熱點(diǎn)詳解：LED貼片機的6個(gè)關(guān)鍵技術(shù)及5個(gè)發(fā)展趨勢

目前，LED 照明產(chǎn)品的環(huán)保節能、高性?xún)r(jià)比特點(diǎn)已經(jīng)被市場(chǎng)接受，同時(shí)各國政府紛紛出臺相關(guān)政策，逐步淘汰白熾燈，促進(jìn)LED在室內照明中的應用，LED 光產(chǎn)業(yè)亦將成為了解決能源和環(huán)境問(wèn)題的代名詞，LED 照明市場(chǎng)快速發(fā)展。這樣的快速發(fā)展必然涉及到LED 貼片機、LED 生產(chǎn)設備領(lǐng)域的快速發(fā)展。

一、SMT與貼片機

表面貼裝技術(shù)( SMT) ，也可以稱(chēng)為表面組裝技術(shù)、表面貼片技術(shù)和貼片焊接技術(shù)等。它是一種將表面組裝元器件( SMD) 安裝到印刷電路板( PCB) 上的板級電子組裝技術(shù)。目前，先進(jìn)的電子產(chǎn)品，特別是在計算機及通信類(lèi)電子產(chǎn)品中，已經(jīng)普遍采用表面貼裝技術(shù)。圖1 為SMT 制造的印制板。

1.1 SMT 的優(yōu)點(diǎn)

SMT 是隨著(zhù)電子工業(yè)的發(fā)展而誕生的，隨著(zhù)電子技術(shù)、信息技術(shù)、計算機應用技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。SMT 的迅速普及得益于它具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1) 元器件組裝密度高，電子產(chǎn)品體積小、重量輕。

2) 易于實(shí)現自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率。

3) 高可靠性。自動(dòng)化的生產(chǎn)技術(shù)，保證了每個(gè)焊點(diǎn)的可靠連接，同時(shí)由于表面組裝元器件( SMD) 是無(wú)引線(xiàn)或者是短引線(xiàn)，又牢固地貼裝在PCB 表面上，因此其可靠性高、抗震能力強。

4) 高頻特性好。表面組裝元器件( SMD) 無(wú)引腳或段引腳，不僅降低了分布特性造成的影響，而且在PCB 表面上貼焊牢固，大大降低了寄生電容和引線(xiàn)間寄生電感，因此在很大程度上減少了電磁干擾和射頻干擾，改善了高頻特性。

5) 降低成本。SMT 使PCB 布線(xiàn)密度增加、鉆孔數目減少、面積變小、同功能的PCB 層數減少，這些都使PCB 的制造成本降低。無(wú)引線(xiàn)或短引線(xiàn)SMC /SMD 節省了引線(xiàn)材料，省略了剪線(xiàn)、打彎工序，減少了設備、人力費用。頻率特性的提高減少了射頻調試費用。電子產(chǎn)品體積縮小、重量減輕，降低了整機成本。焊接可靠性好，使得返修成本降低。

1.2 SMT 基本工藝流程

(1)SMT 是一個(gè)系統工程技術(shù)，圖2 為SMT 的基本工藝流程。

(2)一條典型的SMT 生產(chǎn)線(xiàn)如圖3 所示。

由圖2 和圖3 可以大概知道：

1) 要組成SMT的生產(chǎn)線(xiàn)必然要有3 種重要設備： 印刷機點(diǎn)膠機、貼片機、回流焊爐波峰焊機，其中波峰焊這種工藝，隨著(zhù)表面貼裝技術(shù)的發(fā)展，特別是底部引線(xiàn)集成電路封裝BGA QFN 的大量應用，其作用愈發(fā)顯得有些不足，所以目前主流的還是回流焊這種工藝。

2) 無(wú)論是對于大型機廠(chǎng)商還是中型機廠(chǎng)商，經(jīng)典的可以推薦SMT 生產(chǎn)線(xiàn)一般由2 臺貼片機組成，1臺高速貼片機( 片式元件貼片機) 1臺高精度貼片機( IC 元件貼片機) ，這樣各司其職，有利于整條SMT 生產(chǎn)線(xiàn)發(fā)揮出最高的生產(chǎn)效率。但是現在情況正在發(fā)生著(zhù)改變，很多貼片機生產(chǎn)商推出了多功能貼片機，使得SMT 生產(chǎn)線(xiàn)只由1 臺貼片機組成成為可能。1 臺多功能貼片機在保持較高貼片速度的情況下，可以完成所有元件的貼裝，減少了投資，受到中小企業(yè)、科學(xué)院的青睞。

