貼片技術(shù)與貼片機
SMT 生產(chǎn)中的貼片技術(shù)通常是指用一定的方式將片式元器件準確地貼放到PCB 指定的
位置, 這個過程英文稱之為“Pick and Place”， 顯然它是指吸取/拾取與放置兩個動作。在SMT
初期，由于片式元器件尺寸相對較大，人們用鑷子等簡單的工具就可以實現(xiàn)上述動作，至今尚
有少數(shù)工廠仍采用或部分采用人工放置元件的方法。但為了滿足大生產(chǎn)的需要，特別是隨著
SMC/SMD 的精細化，人們越來越重視采用自動化的機器--貼片機來實現(xiàn)高速高精度的貼放元
器件。
近30年來，貼片機已由早期的低速度（1-1.5秒/片）和低精度（機械對中）發(fā)展到高速（0.08
秒/片）和高精度（光學(xué)對中，貼片精度+-60um/4δ）。高精度全自動貼片機是由計算機、光學(xué)、
精密機械、滾珠絲桿、直線導(dǎo)軌、線性馬達、諧波驅(qū)動器以及真空系統(tǒng)和各種傳感器構(gòu)成的機
電一體化的高科技裝備。從某種意義上來說，貼片機技術(shù)已經(jīng)成為SMT 的支柱和深入發(fā)展的
重要標志，貼片機是整個SMT 生產(chǎn)中最關(guān)鍵、最復(fù)雜的設(shè)備，也是人們初次建立SMT 生產(chǎn)
線時最難選擇的設(shè)備。
本章將著重討論貼片機的主要結(jié)構(gòu)，工作原理，各類貼片機的主要特點以及IPC 最新推出的
貼片機驗收標準，為選購及組織驗收貼片機提供依據(jù)。
9.1 貼片機的結(jié)構(gòu)與特性
目前，世界上生產(chǎn)貼片機的廠家有幾十家，貼片機的品種達幾百個之多，但無論是全自動
貼片機還是手動貼片機，無論是高速貼片機還是中低速貼片機，它的總體結(jié)構(gòu)均有類似之處。
貼片機的結(jié)構(gòu)可分為:機架，PCB 傳送機構(gòu)及支撐臺X，Y 與Z/θ伺服，定位系統(tǒng)，光學(xué)識別
系統(tǒng)，貼片頭，供料器，傳感器和計算機操作軟件�，F(xiàn)將上述各種結(jié)構(gòu)的特征及原理簡介如下。
9.1.1 機架
機架是機器的基礎(chǔ)，所有的傳動、定位、傳送機構(gòu)均牢固地固定在它上面，大部分型號的貼
片機及其各種送料器也安置在上面，因此機架應(yīng)有足夠的機械強度和剛性。目前貼片機有各種
形式的機架，大致可分為兩類。
1. 整體鑄造式
整體鑄造的機架的特點是整體性強，剛性好，整個機架鑄造后采用時效處理，機架的變形微
小，工作時穩(wěn)固。高檔機多采用此類結(jié)構(gòu)。
2. 鋼板燒焊式
這類機架由各種規(guī)格的鋼板等燒焊而成,再經(jīng)時效處理以減少應(yīng)力變形.它的整體性比整體鑄
造低一點,但具有加工簡單,成本較低的特點.在外觀上(去掉機器外殼)可見到焊縫.
機器采用那種結(jié)構(gòu)的機架,取決于機器的整體設(shè)計和承重.通常機器在運行過程中應(yīng)平穩(wěn),輕
松,無震動感(用金屬幣立于機器上不會出現(xiàn)翻倒),從某種意義上來講機架起著關(guān)鍵作用.
9.1.2 傳送機構(gòu)與支撐臺
傳送機構(gòu)的作用是將需要貼片的PCB 送到預(yù)定位置,貼片完成后再將SMA 送至下道工序。
傳送機構(gòu)是安放在軌道上的超薄型皮帶傳送系統(tǒng)。通常皮帶安置在軌道邊緣，皮帶分為A，B，
C 三段，并在B 區(qū)傳送部位設(shè)有PCB 夾緊機構(gòu)，在A，C 區(qū)裝有紅外傳感器，更先進的機器
還帶有條形碼閱讀器，它能識別PCB 的進入和送出，記錄PCB 的數(shù)量。
傳送機構(gòu)根據(jù)貼片機的類型又分為兩種。
（1）整體式導(dǎo)軌
在這種方式貼片機中，PCB 的進入、貼片、送出始終在導(dǎo)軌上，當PCB 送到導(dǎo)軌上并前進
到B 區(qū)時，PCB 會有一個后退動作并遇到后制限位塊，于是PCB 停止運行，與此同時，PCB
下方帶有定位銷的頂塊上行，將銷釘頂入PCB 的工藝孔中，并且B 區(qū)上的壓緊機構(gòu)將PCB 壓
緊。
在PCB 的下方，有一塊支撐臺板，臺板上有陣列式圓孔,當PCB 進入B 區(qū)后，可根據(jù)PCB
結(jié)構(gòu)需要在臺板上安裝適當數(shù)量的支撐桿，隨著臺面的上移，支撐桿將PCB 支撐在水平位，
這樣當貼片頭工作時就不會將PCB 下壓而影響貼片精度。
若PCB 事先沒有預(yù)留工藝孔，則可以采用光學(xué)辨認系統(tǒng)確認PCB 的位置，此時可以將定
位塊上的銷釘拆除，當PCB 到位后，由PCB 前后限位塊及夾緊機構(gòu)共同完成PCB 的定位。
