貼片技術(shù)與貼片機(jī)-定位系統(tǒng)
作者：博維科技 時(shí)間：2018-07-19 15:49
貼片精度達(dá) 60um，光學(xué)定位的精度高于機(jī)械定位，但定位時(shí)間稍長(zhǎng)。
（一）X-Y 與Z/
· X-Y 定位系統(tǒng)是評(píng)價(jià)貼片機(jī)精度的主要指標(biāo)，它包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和伺
服系統(tǒng)；貼片速度的提高意味著X-Y 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)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(tǒng)在導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)有冷卻系統(tǒng)；在高速機(jī)中采用無磨擦
線性馬達(dá)和空氣軸承導(dǎo)軌傳動(dòng)，運(yùn)行速度做得更快。
西門子貼片機(jī)采用同步帶－直線軸承驅(qū)動(dòng)，該系統(tǒng)運(yùn)行噪聲低，工作
環(huán)境好。
X-Y 伺服系統(tǒng)（定位控制系統(tǒng)）
由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并在傳感器及控制系統(tǒng)指揮下實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)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，相鄰的明暗間距稱
為一個(gè)柵節(jié)，整個(gè)園周總柵節(jié)數(shù)為編碼器的線脈沖數(shù)。鉻線的多少也
表示精度的高低。
其中一片光柵 固定在轉(zhuǎn)動(dòng)部位作指標(biāo)光柵，另一片則隨轉(zhuǎn)動(dòng)軸同眇
運(yùn)動(dòng)并用來計(jì)數(shù)，因此指標(biāo)光柵與轉(zhuǎn)動(dòng)光柵組成一對(duì)掃描系統(tǒng)，相當(dāng)
于計(jì)數(shù)傳感器。園光柵編碼器裝在伺服電機(jī)中，它可測(cè)出轉(zhuǎn)動(dòng)件的位
置、角度及角加速度，它可以將這些物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輿給控制系
統(tǒng)。編碼器能記錄絲桿的放置數(shù)并將信息反饋給比較器，直至符合被
線性量。
該系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)，測(cè)量精度取決于編碼器中光柵盤上的光柵數(shù)及溢
珠絲桿導(dǎo)軌的精度。
2.磁柵尺
由磁柵尺和磁頭檢測(cè)電路組成，利用電磁特性和錄磁原理對(duì)位移進(jìn)行
測(cè)量。磁柵尺是在非導(dǎo)磁性標(biāo)尺基礎(chǔ)上采用化學(xué)涂覆或電鍍工藝在非
磁性標(biāo)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(zhǎng)的方波或正弦波磁軌跡信號(hào)。磁頭在磁柵尺
上移動(dòng)和讀取磁恪，并轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸入到控制電路，最終控制AC
伺服電機(jī)的運(yùn)行。
磁柵尺的優(yōu)點(diǎn)是制造簡(jiǎn)單、安裝方便、穩(wěn)定性高、量程范圍大，測(cè)量
精度高達(dá)1～5um，貼片精度一般在0.02mm。
3.光柵尺
由光柵尺、光柵讀數(shù)頭與檢測(cè)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(shù)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(jù)根據(jù)
物理學(xué)的莫爾條紋形成原理進(jìn)行位移測(cè)量，精度高達(dá)0.1～1um，其
定位精度比磁柵尺還要高1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)。
光柵尺對(duì)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(jī)故障。
上述三種測(cè)量方法僅能對(duì)單軸向運(yùn)動(dòng)位置的偏差進(jìn)行檢測(cè)，而對(duì)導(dǎo)軌
的變形、彎曲等因素造成的正交或旋轉(zhuǎn)誤差卻無能為力。
4.Y 軸方向運(yùn)行的同步性
新型貼片機(jī)X軸運(yùn)行采取完全同步控制回路的雙AC伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系
統(tǒng)，將內(nèi)部震動(dòng)降至最低，從而保證了Y 軸方向同步運(yùn)行，其速度快、
口音低、貼片頭運(yùn)行流暢輕松。
5.X-Y 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的速度控制
