贴片机主要用于将表面贴装元器件(SMD)准确地贴装到印刷电路板(PCB)的指定位置上,其工作原理如下:
元件供给
贴片机的元件通常存放在专门的供料器中,供料器有多种类型,如带式供料器、盘式供料器和管式供料器等。带式供料器适用于大量的小型元件,如电阻、电容等,这些元件被包装在料带上,通过供料器的传送装置将元件逐个送到吸取位置;盘式供料器用于存放较大尺寸或者特殊封装的元件,如集成电路(IC)等,供料器通过旋转盘将元件送到吸取位置;管式供料器主要用于那些形状不规则或者对静电较为敏感的元件,元件在管内排列,通过推送装置将元件送至吸取处。
供料器的工作是由贴片机的控制系统精确控制的,确保在需要的时候,正确的元件能够及时被输送到吸取位置。
元件吸取
贴片机的贴装头配备有多个吸嘴,吸嘴通过真空吸附的方式吸取元件。当元件到达供料器的吸取位置后,吸嘴在贴片机的运动系统控制下,移动到元件上方,然后开启真空装置,产生负压,使得吸嘴能够牢固地吸附元件。
吸嘴的大小和形状会根据元件的不同而有所差异,例如对于小型的 0402(英制表示法,指长度为 0.04 英寸、宽度为 0.02 英寸的元件)电阻电容,会使用较小直径的吸嘴;而对于大型的集成电路封装,如 QFP(四方扁平封装)、BGA(球栅阵列封装)等,则需要使用较大尺寸且特殊设计的吸嘴,以确保能够稳定地吸取元件。
元件识别与定位
在吸取元件后,贴片机通过视觉识别系统对元件进行识别和定位。视觉识别系统一般由摄像头、照明装置和图像处理软件构成。摄像头会拍摄元件的图像,照明装置提供合适的光照条件,确保元件的特征能够清晰地被拍摄到。
图像处理软件会对拍摄到的图像进行分析,识别元件的外形、引脚位置(如果是有引脚元件)、中心位置等关键信息。同时,贴片机也会对 PCB 板上的贴装位置进行识别,它预先存储了 PCB 板的设计数据,包括每个元件的坐标、方向等信息。通过将元件的实际位置与 PCB 板上的目标位置进行对比,计算出需要调整的位移量和角度。
例如,对于一个 QFP 封装的芯片,视觉识别系统能够精确地识别出芯片四个角的位置以及引脚的分布情况,从而确定芯片的中心位置和方向;对于圆形的电容元件,也能够准确地定位其圆心位置。
贴装头移动与定位
根据元件识别和定位所得到的信息,贴片机的运动控制系统会驱动贴装头移动到 PCB 板上的目标贴装位置。贴片机的运动系统通常采用高精度的伺服电机、滚珠丝杠和线性导轨等部件,以确保贴装头能够在 X、Y、Z 三个轴向以及旋转方向(θ)上实现精确的运动。
在移动过程中,贴片机的控制系统会实时监测贴装头的位置,并根据预先设定的运动轨迹和速度曲线进行控制。例如,当需要快速移动贴装头到大致位置时,会以较高的速度运行;而当接近目标位置时,会逐渐降低速度,以确保能够准确地停在目标位置,精度可以达到微米级别。
元件贴装
当贴装头移动到目标位置并调整好角度后,吸嘴会将元件放置在 PCB 板上。这一过程是通过关闭真空装置,使元件在自身重力或者轻微的压力作用下,与 PCB 板上的焊盘接触。
对于一些高精度或者对贴装压力有要求的元件,贴片机还可以通过压力传感器来控制贴装时的压力,确保元件能够与焊盘良好地贴合,并且不会对元件或者 PCB 板造成损坏。例如,在贴装 BGA 封装的芯片时,需要精确控制贴装压力,以保证芯片底部的焊球与 PCB 板上的焊盘能够均匀地接触,为后续的焊接过程提供良好的条件。
贴装后检查
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