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贴片机贴装质量在线检测研究和贴片机选型关键

发布者：发布时间：2013/10/11 阅读：109423次

贴片机厂家随着表面组装技术SMT中所使用的印制电路板导体图形的细线化、SMT元器件微型化,以及SMT组件的高密度组装、快速组装发展趋势,采用目检或人工光学检测的形式检测SMT组装质量已不能适应。
为此,自动光学检测AOI技术作为SMT组装质量检测的主要技术手段,在SMT中应用越来越普遍。
本文在研究贴装数据库和视觉系统的基础上，提出了在贴片机上集成光学自动检测的思想，对其中出现的部分关键问题进行了阐述，进行了理论分析并提出了相应的解决方案，最后通过实验，对结论进行了论证。
由于引脚元件的特殊性，在图像获取时采用了以引脚元件为中心建立取图路径，使用相机的快速重置功能进行快速采样。
在图像处理时，主要针对离焦模糊推导了使用维纳滤波的点扩展函数，对图像进行还原。
实验表明，检查精度和速度都有所提高。
图像检查主要使用了模板匹配法，文中给出了模板匹配法的理论基础。
并使用Cognex公司提供的视觉库对一幅图像中的多个元件进行检查，大大提高了检查速度。
为进一步提高贴装质量，使用统计过程控制（SPC）技术对AOI数据进行处理，采用移动指数加权平均多元控制图和常规控制图相结合的手段，对检测数据进行全面监控，结合因果图和排列图，对异因加以排除。
最后通过对贴装位置偏移的统计，对贴片机机器参数进行校正，实验表明，该方法提高了过程能力指数，使贴装过程更加稳定。
贴片机厂家选型时应注意几个关键技术性问题
贴片机选型时应注意几个关键技术问题。随着表面贴装技术的迅速发展，贴片机在我国电子组装行业中的应用越来越广泛。面对型号众多的贴片机，如何选型仍是一个复杂而艰难的工作，对贴片机选型时应注意几个关键技术问题。
贴片机类型
目前贴片机大致可分为四种类型：动臂式、复合式、转盘式和大型平行系统。不同种类的贴片机各有优劣，通常取决于应用或工艺对系统的要求，在其速度和精度之间也存在一定的平衡。
动臂式机器具有较好的灵活性和精度，适用于大部分元件，高精度机器一般都是这种类型，但其速度无法与复合式、转盘式和大型平行系统相比。不过元件排列越来越集中在有源部件上，比如有引线的QFP和BGA阵列元件，安装精度对高产量有至关重要的作用。复合式、转盘式和大型平行系统一般不适用于这种类型的元件安装。动臂式机器分为单臂式和多臂式，单臂式是最早先发展起来的现在仍然使用的多功能贴片机。在单臂式基础上发展起来的多臂式贴片机可将工作效率成倍提高，如YAMAHA公司的YV112就含有两个带有12个吸嘴的动臂安装头，可同时对两块电路板进行安装。
复合式机器是从动臂式机器发展而来，它集合了转盘式和动臂式的特点，在动臂上安装有转盘，像Simens的Siplace80S系列贴片机，有两个带有12个吸嘴的转盘。由于复合式机器可通过增加动臂数量来提高速度，具有较大灵活性，因此它的发展前景被看好，如Simens最新推出的HS50机器就安装有4个这样的旋转头，贴装速度可达每小时5万片。
转盘式机器由于拾取元件和贴片动作同时进行，使得贴片速度大幅度提高，这种结构的高速贴片机在我国的应用最为普遍，不但速度较高，而且性能非常的稳定，如松下公司的MSH3机器贴装速度可达到0.075秒／片。但是这种机器由于机械结构所限，其贴装速度已达到一个极限值，不可能再大幅度提高。
大型平行系统由一系列的小型独立组装机组成。各自有丝杠定位系统机械手，机械手带有摄像机和安装头。各安装头都从几个带式送料器拾取元件，并能为多块电路板的多块分区进行安装，这些板通过机器定时转换角度对准位置。如PHILIPS公司的FCM机器有16个安装头，实现了0.0375秒／片的贴装速度，但就每个安装头而言，贴装速度在0.6秒／片左右，仍有大幅度提高的可能。
复合式、转盘式和大型平行系统属于高速安装系统，一般用于小型片状元件安装。转盘式机器也被称作"射片机"（Chip　shooter），因为它通常用于组装片式电阻电容。另外，此类机器具有高速"射出"的能力。因为无源元件，?quot;芯片"以及其他引线元件所需精度不高，射片机组装可实现较高的产能。高速机器由于结构较普通动臂式机器复杂许多，因而价格也高出许多，在选择设备时要考虑到这一点。
试验表明，动臂式机器的安装精度较好，安装速度为每小时5000-20000个元件（cph）。复合式和转盘式机器的组装速度较高，一般为每小时20000-50000个。大型平行系统的组装速度最快，可达每小时50000?100000个。
视觉系统
机器视觉系统是显著影响元件安装的第二个因素，机器需要知道电路板的准确位置并确定元件与板的相对位置才能保证自动组装的精度。
成像通过使用视像系统完成。视像系统一般分为俯视、仰视、头部或激光对齐，视位置或摄像机的类型而定。
（1）俯视摄像机在电路板上搜寻目标（称作基准），以便在组装前将电路板置于正确位置；
（2）仰视摄像机用于在固定位置检测元件，一般采用CCD技术，在安装之前，元件必须移过摄像机上方，以便做视像处理。粗看起来，好象有些耗时。但是，由于安装头必须移至送料器收集元件，如果摄像机安装在拾取位置（从送料处）和安装位置（板上）之间，视像的获取和处理便可在安装头移动的过程中同时进行，从而缩短贴装时间；
（3）头部摄像机直接安装在贴片头上，一般采用Line-senso r技术，在拾取元件移到指定位置的过程中完成对元件的检测，这种技术又称为"飞行对中技术"，它可以大幅度提高贴装效率；
（4）激光对齐是指从光源产生一适中的光束，照射在元件上，来测量元件投射的影响。这种方法可以测量元件的尺寸、形状以及吸嘴中心轴的偏差。但对于有引脚的元件，如：SOIC、QFP和BGA则需要第三维的摄像机进行检测。这样每个元件的对中又需要增加数秒的时间。很显然，这对整个贴片机系统的速度将产生很大影响。在三种元件对中方式（CCD、Line-sensor、激光）中，以CCD技术为最佳，目前的CCD硬件性能都具备相当的水平。在CCD硬件开发方面前些时候开发了"背光"（Back-Lighting）及"反射光"（Front-Lighting）技术，以及可编程的照明控制，以更好应付各种不同元件贴装需要。

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