通常光學(xué)定位的精度高于機械定位，但定位時間較長。
（2）活動式導(dǎo)
在另一類高速貼片機中，B 區(qū)導(dǎo)軌相對于A、C 區(qū)是固定不變的，A、C 區(qū)導(dǎo)軌卻可以上下
升降，當PCB 由印刷機送到導(dǎo)軌A 區(qū)時，A 區(qū)導(dǎo)軌處于高位并與印刷機相接，當PCB 運行到
B 區(qū)時，A 區(qū)導(dǎo)軌下沉到與B 區(qū)導(dǎo)軌同一水平面，PCB 由A 區(qū)移到B 區(qū)，并由B 區(qū)夾緊定位，
當PCB 貼片完成后送到C 區(qū)導(dǎo)軌，C 區(qū)導(dǎo)軌由低位（與B 區(qū)同水平）上移到與下道工序的設(shè)
備軌道同一水平，并將PCB 由C 區(qū)送到下道工序。然而在最新的松下MSR 型貼片機中，其A，C
區(qū)導(dǎo)軌為固定導(dǎo)軌，B 區(qū)導(dǎo)軌則設(shè)計成可做X-Y 移動的PCB 承載臺，并可做上下升降運動。
由此可見，不同機型的導(dǎo)軌有不同結(jié)構(gòu)，其做法主要取決于貼片機的整體結(jié)構(gòu)。
9.1.3 X，Y 與Z/θ伺服，定位系統(tǒng)
1.功能
X，Y 定位系統(tǒng)是貼片機的關(guān)鍵機構(gòu)，也是評估貼片機精度的主要指標，它包括X，Y 傳動
結(jié)構(gòu)和X，Y 伺服系統(tǒng)。它的功能有兩種，一種是支撐貼片頭，即貼片頭安裝在X 導(dǎo)軌上，X
導(dǎo)軌沿Y 方向運動從而實現(xiàn)在X-Y 方向貼片的全過程，這類結(jié)構(gòu)在通用型貼片機[泛用機]中多
見，另一種功能是支撐PCB 承載平臺并實現(xiàn)PCB 在X-Y 方向移動，這類結(jié)構(gòu)常見于塔式旋轉(zhuǎn)
頭類的貼片機[轉(zhuǎn)塔式]中。這類高速機中，其貼片頭僅做旋轉(zhuǎn)運動，而依靠送料器的水平移動
和PCB 承載平面的運動完成貼片過程。上述兩種X，Y 定位系統(tǒng)中，X 導(dǎo)軌沿Y 方向運動，
從運動的形式來看，屬于連動式結(jié)構(gòu)，其特點是X 導(dǎo)軌受Y 導(dǎo)軌支撐，并沿Y 軸運動，它屬
于動式導(dǎo)軌（Moving Rail）結(jié)構(gòu)。
還有一類貼片機，貼片機的機頭安裝在X 導(dǎo)軌上，并僅做X 方向運動，而PCB 承載臺僅做
Y 方向運動，工作時兩者配合完成貼片過程，其特點是X，Y 導(dǎo)軌均與機座固定，它屬于靜式
導(dǎo)軌（Statil Rail）結(jié)構(gòu)。
從理論上講，分離式結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌在運動中的變形量要小于連動式，但在分離式的結(jié)構(gòu)中，
PCB 處于運動狀態(tài)，對貼裝后的元器件是否產(chǎn)生位移，則應(yīng)考慮。
2.結(jié)構(gòu)
X，Y 傳動機構(gòu)主要有兩大類，一類是滾珠絲杠--直線導(dǎo)軌，另一類是同步齒行帶---直線導(dǎo)軌。
（1）滾珠絲杠--直線導(dǎo)軌
典型的滾珠絲杠---直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)，貼片頭固定在滾珠螺母基座和對應(yīng)的直線導(dǎo)軌上方的基
座上，馬達工作時，帶動螺母做X 方向往復(fù)運動，有導(dǎo)向的直線導(dǎo)軌支承，保證運動方向平行，
X 軸在兩平行滾珠絲杠--直線導(dǎo)軌上做Y 方向移動，從而實現(xiàn)了貼片頭在X-Y 方向正交平行移
動。同理，PCB 承載平臺也以同樣的方法，實現(xiàn)X-Y 方向正交平行移動。
貼片速度的提高，意味著X-Y 傳動結(jié)構(gòu)速度的提高，這將會導(dǎo)致X-Y 傳動結(jié)構(gòu)因運動過快而
發(fā)熱，通常鋼材的線膨脹系數(shù)為0.000015，鋁的線膨脹系數(shù)為鋼的1.5倍，而滾珠絲杠[與馬達
連接]為主要熱源，其熱量的變化會影響貼裝精度，故最新研制出的X-Y 傳動系統(tǒng)，在導(dǎo)軌內(nèi)
部設(shè)有[氮冷]冷卻系統(tǒng)，以保證因熱膨脹帶來的誤差，如果X-Y 軸沒有強制冷卻，在軸的附近
會有明確的變形。
此外，在高速機中采用無摩擦線性馬達，和空氣軸承導(dǎo)軌傳動，運行速度能做的更快。
（2）同步帶--直線軸承驅(qū)動
