表面安装设备

弱电初学者

　6.5.1 贴片设备
　　为了满足大生产需要，特别是随着SMC/SMD的精细化，人们越来越重视彩自动化的机器——贴片机来实现高速精度的贴放元器件。
　　近30年来，贴片机已由早期的低速度（1~1.5S/片）和低精度（机械对中）发展到高速（0.08S/片）和高精度、（光学对中，贴片精度±60）高精度全自动贴片机是由计算机、光学、精密机械、滚珠丝杆、直线导轨、线性电机、谐波驱动器及真空系统和各种传感器构成的机电一体化的高科技术装备。从某种意义上来说，贴片机技术已成为SMT的支柱和深入发展重要标志，贴片机是整个SMT的生产中最关键，最复杂的设备，也是人们在初次建立SMT生产线时最难选择的设备。
　　（1）贴片机的分类
　　目前世界上已有近几十个贴片机生产厂家，生产的贴片机达几百种之多，贴片机的分类没有固定的格式，习惯上有下列几种。
　　1、按速度分类
　　中速贴片 3000片/h〈贴片速度〈9000片/h
　　高速贴片机 9000片/h〈40000片/h
　　超速贴片机 大于40000片/h
　　通常高速贴片机采用固定多头（约6头）或双组贴片安装在X、Y导轨上，X-Y伺服系统为闭环控帛，故有较高的定位精度，贴片器件的种类较广泛，这类贴片机种类最多，生产厂家也多，能在多种场合下使用，并可以根据产品的生产能力大小组合拼装使用，也可以单台使用，而超高速贴片机则采用旋转式多系统，根据多送煤旋转方向又分为水平旋转式与垂直旋转式，前者多见于松下和三洋产品，后者多见于西门子等产品。
　　还有一种超高速贴片机，如Assembleon-FCM和FUJI-QP-132贴片机，它们均由16个贴片送煤组合而成，其贴片速度分别9.6万片/h和12.7万片/h。它们的特点是16个贴片头可以同时贴装，故整体贴体速度快，但对单个头来说却仅相当于速机的速度，故贴片头运动惯性小，贴片精度能得以保证。
　　2、按功能分类 由于近来来元器件片式化率越来越高，SMC/SMD品种越来越多，形状不同，大小各异，此外还有大量的接插件，因此对贴片装品种的能力要求越来越高。目前，一种贴片机还不能做到即能高速度贴装又能处理异型，超大型元件，故专业贴片机又根据能贴装元器件的品种分为两大类，一类是高速/超高速贴片机，主要以贴片元件为主体，另一类能贴装大型器件和异型器件，称为多功能机。
　　目前这两类贴片机的贴片分为两大类：一类是高速/超高速贴片机，主要以贴片式元件为主体；另一类能贴装大型器件和异型器件，称为多功能机。
　　目前这两类贴片机贴和片功能可互相兼容，即高速贴装机不仅只贴片式元器件，而且能贴装尺寸不太大的QFP和PLCCC（32mm×32mm），甚至能贴装CSP，这样做的好处是将速度、精度、尺寸三者兼容，若两台贴片机边线工作时，能将所有元器件进行适当分配，以达到两台贴片机的总体贴装时间互相平衡，这对提高总体贴装速度是非常有意义的。
　　3、按贴装方式分类，这种分类方法在现实生产中不常用，仅用于理论分析，其分类方法有如下几种。
　　a、顺序式。使用通常见到的贴片机，它是按照顺序将元器件一个一个贴到PCB上，因此又称之为顺序贴片机。
　　b、同时式。使用专用料斗（每个斗中放一种圆柱式元件），通过一个塑料管送到PCB对应的焊盘上，每个焊盘都有一个元件的料仓和塑料管，一个动作就能将元件全部贴装到PCB相应的焊盘上。这种方法多见于高频头的生产中，它适应大批量长线产品，但仅适用于圆柱元件，它的缺点是，更换产品时，所有工装夹全部要更换，费用高，时间长，目前这种方法已很少使用。
　　C同时在线式。这类贴片机由多个贴片送煤组合而成，最典型的是Assembleiom-FCM。工作时，16个头依次同时对一块PCB贴片，故称之为同时在线式。
　　4、按自动化程度分类，目前大部分贴片机是全自动机电一体休的机遇，但也有一种是手动式贴片机，这类贴片机的机送煤有一套简易的手动支架，手动贴片安装在Y轴头部，X、Y、定位可以靠人手的移动和旋转来校正位置。有时还中用光学系统配套来帮助定位，这类手动贴片主要用于新产品开发，具有价廉的优点。
　　（2）典型贴片机
　　典型的贴片有松下MSR贴片机，西门子的HS-50；Assmbleon-FCM贴片体贴，多功能一体机等。
　　（3）贴片机的发展趋势
　　贴片机从早期的机械对中，发燕尾服到现在的光学对中，具有超高速的贴片能力，然而技术总是向前发展的，贴片机还会向贴片速度更快、贴片精度更高、材料管理更方便的方向发展，其趋势如下。
　　①采用双轨道以实现一轨道上进行PCB贴片，另一轨道送板（西门子的HS-50已出现）减少PCB输送时间和贴片头待机停留时间。
　　②采用多头组合技术（类似FCM机）飞行对中技术和Z轴软着陆技术，以使贴片速度更快，元件放置更稳，精度更高、真正做到PCB贴片后直接进入再流焊炉中再流。
　　③改进送料器的供料方式，缩短元器件更换时间。目前大部分阻容元件已实现散装供料，但减少管式包装的换料时间尚有许多工作可做。
