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貼片機的光學對中係統
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的(稱為“機械對中”)。當貼片頭吸取元件後,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台[規正爪]進行對中, 這種對中方法由於是依靠機械動作,因此速度受到限製,同時元件也容易受到損壞,目前這種對中方式已不在使用,取而代之的是光學對中。
1.光學定位係統原理
貼片頭吸取元件後,CCD攝象機對元器件成像,並轉化成數字圖象信號,經計算機分析出元器件的幾何尺寸和幾何中心,並與控製程序中的數據進行比較,計算出吸嘴中心與元器件中心在△X,△Y和△θ的誤差,並及時反饋至控製係統進行修正,保證元器件引腳與PCB焊盤重合。
2.光學係統的組成
光學係統由光源、CCD、顯示器以及數模轉換與圖象處理係統組成,即CCD在給定的視野範圍內將實物圖象的光強度分布轉換成模擬信號,模擬電信號在通過 A/D轉換器轉換為數字量,經圖象係統處理後 再轉換為模擬圖象,最後由顯示器反應出來。
3.CCD的分辨率
光學係統采用兩種分辨率--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於人眼的處理能力。
空間分辨率是指CCD分辨精度的能力,通常用像元素來表示,即規定覆蓋原始圖象的柵網的大小,柵網越細,網點和像元素越高,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。
例如鬆下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,故難以把它們區別開來,改進後的照明係統,當LCD點亮時,僅使BGA元件的焊球發出反光,從而能夠識別球柵的排列,增加可信度。
5.光學係統的作用
貼片機中的光學係統,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上所設定的定位標誌識別,實現對PCB位置的確認。所以通常在設計PCB時應設計定位標誌。CCD對定位標誌確認後,通過BUS反饋給計算機,計算出貼片原點位置誤差(△X、△Y),同時反饋給運動控製係統,以實現PCB的識別過程。
在對PCB位置確認後,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)元件引腳的共麵性和形變。
在SMD迅速發展的情況下,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確認還不夠,因此在PCB設計時還增加了小範圍幾何位置確認,即在要貼裝的細間距QFP位置上再增加元器件圖象識別標誌,確保細間距器件貼裝準確無誤。

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