1引言
軍用及民用電子產(chǎn)品的體積小，重量輕的發(fā)展要求與趨勢推動著片式電子元件（SMD）的開發(fā)與生產(chǎn)。現(xiàn)在，片式電子元件已是當今元件的主流產(chǎn)品，如何將一個個分立的片式電子元件組裝到印制電路板上，以形成良好的機械與電氣連接是表面組裝技術(shù)的重要課題。近年來，國內(nèi)表面組裝設備的開發(fā)研制工作有很大的發(fā)展，但有些高精度的關(guān)鍵設備如貼片機還依賴進口。表面組裝主要設備國產(chǎn)化的呼聲越來越高。另一方面，片式元器件也一直依賴進口，目前國內(nèi)生產(chǎn)片式元器件的廠家為數(shù)不多，就其種類來說主要集中在片式阻容元件上。片式阻容元件的生產(chǎn)工序多，工藝復雜，生產(chǎn)設備的自動化程度高。國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)設備大都從國外引進，價格昂貴，在某種程度上阻礙了片式阻容元件的國產(chǎn)化進程，在大力發(fā)展表面組裝設備的同時，應加快片式元件生產(chǎn)設備的國產(chǎn)化，只有兩者都發(fā)展了，才會極大地推動國內(nèi)SMT的發(fā)展，跟上世界發(fā)展潮流。
2片式阻容元件生產(chǎn)工序
片式阻容元件常用的規(guī)格尺寸有1206（3.2mm×1.6mm×0.6mm）、0805（2.0mm×1.25mm×0.5mm）、0603（1.6mm×0.8mm×0.45mm）和0402（1.0mm×0.5mm×0.35mm）。
片式電阻器的典型生產(chǎn)工藝流程如下：
背電極印刷→燒結(jié)→面電極印刷→燒結(jié)→電阻體印刷→燒結(jié)→一次玻璃印刷→燒結(jié)→激光調(diào)阻→二次玻璃印刷→標記印刷→燒結(jié)→一次切割→封端→燒結(jié)→二次切割→電鍍電極→測試分選→編帶包裝。
3片式電阻器的生產(chǎn)設備
3.1全自動化絲印機
從片式電阻器的生產(chǎn)工藝流程可以看出，絲印機是最主要、是關(guān)鍵的生產(chǎn)設備之一，它擔負著片阻元件生產(chǎn)過程的6次印刷：背電極印刷、面電極印刷、電阻體印刷、一次玻璃印刷、二次玻璃印刷、標記印刷，它的精度及自動化程度直接決定了成品的精度和產(chǎn)量。國產(chǎn)的全自動雙工位絲印機主要由料箱、左右供片機構(gòu)、絲印臺、T形尺組成，主要是在消化吸收進口設備的基礎上作了一些改進。如用觸摸屏代替原控制面板上的許多開關(guān)按鈕、計數(shù)器、數(shù)碼管等，使得參數(shù)設置更加方便，人機界面美觀簡潔，可靠性大大提高；整機性能完全可替代進口設備，適用于電阻器、電容器、厚膜電路的印刷。機械與電氣的關(guān)鍵部件均采用進口件，確保了精度高、可靠性好、生產(chǎn)率高的特點，同時配套的還有烘干爐和全自動收片機。
絲印機的主要技術(shù)指標如下：
（1）印刷面格：50mm×60mm；
（2）刮刀行程：50mm～160mm;
(3)鋪漿速度：30mm/s～300mm/s;
(4)絲網(wǎng)高度可調(diào)范圍：0mm～5mm;
(5)網(wǎng)框調(diào)整范圍：x:±5mm,y:±5mm,θ:±2.5°；
（6）基片定位精度：x:±0.015mm,y:±0.015mm,z:±0.015mm；
(7)絲印精度：膜厚誤差±0.0015mm；
(8)絲網(wǎng)與工作臺平行度：±0.02mm；
（9）印刷周期：2.6s。
3.2封端機
