心坐标与标准图像的坐标是否一致,如果有偏移,贴片时贴装机会自动根据偏移量(见图5-6中△X、△Y)修正每个贴装元器件的贴装位置。
以保证精确地贴装元器件。
2.局部Mark的作用
多引脚窄间距的器件,贴装精度要求非常高,靠PCBMark不能满足定位要求,
需要采用2—4个局部Mark单独定位,以保证单个器件的贴装精度。
3.Mark图像的制作方法
具体的制作方法要根据设备的操作规程进行。
一般制作图像时首先输入Mark图形的类型(例如圆形、方形、菱形等)、图形尺寸、寻找范围,认识系数(精度),然后用灯光照并反复调整各光源的光亮度,直到显示OK为止。
4.Mark图像的制作要求
Mark图像做得好不好,直接影响贴装精度和贴装效率,如果Mark图像做得虚,也就是说,Mark图像与Mark的实际图形差异较大时,贴片时会不认Mark而造成频繁停机,因此对制作Mark图像有以下要求见图3-4:
图3-4
(1)Mark图形尺寸要输入正确;
(2)Mark的寻找范围要适当,过大时会把PCB上Mark附近的图形划进来,造成与标准图像不一致,过小时会造成某些PCB由于加工尺寸误差较大而寻找不到Mark;
(3)认识系数恰当。
认识系数太小,容易造成不认Mark,认识系数太大,影响贴装精度;
(4)照图像时各光源的光亮度一定要恰当,显示OK以后还要仔细调整;
(5)使图像黑白分明、边缘清晰;
(6)照出来的图像尺寸与Mark图形的实际尺寸尽量接近。
二、将未在图像库中登记过的元器件制作视觉图像
1.元器件视觉图像的作用
贴片前要给每个元器件照一个标准图像存入图像库中,贴片时每拾取一个元器件都要进行照相并与该元器件在图像库中的标准图像比较:
一是比较图像是否正确,如果图像不正确,贴装机则认为该元器件的型号错误,会根据程序设置抛弃元器件若干次后报警停机;
二是将引脚变形和共面性不合格的器件识别出来并送至程序指定的抛料位置;
三是比较该元器件拾取后的中心坐标X、Y、转角T与标准图像是否一致,如果有偏移,贴片时贴装机会自动根据偏移量修正该元器件的贴装位置。
2.元器件视觉图像的制作方法
一般制作图像时首先输入元器件的类型(例如Chip、SOP、SOJ、PLCC、QFP等)、元器件尺寸(输入元器件长、宽、厚度,)、失真系数,然后用CCD的主灯光、内侧和外侧灯光照,并反复调整各光源的光亮度,直到显示OK为止。
3.元器件视觉图像的制作要求
元器件视觉图像做得好不好,直接影响贴装效率,如果元器件视觉图像做得虚(失真)。
也就是说。
元器件视觉图像的尺寸与元器件的实际差异较大时,贴片时会不认元器件,出现抛料弃件现象,从而造成频繁停机,因此对制作元器件视觉图像有以下要求见图3-5:
(1)元器件尺寸要输入正确;
图3-5
(2)元器件类型的图形方向与元器件拾取方向一致;
(3)失真系数要适当;
(4)照图像时各光源的光亮度一定要恰当,显示OK
以后还要仔细调整;
(6)照出来的图像尺寸与元器件的实际尺寸尽量接近。
注意:
做完元器件视觉图像后应将吸嘴上的元器件放回原来位置,尤其是用固定摄像机照的元器件,否则元器件会掉在镜头内损坏镜头。
3.6制作生产程序
使用已制作的生产程序进行贴片确认和生产。
制作完新程序后,在实际生产前,有必要进行试生产,以确认贴片坐标和吸取坐标等,对新建的程序进行最终确认。
一、生产模式
在生产中,有以下3种生产模式。
基板的生产、试打、空打中,可分别设定生产条件、试打条件及空打条件。
二、生产流程,见图3-6
三、生产准备
图3-6
1.基板的设置
固定基板(定心)的方式有2种。
一种是使用定位销的“销基准”法,一种是使用夹杆(X,Y)的“外形基准”法。
注意:
启动“生产”功能,需要读入生产程序。
(1)传送部的构成,见图3-7
①当为“销基准”时
a.基板被搬入,“IN”传感器①检测出基板后,传送电动机⑦将驱动驱动轴⑧,通过传送带开始传送。
同时,停止挡销⑨将变为“ON”。
b.当基板到达停止挡销⑨时,被停止传感器③检测出,支撑台面上升。
此时,基板被安装在支撑台面上的定心销、支撑销所固定。
c.固定后,下一块基板同样被送进,在待机传感器的位置等候。
d.生产完成后解除固定,开始搬出。
e.最初的基板在通过C-OUT传感器④时,停止挡销⑨再次变为“ON”,下一块基板则被固定。
Ⓒ当为“外形基准”时
搬入动作与销基准时相同,在固定时,由停止挡销⑨、夹杆X⑩(X方向)、夹杆Y(Y方向)、支撑销固定。
搬出动作与销基准时相同。
图3-7
(2)传送导轨宽度的调整
①采用手动宽度调整(标准)时
a.请调整传送的宽度。
在调整杆上安装手柄,将传送的宽度调整至基板能顺利通过的宽度(“基板宽度+0.5mm~1mm”)。
b.请确认整个传送导轨范围内,基板都能顺利通过。
c.调整完成后,请拿下控制手柄。
Ⓒ采用自动宽度调整(AWC、选购件)时
要调整传送导轨宽度,也可以通过打开生产程序文件,在其“基版宽度自动调整”(AWC,选项)画面上进行。
见图3-8---“生产”—“传送I/O状态”画面,讲述从画面上进行调整的方法。
a.请启动“生产”。
b.在菜单栏点击“窗口”—“传送I/O状态”
图3-8
c.请对准传送宽度尺寸。
选择画面右下角的“自动调整基版宽度”,即可显出“自动调整基版宽度”画面。
见图3-9
图3-9
第4章首板试贴及检验
4.1首件试贴并检验一、程序试运行
程序试运行一般采用不贴装元器件(空运行)方式,若试运行正常则可正式贴装。
二、首件试贴
1.调出程序文件;
2.按照操作规程试贴装一块PCB;
三、首件检验
1.检验项目
(1)各元件位号上元器件的规格、方向、极性是否与工艺文件(或表面组装样板)相符;
(2)元器件有无损坏、引脚有无变形;
(3)元器件的贴装位置偏离焊盘是否超出允许范围。
2.检验方法
检验方法要根据各单位的检测设备配置而定。
普通间距元器件可用目视检验,高密度窄间距时可用放大镜、显微镜、在线或离线光学检查设备(AOI)。
3.检验标准
按照本单位制定的企业标准或参照其它标准(例如IPC标准或SJ/T10670-1995表面组装工艺通用技术要求)执行。
4.2根据首件试贴和检验结果调整程序或重做视觉图像
一、如检查出元器件的规格、方向、极性错误,应按照工艺文件进行修正程
序
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