貼片機結構

貼片技術與貼片機
SMT 生產中的貼片技術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上述動作，至今尚
有少數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）發展到高速（0.08
秒/片）和高精度（光學對中，貼片精度+-60um/4δ）。高精度全自動貼片機是由計算機、光學、
精密機械、滾珠絲桿、直線導軌、線性馬達、諧波驅動器以及真空系統和各種傳感器構成的機
電一體化的高科技裝備。從某種意義上來說，貼片機技術已經成為SMT 的支柱和深入發展的
重要標志，貼片機是整個SMT 生產中最關鍵、最復雜的設備，也是人們初次建立SMT 生產
線時最難選擇的設備。
本章將著重討論貼片機的主要結構，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。
9.1 貼片機的結構與特性
目前，世界上生產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，它的總體結構均有類似之處。
貼片機的結構可分為:機架，PCB 傳送機構及支撐臺X，Y 與Z/θ伺服，定位系統，光學識別
系統，貼片頭，供料器，傳感器和計算機操作軟件�，F將上述各種結構的特征及原理簡介如下。
9.1.1 機架
機架是機器的基礎，所有的傳動、定位、傳送機構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，工作時穩固。高檔機多采用此類結構。
2. 鋼板燒焊式
這類機架由各種規格的鋼板等燒焊而成,再經時效處理以減少應力變形.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.
機器采用那種結構的機架,取決于機器的整體設計和承重.通常機器在運行過程中應平穩,輕
松,無震動感(用金屬幣立于機器上不會出現翻倒),從某種意義上來講機架起著關鍵作用.
9.1.2 傳送機構與支撐臺
傳送機構的作用是將需要貼片的PCB 送到預定位置,貼片完成后再將SMA 送至下道工序。
傳送機構是安放在軌道上的超薄型皮帶傳送系統。通常皮帶安置在軌道邊緣，皮帶分為A，B，
C 三段，并在B 區傳送部位設有PCB 夾緊機構，在A，C 區裝有紅外傳感器，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 的數量。
傳送機構根據貼片機的類型又分為兩種。
（1）整體式導軌
在這種方式貼片機中，PCB 的進入、貼片、送出始終在導軌上，當PCB 送到導軌上并前進
到B 區時，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 區上的壓緊機構將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 區后，可根據PCB
結構需要在臺板上安裝適當數量的支撐桿，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 事先沒有預留工藝孔，則可以采用光學辨認系統確認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共同完成PCB 的定位。
通常光學定位的精度高于機械定位，但定位時間較長。
（2）活動式導
在另一類高速貼片機中，B 區導軌相對于A、C 區是固定不變的，A、C 區導軌卻可以上下
升降，當PCB 由印刷機送到導軌A 區時，A 區導軌處于高位并與印刷機相接，當PCB 運行到
B 區時，A 區導軌下沉到與B 區導軌同一水平面，PCB 由A 區移到B 區，并由B 區夾緊定位，
當PCB 貼片完成后送到C 區導軌，C 區導軌由低位（與B 區同水平）上移到與下道工序的設
備軌道同一水平，并將PCB 由C 區送到下道工序。然而在最新的松下MSR 型貼片機中，其A，C
區導軌為固定導軌，B 區導軌則設計成可做X-Y 移動的PCB 承載臺，并可做上下升降運動。
由此可見，不同機型的導軌有不同結構，其做法主要取決于貼片機的整體結構。
9.1.3 X，Y 與Z/θ伺服，定位系統
1.功能
X，Y 定位系統是貼片機的關鍵機構，也是評估貼片機精度的主要指標，它包括X，Y 傳動
結構和X，Y 伺服系統。它的功能有兩種，一種是支撐貼片頭，即貼片頭安裝在X 導軌上，X
導軌沿Y 方向運動從而實現在X-Y 方向貼片的全過程，這類結構在通用型貼片機[泛用機]中多
見，另一種功能是支撐PCB 承載平臺并實現PCB 在X-Y 方向移動，這類結構常見于塔式旋轉
頭類的貼片機[轉塔式]中。這類高速機中，其貼片頭僅做旋轉運動，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 定位系統中，X 導軌沿Y 方向運動，
從運動的形式來看，屬于連動式結構，其特點是X 導軌受Y 導軌支撐，并沿Y 軸運動，它屬
于動式導軌（Moving Rail）結構。
還有一類貼片機，貼片機的機頭安裝在X 導軌上，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 導軌均與機座固定，它屬于靜式
導軌（Statil Rail）結構。
從理論上講，分離式結構的導軌在運動中的變形量要小于連動式，但在分離式的結構中，
PCB 處于運動狀態，對貼裝后的元器件是否產生位移，則應考慮。
2.結構
X，Y 傳動機構主要有兩大類，一類是滾珠絲杠--直線導軌，另一類是同步齒行帶---直線導軌。
（1）滾珠絲杠--直線導軌
典型的滾珠絲杠---直線導軌的結構，貼片頭固定在滾珠螺母基座和對應的直線導軌上方的基
座上，馬達工作時，帶動螺母做X 方向往復運動，有導向的直線導軌支承，保證運動方向平行，
X 軸在兩平行滾珠絲杠--直線導軌上做Y 方向移動，從而實現了貼片頭在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 傳動結構速度的提高，這將會導致X-Y 傳動結構因運動過快而
發熱，通常鋼材的線膨脹系數為0.000015，鋁的線膨脹系數為鋼的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，在導軌內
部設有[氮冷]冷卻系統，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，和空氣軸承導軌傳動，運行速度能做的更快。
（2）同步帶--直線軸承驅動
典型的同步齒行帶--直線導軌結構，同步齒行帶由傳動馬達驅動小齒輪，使同步帶在一定范
圍內作直線往復運動。這樣帶動軸基座在直線軸承往復運動，兩個方向傳動部件組合在一起組
成X-Y 傳動系統。
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，典型產品是德國西門子貼片
機，如HS-50型貼片機，該系統運行噪聲低，工作環境好。
3.X-Y 伺服系統（定位控制系統）
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 定位系統的要求越來越高。而X-Y 定位系統是由X-Y 伺服系統來保證，即上述的滾珠
絲杠--直線導軌及齒行帶--直線導軌，是由交流伺服電機驅動，并在位移傳感器及控制系統指揮
下實現精確定位，因此位移傳感器的精度起著關鍵作用。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，現將它們的結構與原理介紹如下。
（1）圓光柵編碼器