典型的同步齒行帶--直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，同步齒行帶由傳動馬達驅(qū)動小齒輪，使同步帶在一定范
圍內(nèi)作直線往復(fù)運動。這樣帶動軸基座在直線軸承往復(fù)運動，兩個方向傳動部件組合在一起組
成X-Y 傳動系統(tǒng)。
由于同步齒行帶載荷能力相對較小，僅適用于支持貼片頭運動，典型產(chǎn)品是德國西門子貼片
機，如HS-50型貼片機，該系統(tǒng)運行噪聲低，工作環(huán)境好。
3.X-Y 伺服系統(tǒng)（定位控制系統(tǒng)）
隨著SMC/SMD 尺寸的減小及精度的不斷提高，對貼片機貼裝精度的要求越來越高，換言之，
對X-Y 定位系統(tǒng)的要求越來越高。而X-Y 定位系統(tǒng)是由X-Y 伺服系統(tǒng)來保證，即上述的滾珠
絲杠--直線導(dǎo)軌及齒行帶--直線導(dǎo)軌，是由交流伺服電機驅(qū)動，并在位移傳感器及控制系統(tǒng)指揮
下實現(xiàn)精確定位，因此位移傳感器的精度起著關(guān)鍵作用。目前，貼片機上使用的位移傳感器有
圓光柵編碼器、磁柵尺和光柵尺，現(xiàn)將它們的結(jié)構(gòu)與原理介紹如下。
（1）圓光柵編碼器
通常圓光柵編碼器的轉(zhuǎn)動部位上裝有兩片圓光柵，圓光柵是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柵節(jié)，整個圓周總柵節(jié)數(shù)為編碼
器的線脈沖數(shù)。鉻線數(shù)的多少，也表示其精度的高低，顯然，鉻線數(shù)越多，其精度越高。其中
一片光柵固定在轉(zhuǎn)動部位做指標光柵，另一片則隨轉(zhuǎn)動軸同步運動并用來記數(shù)，因此，指標光
柵與轉(zhuǎn)動光柵組成一對掃描系統(tǒng)，相當于記數(shù)傳感器。
編碼器在工作時，可以檢測出轉(zhuǎn)動件的位置、角度、及角加速度，它可以將這些物理量轉(zhuǎn)換
成電信號，傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)就可以根據(jù)這些量來控制驅(qū)動裝置，因此，圓光柵編碼
器通常裝在伺服電機中，而電機直接與滾珠絲桿相連。
貼片機在工作時，將位移量轉(zhuǎn)換為編碼信號，輸入編碼器中，當電機工作時，編碼器就能記
錄絲桿的旋轉(zhuǎn)度數(shù)，并將信息反饋給比較器，直至符合被測線性位移量，這樣就將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)
換成了線性運動，保證貼片頭運行到所需位置上。
采用圓光柵編碼器的位移控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾性強，測量精度取決于編碼器中光柵盤
上的光柵數(shù)及滾珠絲杠導(dǎo)軌的精度。
（2）磁柵尺
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行測量。磁柵尺是
在非導(dǎo)磁性標尺基礎(chǔ)上采用化學(xué)涂覆或電鍍工藝沉積一層磁性膜（一般10-20微米），在磁性膜
上錄制代表一定長度具有一定波長的方波或正弦波磁軌跡信號。磁頭在磁柵尺上移動和讀取磁
信號，并轉(zhuǎn)變成電信號輸入到控制電路，最終控制AC 伺服電機的運行。通常磁柵尺直接安裝
在X，Y 導(dǎo)軌上。
磁柵尺的優(yōu)點是制造簡單，安裝方便，穩(wěn)定性高，量程范圍大，測量精度高達1-5微米。一
般高精度自動貼片機采用此裝置。帖片精度一般在0.02毫米。
（3）光柵尺
該系統(tǒng)同磁柵尺系統(tǒng)類似，它也由光柵尺、光柵讀數(shù)頭與檢測電路組成。光柵尺是在透明
玻璃或金屬鏡面上真空沉積鍍膜，利用光刻技術(shù)制作密集條紋（每毫米100-300條紋），條紋平
行且距離相等。光柵讀數(shù)頭由指示光柵、光源、透鏡及光敏器件組成。指示光柵有相同密度
的條紋，光柵尺是根據(jù)物理學(xué)的莫爾條紋形成原理進行位移測量，測量精度高，一般在0.1-1
微米。光柵尺在高精度貼片機中應(yīng)用，其定位精度比磁柵尺還要高1-2個數(shù)量級。
西門子貼片機最早采用光柵尺---AC 伺服電機系統(tǒng)。但裝有光柵尺的貼片機對環(huán)境要求比較
高，特別是防塵，塵埃落在光尺上將會引起貼片機出故障。
總之，上述三種測量方法均能獲得很高的定位精度，但僅能對單軸向運動位置的偏差進行檢
測，而對軌道的變形、彎曲等因素造成的正交或旋轉(zhuǎn)誤差卻無能為力。有最新的貼片機在X、Y