封端機是將片阻兩端頭沾上導電漿料，使背電極和面電極形成電氣連接。國產(chǎn)的封端機是一種高精度、半自動設備。該設備由封端機構(gòu)和操作臺兩大部分組成，其中封端機構(gòu)包括浸漿機構(gòu)、浸封機構(gòu)、X－Z運動機構(gòu)，適用于0402、0603等片式電阻器的封端。電氣控制采用PLC控制系統(tǒng)和觸摸屏，觸摸屏可進行參數(shù)設置、調(diào)試及工作狀態(tài)顯示，并可在線修改各種封端參數(shù)，X、Z軸運動采用帶細分步進電機控制，機械運動精度高，機械零件選用特種材料和特殊處理。主要性能指標如下：
（1）浸封精度：±0.01mm;
(2)定位精度：±0.02mm:
(3)循環(huán)周期：最快6s。
3.3全自動電鍍生產(chǎn)線
電鍍工序是在片式電阻器兩端封端的導電層上再電鍍一層錫鉛合金，以防止內(nèi)部電極的氧化，同時增加片阻焊接的可焊性。國產(chǎn)全自動電鍍生產(chǎn)線由主控制臺、上料臺、除油槽、漂洗槽、活化槽、鍍Ni槽、回收槽、預浸槽、鍍Sn槽、中和槽、水煮槽和出料臺等組成。其中鍍Ni槽為12個鍍位，鍍Sn槽為10個鍍位，整體為生產(chǎn)線式結(jié)構(gòu)。其機身、機體、機架全部使用進口不銹鋼管制成。各工位電鍍槽均選用的從西德進口的PP板制作，功能相同的槽具有互換性。吊車采用進口剎車和減速機。電氣控制全線設置3部吊車，由下位PLC及上位計算機實時控制、顯示、變頻調(diào)速，分段完成吊放鍍籃的工作，實現(xiàn)全線自動化作業(yè)。上位計算機由一臺UPS供電，使系統(tǒng)具有掉電保護功能，可對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行保護。除油、鍍Ni、水煮的每一工位均設置單獨的加熱溫控系統(tǒng)，具有恒溫功能。軟件編制及操作使用均在Windows界面下進行。
周邊工藝及輔助設備有循環(huán)過濾系統(tǒng)、超聲裝置、工業(yè)冷水機、純水制取設備、開關(guān)電鍍電源、鍍液冷卻系統(tǒng)和滾鍍機電源。片阻元件尺寸小，電鍍工藝參數(shù)多達幾十種，若由人工完成是不可想象的，電鍍線的高度自動化使片阻高質(zhì)、高產(chǎn)成為可能。
3.4編帶機
編帶包裝所用的設備是編帶機，它將分散的片阻元件有序地放到盤帶的槽中，以利于儲存、銷售和適應后續(xù)表面組裝生產(chǎn)中的貼片機貼裝。國產(chǎn)化的編帶機有全自動高速編帶機、半自動編帶機和手動編帶機。全自動高速編帶機的速度快、精度高、控制復雜；主要由自動供料系統(tǒng)、自動裝填系統(tǒng)、自動測試系統(tǒng)，次品排出單元、推插裝置、進給機構(gòu)、截帶供給機構(gòu)、頂帶供給機構(gòu)和卷帶機構(gòu)等組成。編帶包裝過程包括片式電阻裝載、電阻測量、編帶和卷帶。設備的主要功能如下：
（1）自動完成片式元件編帶包裝過程，包括元件裝載、測量、編帶和卷帶；
（2）根據(jù)要求設定所編元件的數(shù)量；
（3）具有分選功能，并可設定數(shù)量；
（4）可設定編帶速度；
（5）可適應不同型號紙帶及壓印帶；
（6）可編不同尺寸規(guī)格的產(chǎn)品（更換一些配件），規(guī)格有1206、0805、0603。
編帶機的主要技術(shù)指標如下：
（1）編帶速度：1200片/分；
（2）測量精度：1Ω～9.99Ω,≤±0.3％;
10Ω～999Ω,≤±0.3％;
1MΩ～9.99MΩ,≤±0.3％;
除全自動高速編帶機外，各種各樣的國產(chǎn)半自動和手機編帶機更是層出不窮，成為全自動高速編帶機的有效補充和擴展，能適應多品種、小批量生產(chǎn)的特殊工藝要求，一般采用臺式工作方式，燙帶封裝和傳送分為自動和半自動方式，并可在線進行多項編帶參數(shù)的設置，如元件數(shù)量、元件間距、燙帶時間、編帶速度等，并可預先設置面帶、載帶長度，當其長度不足編夠—盤帶時，機器可自動報警。當運行故障如溫度超限、面帶偏位、空片、氣壓不足以及編帶參數(shù)設置不當?shù)瘸霈F(xiàn)時，機器自動停機并報警，并由顯示單元提示相應的信息，不需要使用特殊工具即可改變載帶及面帶寬度、調(diào)整方便，一般人均可在極短時間內(nèi)掌握操作。