1.3 最簡(jiǎn)單的貼片機模型

如圖4 所示，最基本的貼片機由機架、電路板夾持機構、供料器(沒(méi)有在圖中畫(huà)出) 、貼片頭、吸嘴以及X、Y、Z 軸組成，其中Z 軸除了可以Z 向運動(dòng)，還可以以θ方向轉動(dòng)( 以便調整元器件偏離焊盤(pán)的旋轉角度) 。

1.4 LED 貼片機

泛義上講LED 貼片機屬于表面貼裝技術(shù)( SMT) 貼片機中的一種，隨著(zhù)LED 技術(shù)的發(fā)展，傳統SMT 貼片機已不能滿(mǎn)足LED 行業(yè)生產(chǎn)需求，此時(shí)LED 貼片機便應運而生。

LED 貼片機是專(zhuān)門(mén)為L(cháng)ED 行業(yè)所設計定做的SMT 貼裝設備，用來(lái)實(shí)現大批量的LED 電路板的組裝。設備要求精度不高，但要求速度快。LED 專(zhuān)用貼片機降低了貼片設備成本，并提高生產(chǎn)效率。目前LED 貼片機的種類(lèi)很多，但是無(wú)論是全自動(dòng)高速貼片機還是手動(dòng)低速貼片機，它們的整體布局都是類(lèi)似的。

全自動(dòng)LED 貼片機是由計算機控制，集光機電氣為一體的高精度自動(dòng)化設備，由機架、PCB 傳送機構及承載組織、驅動(dòng)及伺服定位體系、貼裝頭、供料器、光學(xué)識別體系、傳感器和計算機控制體系組成，其經(jīng)過(guò)吸取-位移-定位-放置等一些功能，完成了把SMD 快速準確的貼裝到PCB 板上。

1.5 LED 貼片機與傳統貼片機的區別

LED 貼片機主要需滿(mǎn)足3014、2835、3528 和5050、5630、5730 的燈珠貼裝精度需求。相對于傳統貼片機的加工精度，LED 貼片機要求比較低。但是LED 貼片機更注重的是性能，即機器運行的穩定性、速度、可操作性、尺寸要求，因此要求了LED 貼片機必須具備以下設計思路和硬性要求。

1) 智能化的手段更加成熟的運用到LED 專(zhuān)用貼片機上，各類(lèi)具有優(yōu)秀性能的傳感器能夠在實(shí)施作業(yè)時(shí)充分收集數據給計算機處置，保障整個(gè)貼裝過(guò)程的穩定性和可靠性。同時(shí)和其他設備一樣要依據科學(xué)的方法及技術(shù)規范，定期對LED貼片機進(jìn)行保養，比如對機器和電路板表面積垢進(jìn)行清潔拆洗，可以有效防止由于灰塵和積垢導致的機器內部散熱不良，造成過(guò)熱燒壞器件。LED 貼片機有好的穩定性才能最大效率的為企業(yè)產(chǎn)生效益，降低生產(chǎn)成本。

2) LED 貼片機速度一定要快，最低18 000點(diǎn)/h 以上的貼裝速度。

3) 具有簡(jiǎn)單易學(xué)人性化的操作方法可以極高地縮短人員培訓時(shí)間，并且在生產(chǎn)過(guò)程中有效降低誤操，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

4) LED 貼片機最低要可以貼裝1 200 mm 長(cháng)度的PCB，因為L(cháng)ED 很大一部分是取代傳統光管照明，所以長(cháng)度會(huì )大大超過(guò)傳統PCB 尺寸。除了這些以外，為了保證單個(gè)LED 燈板無(wú)色差，要求所要貼裝的整批LED 燈珠為同一色溫BIN( BIN一般代表的是LED 燈珠的一些參數的范圍，不同的范圍可以分別用不同的編號表示，這些參數包括電壓、色溫、亮度等，所以會(huì )有電壓BIN、色溫BIN、亮度BIN 這樣的說(shuō)法，可以用BIN 代表產(chǎn)品的型號) 。

1.6 國產(chǎn)LED 貼片機技術(shù)發(fā)展狀況

作為第四代光源的巨大市場(chǎng)潛力，再加上政府政策的大力支持，國內LED 照明產(chǎn)業(yè)幾乎是跨越式發(fā)展。從早期的LED 顯示屏的火爆，到目前過(guò)渡到LED 商業(yè)照明、室內照明、戶(hù)外照明、亮化工程等，LED 產(chǎn)品實(shí)現了從單一的火爆產(chǎn)品，過(guò)渡到LED 全領(lǐng)域的應用和普及。

