自动装载机原理与维护 - 图文

成都信息工程学院 光电技术学院论文

毕业设计（论文）

论文题目 自动装载机原理与维护

专 业

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指导老师

成都信息工程学院

二00九年六月

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自动装载机原理与维护

摘要

作为电气互联技术的主要组成部分和主体技术的表面组装技术即SMT，是现代电气互联技术的主流。经过20多年的发展，目前SMT已经成为现代电子产品的PCB电路组件级互连的主要技术手段。相关资料表明，发达国家的SMT应用普及率已超过75%，并进一步向高密度组装、立体组装等技术为代表的组装技术领域发展。组装技术的不断发展必将对组装工艺及相关设备的发展提出新的要求。如何缩短运行时间、加速转换时间，以及不断地引入具有大量的引脚数量和精细间距的元器件成了如今的贴装设备所面临的严峻挑战。选择合适的贴装设备以满足现如今的应用需要是一项相当困难的决定，但却是一项非常重要的选择，因为电子产品装配的生产能力和多功能适应性对贴装设备的依赖性相当大。新型贴片机为了更快地提高生产效率，减少工作时间，正朝高效率双路输送结构方向发展。双路输送贴片机在保留传统单路贴片机性能的基础上，将PCB的输送、定位、检测、贴片等设计成双路结构。这种双路结构贴片机的工作方式可分为同步方式和异步方式。同步方式是将两块大小相同的PCB由双路轨道同步送入贴装区域进行贴装，异步方式则是将不同大小的PCB分别送于贴装区域。这两种工作方式均能缩短贴片机的无效工作时间，提高机器的生产效率。贴片机的发展永远都是电子制造行业中最令人关注的领域，目前电子技术的发展对贴装设备不断提出新的更高要求，反过来电子元器件贴装设备的新发展又有力地推动着电子组装业的发展，进而推动着电子技术的发展。目前随着贴装设备市场的不断成熟，从一个平台到另外一个平台的差异愈来愈小。正因为如此，贴装设备的购买者所关注的内容应该超出说明书，对设备评估是全面的，不仅看硬件而且还应关注软件，并

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考虑以下关键因素：机器类型、成像以及灵活性。有了这些认识，就可以识别不同设备的优劣，并做出明智的选择。

本文主要讲述了自动装载机的工作原理及其组成部分。为了更好地使用和维护设备，本文还详细介绍了自动装载机一些常见的故障及其分析。在此之前，本文还介绍了CPU的封装工艺及其发展情况。

关键字： 真空元件视觉技术

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ABSTRACT

Internet technology as the main electrical

components and the main technology that is Surface Mount Technology SMT, electrical interconnection of modern mainstream technology. After 20 years of development, the current SMT has become the modern electronic products, PCB component-level circuit of the main technical means of interconnection. Related data show that the SMT application developed more than 75 percent penetration rate, and further to the high-density assembly, three-dimensional assembly technology, as represented by the area of assembly technology development. Assembly technology is bound to the continuous development of assembly processes and the development of new equipment requirements. How to shorten the running time, speed up the conversion time, as well as the continuous introduction of a large number of pins with the number of components and fine pitch placement equipment now has become the face of severe challenges. Choose the right equipment to meet the needs of the mount are the needs of today's applications is a very difficult decision, but it is a very important choice, because the productive capacity of the electronic product assembly and multi-function adaptive equipment dependent on the mount quite large. New placement machine in order to more quickly increase production efficiency and reduce working hours, moving the structure of a highly efficient two-way transmission direction. Two-way transmission to retain the traditional SMT placement machine performance of one-way basis, the PCB transmission, positioning, testing, patches and other structures designed as two-way. This dual structure of the work placement machine can be divided into synchronous mode and asynchronous mode. Synchronization is the same size will be two of the PCB into synchronous orbit by two-way mount region, asynchronous mode of the PCB type of different sizes were sent to the region in the mount. These two works can reduce the placement machine invalid working hours, to improve the productivity of the machine. Development of SMT electronics manufacturing industry will always be in the area of most concern, the current development of electronic technology equipment are being made to mount a new and higher demands, in turn, mount equipment, electronic components and a powerful new development promote the development of the electronic assembly industry, thereby promoting the development of

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electronic technology. With the current placement equipment market continues to mature, from one platform to another platform for more and more small differences. For this reason, buyers mount equipment should be of concern to go beyond description, evaluation of equipment is comprehensive, not just hardware but also concerned about the software, and consider the following key factors: the type of machine, imaging, and flexibility. With this understanding, we can identify the advantages and disadvantages of different equipment and make informed choices

This paper describes the working principle of auto-loader and its components. In order to better use and maintenance of equipment, this article also details some of the most common auto-loader and analysis of failures. Prior to this, this paper also introduced the CPU package technology and its development.

Key word: Automatic loader, Vacuum components,

Vision technology.

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目录

毕业设计（论文） ..................................................................................................................... I 第一章 绪论 ............................................................................................................................... 1

1.1半导体电子产业的发展 ............................................................................................ 1 1.1.1微电子产业的发展方向 ..................................................................................... 1 1.1.2我国集成电路的发展 ......................................................................................... 2 1.2 集成电路芯片制作基本工艺流程简介 ................................................................... 6 1.2.1封装的概念 ......................................................................................................... 6 1.2.2 芯片封装的分类 ................................................................................................ 6 1.2.3芯片生产工艺流程 ............................................................................................. 8 1.2.4封装的可靠性： ................................................................................................. 9 1.2.5 CPU封装与测试概述： ................................................................................... 11

第二章 自动装载机原理 ......................................................................................................... 14

2.1自动装载机概述 ..................................................................................................... 14 2.1.1 基本原理 .......................................................................................................... 14 2.1.2 系统特点 .......................................................................................................... 14 2.2 自动装载机的组成与功能实现 ............................................................................. 14 2.2.1 气动系统介绍 .................................................................................................. 14 2.2.2 视觉系统 .......................................................................................................... 31

第三章 自动装载机的操作 ..................................................................................................... 40

3.1 设备描述 ................................................................................................................. 40 3.2 设备控制 ................................................................................................................. 40 3.2.1 启动设备 .............................................................................................................. 40 3.2.2 短时停机 .......................................................................................................... 41 3.2.3 紧急停机 .......................................................................................................... 41 3.2.4 长时停机 .......................................................................................................... 42 3.2.5 基础设备关闭 .................................................................................................. 42

第四章 设备维护与故障处理 ................................................................................................. 43

4.1 设备维护 ................................................................................................................. 43 4.1.1 硬件维护 .......................................................................................................... 43 4.1.2 软件维护 .......................................................................................................... 45 4.2 故障处理 ................................................................................................................. 45

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第五章 结论 ............................................................................................................................. 47 谢辞 ........................................................................................................................................... 48 参考文献 ................................................................................................................................... 49

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第一章 绪论

1.1半导体电子产业的发展 1.1.1微电子产业的发展方向

当今全球正迎来以电子计算机为核心的电子信息技术时代，随着它的发展，越来越要求电子产品要具有高性能、多功能、高可靠、小型化、薄型化、便携化以及将大众化普及所要求的低成本等特点。这样必然要求微电子封装要更好、更轻、更薄、封装密度更高，更好的电性能和热性能，更高的可靠性，更高的性能价格比。

