在 SMT 贴片加工过程中,元件偏移可能由多种因素引起:
一、贴片机相关因素
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贴片机精度问题
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机械精度不足:贴片机的机械结构包括传动部件(如丝杆、导轨等)、电机以及吸嘴的运动机构等。如果这些部件的加工精度不够或者在长时间使用后出现磨损,就会导致吸嘴在吸取和放置元件时的位置精度下降。例如,丝杆的螺距误差会使吸嘴在 X、Y 轴方向的移动出现偏差,从而造成元件偏移。
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视觉系统误差:贴片机的视觉系统用于识别元件的位置和形状,以及 PCB 上的焊盘位置。如果视觉系统的摄像头分辨率不够、光学镜头有畸变或者图像识别算法不准确,就会导致对元件和焊盘位置的判断错误。例如,摄像头的像素较低,无法清晰地分辨元件引脚和焊盘的边缘,就可能使元件贴装位置出现偏差。
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校准不准确:贴片机需要定期进行校准,以确保其各个轴的运动精度和视觉系统的准确性。如果校准过程不规范或者校准参数设置错误,例如在进行吸嘴中心位置校准时出现偏差,那么在贴装元件时就会产生偏移。
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贴片机运行稳定性因素
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吸嘴问题:吸嘴是贴片机吸取和放置元件的关键部件。如果吸嘴的内径与元件不匹配,例如吸嘴内径过大,在吸取元件时无法牢固地吸附,导致元件在移动过程中发生偏移;或者吸嘴表面有污垢、磨损等情况,也会影响吸附的稳定性。此外,吸嘴在频繁的吸取和放置操作后,可能会出现堵塞或变形,这同样会引起元件偏移。
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真空系统故障:贴片机的真空系统用于提供吸嘴吸附元件所需的吸力。如果真空系统的压力不足、管路漏气或者真空泵出现故障,吸嘴在吸取元件时就不能提供足够的吸附力,元件容易在移动过程中掉落或偏移。例如,真空管路的接口处密封不良,会导致真空度下降,影响吸嘴的吸附效果。
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运动速度和加速度设置不当:贴片机在吸取元件、移动到贴装位置以及放置元件的过程中,运动速度和加速度的设置会影响元件的稳定性。如果速度过快或加速度过大,元件可能会因为惯性而在吸嘴上发生位移。特别是对于质量较小的元件,这种影响更为明显。
二、元件相关因素
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元件尺寸和形状公差
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尺寸公差不符合标准:元件的实际尺寸与标称尺寸之间存在一定的公差范围。如果元件的尺寸公差超出了设计允许的范围,例如贴片电阻的长度或宽度比标准尺寸大或小,在贴片机识别和贴装时就会出现位置偏差。因为贴片机是按照标准的元件尺寸和间距进行编程和定位的,非标准尺寸的元件会导致贴装位置不准确。
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形状不规则:有些元件可能由于制造工艺等原因,形状不是理想的规则形状。例如,一些异形元件(如特殊封装的芯片或定制的无源元件)的引脚分布不均匀或者外形不对称,在贴片机进行视觉识别和定位时会产生困难,从而容易出现贴装偏移。
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元件质量问题
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引脚变形:元件引脚在生产、运输或存储过程中可能会发生变形。例如,引脚受到挤压或碰撞后弯曲,在贴片机吸取元件并放置到焊盘上时,变形的引脚无法与焊盘正确对准,导致元件偏移。
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可焊性涂层不均匀:元件引脚表面通常会有一层可焊性涂层,以保证良好的焊接效果。如果涂层不均匀,会影响引脚与焊盘之间的附着力和摩擦力。在贴片机放置元件后,元件可能会因为这种不均匀的力而发生偏移。
三、PCB 相关因素
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PCB 定位精度问题
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定位方式不完善:PCB 在贴片机工作台上的定位方式主要有机械定位(如使用定位销)和光学定位(如识别 PCB 上的基准点)。如果定位销的尺寸精度不够、与 PCB 定位孔的配合不紧密,或者基准点的设计不合理(如尺寸过小、清晰度不够等),就会导致 PCB 在贴片机上的定位不准确。这种情况下,即使贴片机的贴装精度很高,由于 PCB 本身的位置偏差,也会使元件贴装出现偏移。
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PCB 变形:PCB 在制造过程中可能会因为各种原因(如热应力、机械应力等)而产生变形。在贴片机工作台上,变形的 PCB 无法与工作台平面完全贴合,使得元件在贴装时的高度不一致。而且,变形的 PCB 会导致焊盘位置发生偏移,进而影响元件的贴装精度。例如,在多层 PCB 中,如果内层线路的布局不均匀,可能会在加工过程中产生翘曲变形。
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焊盘设计和质量因素
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焊盘尺寸和间距设计不合理:如果焊盘的尺寸与元件引脚尺寸不匹配,例如焊盘过大或过小,会影响元件在焊盘上的定位。焊盘间距设计不当也会导致问题,比如间距过小,元件在贴装过程中容易受到相邻焊盘的干扰,从而发生偏移。
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焊盘表面质量差:焊盘表面的平整度、清洁度和可焊性等因素对元件贴装精度有重要影响。如果焊盘表面不平整,有凸起或凹陷,元件放置在上面时就不能保证水平,容易出现偏移。而且,焊盘表面如果有油污、氧化层等污染物,会降低元件与焊盘之间的摩擦力,使得元件在贴装后容易移动。
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