LED 的發(fā)展帶動(dòng)了相關(guān)設備產(chǎn)業(yè)的火爆，回流焊、波峰焊、印刷機、LED 貼片機、LED 封裝設備發(fā)展勢頭迅猛。目前國內LED 設備大部分是可貼裝1.2 m 的燈板的小型貼片機，基本上都使用平臺式運動(dòng)結構，結合雙擺臂運動(dòng)方式，實(shí)現LED 貼裝。軌道式LED 貼片機在國內比較少。這也是下一步，眾多企業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。

目前國內LED 貼片機技術(shù)還處于一個(gè)初級階段。研發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品，只能滿(mǎn)足部分中小型企業(yè)的早期需求。我國是一個(gè)電子制造大國，需要不同檔次的國產(chǎn)LED 貼片機。所以必須根據實(shí)際情況優(yōu)選機型，降低國產(chǎn)LED貼片機研制難度，快速進(jìn)入電子裝備行業(yè)。

二、LED 貼片機的最關(guān)鍵技術(shù)

2.1 精密機光電一體化技術(shù)

在LED 貼片機運作過(guò)程的，這項技術(shù)的體現：貼裝頭通過(guò)精準的機械運動(dòng)將元器件從供料器中揀出并經(jīng)過(guò)校準機構后，準確快速地把元器件安裝到PCB 板上。

2.2 視覺(jué)技術(shù)

采取不停步快速拍攝定位技術(shù)，實(shí)現光學(xué)影像撲捉定位、飛行對中。

2.3 磁懸浮技術(shù)

能解決高速度與貼片精度的運動(dòng)控制技術(shù)磁懸浮直線(xiàn)電機驅動(dòng)的應用，改進(jìn)了原有伺服旋轉式電機絲桿鏍母存在速度低、噪音大的缺點(diǎn)。直線(xiàn)電機應用的是磁懸浮技術(shù)，運動(dòng)時(shí)無(wú)摩擦，無(wú)阻力，速度高，使用壽命長(cháng)。

2.4 高效智能化軟件技術(shù)

隨著(zhù)貼片機組成和結構日益復雜化和多元化，貼片機軟件技術(shù)的重要性越來(lái)越得到體現。高效實(shí)時(shí)多任務(wù)并行處理操作系統、智能化貼裝程序優(yōu)化、自動(dòng)診斷技術(shù)等勢必會(huì )大大提高生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.5 模塊化及系統集成技術(shù)

模塊化及系統集成技術(shù)的目的是，針對LED貼片機的速度、精度和柔性這3 項基本要求，提出優(yōu)化和改進(jìn)的解決方案。柔性模塊化技術(shù)強調設備的可移植性、相互操作性、縮放性和可配置性，提供設備控制平臺對控制需求的可重構性和開(kāi)放性，從而能夠簡(jiǎn)捷、高效地構造和完成特定要求的表面貼裝設備，提高組裝生產(chǎn)率。

2.6 電機使用輕量化設計概念

可大幅減少機器運動(dòng)部分重量，由此而使機器運作時(shí)消耗的功率也大幅降低到只有普通貼片機的1 /4 消耗，耗電可達普通貼片機1 /4 以下;LED 貼片機對貼裝精度要求不高，但要求速度較快。目前國內針對LED 的專(zhuān)業(yè)貼片機，有幾家在做，根據速度不同可分為4 頭、6 頭、8 頭設備，可以參考泰姆瑞LED640、LED660 V 和LED680 V這幾款LED 專(zhuān)用貼片機實(shí)際了解。中間那個(gè)數字代表貼片頭數量的多少。數字越大，速度越高。LED 貼片機主流應用應該是可貼裝大面積的PCB 板，要滿(mǎn)足在線(xiàn)的要求，這樣才能保證速度。

三、LED 貼片機的發(fā)展趨勢

LED 貼片機在生產(chǎn)制造過(guò)程中扮演十分重要的角色，是當代主流電子組裝技術(shù)生產(chǎn)設備中投資最大、技術(shù)最先進(jìn)、對SMT 生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率影響最大的設備。事實(shí)上，故障最多、速度瓶頸很大程度上都是來(lái)自貼片這一工序，所以貼片機設備的發(fā)展最是引人注目。目前擁有貼片機的數量和先進(jìn)程度，已經(jīng)成為一個(gè)企業(yè)、地區或國家的電子制造能力的關(guān)鍵標志。下面對現階段貼片機的發(fā)展趨勢述說(shuō)如下。