主要性能指標如下：
（1）編帶速度：可達4000片/小時；
（2）載帶規(guī)格：寬度8mm～56mm,間距4mm～56mm；
(3)加熱溫度：常溫～300℃；
(4)燙印寬度：0.5mm；
(5)燙印時間：0.1s～1s可調(diào)；
(6)加熱效率：100W×2；
（7）放帶盤徑：≤560mm;
(8)收帶盤徑：178mm～330mm。
3.5二次分割機
二次分割機將一次分割后的長條片沿其上的分割線再分成單個的片阻元件。國產(chǎn)化的二次分割機為手動分割機，由人工放料。設備由調(diào)速電機、控制面板和工作臺構(gòu)成。整個設備簡單、易操作，可適應于各種不同規(guī)格的片阻元件。
4片式電容器的生產(chǎn)設備
4.1流延機
流延機是制造陶瓷膜片的一種較新的工藝，流延機就是把制備成的陶瓷漿料用壓力將漿料從儲漿罐打入料斗中，漿料通過料斗下方的鍥形開口流到運動的不銹鋼帶上，然后使用調(diào)整好高度的刮刀刮去多余的漿料，使之成為一定厚度的膜片。一般膜片的厚度在20μm～25μm，膜厚誤差為±2μm，這種設備目前國內(nèi)只有廣東省寶華電子公司在生產(chǎn)。
4.2絲印機
絲印是片式電容器最主要的生產(chǎn)工序，它的主要功能是在膜片上印刷電容器的內(nèi)電極，過程為：加壓保護層→印刷內(nèi)電極→加膜→在一定溫度下軟壓→錯位。
其中，軟壓臺為絲印機的配套設備，國內(nèi)片容生產(chǎn)廠家初期以進口美國和東歐的絲印機為主，近年來主要采用國產(chǎn)設備。
片式電容器內(nèi)電極疊層的印刷原理是：把敷有介質(zhì)干膜的載板放在工作臺面上，與3個銷釘良好接觸后，由負壓系統(tǒng)吸附，絲網(wǎng)和刮頭下降，將漿料透過絲網(wǎng)把電極圖形印刷在載板干膜上。一批載板印完同一層后，自動進行錯位和工作臺下降調(diào)整，開始新一層印刷，直至印完預定的層數(shù)。國產(chǎn)化的絲網(wǎng)印刷機是針對多層瓷介片式電容器內(nèi)電極的精密印刷而設計的半自動絲網(wǎng)印刷機。其刮膠寬度為180mm，最大印刷面積為178mm×178mm。它的精度高、效率高、操作方便，適合片式電容器批量生產(chǎn)疊層印刷的需要，也可用于其它精密絲網(wǎng)印刷的場合，如片式電阻器、片式電感器、厚膜電路、液晶顯示器、熒光顯示器、等離子體顯示器的漿料印刷等。它主要包括刮頭機構(gòu)、主框架機構(gòu)、工作臺錯位機構(gòu)、升降臺機構(gòu)、機架、電控箱和氣路。
目前，我國生產(chǎn)的多層瓷介片式電容器的絲印機都采用機械方式對基板進行定位。它的好處是簡單易行、設備費用低，它的缺點是對基板定位加工精度的要求很高，定位接觸會產(chǎn)生變形誤差，且定位銷或基板的定位邊磨損后，會帶來附加定位誤差，因此機械定位精度有局限性，難以滿足0402及更小規(guī)格多層精密片式電容器印刷的要求。國內(nèi)有的廠家已生產(chǎn)出用圖像處理系統(tǒng)進行識別定位的絲印機，主要是將原來設備的X、Y、θ軸的位置調(diào)整從目測、手調(diào)、銷定位改為圖象處理識別，系統(tǒng)自動調(diào)整定位的工作方式，成為新一代的高精度絲網(wǎng)印刷機。可以滿足0402這樣精細的多層瓷介片式電容器內(nèi)電極的印刷要求，也可用于其它精密絲網(wǎng)印刷的場合。它的主要性能指標如下：
（1）X軸：調(diào)整行程10mm，定位精度±0.01mm；
（2）Y軸：調(diào)整行程10mm，定位精度±0.01mm，錯位精度±0.01mm；
（3）θ軸：調(diào)整行程3°,定位精度±30″；
（4）Z軸：調(diào)整行程5mm，定位精度±0.01mm；