通常圓光柵編碼器的轉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，整個圓周總柵節數為編碼
器的線脈沖數。鉻線數的多少，也表示其精度的高低，顯然，鉻線數越多，其精度越高。其中
一片光柵固定在轉動部位做指標光柵，另一片則隨轉動軸同步運動并用來記數，因此，指標光
柵與轉動光柵組成一對掃描系統，相當于記數傳感器。
編碼器在工作時，可以檢測出轉動件的位置、角度、及角加速度，它可以將這些物理量轉換
成電信號，傳輸給控制系統，控制系統就可以根據這些量來控制驅動裝置，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
錄絲桿的旋轉度數，并將信息反饋給比較器，直至符合被測線性位移量，這樣就將旋轉運動轉
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結構簡單，抗干擾性強，測量精度取決于編碼器中光柵盤
上的光柵數及滾珠絲杠導軌的精度。
（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
在非導磁性標尺基礎上采用化學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 導軌上。
磁柵尺的優點是制造簡單，安裝方便，穩定性高，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
該系統同磁柵尺系統類似，它也由光柵尺、光柵讀數頭與檢測電路組成。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，光柵尺是根據物理學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用，其定位精度比磁柵尺還要高1-2個數量級。
西門子貼片機最早采用光柵尺---AC 伺服電機系統。但裝有光柵尺的貼片機對環境要求比較
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誤差卻無能為力。有最新的貼片機在X、Y
導軌上安裝冷卻系統，可以有效的防止導軌的熱變形。
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生應力，導致震動并可能會影響貼片精度。目前設計的新型貼片機
X 軸運行采用完全同步控制回路的雙AC 伺服電機驅動系統，將內部震動降至最低，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 運動系統的速度控制
在高速機中，X-Y 運動系統的運行速度高達150mm/s，瞬時的啟動與停止都會產生震動和沖
擊。最新的X-Y 運動系統采用模糊控制技術，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
在通用型貼片機[泛用機]中，支撐貼片頭的基座固定在X 導軌上,基座本身不做“Z”方向的運
動。這里的Z 軸控制系統,特指貼片頭的吸嘴運動過程中的定位,其目的是適應不同厚度PCB 與
不同高度元器件的貼片需要。Z 軸控制系統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
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。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
裝在側位，通過齒輪轉換機構實現吸嘴在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
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計的圓筒凸輪曲線實
現吸嘴上下運動，貼片時在PCB 裝載臺的配合下（裝載可以自動調節高度），完成貼片程序。
7.Z 軸旋轉定位
早期貼片機的Z 軸/吸嘴的旋轉控制是采用氣缸和檔塊來實現的,現在的貼片機已直接將微
型脈沖馬達安裝在貼片頭內部，以實現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動器(減速比為30:1),直接驅動吸嘴裝置，由于諧
波驅動器具有輸入軸與輸出軸同心度高、間隙小、震動低等優點，故吸嘴的θ方向實際分辨率
高達0.024度/脈沖,確保了貼片精度的提高。
9.1.4光學對中系統
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，取而代之的是光學對中。
1.光學定位系統原理
貼片頭吸取元件后，CCD 攝象機對元器件成像，并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，并與控制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，并及時反饋至控制系統進行修正，保證元器件引腳與PCB 焊盤
重合。
2.光學系統的組成
光學系統由光源、CCD、顯示器以及數模轉換與圖象處理系統組成，即CCD 在給定的視野
范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,
經圖象系統處理后再轉換為模擬圖象,最后由顯示器反應出來。
3.CCD 的分辨率
光學系統采用兩種分辨率--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
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，改進后的照明系統，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.光學系統的作用
貼片機中的光學系統，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 上所設定的定位標志識別，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，以實現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。隨著細間距IC 大量
使用，花費在器件光學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
產品復雜程度的提高，細間距IC 的應用已越來越廣泛，目前先進的貼片機采用飛行對中技術，
實現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
約了器件的對中速度。飛行對中的技術有下列幾種形式：
（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
貼片頭是貼片機關鍵部件,它拾取元件后能在校正系統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
中發展到多頭光學對中，下列為貼片頭的種類形式：
單頭
貼片頭{ 固定式
多頭{ 水平旋轉式/轉塔式
旋轉式{
垂直旋轉/轉盤式
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角運動系統組成，并固定在X、Y 傳
動機構上。當吸嘴吸取一個元件后，通過機械對中機構實現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]采用的結構，它在原單頭的基礎上進行了改進，即由單頭增加到
了3～6個貼片頭。它們仍然固定在X，Y 軸上，但不在使用機械對中，而改為多種樣式的光學
