貼片技術(shù)與貼片機-定位系統
作者：博維科技 時(shí)間：2018-07-19 15:49
貼片精度達 60um，光學(xué)定位的精度高于機械定位，但定位時(shí)間稍長(cháng)。
（一）X-Y 與Z/
· X-Y 定位系統是評價(jià)貼片機精度的主要指標，它包括傳動(dòng)機構和伺
服系統；貼片速度的提高意味著(zhù)X-Y 傳動(dòng)機構運行速度的提高而發(fā)
熱，而滾珠絲桿是主要的熱源，其熱量的變化會(huì )影響貼裝精度，最新
研制的X-Y 傳動(dòng)系統在導軌內設有冷卻系統；在高速機中采用無(wú)磨擦
線(xiàn)性馬達和空氣軸承導軌傳動(dòng)，運行速度做得更快。
西門(mén)子貼片機采用同步帶－直線(xiàn)軸承驅動(dòng)，該系統運行噪聲低，工作
環(huán)境好。
X-Y 伺服系統（定位控制系統）
由交流伺服電機驅動(dòng)，并在傳感器及控制系統指揮下實(shí)現精確定位，
因此傳感器的精度起關(guān)鍵作用。位移傳感器有園光柵編碼器、磁柵尺
和光柵尺。
1． 園光柵編碼器
園光柵編碼器的轉動(dòng)部位上裝有兩片園光柵，園光柵由玻璃片或透明
塑料制成，并在片上鍍有明暗相間的放射狀鉻線(xiàn)，相鄰的明暗間距稱(chēng)
為一個(gè)柵節，整個(gè)園周總柵節數為編碼器的線(xiàn)脈沖數。鉻線(xiàn)的多少也
表示精度的高低。
其中一片光柵 固定在轉動(dòng)部位作指標光柵，另一片則隨轉動(dòng)軸同眇
運動(dòng)并用來(lái)計數，因此指標光柵與轉動(dòng)光柵組成一對掃描系統，相當
于計數傳感器。園光柵編碼器裝在伺服電機中，它可測出轉動(dòng)件的位
置、角度及角加速度，它可以將這些物理量轉換為電信號輿給控制系
統。編碼器能記錄絲桿的放置數并將信息反饋給比較器，直至符合被
線(xiàn)性量。
該系統抗干擾性強，測量精度取決于編碼器中光柵盤(pán)上的光柵數及溢
珠絲桿導軌的精度。
2.磁柵尺
由磁柵尺和磁頭檢測電路組成，利用電磁特性和錄磁原理對位移進(jìn)行
測量。磁柵尺是在非導磁性標尺基礎上采用化學(xué)涂覆或電鍍工藝在非
磁性標尺上沉積一層磁性膜（一般10～20um）在磁性膜上錄制代
表一定年度具有一定波長(cháng)的方波或正弦波磁軌跡信號。磁頭在磁柵尺
上移動(dòng)和讀取磁恪，并轉變成電信號輸入到控制電路，最終控制AC
伺服電機的運行。
磁柵尺的優(yōu)點(diǎn)是制造簡(jiǎn)單、安裝方便、穩定性高、量程范圍大，測量
精度高達1～5um，貼片精度一般在0.02mm。
3.光柵尺
由光柵尺、光柵讀數頭與檢測電路組成。光柵尺是在透明下班或金屬
鏡面上真空沉積鍍膜，利用光刻技術(shù)制作均勻密集條紋（每毫米
100～300 條），條紋距離相等且平等。光柵讀數頭由指示光柵、光
源、透鏡及光敏器件組成，光柵尺有相同的條紋，光柵尺是根據根據
物理學(xué)的莫爾條紋形成原理進(jìn)行位移測量，精度高達0.1～1um，其
定位精度比磁柵尺還要高1～2 個(gè)數量級。
光柵尺對環(huán)境要求比較高，特別是防塵，塵埃落在光尺上會(huì )引起貼片
機故障。
上述三種測量方法僅能對單軸向運動(dòng)位置的偏差進(jìn)行檢測，而對導軌
的變形、彎曲等因素造成的正交或旋轉誤差卻無(wú)能為力。
4.Y 軸方向運行的同步性
新型貼片機X軸運行采取完全同步控制回路的雙AC伺服電機驅動(dòng)系
統，將內部震動(dòng)降至最低，從而保證了Y 軸方向同步運行，其速度快、
口音低、貼片頭運行流暢輕松。
5.X-Y 運動(dòng)系統的速度控制
調整機運行速度高達 150mm/s，瞬時(shí)的啟動(dòng)和停止都會(huì )產(chǎn)生震動(dòng)和