3.1 LED 貼片機正朝更高精度的方向發(fā)展

貼片機精度是指貼片機X、Y 軸導航運動(dòng)的機械精度和Z 軸旋轉精度。貼片機采用精密的機電一體化技術(shù)控制機械運動(dòng)將元器件從供料器中抓取出來(lái)并經(jīng)過(guò)校準機構對中后精密可靠的貼裝到電路板上。為了生產(chǎn)出具有更高性能的產(chǎn)品，首先面臨的一個(gè)重大挑戰便是更高可能地提高貼片機的貼裝精度。下面從LED 的制程開(kāi)始述說(shuō)具有更高精度的LED 貼片機可能會(huì )對LED未來(lái)的生產(chǎn)產(chǎn)生的革命性影響。

在普通的LED 封裝技術(shù)中，晶片電極跟支架引腳的相連一般通過(guò)以金線(xiàn)互連的方式達成，但金線(xiàn)斷裂一直是其中一個(gè)常見(jiàn)的失效原因。在LED 照明應用中金線(xiàn)的異常是導致死燈和光衰大這樣常見(jiàn)問(wèn)題的罪魁禍首。死燈大致可分為兩種情況，一種是完全不亮，另一種則是熱態(tài)不亮冷態(tài)亮，或出現閃爍。不亮的主要原因是電性回路出現開(kāi)路，閃爍的原因是因為金線(xiàn)虛焊或接觸不良。

隨著(zhù)倒裝焊技術(shù)的推出，兩者的相連可通過(guò)更穩定的金屬凸點(diǎn)焊球來(lái)連接，節省成本并大大提高了可靠性及散熱能力。LED 擁有壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，配合倒裝焊技術(shù)比傳統使用金線(xiàn)互連的封裝技術(shù)更能發(fā)揮LED 的優(yōu)勢，LED 倒裝焊接技術(shù)，實(shí)現了單芯片及多芯片模組的無(wú)金線(xiàn)、無(wú)固晶膠封裝，具有高亮度、高光效、高可靠性、低熱阻、顏色一致性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。

LED 無(wú)金線(xiàn)封裝即業(yè)內俗稱(chēng)的“無(wú)封裝”“免封裝”。這種工藝是利用倒裝芯片與線(xiàn)路板直接SMT 貼合，將SMD 封裝制程省略，直接將倒裝芯片用SMT 法貼合到線(xiàn)路板上或承載體上，因為芯片面積遠小于SMD 器件，所以這個(gè)工藝需要非常精密的設計。

未來(lái)的LED 貼片機在提高精度的基礎條件上，直接運用到倒裝無(wú)封裝制程，這將是LED 制程的小革命，可以省去很多封裝成本，并且大大提高了生產(chǎn)成本和縮短生產(chǎn)周期，使得LED 產(chǎn)品真真正正高性能低售價(jià)地進(jìn)入通用照明市場(chǎng)。將LED 貼片機直接運用到LED 的制程，很有潛力成為未來(lái)技術(shù)的趨勢。

3.2 LED 貼片機正朝高效率生產(chǎn)的方向發(fā)展

當今社會(huì )最重要的一個(gè)特點(diǎn)，就是競爭。正是這種競爭，激發(fā)人們努力探索創(chuàng )新;正是這種競爭，推動(dòng)科技發(fā)展日新月異。在如火如荼的LED照明市場(chǎng)催動(dòng)下，LED 貼片機的高效率工作必然成為其核心競爭力的體現。高效率就是提高生產(chǎn)效率，減少工作時(shí)間，增加產(chǎn)能，創(chuàng )造經(jīng)濟利益。在當前的基礎上提高效率的主要方法有：加強LED 貼片機的自動(dòng)化性能和改進(jìn)設備結構和工作模式。

3.2.1 加強LED 貼片機的自動(dòng)化性能

當今信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和完善極大地促進(jìn)了自動(dòng)化的水平，由原來(lái)的自動(dòng)控制、自動(dòng)調節、自動(dòng)補償、自動(dòng)辨別等發(fā)展到自學(xué)習、自組織、自維護、自修復等更高的自動(dòng)化水平成為可能。同時(shí)對于貼片機這種自動(dòng)化數控設備，軟件編程的效率對提高設備效率也至關(guān)重要，開(kāi)發(fā)出更強大的軟件功能系統，減少人工編程時(shí)間，可以大大縮短無(wú)效工作時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