微电子封装将由封装向少封装和无封装方向发展。芯片直接安装技术，特别是倒装焊技术将逐步成为微电子封装的主流形式。相对国内微电子封装技术快速发展的现状而言，封装材料业的发展显得不相适应。如果说封装业已从芯片生产的附属位置过渡为一个完整的独立产业，那么封装材料业还在封装业的附属位置上徘徊，还不能形成一个完整的独立产业，无法适应当前封装产业发展的需要。虽然国内有基本满足当前封装业的一些材料，如环氧塑料、引线框架、键合金线，但相对技术含量较低、精度较差、质量不稳定，很多生产要素还依赖进口。例如，约占12%～15%的环氧树脂需进口，5.7%～10%的酚醛靠进口，75%左右的硅微粉虽然可国内配套，但加工的技术落后只能满足DIP产品和TO产品，还不能满足SOP、SOT产品。引线支架几乎100%靠进口IC支架铜带，90%的分立器件铜带靠进口，一旦铜带供应波动将直接影响整个产业链。随着封装技术的进步，产品向小型化、轻薄化、高可靠、高性能、低成本方向发展，其冲压精度一致性、抗氧化性、包装等一系列问题立即成为“瓶颈”而制约封装业的有序发展。 随着载带自动焊技术、倒装焊技术、BGA、CSP的封装技术等新技术在国内封装业的引入，新的材料“瓶颈”将进一步扩大。因此，突破“瓶颈”刻不容缓。 过去，整个中国国内半导体产业基础十分薄弱，但是附加价值相对较低的封装测试却是整个半导体产业链最强的一环，占了国内半导体产业产值59%以上，之所以会有这个现象产生，是因为在半导体产业链中，封装测试对资金需求和技术门槛较低，且人力需求比较高，而国内拥有充沛和低廉的劳动资源所致，但这与国际上先进封装测试技术水平仍有相当差距。

根据中国半导体产业协会资料显示，现阶段国内从事分立器件及IC封装测试的厂商约有210家，其中从事IC封装厂超过100家，但实际上有一定水准封装测试技术，且年封装

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量超过1亿颗不到20家，预计未来3年内，若台资企业能够顺利排除法规限制且产能放量，国内将会出现激烈的杀戮淘汰赛或是购并情形。

1.1.2我国集成电路的发展

半导体微电子产业的高速发展，在全球已逐渐形成微电子设计、微电子制造（包括代工）和微电子封装与测试三大产业群。其中微电子封装与测试产业群与前二者相比属于高技术劳动密集型产业，每年需要大批高、中级技术人才。我国微电子封装业在集成电路产业中占有十分重要的地位，在长三角、珠三角、京津和成都地区形成了不同规模的微电子封装与测试产业群，2005年销售收入已达345亿元，占国内集成电路产业的“半壁河山”。

2000年以来，我国集成电路产业出现了蓬勃生机，进入了高速成长期，呈现出三大特点：一是生产规模不断扩大，2000年到2005年，集成电路产量和销售收入年均增长速度超过30%，是同期全球最高的；二是技术水平提高较快，芯片制造技术从2000年的0.5?m提高到0.13?m，前进了三代；三是国有企业、民营企业、外资企业中的IC企业竞相发展，产业集中度不断提高，呈现了长三角地区、环渤海地区、珠江三角洲地区和西部地区的四大板块格局。

在集成电路产业中，封装测试业在国内IC产业中占有重要地位。2005年销售收入达345亿元，占国内IC产业的49%，在西部地区这一比重更高。

国内封装测试业快速增长成为新亮点。2003年我国IC封装测试企业实现销售收入246亿元，同比增长23.3%，占整个IC产业链销售收入的70%，已成为IC产业快速发展中的新亮点，是IC市场有力的推动者。产能上迅速提升满足了市场的要求，如长电科技股份、南通富士通、四川安森美、华润安盛、上海金朋、安靠、浙江华越等公司都在产量销售收入利润上获得历史佳绩。

2004年整个封装业仍处于一个较快的发展阶段。从调查资料分析，股份制企业、中外合资、外商独资、民营企业如雨后春笋般地涌现。目前我国半导体封装测试企业已超过180家，主要集中在长三角，其次为珠三角、京津环渤海地区。2003年半导体分立器件中国市场已占有全球的1/3，据CCID塞迪顾问报告，虽然中国分立器件市场竞争中仍是以日本企业为代表的国外厂商具有优势，但国内厂商正迎头赶上，其中半导体封装业唯一的上市企业——长电科技更成为首次进入市场前十五大供应商的国内企业。2003年国内分立器件市场规模达7.55亿元，同比增长超过70%，成为市场成长最快的企业。另外，如中外合资企业南通富士通公司、无锡华润、安盛公司、天水华天公司、三星电子（苏州）公司、瑞萨苏州公司等都有长足发展。半导体封装测试业仍将是未来三年中在整个半导体产业链中占据主导地位，是外资向中国快速转移最优先考虑的，也是最先与国际先进技

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术水平接轨，应该说是半导体产业链最具规模最先发展的一个行业。

（1）国内半导体产业的主干——封装业。2004年4月的报告称，2003年中国国内半导体产值为人民币257.9亿元，而其中封测产值为152.5亿元，占整体半导体产值的59.1%，清楚地说明目前国内半导体产业的主要枝干就是封测产业。不过，因为晶圆制造及IC设计两者产值在近几年急速增加，造成封测产值比重逐渐下降，由2002年的63.3%下滑到2003年的59.1%，2004年还再下滑3.8个百分点，但3～5年内，封测业应该还可以坐稳第一名的位置。

国内封装测试产业可以细分为三阶段。1995年前，国内的封装测试绝大部分是依附本土组件制造商（IDM），如上海先进、贝岭、无锡华晶及首钢NEC等，及部分由合资方式或其他方式合作的外商，如深圳赛意法微电子、现代电子（现已被金朋并购），但投资范围主要以PDIP、PQFP和TSOP为主。

但是1995年起，国内出现了第一家专业封装代工厂——阿法泰克，紧接着，由于得到国家政策对发展IC产业的支持，英特尔（Intel）、超微（AMD）、三星电子（Samsung）和摩托罗拉等国际大厂整合组件制造商（IDM）扩大投资，纷纷以1亿美元以上的投资规模进驻到中国国内。2000年后，中芯、宏力、和舰及台积电等晶圆代工厂陆续成立，新产能的开出和相续扩产，对于后段封装产能的需求更为迫切，使得专业封测厂为争夺订单，也跟着陆续进驻到晶圆厂周围，如威宇科技、华虹NEC提供BGA/CSP及其他高阶的封装服务、中芯与金朋建立互不排除联盟（Non-Exclusive Alliance）。

因为晶圆制造开始往高阶技术推进，对于封测工艺的要求也开始转向高阶产品，这也将会带动中国国内封测产业在质量上进一步向上提升。根据iSuppli的研究，2003年国内IC市场规模约为502亿颗，预估2007年时将会达到1 295亿颗，年增长率为26.73%，至于封装技术，较低阶的DIP将由2003年的65%，下滑到2007年的44%，中高阶的SOP、SOT、PLCC、SOP、YSOP、QFP则由2003年的13%，向上攀升到2007年的27%。