導(dǎo)軌上安裝冷卻系統(tǒng)，可以有效的防止導(dǎo)軌的熱變形。
4.Y 軸方向運行的同步性
由于支撐著貼片機頭的X 軸是安裝在兩根Y 軸導(dǎo)軌上,為了保證運行的同步性,早期的貼片機
采用齒輪、齒條和過橋裝置將兩Y 導(dǎo)軌相連接。但這種做法，機械噪音大，運行速度受到限制，
貼片頭的停止與啟動均會產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致震動并可能會影響貼片精度。目前設(shè)計的新型貼片機
X 軸運行采用完全同步控制回路的雙AC 伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)，將內(nèi)部震動降至最低，從而保證
了Y 方向同步運行，其速度快，噪音低，貼片頭運行流暢輕松。
5.X-Y 運動系統(tǒng)的速度控制
在高速機中，X-Y 運動系統(tǒng)的運行速度高達150mm/s，瞬時的啟動與停止都會產(chǎn)生震動和沖
擊。最新的X-Y 運動系統(tǒng)采用模糊控制技術(shù)，運動過程中分三段控制，即“慢-快-慢”，呈“S”
型變化，從而使運動變得更“柔和”，也有利于貼片精度的提高，同時機器噪音也可以減到最小。
6.Z 軸[HEAD]伺服，定位系統(tǒng)
在通用型貼片機[泛用機]中，支撐貼片頭的基座固定在X 導(dǎo)軌上,基座本身不做“Z”方向的運
動。這里的Z 軸控制系統(tǒng),特指貼片頭的吸嘴運動過程中的定位,其目的是適應(yīng)不同厚度PCB 與
不同高度元器件的貼片需要。Z 軸控制系統(tǒng)常見的形式有下列幾種。
（1）圓光柵編碼器----AC/DC 馬達伺服系統(tǒng)
在通用型貼片機[泛用機]中，吸嘴的Z 方向伺服控制與X-Y 伺服定位系統(tǒng)類似，即采用圓光
柵編碼器的AC/DC 伺服馬達--滾珠絲桿或同步帶機構(gòu)。采用A C/DC 伺服馬達--滾珠絲桿控制
時，其馬達-滾珠絲桿安裝在吸嘴上方；采用AC/DC 伺服馬達--同步帶控制時，其馬達則可安
裝在側(cè)位，通過齒輪轉(zhuǎn)換機構(gòu)實現(xiàn)吸嘴在Z 方向的控制。由于吸嘴Z 方向運動行程短，以及采
用光柵編碼器，通�？刂凭�度均能滿足要求。
（2）原筒凸輪控制系統(tǒng)
在松下MVB[MVIIVB?]型貼片機中，吸嘴Z 方向的運動則是依靠特殊設(shè)計的圓筒凸輪曲線實
現(xiàn)吸嘴上下運動，貼片時在PCB 裝載臺的配合下（裝載可以自動調(diào)節(jié)高度），完成貼片程序。
7.Z 軸旋轉(zhuǎn)定位
早期貼片機的Z 軸/吸嘴的旋轉(zhuǎn)控制是采用氣缸和檔塊來實現(xiàn)的,現(xiàn)在的貼片機已直接將微
型脈沖馬達安裝在貼片頭內(nèi)部，以實現(xiàn)θ方向高精度的控制。松下MSR 型貼片機的微型馬達的
分辨率為0.072度/脈沖,它通過高精度的諧波驅(qū)動器(減速比為30:1),直接驅(qū)動吸嘴裝置，由于諧
波驅(qū)動器具有輸入軸與輸出軸同心度高、間隙小、震動低等優(yōu)點，故吸嘴的θ方向?qū)嶋H分辨率
高達0.024度/脈沖,確保了貼片精度的提高。
9.1.4光學(xué)對中系統(tǒng)
貼片機的對中是指貼片機在吸取元件時要保證吸嘴吸在元件中心，使元件的中心與貼片頭主
軸的中心線保持一致,因此,首先遇到的是對中問題。早期貼片機的元件對中是用機械方法來實
現(xiàn)的(稱為“機械對中”)。當貼片頭吸取元件后，在主軸提升時，撥動四個爪把元件抓一下，使
元件輕微的移動到主軸中心上來，QFP 器件則在專門的對中臺[規(guī)正爪]進行對中，
這種對中方法由于是依靠機械動作，因此速度受到限制，同時元件也容易受到損壞，目前這
種對中方式已不在使用，取而代之的是光學(xué)對中。
1.光學(xué)定位系統(tǒng)原理
貼片頭吸取元件后，CCD 攝象機對元器件成像，并轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖象信號，經(jīng)計算機分析出
元器件的幾何尺寸和幾何中心，并與控制程序中的數(shù)據(jù)進行比較，計算出吸嘴中心與元器件中
心在△X，△Y 和△θ的誤差，并及時反饋至控制系統(tǒng)進行修正，保證元器件引腳與PCB 焊盤
重合。
2.光學(xué)系統(tǒng)的組成
光學(xué)系統(tǒng)由光源、CCD、顯示器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換與圖象處理系統(tǒng)組成，即CCD 在給定的視野