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，并可組合聯用。
隨著貼片頭由機械式改為吸嘴式，其吸嘴的技術也相應提高。
（1）吸嘴的真空系統
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，當元件側立或因元件“卡
帶”未能被吸起時，貼片機將會發出報警信號。
（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，出現貼放過早或過遲現象，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，吸嘴會根據元件與PCB 接觸的瞬間產生的反作用
力，在壓力傳感器的作用下實現貼放的軟著陸，又稱為Z 軸的軟著陸，故貼片輕松，不易出現
移位與飛片缺陷。
（3）吸嘴的材料與結構
隨著元件的微型化，現已出現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，故吸嘴的材料與結構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。
吸嘴的結構也做了改進，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
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旋轉式多頭
高速貼片機多采用旋轉式多頭結構,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。
旋轉式多頭又分為水平旋轉式/轉塔式與垂直方向旋轉/轉盤式，現分別介紹如下。
（1）水平旋轉/轉塔式
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塔上，只做水平方向旋轉，習慣上人們稱為水平旋轉式或轉塔式。旋轉
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，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。這類貼片機的高速度取決于旋轉頭的高速運行，在貼片頭旋轉的過程中，送
料器以及PCB 也在同步運行。
（2）垂直旋轉/轉盤式貼片頭
這類貼片頭多見于西門子貼片機，旋轉頭上安裝有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計與安裝，愈來愈受到
人們的重視。根據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。
根據材質不同，有紙編帶，塑料編帶及黏結式編帶，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，均有相同的結構。
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�；鶐�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,故定購供料器時應加以區別。
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帶脫離時
被貼片機的真空吸住,黏結式編帶的外形如圖.
(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。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
根據驅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
傳動結構，它是通過向進給手柄打壓驅動同步棘輪前進的，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。管狀供料器的結構形
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，實現同時供料，
使用時只要調節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。
盤狀供料器的結構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，而且節約了大量的編帶紙。這也意味著節約木柴，故具有“環保
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
由于SMT 組裝的產品愈來愈復雜，每種電子產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 送料器的數量作為貼片機供料器的裝載數。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
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，時刻監視機器的正常運轉。傳
感器運用越多，表示貼片機的智能化水平越高，現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生器，均對空氣壓力有一定的要求，低于設備要求的壓力時，
機器就不能正常運轉，壓力傳感器始終監視著壓力變化，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，它由負壓發生器（射流真空發生器）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，這些情況出現會影響機器正常工作。而負壓傳感器始終監視負壓變化，出現吸不到或
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是否堵塞。
（3）位置傳感器
印制板的傳輸定位，包括PCB 的計數，貼片頭和工作臺運動的實時檢測，輔助機構的運動等，
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。
（4）圖象傳感器
貼片機工作狀態的實時顯示，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、并經計算機分析處理，使貼片頭完成調整與貼片工作。
（5）激光傳感器
激光已廣泛地應用在貼片機中，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
器的監測位置時，激光發出的光束照射到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，這樣能縮短生產預備時間。
（6）區域傳感器
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域內設有傳感器，運用光電原
理監控運行空間，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，現在
在通用型貼片機中也普遍采用。它可以有效地預防元件誤貼、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，通過控制系統的
調控再反饋到貼片頭，從而實現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“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，則會出現錯位以致飛片現象。