（2）国内封装测试厂的4股势力。现阶段国内具有规模的封测厂约有58家，而这些封测厂可以分为4大类，第一类就是国际大厂整合组件制造商的封测厂，第二类是国际大厂整合组件制造商与本土业者合资的封测厂，第三类台资封测厂，最后的第四类就是国内本土的封测厂。

关于第一类（国际大厂整合组件制造商）封测厂，目前在国内设封测厂的外资共有15家，分别是英特尔、超微、三星电子、摩托罗拉（Motorola）、飞利浦（Philips）、国家半导体（National Semiconductor）、开益禧半导体（KEC）、东芝半导体（Toshiba）、通用半导体（General Electronic Semiconductor）、

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安靠（Amkor）、金朋（Chip PAC）、联合科技（UTAC）、三洋半导体（Sanyo Semiconductor）、ASAT、三清半导体，这些厂商主要来自美国、日本以及韩国，建厂目的都是因为外商的系统产品内销国内便可享有内销税的优惠，目前主要集中在上海、苏州等长三角周围城市。第二类封测厂是在国内完全开放前，为了要先行卡位而与中国国内本土厂商合资的封测厂，一共有11家，包括先前所提高的深圳赛意法微电子、阿法泰克（现以改名为上海纪元微科微电子），以及新康电子、日立半导体（Hitachi）、英飞凌（Infineon）、松下半导体（Matsushita）、硅格电子、南通富士通微电子、三菱四通电子、乐山菲尼克斯半导体及宁波铭欣电子，这些业者的资金主要是来自于中国台湾、日本，地点则较为分散，但仍以江苏、深圳等地为主。第三类主要是台资封测厂，台资封测厂商在近三年内陆续加入国内市场，数目约16家，营运模式多属于专门封测厂，几乎台湾的上市封测公司大都已在国内设厂，分别是威宇科技，铜芯科技、宏盛科技、凯虹电子、捷敏电子、日月光半导体、南茂科技、硅晶科技、京元电子、菱生精密、巨丰电子、超丰电子、珠海南科集成电子、硅德电子及长威电子，这些工厂主要集中在上海、苏州一带。营运规模由于受到台湾岛内当局法规限制，相对于台湾母公司的规模还有一段差距。第四类国内本土厂商，虽然数量上高达50多家，但很多都是属于地方国有企业，而这些国有企业业务繁杂，并不只是经营半导体，有些还跨足其他与半导体不相干的产业，业务相对集中在封装测试上的约有12家，包括国内最大封测厂的长电科技、华旭微电子、华润华晶微电子、九星电子、红光电子、厦门华联、华油电子、华越芯装电子、南方电子及天水永红。 （3）举足轻重的前10大业者。以营收作为基准，2003年国内前10大半导体封测厂商依序分别为摩托罗拉、三菱四通、南通富士通、江苏长电科技、赛意法微电子、松下半导体、东芝半导体、甘肃永红、上海纪元微科微电子、华润华晶微电子。10大厂商中，有4家是纯封装测试厂，有3家是整合组件制造商，剩下的3家则为合资厂商，以下将概述这些厂商近况。排名第一的摩托罗拉是在1992年独资2.8亿美元在天津西青区建立后段封测厂（BAT-3），占地10万平方米，可以提供的封装方式为QFP、LQFP、MAPBGA、QFN、PDIP、SSOP、BGA、SOIC、TAB及Filp Chip，年封装测试最高可达8亿颗IC芯片，主要封装产品为通信IC芯片、微处理器（MPU）、微控制器（MCU）。第二名的则是位于北京市上地信息产业基地的三菱四通，为日本三菱与四通集团在1996年合资成立，占地14.8万平方米，总投资金额为9 064万美元，可以提供的封装方式为DIP、SOP、QFP、TO-220、MSIC及SCR-LM，年封装测试最高可达2亿颗IC，主要封装产品为内存、电源管理IC、ASIC、微控制器。第三名为南通富士通，位于江苏省南通市，成立于1997年，投资金额为2 800万美元，由南通华达微有限公司和日本富士通

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各出资60%、40%成立，可以提供的封装方式为QFP、LQFP、SOP、DIP、SIP、SSOP、QFP/LQFP、LLC、MCM、MCP及BCC，年封装测试最高可达15亿颗IC，主要封装产品为DVD Recorder、ASIC、内存等。第四名是江苏江阴长电科技，是国内第一家上市封装厂（2003年5月），成立于1998年，总投资金额为1 500万美元，主要是从事IC与分立组件的封装、测试及销售业务。属于“国家火炬计划重点高新技术企业”、“中国电子百强企业”之一，位于江苏省江阴市，可以提供的封装方式为TO、SOT、SOD、SOP、SSOP、SIP、DIP、SDIP、QFP、PQFP及PLCC，年封装测试最高可达8亿颗IC，主要封装产品为逻辑IC、模拟IC及内存等。第五名是意法半导体（ST Microelectronics）与深圳赛格高技术投资股份有限公司各出资60%、40%成立的深圳赛意法微电子，成立于1997年，位于广东省深圳市，总投资金额为2.2亿美元，可以提供的封装方式为TO220、DPAK、SOIC8、MiniDIP、PDIP、PPAK及BGA，年封装测试最高可达20亿颗IC，主要封装产品为EPROM、消费性IC及通信IC。第六名是成立于1994年的松下半导体，地点位于上海市，总投资进为3 000万美元，为日本松下、松下（中国）及上海仪电控股各出资59%、25%、16%成立，可以提供的封装方式为LQFP、SOIC、TQFP及SDIC，年封装测试最高可达1亿颗IC，主要封装产品为通用家电和汽车电子等微处理器。第七名则是东芝半导体，为无锡华芝与华晶电子集团公司在1994年各出资95%、5%成立，但是，2002年东芝将其收购成为子公司，改名为现在的东芝半导体，可以提供的封装方式为SDIP24/54/64/56、QFP48，主要封装产品为消费性IC。 第八名为甘肃永红，2003年改名为天水华天微电子，为甘肃省国有企业，位于甘肃省天水市，可以提供的封装方式为DIP8L～42L、SOP8L～28L、SIP8L～9L、SSOP16L～28L、SDIP24L～28L、HSOP28L、TSOP44L～54L、QFP44L及LQFP64L，年封装测试最高可达10亿颗IC，主要封装产品为消费性IC。第九名是上海纪元微科微电子（原名为阿法泰克），是中国国内第一家合资封测厂，成立于1995年，总投资金额为7 500万美元，是泰国阿法泰克公司、上海仪电控股及美国微芯片公司各出资51%、45%、4%成立，可以提供的封装方式为PDIP/28、SOIC8/18/28、TSOP8、MSOP8、SOT23、TO220、PLC28/44、TSOP6及QFN32，年封装测试最高可达4亿颗IC主要封装产品为消费性IC。第十名是成立于2000年的华润华晶微电子，位于江苏省无锡市，总投资金额为3 700万美元，可以提供的封装方式为SDIP、SKDIP、SIP、ZIP、FSIP、FDIP、QFP、SOP及PLCC，其中双极电路生产线年产25万片，分立器件生产线年产60万片。