范圍內(nèi)將實物圖象的光強度分布轉(zhuǎn)換成模擬信號,模擬電信號在通過A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,
經(jīng)圖象系統(tǒng)處理后再轉(zhuǎn)換為模擬圖象,最后由顯示器反應(yīng)出來。
3.CCD 的分辨率
光學(xué)系統(tǒng)采用兩種分辨率--灰度值分辨率和空間分辨率。
灰度值分辨率是利用圖象多級亮度來表示分辨率的方法，機器能分辨給定點的測量光強度,
所需光強度越小,則灰度值分辨率就越高,一般采用256級灰度值,它具有很強的精密區(qū)別目標特
征的能力。而人眼處理的灰度值僅在50～60左右，因此機器的處理能力遠高于人眼的處理能力。
空間分辨率是指CCD 分辨精度的能力,通常用像元素來表示,即規(guī)定覆蓋原始圖象的柵網(wǎng)的
大小,柵網(wǎng)越細,網(wǎng)點和像元素越高,說明CCD 的分辨精度越高。采用高分辨率CCD 的貼片機其
貼裝精度也越高。
但通常在分辨率高的場合下，CCD 能見的視野（Frame）小，而大視野的情況下則分辨率較
低，故在高速/高精度的貼片機中裝有兩種不同視野的CCD。在處理高分辨率的情況下采用小
視野CCD，在處理大器件時則使用大視野CCD。
例如松下MSR 高速機中，小視野CCD 視場為6mm×6mm,像素為25萬，分辨率達到12.5
μm，大視野CCD 視場為36mm×36mm,像素達100萬，分辨率為41μm 。
4.CCD 的光源
為了配合貼片機貼好BGA 和CSP 之類的新型器件，在以往的元件照明（周圍、同軸）基礎(chǔ)
上增加了新型的BGA 照明。所謂的BGA 照明是LCD 比以往更加水平，早期的照明裝置能同
時照亮焊球與元件底部，故難以把它們區(qū)別開來，改進后的照明系統(tǒng)，當LCD 點亮?xí)r，僅使BGA
元件的焊球發(fā)出反光，從而能夠識別球柵的排列，增加可信度。
5.光學(xué)系統(tǒng)的作用
貼片機中的光學(xué)系統(tǒng)，在工作過程中首先是對PCB 的位置確認。當PCB 輸送至貼片位置上
時，安裝在貼片機頭部的CCD，首先通過對PCB 上所設(shè)定的定位標志識別，實現(xiàn)對PCB 位
置的確認。所以通常在設(shè)計PCB 時應(yīng)設(shè)計定位標志。CCD 對定位標志確認后，通過BUS 反
饋給計算機，計算出貼片原點位置誤差（△X、△Y），同時反饋給運動控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)PCB
的識別過程。
在對PCB 位置確認后，接著是對元器件的確認，包括：
（1）元件的外形是否與程序一致；
（2）元件中心是否居中；
（3）元件引腳的共面性和形變。
在SMD 迅速發(fā)展的情況下，引腳間距已由早期的1.27mm 過渡到0.5mm 和0.3mm 等，這樣
僅靠上述兩個光學(xué)確認還不夠，因此在PCB 設(shè)計時還增加了小范圍幾何位置確認，即在要貼
裝的細間距QFP 位置上再增加元器件圖象識別標志，確保細間距器件貼裝準確無誤。
6.CCD 的安裝位置
目前大部分貼片機中，CCD 均固定安裝在機座上。貼片頭吸嘴吸取元件后先移至CCD 上確
認,以修正△X，△Y 和△θ,再將元器件貼放到指定位置,這種方法比較傳統(tǒng)。隨著細間距IC 大量
使用，花費在器件光學(xué)對中的時間越來越長，如貼裝1.27mm 間距IC 速度高達每小時10 000
片，但貼裝0.5mm 間距IC 速度僅為1000～2000片/小時，即速度下降到1/10～1/5；隨著電子
產(chǎn)品復(fù)雜程度的提高，細間距IC 的應(yīng)用已越來越廣泛，目前先進的貼片機采用飛行對中技術(shù)，
實現(xiàn)QFP 等器件吸起來后，在送至貼片位置之前，即在運動中就將位置校正好，因此大大節(jié)
約了器件的對中速度。飛行對中的技術(shù)有下列幾種形式：
（1）CCD 安裝在貼片頭上，這是Qllad 貼片機最先采用的方法，用此方法QFP 的貼裝速度
由原來的0.7s 下降到0.3s。
（2）CCD 采用懸掛式安裝，有利于SMC/SMD 運動中校正位置。
9.1.5貼片頭
貼片頭是貼片機關(guān)鍵部件,它拾取元件后能在校正系統(tǒng)的控制下自動校正位置,并將元器件準
確地貼放到指定的位置。貼片頭的發(fā)展是貼片機進步的標志，貼片頭已由早期的單頭、機械對
中發(fā)展到多頭光學(xué)對中，下列為貼片頭的種類形式：
單頭
貼片頭{ 固定式
多頭{ 水平旋轉(zhuǎn)式/轉(zhuǎn)塔式
旋轉(zhuǎn)式{
垂直旋轉(zhuǎn)/轉(zhuǎn)盤式
1.固定單頭
