目前，LED 照明產(chǎn)品的環(huán)保節(jié)能、高性價比特點已經(jīng)被市場接受，同時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(nèi)照明中的應(yīng)用，LED 光產(chǎn)業(yè)亦將成為了解決能源和環(huán)境問題的代名詞，LED 照明市場快速發(fā)展。這樣的快速發(fā)展必然涉及到LED 貼片機(jī)、LED 生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域的快速發(fā)展。

一、SMT與貼片機(jī)

表面貼裝技術(shù)( SMT) ，也可以稱為表面組裝技術(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(jī)及通信類電子產(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

SMT 是隨著電子工業(yè)的發(fā)展而誕生的，隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)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。

1) 元器件組裝密度高，電子產(chǎn)品體積小、重量輕。

2) 易于實現(xiàn)自動化，提高生產(chǎn)效率。

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

4) 高頻特性好。表面組裝元器件( SMD) 無引腳或段引腳，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 布線密度增加、鉆孔數(shù)目減少、面積變小、同功能的PCB 層數(shù)減少，這些都使PCB 的制造成本降低。無引線或短引線SMC /SMD 節(jié)省了引線材料，省略了剪線、打彎工序，減少了設(shè)備、人力費用。頻率特性的提高減少了射頻調(diào)試費用。電子產(chǎn)品體積縮小、重量減輕，降低了整機(jī)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 是一個系統(tǒng)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)線必然要有3 種重要設(shè)備： 印刷機(jī)點膠機(jī)、貼片機(jī)、回流焊爐波峰焊機(jī)，其中波峰焊這種工藝，隨著表面貼裝技術(shù)的發(fā)展，特別是底部引線集成電路封裝BGA QFN 的大量應(yīng)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) 無論是對于大型機(jī)廠商還是中型機(jī)廠商，經(jīng)典的可以推薦SMT 生產(chǎn)線一般由2 臺貼片機(jī)組成，1臺高速貼片機(jī)( 片式元件貼片機(jī)) 1臺高精度貼片機(jī)( IC 元件貼片機(jī)) ，這樣各司其職，有利于整條SMT 生產(chǎn)線發(fā)揮出最高的生產(chǎn)效率。但是現(xiàn)在情況正在發(fā)生著改變，很多貼片機(jī)生產(chǎn)商推出了多功能貼片機(jī)，使得SMT 生產(chǎn)線只由1 臺貼片機(jī)組成成為可能。1 臺多功能貼片機(jī)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 最簡單的貼片機(jī)模型

如圖4 所示，最基本的貼片機(jī)由機(jī)架、電路板夾持機(jī)構(gòu)、供料器(沒有在圖中畫出) 、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，還可以以θ方向轉(zhuǎn)動( 以便調(diào)整元器件偏離焊盤的旋轉(zhuǎn)角度) 。

1.4 LED 貼片機(jī)

泛義上講LED 貼片機(jī)屬于表面貼裝技術(shù)( SMT) 貼片機(jī)中的一種，隨著LED 技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)SMT 貼片機(jī)已不能滿足LED 行業(yè)生產(chǎn)需求，此時LED 貼片機(jī)便應(yīng)運而生。

LED 貼片機(jī)是專門為LED 行業(yè)所設(shè)計定做的SMT 貼裝設(shè)備，用來實現(xiàn)大批量的LED 電路板的組裝。設(shè)備要求精度不高，但要求速度快。LED 專用貼片機(jī)降低了貼片設(shè)備成本，并提高生產(chǎn)效率。目前LED 貼片機(jī)的種類很多，但是無論是全自動高速貼片機(jī)還是手動低速貼片機(jī)，它們的整體布局都是類似的。

全自動LED 貼片機(jī)是由計算機(jī)控制，集光機(jī)電氣為一體的高精度自動化設(shè)備，由機(jī)架、PCB 傳送機(jī)構(gòu)及承載組織、驅(qū)動及伺服定位體系、貼裝頭、供料器、光學(xué)識別體系、傳感器和計算機(jī)控制體系組成，其經(jīng)過吸取-位移-定位-放置等一些功能，完成了把SMD 快速準(zhǔn)確的貼裝到PCB 板上。