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1.2 集成电路芯片制作基本工艺流程简介 1.2.1封装的概念

所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁——芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装对CPU和其他LSI集成电路都起着重要的作用。新一代CPU的出现常常伴随着新的封装形式的使用。

芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM，技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1，适用频率越来越高，耐温性能越来越好，引脚数增多，引脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方便等等。

1.2.2 芯片封装的分类

近年来集成电路的封装工程发展极为迅速，封装的种类繁多，结构多样，发展变化大，需要对其进行分类研究。从不同的角度出发，其分类方法大致有以下几种：1、按芯片的装载方式；2、按芯片的基板类型；3、按芯片的封接或封装方式；4、按芯片的外型结构；5、按芯片的封装材料等。

1、 按芯片的装载方式分类，裸芯片在装载时，它的有电极的一面可以

朝上也可以朝下，因此，芯片就有正装片和倒装片之分，布线面朝上为正装片，反之为倒装片。另外，裸芯片在装载时，它们的电气连接方式亦有所不同，有的采用有引线键合方式，有的则采用无引线键合方式。

2、 按芯片的基板类型分类，基板的作用是搭载和固定裸芯片，同时兼

有绝缘、导热、隔离及保护作用。它是芯片内外电路连接的桥梁。从材料上看，基板有有机和无机之分，从结构上看，基板有单层的、双层的、多层的和复合的。

3、 按芯片的封接或封装方式分类，裸芯片裸芯片及其电极和引线的封

装或封接方式可以分为两类，即气密性封装和树脂封装，而气密性封装中，根据封装材料的不同又可分为：金属封装、陶瓷封装和玻璃封装三种类型。

4、 按芯片的外型、结构分类按芯片的外型、结构分大致有：DIP、SIP、

ZIP、S-DIP、SK-DIP、PGA、SOP、MSP、QFP、SVP、LCCC、PLCC、SOJ、BGA、CSP、TCP等，其中前6种属引脚插入型，随后的9种为表面贴装型，最后一种是TAB型。DIP：双列直插式封装。顾名思义，该类型的引脚在芯片两侧排列，是插入式封

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装中最常见的一种，引脚节距为2.54 mm，电气性能优良，又有利于散热，可制成大功率器件。< SIP：单列直插式封装。该类型的引脚在芯片单侧排列，引脚节距等特征与DIP基本相同。ZIP：Z型引脚直插式封装。该类型的引脚也在芯片单侧排列，只是引脚比SIP粗短些，节距等特征也与DIP基本相同。S-DIP：收缩双列直插式封装。该类型的引脚在芯片两侧排列，引脚节距为1.778 mm，芯片集成度高于DIP。SK-DIP：窄型双列直插式封装。除了芯片的宽度是DIP的1/2以外，其它特征与DIP相同。PGA：针栅阵列插入式封装。封装底面垂直阵列布置引脚插脚，如同针栅。插脚节距为2.54 mm或1.27mm，插脚数可多达数百脚。用于高速的且大规模和超大规模集成电路。SOP：小外型封装。表面贴装型封装的一种，引脚端子从封装的两个侧面引出，字母L状。引脚节距为1.27mm。MSP：微方型封装。表面贴装型封装的一种，又叫QFI等，引脚端子从封装的四个侧面引出，呈I字形向下方延伸，没有向外突出的部分，实装占用面积小，引脚节距为1.27mm。QFP：四方扁平封装。表面贴装型封装的一种，引脚端子从封装的两个侧面引出，呈L字形，引脚节距为1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm，引脚可达300脚以上。SVP：表面安装型垂直封装。表面贴装型封装的一种，引脚端子从封装的一个侧面引出，引脚在中间部位弯成直角，弯曲引脚的端部与PCB键合，为垂直安装的封装。实装占有面积很小。引脚节距为0.65mm、0.5mm 。LCCC：无引线陶瓷封装载体。在陶瓷基板的四个侧面都设有电极焊盘而无引脚的表面贴装型封装。用于高速、高频集成电路封装。PLCC：无引线塑料封装载体。一种塑料封装的LCC。也用于高速、高频集成电路封装SOJ：小外形J引脚封装。表面贴装型封装的一种，引脚端子从封装的两个侧面引出，呈J字形，引脚节距为1.27mm。BGA：球栅阵列封装。表面贴装型封装的一种，在PCB的背面布置二维阵列的球形端子，而不采用针脚引脚。焊球的节距通常为1.5mm、1.0mm、0.8mm，与PGA相比，不会出现针脚变形问题。CSP：芯片级封装。一种超小型表面贴装型封装，其引脚也是球形端子，节距为0.8mm、0.65mm、0.5mm等。TCP：带载封装。在形成布线的绝缘带上搭载裸芯片，并与布线相连接的封装。与其他表面贴装型封装相比，芯片更薄，引脚节距更小，达0.25mm，而引脚数可达500针以上。

5、按芯片的封装材料分类
按芯片的封装材料分有金属封装、陶瓷封装、金属-陶瓷封装、塑料封装。金属封装：金属材料可以冲、压，因此有封装精度高，尺寸严格，便于大量生产，价格低廉等优点。陶瓷封装：陶瓷材料的电气性能优良，适用于高密度封装。金属-陶瓷封装：兼有金属封装和陶瓷封装的优点。塑料封装：塑料的可塑性强，成本低廉，工艺简单，适合大批量生产。

通常芯片封装（Assembly）和芯片制造（IC Fabrication）并不是在同一工厂内

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完成的。它们可能在同一个工厂的不同生产区域，或在不同的地区，它们甚至在不同的国家。因此，许多公司将芯片运送到几千公里以外的地方去做封装。 芯片通常在硅片工艺线上进行片上测试，并将有缺陷的芯片打上了记号，通常是打上一个黑色墨点，这样是为后面的封装过程做好准备，在进行芯片贴装时自动拾片机可以自动分辨出合格的芯片和不合格的芯片。

封装流程一般可以分成两个部分：用塑料封装（固封）之前的工艺步骤称为前段操作（Front End Operation），在成型之后的工艺步骤称为后段操作（Back End Operation）。在前段工序中，净化级别控制在1 000级。在有些生产企业中，成型工序也在净化的环境下进行。但是，由于转移成型操作中机械水压机和预成型品中的粉尘，使得很难使净化环境达到1 000级以上的水平。一般来说，随着硅芯片越来越复杂和日益趋向微型化，将使得更多的装配和成型工艺在粉尘得到控制的环境下进行。

现在大部分使用的封装材料都是高分子聚合物，即所谓的塑料封装。塑料封装的成型技术也有许多种，包括转移成型技术（Transfer Molding）、喷射成型技术（Inject Molding）、预成型技术（Pre-Molding），其中转移成型技术使用最为普遍。本章将重点介绍塑料封装的转移成型工艺。

转移成型技术的典型工艺过程如下：将已贴装好芯片并完成芯片互连的框架带置于模具中，将塑料材料预加热（90～95℃），然后放进转移成型机的转移罐中。在转移成型活塞压力之下，塑封料被挤压到浇道中，并经过浇口注入模腔（170～175℃）。塑封料在模具快速固化，经过一段时间的保压，使得模块达到一定的硬度，然后用顶杆顶出模块并放入固化炉进一步固化。