早期單頭貼片機是由吸嘴、定位爪、定位臺和Z 軸、θ角運動系統(tǒng)組成，并固定在X、Y 傳
動機構(gòu)上。當吸嘴吸取一個元件后，通過機械對中機構(gòu)實現(xiàn)元件對中并給供料器一個信號（電
信號或機械信號），使下一個元件進入吸片位置。但這種方式貼片速度很慢，通常貼放一只片
式元件需1s。為了提高貼片速度，人們采取增加貼片頭的數(shù)量的方法，即采用多個貼片頭來增
加貼片速度。
2.固定式多頭
這是通用型貼片機[泛用機]采用的結(jié)構(gòu)，它在原單頭的基礎(chǔ)上進行了改進，即由單頭增加到
了3～6個貼片頭。它們?nèi)匀还潭ㄔ赬，Y 軸上，但不在使用機械對中，而改為多種樣式的光學(xué)
對中。工作時分別吸取元器件，對中后再依次貼放到PCB 指定的位置上。目前這類機型的貼
片速度已達3萬個元件/小時的水準，而且這類機器價格較低，并可組合聯(lián)用。
隨著貼片頭由機械式改為吸嘴式，其吸嘴的技術(shù)也相應(yīng)提高。
（1）吸嘴的真空系統(tǒng)
吸嘴在吸片時，必須達到一定的真空度方能判別拾起元件是否正常，當元件側(cè)立或因元件“卡
帶”未能被吸起時，貼片機將會發(fā)出報警信號。
（2）吸嘴的軟著陸
貼片頭吸嘴拾起元件并將其貼放到PCB 上的瞬間，通常是采取兩種方法貼放，一是根據(jù)元
件的高度，即事先輸入元件的厚度，當貼片頭下降到此高度時，真空釋放并將元件貼放到焊盤
上，采用這種方法有時會因元件厚度的超差，出現(xiàn)貼放過早或過遲現(xiàn)象，嚴重時會引起元件移
位或“飛片”缺陷；另一種更先進的方法是，吸嘴會根據(jù)元件與PCB 接觸的瞬間產(chǎn)生的反作用
力，在壓力傳感器的作用下實現(xiàn)貼放的軟著陸，又稱為Z 軸的軟著陸，故貼片輕松，不易出現(xiàn)
移位與飛片缺陷。
（3）吸嘴的材料與結(jié)構(gòu)
隨著元件的微型化，現(xiàn)已出現(xiàn)0.6mm×0.3mm 的片式元件，而吸嘴又高速與元件接觸，其磨
損是非常嚴重的，特別是高速貼片機中，故吸嘴的材料與結(jié)構(gòu)也越來越受到人們的重視。早期
采用合金材料，以后又改為碳纖維耐磨塑料材料，更先進的吸嘴則采用陶瓷材料及金剛石，使
吸嘴更耐用。
吸嘴的結(jié)構(gòu)也做了改進，特別是在0603元件的貼片中，為了保證吸起的可靠性，在吸嘴上設(shè)
個孔，以保證吸取時的平衡。此外還考慮到，不僅是元件本身尺寸在減小，而且與周圍元件的
間隙也在減小，因此不僅要能吸起元件，而且要不影響周邊元件故改進后的吸嘴即使元件之間
的間隙為0.15mm 也能方便貼裝。
3旋轉(zhuǎn)式多頭
高速貼片機多采用旋轉(zhuǎn)式多頭結(jié)構(gòu),目前這種方式的貼片速度已達到4.5～5萬只/小時。每貼
一個元件僅需0.08s 左右的時間。
旋轉(zhuǎn)式多頭又分為水平旋轉(zhuǎn)式/轉(zhuǎn)塔式與垂直方向旋轉(zhuǎn)/轉(zhuǎn)盤式，現(xiàn)分別介紹如下。
（1）水平旋轉(zhuǎn)/轉(zhuǎn)塔式
這類機器多見松下、三洋和富士制造的貼片機，以松下MSR 貼片機為例，原理如下。
這類貼片機中有16個貼片頭，每個頭上有4～6個吸嘴，故可以吸放多種大小不同的元件。16
個貼片頭固定安裝在轉(zhuǎn)塔上，只做水平方向旋轉(zhuǎn)，習(xí)慣上人們稱為水平旋轉(zhuǎn)式或轉(zhuǎn)塔式。旋轉(zhuǎn)
頭各位置做了明確分工。貼片頭在1號位從送料器上吸起元器件，然后在運動過程中完成校正、
測試，直至5號位完成貼片工序。由于貼片頭是固定旋轉(zhuǎn)，不能移動，元件的供給只能靠送料
器在水平方向的運動將所需的貼放元件送到指定的位置。貼放位置則由PCB 工作臺的X，Y
高速運動來實現(xiàn)。這類貼片機的高速度取決于旋轉(zhuǎn)頭的高速運行，在貼片頭旋轉(zhuǎn)的過程中，送
料器以及PCB 也在同步運行。
（2）垂直旋轉(zhuǎn)/轉(zhuǎn)盤式貼片頭
這類貼片頭多見于西門子貼片機，旋轉(zhuǎn)頭上安裝有12個吸嘴，工作時每個吸嘴均吸取元件，
并在CCD 處（固定安裝）調(diào)整△θ，吸嘴中均安裝有真空傳感器和壓力傳感器。通常此類貼片
機中安裝兩組或四組旋轉(zhuǎn)頭，其中一組頭在貼片，而另一組則在吸取元件，然后交換功能，以
達到高速貼片的目的。
4組合式貼片頭
安必昂FCM 型貼片機，由16個獨立貼片頭組合而成。16個頭可以同時貼放元件，每小時可
以貼放9.6萬個片式元器件，但對于每個貼片頭來說，每小時只貼6000個片式元件，僅相當于
一臺中速機的水平，因此工作時貼片精度高，故障率小，噪音低，對一個需貼裝的產(chǎn)品來說，
