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贴片机抛料原因分析及处理
李西章 任博成
（北京装联电子工程有限公司）
摘要：SMT生产线要达到最大的产量、良好的质量，SMT生产线设备必须得到良好的维护和维修。贴片机是SMT生产线中的关键设备，抛料又是贴片机常见的故障现象，处理好贴片机抛料问题，即提高了贴片机贴装率、降低了贴片机的抛料率，且对较低生产成本、提高产品质量具有十分重要的作用。本文以西门子贴片机（机器型号：HS50、80S20、80F4）为例，介绍了贴片机抛料的成因和解决的办法，希望对广大设备工程师、工艺工程师在解决此类问题时有所帮助。
关键词：贴片机；贴装率；抛料率
Cause、analyze and solution of reject chips for Chip Placement
Li xizhang Ren bocheng
(Beijing Assemble Electonic Co.Ltd Beijing 100041)
Abstract：In order to achieve maximum output and better quility from SMT line. It must be maintenance well. Chip Placement is a key equipment in SMT line, Reject chip often appear question to chip placement. So it is important to increase pickup rate and decrease reject rate that we solve question of reject chip. Take SIEMENS Chip Placement(equipment mode:HS50、80S20 、80F4) for example introduce cause of reject chips and solution method. It is expected that there will be some reference value to the equipment engineers and technology engineers.
Key words：Chip Placement; Pickup rate; Reject rate.
随着我国加工地位的确立，越来越多的电路板贴装生产线（即SMT生产线）在我国投产使用，在SMT生产中如何降低生产成本，提高生产效率，是企业管理者和工程师所关心的事情，这与贴片机的抛料率有直接关系。所谓抛料是指贴片机从喂料器（即：Feeder）上吸起料而没有贴到板子指定位置上，也包括不能从喂料器上准确吸取元件。现在的贴片机新机器抛料率是千分之几到万分之几，抛料率极低。但设备用过几年之后，随着设备部分结构磨损、气路油污或堵塞等，造成抛料率急剧升高。抛料率升高造成企业生产效率降低、生产成本增加，重要的是影响产品质量。尤其像0402、0201等微型元器件抛在电路板BGA和QFN等器件的焊盘区域，后果将非常严重。对我公司主要是从事小批量、多品种的加工企业来说，控制抛料尤其重要，因为客户提供的元器件余料本身就不太多，有的甚止是一对一的来料，所以对抛料成因进行分析和处理是非常有必要的。下面主要就我公司西门子贴片机的抛料进行分析。我公司贴片机型号为：HS50、80S20及80F4。
1 抛料的现象和成因
贴片机抛料原因分析和处理一般按照先易后难的原则去处理。抛料原因的分析还要现场工程师仔细观察和分析，观察抛料位置及抛料种类，是同一种料抛料还是一个供料区都抛料。我认为一般按照抛料位置来找原因是一个比较好的办法。抛料一般抛在以下三个位置：喂料器旁边、抛料盒里、电路板上或机器里。下面就这三种情况进行逐一进行分析。
2 喂料器旁边抛料。
主要原因是：吸嘴问题、喂料器问题、真空问题、来料问题、贴片头问题等，还有可能是位置问题。首先看吸嘴和喂料器。看吸嘴是否安装好、是否磨损或堵塞、是否有裂纹漏气、是否按要求安装等等；看喂料器是否放稳、步进调整是否准确、喂料器工作是否正常等等。其次看真空回路和来料，看真空值是否满足要求、真空发生器工作是否正常、真空传感器检测是否正常；看来料主要看元件是否粘在料带里吸不起来、料带是否太重造成送料不畅等。最后看贴片头是否有问题，主要看贴片头Z轴控制高度装置是否出问题，检测不到器件是否已被吸取。位置问题主要是吸取高度不对或吸取不在中心位置。
3 抛料抛在抛料盒里。
主要原因是：识别问题、编程问题、贴片头问题、来料问题，还有可能是真空问题或吸嘴问题。主要检查来料外观尺寸一致性和表面平整性如何，编程时输入元器件尺寸与来料是否相符，外观尺寸公差是否合适，外界强光是否对器件相机有影响。贴片头问题主要是器件旋转部分有问题，如旋转角度到不了指定位置、角度测量错误。检查时可看相应机构是否磨损油污，角度测量装置表面是否清洁等。真空和吸嘴问题主要是吸到元件后设备认为没吸到，致使贴片头到弃料位置将料抛到抛料盒中。
4 料抛在电路板上或机器内。
主要原因是：真空回路问题、吸嘴问题、PCB Fiducial问题，还有可能是贴片头问题和伺服控制系统问题。真空值不足或真空回路堵塞、吸嘴磨损、破裂、堵塞等均造成真空值不足，当贴片头快速运动时致使元器件从吸嘴上脱落，造成抛料。电路板上MARK点尺寸输入不正确或MARK点坐标输入错误，造成器件贴不到指定位置，从而误认为“抛料”。当然，这种“抛料”现象很有规律，元器件偏离坐标方向和偏离值一样，人们容易判断。贴片头上检测Z轴高度的传感器主要功能，一是：检测吸嘴接触到元器件时，电磁阀产生真空使吸嘴吸起料；二是在贴片位置时检测Z轴到位时，驱动电磁阀使吸嘴吹气而使元件贴到电路板上。传感器坏或连接导线折断，传感器没测到到位信号，不能正确产生真空或吹气，容易造成抛料现象，料有时抛在喂料器旁边或抛料盒内，有时抛在电路板上和机器内。