1.2.3芯片生产工艺流程

归纳起来芯片封装技术的基本工艺流程为：硅片减薄、硅片切割、芯片贴装、芯片互连、成型技术、去飞边毛刺、切筋成形、上焊锡、打码等工序，如图1-1所示。

图 1-1 芯片工艺流程

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芯片的制造过程可概分为晶圆处理工序（Wafer Fabrication）、晶圆针测工序（Wafer Probe）、构装工序（Packaging）、测试工序（Initial Test and Final Test）等几个步骤。其中晶圆处理工序和晶圆针测工序为前段（Front End）工序，而构装工序、测试工序为后段（Back End）工序。

1、晶圆处理工序：本工序的主要工作是在晶圆上制作电路及电子元件（如晶体管、电容、逻辑开关等），其处理程序通常与产品种类和所使用的技术有关，但一般基本步骤是先将晶圆适当清洗，再在其表面进行氧化及化学气相沉积，然后进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤，最终在晶圆上完成数层电路及元件加工与制作。

2、晶圆针测工序：经过上道工序后，晶圆上就形成了一个个的小格，即晶粒，一般情况下，为便于测试，提高效率，同一片晶圆上制作同一品种、规格的产品；但也可根据需要制作几种不同品种、规格的产品。在用针测（Probe）仪对每个晶粒检测其电气特性，并将不合格的晶粒标上记号后，将晶圆切开，分割成一颗颗单独的晶粒，再按其电气特性分类，装入不同的托盘中，不合格的晶粒则舍弃。

3、构装工序：就是将单个的晶粒固定在塑胶或陶瓷制的芯片基座上，并把晶粒上蚀刻出的一些引接线端与基座底部伸出的插脚连接，以作为与外界电路板连接之用，最后盖上塑胶盖板，用胶水封死。其目的是用以保护晶粒避免受到机械刮伤或高温破坏。到此才算制成了一块集成电路芯片（即我们在电脑里可以看到的那些黑色或褐色，两边或四边带有许多插脚或引线的矩形小块）。 4、测试工序：芯片制造的最后一道工序为测试，其又可分为一般测试和特殊测试，前者是将封装后的芯片置于各种环境下测试其电气特性，如消耗功率、运行速度、耐压度等。经测试后的芯片，依其电气特性划分为不同等级。而特殊测试则是根据客户特殊需求的技术参数，从相近参数规格、品种中拿出部分芯片，做有针对性的专门测试，看是否能满足客户的特殊需求，以决定是否须为客户设计专用芯片。经一般测试合格的产品贴上规格、型号及出厂日期等标识的标签并加以包装后即可出厂。而未通过测试的芯片则视其达到的参数情况定作降级品或废品。

1.2.4封装的可靠性：

在芯片完成整个封装流程之后，封装厂会对其产品进行质量和可靠性两方面的检测。

质量检测主要检测封装后芯片的可用性，封装后的质量和性能情况，而可靠性则

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是对封装的可靠性相关参数的测试。

首先，必须理解什么叫做“可靠性”，产品的可靠性即产品可靠度的性能，具体表现在产品使用时是否容易出故障，产品使用寿命是否合理等。如果说“品质”是检测产品“现在”的质量的话，那么“可靠性”就是检测产品“未来”的质量。

如图1-2所示的统计学上的浴盆曲线（Bathtub Curve）很清晰地描述了生产厂商对产品可靠性的控制，也同步描述了客户对可靠性的需求。

图1-2 统计学上的浴盆曲线

如图1-2所示的早夭区是指短时间内就会被损坏的产品，也是生产厂商需要淘汰的，客户所不能接受的产品；正常使用寿命区代表客户可以接受的产品；耐用区指性能特别好，特别耐用的产品。由图上的浴缸曲线可见，在早夭区和耐用区，产品的不良率一般比较高。在正常使用区，才有比较稳定的优良率。大部分产品都是在正常使用区的。可靠性测试就是为了分辨产品是否属于正常使用区的测试，解决早期开发中产品不稳定，优良率低等问题，提高技术，使封装生产线达到优良率，稳定运行的目的。

在封装业的发展史上，早期的封装厂商并不把可靠性测试放在第一位，人们最先重视的是产能，只要一定生产能力就能盈利。到了20世纪90年代，随着封装技术的发展，封装厂家也逐渐增多，产品质量就摆到了重要位置，谁家产品的质量好，就占绝对优势，于是质量问题是主要的竞争点和研究方向。进入21世纪，当质量问题基本解决以后，厂商之间的竞争重点放在了可靠性上，在同等质量前提下，消费者自然喜欢高可靠性的产品，于是可靠性显示了重要性，高可靠性是现代封装技术的研发的重要指标。

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1.2.5 CPU封装与测试概述：

CPU的封装，与一般芯片有共同的地方，但也存在着很大差异，从大的方面来说，CPU的封装工艺流程大致分为以下几个步骤：

图1-3 CPU封装工艺流程图

这是从大的范围来讲，当然其中也包多个小的站点。 1.TRDI——tap receive die inventory 芯片储存室 2.Substrate Mark 基片激光印字

3.AUTO PACKAGE LOAD (APL1) 自动包装器

4.CAM——CHIP ATTACH MODULE 芯片粘贴

5.CAM——FLUX APPLICATION 助焊剂的使用

6.CAM——PASTE APPLICATION 焊锡膏的使用 7. DSC PLACEMENT 电容安装

8.CAM——CHIP PLACEMENT 芯片安装 9.CAMCHIP JOIN 连接

10.PSVI :POST Scam visual inspection 芯片粘贴后目测 Dothan only 11.DEFLUX 助焊剂清除 EPOXY 环氧注塑

12.EPOXY:PRE-BAKE 预烘烤

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13.EPOXY:Underfill 环氧注塑 14.EPOXY:Cure 烘烤

15.CSAM检查元件内部缺陷

16.PEVI:Semi-auto post-epoxy visual Inspection 目检 17.NGIHS PST-T only I Attach Module 散热片粘合 18.sealant dispense点浇密封剂 19.flux dispense and erform attach

加注助焊剂和散热块

20.heat spreader and spring attach 放置散热块用弹簧夹将其固定 21.IHS Cure 烘烤

22.IHS :Spring Removal 去弹簧夹

23.Carrier Tray Load ——CTL 载框料盘装载 24.TSAM

检测有I产品内部的缺陷 25.POST-I VISUAL INSPECTION (PIVI) 目检

以上是整个封装测试的前道的名词，经过PIVI过后，就正式进入封装测试的后道TEST区域。

封装工艺就基本上完了，最后进入测试工艺。TEST即测试。主要包括以下测试： a、BLU（Burn-In Load/Unload）即老化板的装载/卸载。 B、NGBL（Next Generation Burn-In）即老化测试。 C、Electrical Test即电性能测试。