只要將所貼放的元件按照一定的程序分配到16個貼片頭上，就能實現(xiàn)均衡組合，并可獲得極高
的速度。
9.1.6供料器
供料器（feeder）的作用是將片式元器件SMC/SMD 按照一定規(guī)律和順序提供給貼片頭以便
準確方便地拾取，它在貼片機中占有教多的數(shù)量和位置，它也是選擇貼片機和安排貼片工藝的
重要組成部分，隨著貼片速度和精度要求的提高，近幾年來供料器的設(shè)計與安裝，愈來愈受到
人們的重視。根據(jù)SMC/SMD 包裝的不同，供料器通常有帶狀（tape）、管狀（stick）、盤狀
（waffle）和散料等幾種。
1.帶狀供料器
（1）帶狀包裝
帶狀包裝在生產(chǎn)中占有教大比例。常見的有電阻、各種電容以及各種SOIC。帶狀包裝由帶
盤與編帶組成，類似電影拷貝。
根據(jù)材質(zhì)不同，有紙編帶，塑料編帶及黏結(jié)式編帶，其中紙編帶包裝與塑料編帶的器件，
可用同一種帶狀供料器，而黏結(jié)式塑料編帶所使用的帶狀供料器的形式有所不同，但不管那種
材料的包裝帶，均有相同的結(jié)構(gòu)。
紙編帶由基帶、底帶和帶蓋組成，其中基帶是紙，而底帶和蓋帶則是塑料薄膜。基帶上布有
小圓孔，又稱同步孔，是供帶狀送料器上棘輪傳動時的定位孔，兩孔之間的距離稱為步距。矩
形孔是裝載元器件的料腔，用來裝載不同尺寸的元件。W 指帶寬，帶寬已有標準化尺寸，有
8mm,12mm,16mm,24mm 和32mm.用來裝載0603以上尺寸元件的同步孔距均為4mm,而小于
0603尺寸的包裝帶上的同步孔距則為2mm,故定購供料器時應(yīng)加以區(qū)別。
塑料編帶由基帶、蓋帶和底帶組成，均為塑料，同步孔及帶寬與紙帶類似。
黏結(jié)式編帶常用于包裝尺寸大一些的器件，如SOIC 等，包裝的元器件依靠不干膠粘合在編
帶上,但編帶上有一個長槽,供料器上的專用針形銷將元件頂出,以便使元器件在與黏結(jié)帶脫離時
被貼片機的真空吸住,黏結(jié)式編帶的外形如圖.
(2).供料器的運行原理
編帶安裝在供料器上的外觀如圖（例為JUKI），編帶輪固定在供料器的軸上，編帶通過壓帶裝
置進入供料槽內(nèi)。上帶與編帶基體通過分離板分離，固定到收帶輪上，編帶基體上的同步孔裝
入同步棘輪齒上，編帶頭直至供料器的外端。供料器裝入供料站后，貼片頭按程序吸取元件并
通過“進給滾輪”給手柄一個機械信號，使同步輪轉(zhuǎn)一個角度，使下一個元件送到供料位置上。
更先進的供料器具有“清潔”功能，在帶倉打開時，還能瞬時實現(xiàn)對元件的“清潔”，去除元件上
的“污染物”，供料器增加元件的可焊性。上層帶通過皮帶輪機構(gòu)將上層帶收回卷緊，廢基帶通
過廢帶通道排除到外面，并定時處理。
（3）供料器的種類
根據(jù)驅(qū)動同步棘輪的動力來源，帶狀供料器可分為機械式、電動式和氣動式。機械式就是棘輪
傳動結(jié)構(gòu)，它是通過向進給手柄打壓驅(qū)動同步棘輪前進的，所以稱為機械式，而電動式的同步
棘輪的運行則是依靠低速直流伺服電機驅(qū)動的。此外還有氣動式供料器，其同步棘輪的運行依
靠微型電磁閥轉(zhuǎn)換來控制。目前供料器以機械式和電動式為多見。
2．管狀供料器
(1)管狀包裝
許多SMD 采用管狀包裝，它具有輕便、價廉的特點，通常分為兩大類：PLCC、SOJ 為“丁形
腳”，采用的為一種；SOP 為“鷗翼腳”則采用另一種。
（2）Stick 供料器
管狀供料器的功能是反管子內(nèi)的器件按順序送到吸片位置供貼片頭吸取。管狀供料器的結(jié)構(gòu)形
式多種多樣，它由電動振動臺、定位板等組成。早期僅安裝一根管，現(xiàn)在則可以將相同的幾個
管疊加在一起，以減少換料的時間，也可以將幾種不同的Stick 并列在一道，實現(xiàn)同時供料，
使用時只要調(diào)節(jié)料架振幅即可以方便地工作。
3．盤裝供料器
盤裝又稱華夫盤包裝，它主要用于QFP 器件。通常這類器件引腳精細，極易碰傷，故采用上
下托盤將器件的本體夾緊，并保證左右不能移動，便于運輸和貼裝。
盤狀供料器的結(jié)構(gòu)形式有單盤式和多盤式。單盤式供料器僅是一個矩形不銹鋼盤，只要把它放
在料位上，用磁條就可以方便地定位。
對于多種QFP 器件的供料，則可以通過多盤專用的供料器，它又稱為tray feeder，現(xiàn)已廣泛
采用，通常安裝在貼片機的后料位上，約占20個8mm 料位，但它卻可以為40種不同的QFP 同
時供料。
較先進的多盤供料器可將托盤分為上下兩部分，各容20盤，并能分別控制，更換元器件時，可
實現(xiàn)不停機換料。
4．散裝倉儲式供料器
散裝倉儲式供料器是近幾年出現(xiàn)的新型供料器。SMC 放在專用塑料盒里，每盒裝有一萬只元