抛料问题的解决有时比较容易，如吸嘴更换、气管磨损或漏气；器件外观尺寸修改和MARK点尺寸和坐标参数的修正；喂料器不良更换等。但有时抛料问题的解决比较繁琐，解决时间比较长，特别是真空回路问题、贴片头问题和控制系统问题。一次，我公司一台西门子80S20贴片机料台3区抛料严重，喂料器旁边、机器内、抛料盒里均有，特别是电路板上有飞件现象，大芯片下面有时藏有飞件，严重影响生产效率和产品质量。解决这个问题花费我将近3天的时间在现场观察处理。首先检查吸嘴并更换没效果；检查喂料器，喂料器没问题（因将该种料放到料台一区或其它机器上没问题）；校准贴片头STAR轴零点、校准机器零点、校准料台位置和更换真空发生器，抛料现象依旧；后来更换贴装头，发现抛料现象跟贴装头而转移，怀疑贴装头真空回路有问题。拆卸贴装头、八爪鱼，彻底清理真空回路、保养维护贴片头，安装、校准设备，试贴片时仍抛料严重。最后发现贴片头Z轴传感器连接导线折断，以前人工检查时，动作慢没测试出来，在贴片时速度快，有时传感器正常，有时不正常，造成抛料。所以解决抛料问题要仔细观察抛料位置和现象，最终都能解决。
4.1抛料的主要原因及对策：
机器抛料主要有三个方面的原因。一是来料有问题如：来料外观尺寸、颜色一致性太差，表面平整度不好等。二是操作人员或编程人员造成。如：器件或标识点（MARK点和INK点）尺寸参数编辑错误；上料没检查喂料器是否有问题或更换吸嘴时没仔细检查吸嘴是否完好等。三是机器控制部分、位置感应器、测量装置和真空回路有问题等。下面就是我们自己总结的十条原因和对策，供参考。
原因1：吸嘴问题。
吸嘴安装不正确；吸嘴磨损变形、开裂、锡膏或其它异物堵塞，造成吸料不正、吸不起料或吸起料后抛到抛料盒中或机器上。
对策：
重新安装吸嘴；更换或清洁吸嘴。
原因2：喂料器问题。
喂料器步进设置不对、喂料器位置变形、喂料器进料机构不良（齿轮内卡元件；齿轮磨损、损坏；上料不对；元件盖片不好；电气不良等）造成料取不到或取料不良而抛料。
对策：
喂料器重新设置、上料；清理喂料器平台；校准或更换喂料器。
原因3：相机识别问题。
相机表面不清洁、有杂物干扰；相机控制板及相连排线有问题；外界强光照射镜头；元件外观参数设置不正确；取件位置设置不对等。
对策：
清理相机镜头表面；更换损坏的控制板及排线；避免外界光源对器件成像的影响；重新测量元件尺寸；修改取料位置偏置值。
原因4：真空回路有问题。
外部供气气压不足；真空管路不通畅、有异物或过多油污阻塞；气管磨损、泄露；真空发生器有问题等。
对策：
调整气压使气压达到设备规定要求；检查、清理真空气路是否堵塞并清理真空回路；更换磨损的气管或损坏的真空发生器（检查真空传感器或控制板，也有可能坏）。
原因5：PCB Fiducial辨识问题。
MARK点尺寸不对；MARK点坐标不正确；MARK点辨识时因光照折射程度不一致而误判。
对策：
重新测量MARK点尺寸；修改MARK点坐标；调整MARK点受光辨识程度。
原因6：程序问题。
所编程序中元器件参数设置不对，与来料实物尺寸等不符，造成识别通不过而丢弃。
对策：
修改元器件参数，设定元件最佳参数。
原因7：来料问题。
来料外观一致性太差；元器件沾在料带上，造成器件吸不起来；元器件表面平整性不好；器件引脚氧化等。
对策：
加强来料检验；振动盘料，使元器件与料带脱离。
原因8：位置问题。
供料台偏差；吸料不再中心位置；吸料高度不对。
对策：
校准料台；修改吸料位置和高度。
原因9：贴片头问题。
贴片头STAR轴零点不对；元器件角度旋转机构转不到位；旋转角度错误；Z轴底部感应开关坏或不良。
对策：
正确校准头部STAR轴零点；维修或更换器件角度旋转机构；清洁器件旋转角度检测测量装置（光栅尺及镭射头等）；维修或更换Z轴底部感应开关。
原因10：伺服控制系统问题。
伺服卡与相匹配的驱动电机动态特性变差，导致贴片头不能准确、平稳、快速到达指定位置，在目标位置附近产生振动，造成弃料。
对策：
调整伺服卡与电机的动态特性或更换老化的伺服卡或驱动电机。
4.2 抛料处理流程：
以上介绍了抛料的成因、分析和处理，为了使问题处理简单、明了，特画出抛料处理流程图以供参考。如图一。
5 结论： 对抛料现象的分析和处理，尽管是在西门子贴片机的基础上总结出来的，但对于大多数贴片机来说基本都能适用。无论是西门子、FUJI、雅马哈、三星、环球、松下等贴片机，其结构和控制愈来愈趋同：拱架式结构，平动式或旋转式贴片头。驱动多为直线电机或交流伺服电机，位移和角度测量和控制多采用光栅全闭环控制等。所以说熟悉一种贴片机问题的分析和处理，很快也可对其它型号贴片机问题进行分析和处理。
参考文献：
[1] 张文典.使用表面组装技术[M].北京：电子工业出版社，2008.
[2] 宣大荣.表面组装技术（SMT）工程师使用手册[M].北京：机械工业出版社，2007.
[3]王天曦,王豫明.贴片工艺与设备[M].北京：电子工业出版社，2008。
作者简介：李西章(1968-)，硕士，设备工程师, 毕业于洛阳工学院电气自动化专业，主要从事电子组装设备的维护、管理、维修工作。
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