D、ASRS（Automated Storage Retrieval System） e、OLF（Off Line Fusing）即离线锁频。

F、PPV（Processor Platform Validation）即系统测试。

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G、Laser Mark即激光印字。

H、FVI（Final Visual Inspection）即最后目测检验。 I、Pack即包装。

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第二章 自动装载机原理

2.1自动装载机概述 2.1.1 基本原理

自动装载机它是一台包括真空系统、视觉系统和贴片装置的设备。它的目的其实就是从供货商的运输料盘中移出基片，放入封装测试区的前道不锈钢料盘(简称Carrier)中。

自动装载机也可用于芯片与基片的贴装。

2.1.2 系统特点

在生产线中，它配置在点胶机或丝网印刷机之后，是通过移动贴装头把 表面贴装元器件准确地放置PCB焊盘上的一种设备。分为手动和全自动两种。 全自动贴片机是用来实现高速、高精度地全自动地贴放元器件的设备，是整个SMI、生产中关键、最复杂的设备。贴片机是SMT的生产线中的主要设备，现在，贴片机已从早期的低速机械贴片机发展为高速光学对中贴片机，并向多功能、柔性连接模块化发展。

2.2 自动装载机的组成与功能实现 2.2.1 气动系统介绍

（一）气动系统介绍

气动系统是由一些回路组成的。通常能够实现某种特定功能的气体元件的组合，称为气动基本功能回路。

按照作用的不同，气动基本回路包括压力控制回路、速度控制回路、方向控制回路、多执行器动作回路、真空吸附回路、逻辑控制回路等多种。

（二）气动系统的使用环境的要求

1.不要用于腐蚀性气体、化学药品、海水、水及蒸汽等环境。 2.不要用于有爆炸性气体的场所。

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3.不采用于有振动和冲击的场所或气动元件要符合样本规定的振动和冲击。 4.不要用于周围有热源、受辐射热影响的场合，或采取相应的措施。 5.有阳光的场所应加以保护措施。

6. 在水滴、焊花等场合应采取必要的防护措施。 7.在湿度大、粉尘多的场所，应采取必要的防护措施。

（三）气动系统的基本组成

图2-1气动系统的基本组成

气动系统主要包括：气源设备、方向控制阀、气动执行元件，以及其它辅助元件。

下面分别加以介绍各个组成部分。

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1. 产生、处理和贮存压缩空气的设备称为气源设备。

由气源设备构成气源系统。典型的气源系统如图2-2所示：

图2-2 典型气源系统

典型的气源系统包括：空气压缩机，安全阀，单向阀，小气罐，排水器，电动机，压力开关，压力表，截止阀，后冷却器，油水分离器，大气罐。

空压机的用途就是提供压力源 或者是 空气流量。用在仪表管路上的吹扫，用在气动阀门上的动力源，用在校验上的压力源，用在气动执行器上的动力源

空气压缩机按压力高低可分为：高压型（>10MPa）、低压型。

空气压缩机按其工作原理又分为：容积型和速度型，而容积型又包括往复式（活塞式，膜片式）旋转式（滑片式，螺杆式），速度型又包括 离心式和轴流式。 通过缩小气体体积来提高气体压力的方法称为容积型。

通过提高气体速度、让动能转化为压力能来提高空气压力的方法为速度型。

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2. 风冷式冷却系统

图2-3 风冷式冷却系统

空气压缩机输出的压缩空气温度可达180摄氏度，在此温度下，空气中的水分完全是气态，后冷却器的作用就是将空气压缩机出口的高温空气冷却至40摄氏度以下，将大量水蒸气和变质油雾冷凝成液态水滴和油滴，以便将它们清除掉。 风冷式是靠风扇产生的冷空气吹向带散热片的热气管道来降低压缩空气的温度的。

经过冷却的干燥纯净气体就可以输送到真空发生器，由真空发生器产生真空即能产生吸力。

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3. 真空系统

在低于大气压力下工作的元件称为真空元件；由真空元件所组成的系统称为

真空系统（或称为负压系统）。

真空系统作为实现自动化的一种手段已广泛用于轻工、食品、印刷、医疗、塑料制品以及自动搬运和机械手等各种机械，如玻璃的搬运、装箱；机械手抓取工件；印刷机械中的纸张检测、运输；包装机械中包装纸的吸附、送标、贴标、包装袋的开启；精密零件的输送；塑料制品的真空成型；电子产品的加工、运输、装配等各种工序作业。

真空系统的真空是依靠真空发生装置产生的，真空发生装置有真空泵和真空发生器两种。真空泵是一种吸入口形成负压，排气口直接通大气，两端压力比很大的抽除气体的机械。主要用于连续大流量，适合集中使用且不宜频繁启停的场合。真空发生器是利用压缩空气的流动而形成一定真空度的气动元件，适合从事流量不大的间歇工作和表面光滑的工件。

真空系统包括：真空发生器、真空顺序阀、真空开关、控制阀、真空回路，

真空吸盘。

(1)真空发生器

图2-4 真空发生器原理图

图2-4为真空发生器的结构原理，由先收缩后扩张的喷嘴、扩散管和吸附口等组成。压缩空气从输入口供给，在喷嘴两端压差高于一定值后，喷嘴射出超声速射流或近声速射流。由于高速射流的卷吸作用，将扩散腔的空气抽走。使该腔形成真空。在吸附口接上真空吸盘，便可形成一定的吸力，吸起各种物体。

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最大真空度：真空口被完全封闭时，真空口内的真空度。 空气的消耗量：是通过供给喷管的流量（标准状态下）。

最大吸入流量：指真空口向大气敞开时，从真空口吸入的流量（标准状态下）。 流量特性：是指供给压力为0.45Mpa条件下，真空口处于变化的不封闭状态下，吸入流量与真空度之间的关系。

真空发生器常设计成二级扩散管形式，如图2-5所示。采用二级式真空发生器与单级式产生的真空度是相同的，但在低真空度时吸入流量增加约一倍。这样，在保持低真空度的应用场合，吸附动作响应快。如用于吸取透气性工件时特别有效

a) 结构 b) 特性曲线

图2-5 二级真空发生器

特点：

用真空发生器产生真空的特点有： 1）结构简单、体积小、使用寿命长。

2）产生的真空度 (负压力)可达88Kpa，吸入流量不大，但可控、可调，稳定可靠

3）瞬时开关特性好，无残余负压

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(2) 真空顺序阀

如要变化真空信号可使用真空顺序阀（或称真空控制阀），其结构原理与压力顺序阀相同，只是用于负压控制。图2-6为其原理图，图中当真空顺序阀的控制口1V 上的真空达到设定值，二位三通换向阀就换向.