調(diào)整機(jī)運(yùn)行速度高達(dá) 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(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用模糊控制技術(shù)，運(yùn)行過程中分三段控
制“慢－－快――慢”（“S”型）從而使運(yùn)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(tǒng)
在泛用機(jī)中，支撐貼片頭的基座固定在X 導(dǎo)軌上，Z 軸控制系統(tǒng)的形
式有：
1. 園光柵編碼器――AC/DC 馬達(dá)伺服2. 系統(tǒng)
與 X-Y 伺服定位類似，采用園光柵編碼器的AC/DC 伺服馬達(dá)－濂珠
絲桿或同步機(jī)構(gòu)，馬達(dá)可安裝在側(cè)位，通過齒輪轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)吸嘴在
Z 軸方向的控制。
3. 圓筒凸輪控制系統(tǒng)
在松下 MVB 型貼片機(jī)中，吸嘴Z 方向運(yùn)動(dòng)就是這類，貼片時(shí)在PCB
裝載臺(tái)的配合下完成貼片程序。
7.Z 軸的旋轉(zhuǎn)定位
早期采用氣缸和擋塊來實(shí)現(xiàn)，只能做到 0、90 度控制，現(xiàn)在的貼片
機(jī)已直接將微型脈沖馬達(dá)安裝在貼片頭內(nèi)部，以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向高精度
控制。MSR 型的分辨率為0.072 度/脈沖，它通過高精度的詣波驅(qū)
動(dòng)器（減速比為30:1），直接驅(qū)動(dòng)吸嘴裝置，由于詣波驅(qū)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(dá)0.0024 度/脈沖。
（二）光學(xué)對(duì)中系統(tǒng)
指貼片機(jī)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(jī)對(duì)元器件成像，并轉(zhuǎn)化成數(shù)
字圖象信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)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(shù)據(jù)進(jìn)行比較，計(jì)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(tǒng)進(jìn)行修正，以保證元器件引腳與焊
盤重合。
組成：光源、CCD、顯示器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換與圖像處理系統(tǒng)組成。CCD
在給定的視野范圍內(nèi)將實(shí)物圖像的光強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，模
擬電信號(hào)再通過A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)圖像系統(tǒng)處理后再轉(zhuǎn)換為模
擬圖像，最后由顯示器瓜出來。
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(jí)高密度來表示分辯率，機(jī)器能分辨給定
點(diǎn)的測(cè)量光強(qiáng)度，所需光強(qiáng)度越小則其分辯率就越高，一般采用256
級(jí)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，通常用像元素來表示，即規(guī)
定覆蓋原始圖像的柵網(wǎng)的大小，柵網(wǎng)越細(xì)，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(jī)貼好 BGA、CSP 之類的器件，在以往元件照明（周
圍、同軸）基礎(chǔ)上增加了BGA 照明。BGA 照明是LED 比以往更加
水平。
光學(xué)系統(tǒng)的作用：
（1） 對(duì) PCB 的位置的確認(rèn)，（2） 識(shí)別定位標(biāo)（3） 志，（4） 通
過BUS 反饋計(jì)算機(jī)，（5） 計(jì)算出貼片機(jī)原點(diǎn)位置誤差，（6） 反饋
給運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
（7） 對(duì)元器件的確認(rèn)：元件外形、元件中心、元件引腳的共面性和
形變
在 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)還增加了小范圍幾何位置識(shí)別，即在要貼裝的細(xì)間距
QFP 位置上再增加元器件圖像識(shí)別標(biāo)志，確保細(xì)間距器件貼裝準(zhǔn)確
無誤
飛行對(duì)中技術(shù)――在運(yùn)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
來的0.7s 下降到0.3s;
（3） CCD 采用懸掛式安裝，（4） 有利于 SMC/SMD 運(yùn)動(dòng)中校正
位置。