3.2.2 改進(jìn)設備結構和工作模式

貼片機在提高貼裝速度方面逐漸達到瓶頸時(shí)，改善LED 貼片機設備的結構不失是一種好的改進(jìn)思路。例如，雙路輸送LED 貼片機在保留傳統單路LED 貼片機性能的基礎上，將PCB 的輸送、定位、檢測、貼片等設計成雙路結構。這種雙路結構可以同步方式和異步方式工作。同步方式是將2 塊大小相同的PCB 由雙路軌道同步送入貼裝區域進(jìn)行貼裝，異步方式則是將不同大小的PCB 分別送于貼裝區域。這2 種工作方式均能提高機器的生產(chǎn)效率。再如貼片機的多懸臂、多貼裝頭結構，都是行之有效的方法。

3.3 LED 貼片機朝柔性化和模塊化結構發(fā)展

時(shí)代的發(fā)展促進(jìn)了人們的生活水平和認知，個(gè)性化的需求是未來(lái)市場(chǎng)的重要戰略手段。電商元年的開(kāi)啟給我們更多的啟示是，傳統的實(shí)體店經(jīng)營(yíng)模式更多是向產(chǎn)品體驗店的方向發(fā)展和轉變。未來(lái)電子產(chǎn)品制造為滿(mǎn)足市場(chǎng)的個(gè)性化需求將要面對品種多樣、批量較少、周期變短等這樣的挑戰，適應這種趨勢的有效方法是貼裝設備的柔性化。

如，將LED 貼片機的主機做成標準設備，并裝備統一的機座平臺和通用的用戶(hù)接口，而將點(diǎn)膠貼片的各種功能做成功能模塊組。模塊組有不同的功能，針對不同元器件的貼裝要求，可以按不同的精度和速度進(jìn)行貼裝，以達到較高的使用效率;當用戶(hù)有新的要求時(shí)，可以根據需要增加新的功能模塊機。

LED 貼片機的柔性就是實(shí)際生產(chǎn)中貼裝的靈活性，它包括能夠適應不同的PCBA 產(chǎn)品、能夠兼顧貼裝精度和速度、能夠快速進(jìn)行生產(chǎn)轉換、能夠升級換代。柔性化是能夠最大化的利用現有資源創(chuàng )造出最好的經(jīng)濟效益的方案，所以軟性化是一種理念的、動(dòng)態(tài)的、相對的設備特性描述。

3.4 LED 貼片機朝智能化的方向發(fā)展

隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，移動(dòng)智能終端的爆發(fā)式增長(cháng)以及消費群體的年輕化，智能化是電子行業(yè)尤其是家電行業(yè)發(fā)展中的必然，智能化這一概念已經(jīng)很頻繁的出現在我們的生活中，產(chǎn)品的智能化是最具有前景的未來(lái)市場(chǎng)。同樣，在制造業(yè)里，制造裝備的智能化是制造技術(shù)最具前景的發(fā)展。

智能化LED 貼片機具有以下的特點(diǎn)：人機一體化、自學(xué)習、自組織、自維護、自修復、超柔性等，極高的提高了腦力勞動(dòng)自動(dòng)化的水平，減少生產(chǎn)過(guò)程中的錯誤，從而提升效率提高產(chǎn)能。未來(lái)的LED 貼片機是在計算機智能技術(shù)的基礎上使得他具有更高級的類(lèi)人思維能力，對貼裝過(guò)程進(jìn)行全程分析、判斷、推理、構思和決策，并且可以通過(guò)收集、存儲、共享和繼承人類(lèi)專(zhuān)家們的智能高效快速地提供出最適合的柔性方案。LED 貼片機的精密化和智能化勢必會(huì )對LED 未來(lái)生產(chǎn)和技術(shù)產(chǎn)生巨大的影響。

3.5 LED 貼片機朝綠色化的方向發(fā)展

近些年對于綠色化和環(huán)境保護的概念已經(jīng)有了新的內涵，所謂的環(huán)境保護是廣義的，不僅包括保護自然環(huán)境，還要保護社會(huì )環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境，更要保護生產(chǎn)者的身心環(huán)境。人類(lèi)社會(huì )的發(fā)展必將走向人與人、人與機器、人與社會(huì )、人與自然界的和諧，未來(lái)LED 貼片機從設計到回收再制造整個(gè)階段，都必須考慮對環(huán)境的影響，在設計之初就充分考慮到盡最大可能提高材料利用率，使得用戶(hù)投資效益最大化。