图2-6 真空顺序阀

顺序阀的性能与溢流阀基本相同，但由于功能的不同，对顺序阀还有其特殊的要求

（1）为了使执行元件准确实现顺序动作，要求顺序阀的调压精度高，偏差小； （2）为了顺序动作的准确性，要求阀关闭时内泄漏量小；

（3）对于单向顺序阀，要求反向压力损失及正向压力损失值均应较小。

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(3) 真空开关

真空开关是用于检测真空压力的开关。当真空压力未达到设定值时，开关处于断开状态。当真空压力达到设定值时，开关处于接通状态，发出电信号，控制真空吸附机构动作。

真空开关按触点形式可分为有触点式（磁性舌簧管开关）和无触点式（半导体真空开关）。

膜片式真空开关属于有触点式真空开关，它是利用膜片感应真空压力变化，再用舌簧管开关配合磁环提供压力信号。图2-7为膜片式真空开关的工作原理图。

图2-7 膜片式真空开关

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（4）控制阀

真空组件里常用两种电磁阀，真空发生用电磁阀和真空释放用电磁阀。

图2-8所示为一种真空组件动作原理图。图2-8a所示为真空发生电磁阀A通电时的工作状况，此时供气通路接通，压缩空气流人真空发生器产生真空，可以用来吸附工件。

图2-8b所示为真空释放电磁阀B通电时的工作状况。当被吸附的工件到位需要释放时，真空发生电磁阀A和释放电磁阀B同时动作(A断电，B通电)。此时。停止产生真空,同时压缩空气经B从吸附口流向吸盘，将工件快速释放。由此可见，真空发生用的电磁阀A的作用是接通供气，真空释放电磁阀B的作用是加快工件释放。

a)真空发生电磁阀通电 b)真空释放电磁阀通电

图2-8 真空组件－电磁阀

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电磁阀的工作原理，电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油/气管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油/气的孔，而进油/气孔是常开的，液/气压油/气就会进入不同的排油/气管，然后通过油/气的压力来推动油/气缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动

国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步直动和先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构)。

直动式电磁阀： 原理：

通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。

特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过25mm。

分布直动式电磁阀： 原理：

它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。

特点：在零压差或真空、高压时亦能可动作，但功率较大，要求必须水平安装。

先导式电磁阀： 原理：

通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。

特点：流体压力范围上限较高，可任意安装(需定制)但必须满足流体压差条件。

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两位三通电磁阀通常与单作用气动执行机构配套使用，两位是两个位置可控：开-关，三通是有三个通道通气，一般情况下1个通道与气源连接，另外两个通道1个与执行机构的进气口连接，1个与执行机构排气口连接，具体的工作原理可以参照单作用气动执行机构的工作原理图。

两位五通电磁阀通常与双作用气动执行机构配套使用，两位是两个位置可控：开-关，五通是有五个通道通气，其中1个与气源连接，两个与双作用气缸的外部气室的进出气口连接，两个与内部气室的进出气口接连，具体的工作原理可参照双作用气动执行机构工作原理。

在气路(或液路)上来说，两位三通电磁阀具有1个进气孔(接进气气源)、1个出气孔(提供给目标设备气源)、1个排气孔两位五通电磁阀具有1个进气孔(接进气气源)、1个正动作出气孔和1个反动作出气孔(分别提供给目标设备的一正一反动作的气源)、1个正动作排气孔和1个反动作排气孔(安装消声器)。

在选用电磁阀需要注意的是：

一、安全性：不注意安全即会产生灾难

1.腐蚀性介质：宜选用塑料王电磁阀和全不锈钢；对于强腐蚀的介质必须选用隔离膜片式。例CD-F.Z3CF。中性介质，也宜选用铜

合金为阀壳材料的电磁阀，否则，阀壳中常有锈屑脱落，尤其是动作不频繁的场合。氨用阀则不能采用铜材。

2.爆炸性环境：必须选用相应防爆等级产品，露天安装或粉尘多场合应选用防水，防尘品种。

3.电磁阀公称压力应超过管内最高工作压力。

二、适用性：不适用等于花钱买废物，还要添麻烦

1.介质特性

1) 质气，液态或混合状态分别选用不同品种的电磁阀，例ZQDF用于空气，ZQDF—Y用于液体，ZQDF—2（或-3）用于蒸汽，否则易

引起误动作。ZDF系列多功能电磁阀则可通过气、液体。最好定时告明介质状态，安装用户就不必再调式。

2) 介质温度不同规格产品，否则线圈会烧掉，密封件老化，严重影响寿命。 3) 介质粘度，通常在50cSt以下。若超过此值，通径大于15mm用ZDF系列多功能电磁阀作特殊订货。通径小于15mm订高粘度电磁阀

4) 介质清洁度不高时都应在电磁阀前配装反冲过滤阀，压力低时尚可选用

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直动膜片式电磁阀.例如CD—P。

5) 介质若是定向流通，且不允许倒流ZDF—N和ZQDF—N单需用双向流通，请作特殊要求提出。

6) 介质温度应选在电磁阀允许范围之内。 2.管道参数

1) 根据介质流向要求及管道连接方式选择阀门通口及型号。例如，用于一条管道向两条管道切换的，小通径的选CA5和Z3F，中等

或大通径请选ZDF—Z1/2。又如控制两条管道汇流的，请选ZDF—Z2/1等。 2) 流量和阀门Kv值选定公称通径，也可选同管道内径。请注意有的厂家未标有Kv值，往往阀孔尺寸小于接口管径，切不可贪图

价低而误事。 3) 工作压差

最低工作压差在0.04Mpa以上是可选用间接先导式；最低工作压差接近或小于零的必须选用直动式或分步直接式。

3.环境条件

1）环境的最高和最低温度应选在允许范围之内，如有超差需作特殊订货提出。

2）环境中相对湿度高及有水滴雨淋等场合，应选防水电磁阀。

3）环境中经常有振动，颠簸和冲击等场合应选特殊品种，例如船用电磁阀。 4）在有腐蚀性或爆炸性环境中的使用应优先根据安全性要求选用耐发蚀。 5）环境空间若受限制，请选用多功能电磁阀，因其省去了旁路及三只手动阀且便于在线维修。

4.电源条件

1）根据供电电源种类，分别选用交流和直流电磁阀。一般来说交流电源取用方便。

2）电压规格用尽量优先选用AC220V.DC24V。

3）电源电压波动通常交流选用+%.-15%，直流允许±左右，如若超差，须采取稳压措施或提出特殊订货要求。

4）应根据电源容量选择额定电流和消耗功率。须注意交流起动时VA值较高，在容量不足时应优先选用间接导式电磁阀。

5.控制精度

1）普通电磁阀只有开、关两个位置，在控制精度要求高和参数要求平稳时请选用多位电磁阀；Z3CF三位常开电磁阀，具有微启，全

开和关闭三种流量；ZDF—Z1/1组合多功能电磁阀具有全开、大开、小开、

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全开四种流量。

2）动作时间：指电信号接通或切断至主阀动作完成时间，只有本公司专利产品多功能电磁阀可对开启和关闭时间分别调节，不仅可

满足控制精度要求，还可防止水锤破坏。

3）泄漏量：样本上给出的泄漏量数值为常用经济等级，若嫌偏高，请作特殊订货。

三、可靠性：不可靠将会损害整个系统

1、工作寿命，此项不列入出厂试验项目，属于型式试验项目。为确保质量应选正规厂家的名牌产品。

2、工作频率：动作频率要求高时，结构应优选直动式电磁阀，电源听优选交流。

3、工作制式：分长期工作制，反复短时工作制和短时工作制三种。本公司常规产品均为长期工作制，即线圈允许长期通电工作。对

于长时间阀门开通只有短时关闭的情况，则宜选用常开电磁阀。用在短时工作制而批量又很大时，可作特殊订货以降低功耗。

4、动作可靠性

严格地来说此项试验尚未正式列入我国电磁阀专业标准，为确保质量应选正规厂家的名牌产品。有些场合动作次数并不多，但对可

靠性要求却很高，如消防、紧急保护等，切不可掉以轻心。特别重要的，还应采取两只连用双保险。

四、经济性：不经济就是对资金，精力乃至生命的浪费

它选用的尺度之一，但必须是在安全、适用、可靠的基础上的经济。 经济性不单是产品的售价，更要优先考虑其功能和质量以及安装维修及其它附件所需用费用。

更重要的是，一只电磁阀在整个自控系统中在整个自控系统中乃至生产线中所占成本微乎其微，如果贪图小便宜而错选早造成损害是巨大的。

总之，经济性不单指产品价格，而是产品的性能价格比综合费用价格比。

(5) 真空吸盘

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真空吸盘是直接吸吊物体的元件，是真空系统中的执行元件。吸盘通常是由橡胶材料和金属骨架压制而成。制造吸盘的材料通常由丁晴橡胶，聚氨脂橡胶和硅橡胶等，其中硅橡胶适用于食品行业。其吸力为1—10000N，适用于抓取薄片状的工件，如塑料片、硅钢片、纸张(盒)及易碎的玻璃器皿等，要求工件表面平整光滑、无孔和无油污。