件，不僅可以減少停機時間，而且節(jié)約了大量的編帶紙。這也意味著節(jié)約木柴，故具有“環(huán)保
概念”。散裝供料器的原理是由于它帶有一套線性振動軌道，隨著軌道的振動，元器件在軌道
上排隊向前。這種供料器適合矩形和圓形片式元件，但不適用于極性元件。目前最小元件尺寸
已做到1.0mm*0.5mm[0402],散裝倉儲式供料器所占料位與8mm 帶狀包裝供料器相同。
目前已開發(fā)出帶雙倉、雙道軌的散裝倉儲式供料器，即一只供料器相當于兩只供料器的功能，
這意味著在不增加空間的情況下，裝料能力提高了一倍。
5.供料器的安裝系統(tǒng)
由于SMT 組裝的產(chǎn)品愈來愈復(fù)雜，每種電子產(chǎn)品需裝貼的元件也愈來愈多，因此要求貼片機
能裝載更多的供料器，通常以能裝載8mm 送料器的數(shù)量作為貼片機供料器的裝載數(shù)。大
部分貼片機是將供料器直接安裝在機架上，為了能提高貼片能力，減少換料時間，特別是產(chǎn)品
更新時往往需要重新組織供料器，因此大型高速的貼片機采用雙組合送料架，真正做到不停機
換料，最多可以放置120*2個供料器。
在一些中速機中，則采用推車一體式料架，換料時可以方便地將整個供料器與主機脫離，實現(xiàn)
供料器整體更換，大大縮短了裝卸料的時間。
9.1.7傳感器
貼片機中裝有多種傳感器，如壓力傳感器、負壓傳感器和位置傳感器，隨著貼片機智能化程度
的提高，可進行元件電器性能檢查，它們象貼片機的眼睛一樣，時刻監(jiān)視機器的正常運轉(zhuǎn)。傳
感器運用越多，表示貼片機的智能化水平越高，現(xiàn)將各種傳感器的功能簡介如下。
（1）壓力傳感器
貼片機中，包括各種氣缸和真空發(fā)生器，均對空氣壓力有一定的要求，低于設(shè)備要求的壓力時，
機器就不能正常運轉(zhuǎn)，壓力傳感器始終監(jiān)視著壓力變化，一旦異常，即及時報警，提醒操作者
及時處理。
（2）負壓傳感器
貼片機的吸嘴靠負壓吸取元器件，它由負壓發(fā)生器（射流真空發(fā)生器）和真空傳感器組成。負
壓不夠，將吸不住元器件，供料器沒有元器件或元件卡在料包中不能被吸起時，吸嘴將吸不到
元器件，這些情況出現(xiàn)會影響機器正常工作。而負壓傳感器始終監(jiān)視負壓變化，出現(xiàn)吸不到或
吸不住元器件的情況時，它能及時報警，提醒操作者更換供料器或檢查吸嘴負壓系統(tǒng)是否堵塞。
（3）位置傳感器
印制板的傳輸定位，包括PCB 的計數(shù)，貼片頭和工作臺運動的實時檢測，輔助機構(gòu)的運動等，
都對位置有嚴格要求，這些位置需要通過各種形式的位置傳感器來實現(xiàn)。
（4）圖象傳感器
貼片機工作狀態(tài)的實時顯示，主要采用CCD 圖象傳感器，它能采集各種所需的圖象信號，包
括PCB 位置、器件尺寸、并經(jīng)計算機分析處理，使貼片頭完成調(diào)整與貼片工作。
（5）激光傳感器
激光已廣泛地應(yīng)用在貼片機中，它能幫助判斷器件引腳的共面性。當被測器件運行到激光傳感
器的監(jiān)測位置時，激光發(fā)出的光束照射到IC 引腳并反射到激光讀取器上，若反射回來的光束
長度同發(fā)射光束相同，則器件共面性合格，當不相同時，則由于引腳上翹，使反射光光束變長，
激光傳感器從而識別出該器件引腳有缺陷。
同樣，激光傳感器還能識別器件的高度，這樣能縮短生產(chǎn)預(yù)備時間。
（6）區(qū)域傳感器
貼片機在工作時，為了貼片頭安全運行，通常在貼片頭的運動區(qū)域內(nèi)設(shè)有傳感器，運用光電原
理監(jiān)控運行空間，以防外來物體帶來傷害。
（7）元器件檢查
元件的檢查，包括供料器供料以及元件的型號與精度檢查。過去只運用與高檔貼片機中，現(xiàn)在
在通用型貼片機中也普遍采用。它可以有效地預(yù)防元件誤貼、錯貼或工作不正常。
（8）貼片頭壓力傳感器
隨著貼片速度及精度的提高，對貼片頭將元件貼放在PCB 上的“吸放力”的要求越來越高，這
就是通常所說的“Z 軸軟著陸功能”。它是通過霍爾壓力傳感器及伺服電機的負載特性來實現(xiàn)的。
當元件放置到PCB 上的瞬間會受到震動，其震動力能及時傳送到控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)的
調(diào)控再反饋到貼片頭，從而實現(xiàn)Z 軸軟著陸功能。有該功能的貼片頭在工作時，給人的感覺是
平穩(wěn)輕巧，若進一步觀察，則元件兩端浸在焊膏中的深度大體相同，這對防止出現(xiàn)“立碑”等焊
接缺陷也是非常有利的。不帶壓力傳感器的貼片頭，則會出現(xiàn)錯位以致飛片現(xiàn)象。