（5）刮漿：運動行程210mm;
（6）印刷面積：180(L)mm×180(W)mm;
(7)印膜均勻性：±0.002mm
（8）最大印層：100層。
4.3層壓機
用于多層介質(zhì)片狀電子元件生產(chǎn)及其它需要靜水壓加工場合。工作原理是將元件巴塊用塑料薄膜封好，置于熱水容器內(nèi)密封加壓，通過水壓均勻傳送的附表國內(nèi)片式阻容元件生產(chǎn)設備主要生產(chǎn)廠家及其產(chǎn)品種類 原理，元件巴塊受到一個來自各方面的均勻壓力，使結(jié)構(gòu)致密。這里主要是用于多層瓷介片容的層壓，為切割做好準備。主要技術(shù)指標如下：
（1）氣壓：0.8MPa;
(2)最高水壓：35MPa;
(3)密封容量：350mm×1400mm;
（4）加熱體功率：4.5kW;
(5)保壓時間最長：2h。
4.4切割機
在片容的生產(chǎn)中，切割也是至關(guān)重要的，切割精度的高低直接影響片容元件的成品合格率。工作原理是以絲印時印好的切割線為標準，切割刀具分別橫向和縱向在切割線上切割，把整塊巴塊圖形切割成均勻的單個芯片，整個過程實現(xiàn)自動化，由計算機設定芯片尺寸大小，準確地將元件按設定的幾何尺寸分割開，最高可達每分鐘200刀。主料機構(gòu)有可90°轉(zhuǎn)向的真空工作臺和切割刀具，其中工作臺在步進電機的帶動下可前后精密運動，切割精度已達到幾個微米。盡管如此，為了適應0402及更小規(guī)格的片容的切割、國內(nèi)有的廠家已開始研制帶圖象系統(tǒng)的切割機。
4.5封端機
封端是在片式電容器的兩端頭上銀漿料，將它的內(nèi)部電極相連。片式電容器的封端機是為表面貼裝片式陶瓷電容器（MLCC）的封端需要而設計的。它的主要特點如下：
（1）完全獨立的程序參數(shù)；
（2）采用雙向光標，易于編程；
（3）具有取平和非取平浸漿的能力；
（4）步進電機、絲杠驅(qū)動機構(gòu)保證運動精度；
（5）針對浸漿和空浸過程有獨立的鋪漿（刮膠）速度。
它的主要性能指標如下：
（1）載板尺寸：180mm×280mm;
（2）浸漿精度：0.05mm;
(3)銀漿容量：200g～400g;
(4)插入速度：可編程設定，0.05mm/s～5.0mm/s;
(5)退出速度：可編程設定，0.05mm/s～5.0mm/s;
（6）鋪漿速度：可編程設定，0～99mm/sec。
4.6全自動電鍍生產(chǎn)線
片式電容器的電鍍生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)及控制類似于片式電阻器電鍍生產(chǎn)線，只是電鍍工藝參數(shù)需要改變。
4.7片容4參數(shù)測試分選機
主要是對片容的容量、損耗、絕緣、耐壓4個主要參數(shù)進行精確測量，技術(shù)指標如下：
對象：0603、0805、1206；
頻率：1kHz、1MHz;
精度：CAP±0.2％，DP±0.1％；
速度：40000PCS/h;
耐壓緣緣測試規(guī)格：H-IR（0V～10V）、H-TV(20V～650V)、H-IR(20V～650V)。
4.8編帶機
片式電阻器高速編帶機通過更換某些配件就可適用于片式電容器的生產(chǎn)，手動編帶機不受器件種類的限制。
5結(jié)束語
1999年片式阻容元件市場的需求約為3000多億只。按目前世界范圍內(nèi)電子產(chǎn)品的發(fā)展速度，片式阻容元件的需求還在高速度增長，其生產(chǎn)設備也將同步高速發(fā)展。國內(nèi)設備廠家要能緊跟片式阻容元件的發(fā)展步伐，則國產(chǎn)片式阻容元件生產(chǎn)設備必將占領(lǐng)國內(nèi)市場并走向世界。
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