图2-9 真空吸盘

真空吸盘的安装是靠吸盘上的螺纹直接与真空发生器或者真空安全阀、空心活塞杆气缸相连。

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1．吸盘理论

图 2-10 吸盘吸着方式

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2. 吸盘响应时间

2．吸盘响应时间

(

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3. 真空吸附回路

图2-11 真空应用回路

图2-11 为一个真空吸附回路。当启动手动阀1向真空发生器3提供压缩空气即产生真空，对吸盘2进行抽吸，当吸盘内的真空度达到调定值时，真空顺序阀4打开，推动二位三通阀换向，使控制阀5切换，气缸A活塞杆缩回（吸盘吸着工件移动）。当活塞杆缩回压下行程阀7时，延时阀7动作，同时开关1换向，真空断开（吸盘放开工件），经过设定时间延时后，主控制阀5换向，气缸伸出，完成一次吸放工件动作。

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2.2.2 视觉系统

(一) 视觉系统概述

随着微型和密间距片式电子元件的广泛应用，电子产品的制造商在贴装精度与速度方面对贴片机提出了更高的要求。因此，机器视觉系统在贴片机中被普遍采用。贴片机视觉系统主要实现两类功能：对PCB板的Mark识别，从而实现坐标转换；对贴片元件识别、检测、对中，从而实现元件的正确贴装。其组成可以分为硬件部分和软件部分。硬件部分的主要功能是获取高质量的图像；软件部分的主要功能是完成高精度高速度的算法。

传统贴片机是使用的机械对中装置，由于其不可靠和容易损伤元件的缺点，现在已经遭到淘汰，目前的贴片机都使用激光对中或视觉对中

针对片式电子元件的管脚越来越密、体积越来越小的发展趋势，要想精确地贴装就必须考虑如下因素： （1）PCB板的定位误差； （2）元器件的定心误差： （3）贴片机本身的运动误差。

如果将影响贴装精度的这些因素累积在一起，就难以实现对细间距元器件的精确贴装。单纯地用机械方式对PCB板定位和对元器件定心，不能满足贴装细间距元器件的精度要求。另外，虽然贴装误差与机器本身的运动误差紧密相关，但是，即使机器本身的运动精度再高，也难以保证贴装细间距元器件的精度要求。几年前，行业内可接受的精度标准还是0．1 mm（chip元件）和0．05mm（密间距元件）。现在，这个标准已经缩减到0．05mm（chip元件）和0．025mm（密间距元件）的趋势。

因此，必须使用机器视觉系统，才能实现这样高的精度要求。

(二)视觉技术原理

视觉是一个复杂的信息处理系统，要完整地理解视觉，必须从三个不同层次解释：第一是信息处理问题的计算机理论，研究对什么信息进行计算和为什么要进行计算；第二是算法，研究如何进行要求的计算，也就是要设计特定的算法；第三是执行，研究完成某一特定算法的具体机构。

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视觉处理的一般描述见表2-12： 阶段 图像 原始草图 5/2维草图 三维模型表示 目的 表示灰度 表示灰度变化及二维结构 表示可见面取向深度及不连续性 利用模块的层次（体素）来描述形状及三维空间结构

表2-12 视觉处理一般描述

视觉系统研究从灰度图出发，所以第一阶段是取出灰度变化，得到原始的未加工的草图，该草图完全是一个二维的数据描述；第二步利用原始草图信息求得表面描述；在2 又1/2维草图中只能得到可见光表面；在这一阶段，使用以观察者为中心的坐标系，因此可以表示离观察者的距离以及相对于观察者的方向，然后利用所描述的曲面去获得完整景物的三维表达。如果利用物体为中心的坐标系进行描述计算，即属于第三层次，这一层次可以利用体素（例如，以模块层次方式构成各种广义的柱体），也可以利用有关景物的整个三维空间进行推理。

机器人视觉可以看作从三维环境的图像中获取、描述和解释信息的过程，他可以划分为六个部分，如图2-13所示：

图元 各点灰度值 交叉点，边缘线段，终止符 局部表面的取向及离观察者的距离及不连续性 由体素或曲面片构成的三维层次模型 原始图像获取图像预处理 图像分割 图像描述 图像解释 目标识别 图2-13 视觉功能实现过程图

(1) 获取原始图像。

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这部分相当于人的视觉的感觉过程，主要通过各种图像传感器来获取环境的图像。

(2) 图像预处理。

普通的图像预处理方法很多，在机器人视觉系统中使用的预处理方法必须要考虑计算机的运算速度，尽可能减小运算量。

(3) 图像分割。

分割是将图像划分成若干个有一定含义的对象的过程。他是机器人视觉系统中重要的一步，主要包括灰度阀值法、边缘分割、匹配和拟合、区域跟踪和增长等。

(4) 图像描述。

描述是为了进行识别而从物体中抽取特征的过程；在理想情况下，描述应该与物体的大小、位置、方向无关，应该含有足够多的可用于鉴别的信息，以便从众多的物体中唯一地识别某一特定的物体。

(5) 目标识别。

识别是一种标记的过程：识别算法的功能在与识别景物中每个已分割的对象，并赋予该对象以某一标记。

(6) 图像解释。

解释可以看作是视觉系统对其环境的更高级的认知行为。

（三）视觉系统的组成

视觉系统的一个重要特点是数据量大，且要求处理速度快。处理速度和可靠性是机器人视觉系统从实用角度亟待解决的瓶颈问题。解决的办法主要有两个，一是改进和提高硬件系统的性能，如将部分算法用VLSI技术实现，研究实用与机器人视觉、视频信号处理的新型计算机体系结构等；另一种方法是设计稳定性好、可靠性高、易操作的软件系统。

典型的机器人视觉系统的总体结构图2-14所示，它由硬件和软件两大部分

组成。 1.硬件

(1)图像传感器。 常用的有光电耦合器件（CCD）、摄像机、超声波传感器等。 (2) 视频信号数字化设备。 主要任务是把摄像机或CCD输出的模拟电信号转化成计算机方便使用的数字信号，并将数字信号采集到计算机的内存。 (3) 计算机及其外设。 根据系统需要可以选用不同的计算机及其外设，来满足机器人视觉信息处理及机器人控制的需要。

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