沖擊。最新的X-Y 運動(dòng)系統采用模糊控制技術(shù)，運行過(guò)程中分三段控
制“慢－－快――慢”（“S”型）從而使運動(dòng)變得柔和，也有利于貼
片精度的提高，降低噪音。
6.Z 軸伺服、定位系統
在泛用機中，支撐貼片頭的基座固定在X 導軌上，Z 軸控制系統的形
式有：
1. 園光柵編碼器――AC/DC 馬達伺服2. 系統
與 X-Y 伺服定位類(lèi)似，采用園光柵編碼器的AC/DC 伺服馬達－濂珠
絲桿或同步機構，馬達可安裝在側位，通過(guò)齒輪轉換機構實(shí)現吸嘴在
Z 軸方向的控制。
3. 圓筒凸輪控制系統
在松下 MVB 型貼片機中，吸嘴Z 方向運動(dòng)就是這類(lèi)，貼片時(shí)在PCB
裝載臺的配合下完成貼片程序。
7.Z 軸的旋轉定位
早期采用氣缸和擋塊來(lái)實(shí)現，只能做到 0、90 度控制，現在的貼片
機已直接將微型脈沖馬達安裝在貼片頭內部，以實(shí)現旋轉方向高精度
控制。MSR 型的分辨率為0.072 度/脈沖，它通過(guò)高精度的詣波驅
動(dòng)器（減速比為30:1），直接驅動(dòng)吸嘴裝置，由于詣波驅動(dòng)器具有輸
入軸與輸出軸同心度高、間隙小、振動(dòng)低等優(yōu)點(diǎn)，故放置方向分辨率
高達0.0024 度/脈沖。
（二）光學(xué)對中系統
指貼片機在吸取元件時(shí)要保證吸嘴吸在元件中心。
原理：貼裝頭吸取元件后，CCD 攝像機對元器件成像，并轉化成數
字圖象信號，經(jīng)計算機分析出元器件的幾何中心和幾何尺寸，并與控
制程序中的數據進(jìn)行比較，計算出吸嘴中心與元器件中心在X、Y、
O 的誤差，并及時(shí)反饋給控制系統進(jìn)行修正，以保證元器件引腳與焊
盤(pán)重合。
組成：光源、CCD、顯示器以及數模轉換與圖像處理系統組成。CCD
在給定的視野范圍內將實(shí)物圖像的光強度分布轉換成模擬電信號，模
擬電信號再通過(guò)A/D 轉換成數字量，經(jīng)圖像系統處理后再轉換為模
擬圖像，最后由顯示器瓜出來(lái)。
CCD 的分辨率：灰度分辯率和窨分辯率
灰度值分辯率是利用圖像多級高密度來(lái)表示分辯率，機器能分辨給定
點(diǎn)的測量光強度，所需光強度越小則其分辯率就越高，一般采用256
級灰度值（人眼處理的灰度值僅在50～60 左右）。
空間分辯率是指 CCD 分辯精度的能力，通常用像元素來(lái)表示，即規
定覆蓋原始圖像的柵網(wǎng)的大小，柵網(wǎng)越細，網(wǎng)點(diǎn)和像元素越高，分辨
精度越高。
通常在分辯率高的場(chǎng)合下，CCD 能見(jiàn)到的視野小，而大視野的情況
下分辯率較低，故在高速、高精度的場(chǎng)合下裝有兩種不同視野的
CCD。
CCD 的光源
為了配合貼片機貼好 BGA、CSP 之類(lèi)的器件，在以往元件照明（周
圍、同軸）基礎上增加了BGA 照明。BGA 照明是LED 比以往更加
水平。
光學(xué)系統的作用：
（1） 對 PCB 的位置的確認，（2） 識別定位標（3） 志，（4） 通
過(guò)BUS 反饋計算機，（5） 計算出貼片機原點(diǎn)位置誤差，（6） 反饋
給運動(dòng)控制系統
（7） 對元器件的確認：元件外形、元件中心、元件引腳的共面性和
形變
在 PCB 設計時(shí)還增加了小范圍幾何位置識別，即在要貼裝的細間距
QFP 位置上再增加元器件圖像識別標志，確保細間距器件貼裝準確
無(wú)誤
飛行對中技術(shù)――在運動(dòng)中就將位置校正好
（1） CCD 安裝在貼片頭上，（2） 用此方法 QFP 的貼裝速度由原
來(lái)的0.7s 下降到0.3s;
（3） CCD 采用懸掛式安裝，（4） 有利于 SMC/SMD 運動(dòng)中校正
位置。