　　④采用模块化概念，通过快速配置，整合设备可轻易在生产线间拼装或转移，真正实现线体柔性化和多功能化。
　　⑤开发更强大的软件功能系统，包括各种形式的PCB文件，直接优化生成贴片程序文件，减少人工编程时间，机器故障自诊断系统及大生产综合管理系统，实现智能化操作。
　　6.5.2 焊接设备
　　（1）波峰焊机
　　传统插装元件的波峰焊工艺基本流程式包括准备、元器件插装、波峰焊、清洗等。
　　波峰焊机通常由波峰发生器，印制电路板传输，助焊剂喷涂系统，印制电路板预热，冷却装置与电气控制系统等基本部分组成，其他可添加部分包括风刀，油搅拌和惰性气体氮等。
　　①波峰发生器 波峰发生器是波峰焊机的核心，是衡量一台波峰焊系统性能优劣的判据。而波峰动力学又是波峰发生器技术水平的标志。它融合流体力学、金属表面理论、治金学和热工学等学科为一体，随着世界各国对波峰焊的高度重视与研究，钎料波峰动力学逐渐成为一门独立的边缘学科。
　　②助焊剂喷涂系统 在生产中，必须借助焊接表面上的氧化层。通常焊剂的密度在0.8~0.85g/cm3之间，固体量在1.5%~10%左右时，焊剂能够方便均匀地涂布到PCB上。根据使用的焊剂类型，焊接需要的固态焊剂量在0.5~3g/m2之间，这相当于润湿焊剂层的厚度为3~20m。SMA上必须均匀地涂布上一定量的焊剂，才能保证SMA的焊接质量。
　　③预热系统 波峰焊设备采用系统以升印制电路板组件和钎剂的温度，这样做有助于在印制电路板进入钎料波峰时降低冲击，同时也有助于活化钎剂，这两大因素在实施大批量焊接时，是非常关键的，预热处理能使印制电路板材料和元器件上的热应力作用降低至最小的程度。
　　④钎料波峰 涂覆助焊剂的印制电路板组件离开了预热阶段，通过传输带穿过钎料波峰。钎料波峰是由来自于容器内熔化了钎料上下往复运动而形成的，波峰的长度，高度和特写的流体动态特性，呆以通过挡板强迫限定来实施控制，随着涂覆钎剂的印制电路板通过钎料波峰，就可以形成焊接点。
　　⑤传输系统 传输系统是一条安放在滚轴上的金属传送带，它支撑着印制电路板移动着通过波峰焊区域。在该类传输带上，印制电路板组件一般通过机械手或其他机械机构予以支撑。托架能够进行调整，以满足不同足尺寸类型的印制电路板的需求，或者按特殊规格尺寸进行制造。
　　⑥控制系统 随着当代控制技术、微电子技术和计算机技术的迅猛发展，为波峰焊控制技术进入到计算机控制阶段奠定了基础。在波峰焊设备中采用了计算机控制，不仅降低了成本，缩短了研制和更新换代周期，而且还可通过硬件软化设计技术，简化系统结构，使得整机可靠性大的提高，操作维修方便，人机界面友好。
　　（2）再流焊炉
　　典型的再流焊炉通常有5个温区组成，第一和第四温匹配置了面状远红外加热器，从第一到第四个温区各配置了热风加热器。第二和第三温区有加热和保温作用，主要是为了使SMA加热更均匀，以保证SMA在充分良好的状态下进入焊接温区。
　　①加热器 红外加热器的种类很多，大体可分两大类：一类是直接辐射热量，又称为一次辐射体；另一类是陶瓷板，铝板和不锈钢式加热器，加热器铸造在板内，热能首先通过传导转移到板面上来。管式加热器，具有工作温度高，辐射波长短和热响应快的优点滴，但因加热时有光的产生，故对焊接不同颜色的元器件有不同的反射效果，同时也不利于与强制冷热风配套。板式加热衷器，热响应慢，效率稍低，但由于热惯量大，通过穿孔有利于热风的加热，对焊接元件中颜色敏感性小，阴影效应较小，此外结构上整体性强，利于装卸和维修，在与热电偶配套方面也比前者有明显的优越性。因此，目前销售的再流炉中，加热器几乎全是铝板或不锈钢加热器，有些制造厂还在其表面涂有红外涂层，以增加约外发射能力。
　　②传送系统 再流焊炉的传送系统有三种。一是耐热的四氟乙烯玻璃纤维布，它以0.2mm厚的四氟乙稀纤维布为传送带，运行平衡，导热性好。仅适用小型并且是热板红外型再流炉；二是不锈钢网，它氢不锈钢网张紧后成为传送带，刚性好，运行平稳，但不适用双面PCB焊接，故使用受到限制；三是链条导轨，这是目前普遍采用的方法，链条的宽度可实现机调或电调，PCB放置在链积极分子导轨上，能实现SMA的双面焊接。选购时应观察链条导轨本身是否带有加热系统也是不能忽视的问题，因为导轨也参与散热，并且直接影响PCB上的温度，通常应选用带有架热器的产品。此外还应考虑导轨本身材料的耐热性，否则长期在高温下工作会引起生锈和变形。链条导轨的一致性也不呆忽视，差的精度有时会导致PCB在炉腔中脱落，故有的再流焊又装上不锈网，即网链混装式，可防止PCB脱落。
　　③温控系统 带有炉温测试功能的温控系统，不管是用控温表控制炉温，还是用计算机控制炉温，均应做到控温精度高。好的控温仪表做到高精度的控制。

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