1.5 LED 貼片機(jī)與傳統(tǒng)貼片機(jī)的區(qū)別

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

1) 智能化的手段更加成熟的運用到LED 專用貼片機(jī)上，各類具有優(yōu)秀性能的傳感器能夠在實施作業(yè)時充分收集數(shù)據(jù)給計算機(jī)處置，保障整個貼裝過程的穩(wěn)定性和可靠性。同時和其他設(shè)備一樣要依據(jù)科學(xué)的方法及技術(shù)規(guī)范，定期對LED貼片機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)，比如對機(jī)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(dǎo)致的機(jī)器內(nèi)部散熱不良，造成過熱燒壞器件。LED 貼片機(jī)有好的穩(wěn)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(jī)速度一定要快，最低18 000點/h 以上的貼裝速度。

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

4) LED 貼片機(jī)最低要可以貼裝1 200 mm 長度的PCB，因為LED 很大一部分是取代傳統(tǒng)光管照明，所以長度會大大超過傳統(tǒng)PCB 尺寸。除了這些以外，為了保證單個LED 燈板無色差，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(shù)的范圍，不同的范圍可以分別用不同的編號表示，這些參數(shù)包括電壓、色溫、亮度等，所以會有電壓BIN、色溫BIN、亮度BIN 這樣的說法，可以用BIN 代表產(chǎn)品的型號) 。

1.6 國產(chǎn)LED 貼片機(jī)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

作為第四代光源的巨大市場潛力，再加上政府政策的大力支持，國內(nèi)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，到目前過渡到LED 商業(yè)照明、室內(nèi)照明、戶外照明、亮化工程等，LED 產(chǎn)品實現(xiàn)了從單一的火爆產(chǎn)品，過渡到LED 全領(lǐng)域的應(yīng)用和普及。

LED 的發(fā)展帶動了相關(guān)設(shè)備產(chǎn)業(yè)的火爆，回流焊、波峰焊、印刷機(jī)、LED 貼片機(jī)、LED 封裝設(shè)備發(fā)展勢頭迅猛。目前國內(nèi)LED 設(shè)備大部分是可貼裝1.2 m 的燈板的小型貼片機(jī)，基本上都使用平臺式運動結(jié)構(gòu)，結(jié)合雙擺臂運動方式，實現(xiàn)LED 貼裝。軌道式LED 貼片機(jī)在國內(nèi)比較少。這也是下一步，眾多企業(yè)發(fā)展的一個方向。

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

二、LED 貼片機(jī)的最關(guān)鍵技術(shù)

2.1 精密機(jī)光電一體化技術(shù)

在LED 貼片機(jī)運作過程的，這項技術(shù)的體現(xiàn)：貼裝頭通過精準(zhǔn)的機(jī)械運動將元器件從供料器中揀出并經(jīng)過校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)后，準(zhǔn)確快速地把元器件安裝到PCB 板上。

2.2 視覺技術(shù)

采取不停步快速拍攝定位技術(shù)，實現(xiàn)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控制技術(shù)磁懸浮直線電機(jī)驅(qū)動的應(yīng)用，改進(jìn)了原有伺服旋轉(zhuǎn)式電機(jī)絲桿鏍母存在速度低、噪音大的缺點。直線電機(jī)應(yīng)用的是磁懸浮技術(shù)，運動時無摩擦，無阻力，速度高，使用壽命長。

2.4 高效智能化軟件技術(shù)

隨著貼片機(jī)組成和結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化和多元化，貼片機(jī)軟件技術(shù)的重要性越來越得到體現(xiàn)。高效實時多任務(wù)并行處理操作系統(tǒng)、智能化貼裝程序優(yōu)化、自動診斷技術(shù)等勢必會大大提高生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.5 模塊化及系統(tǒng)集成技術(shù)

模塊化及系統(tǒng)集成技術(shù)的目的是，針對LED貼片機(jī)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(qiáng)調(diào)設(shè)備的可移植性、相互操作性、縮放性和可配置性，提供設(shè)備控制平臺對控制需求的可重構(gòu)性和開放性，從而能夠簡捷、高效地構(gòu)造和完成特定要求的表面貼裝設(shè)備，提高組裝生產(chǎn)率。

2.6 電機(jī)使用輕量化設(shè)計概念

可大幅減少機(jī)器運動部分重量，由此而使機(jī)器運作時消耗的功率也大幅降低到只有普通貼片機(jī)的1 /4 消耗，耗電可達(dá)普通貼片機(jī)1 /4 以下;LED 貼片機(jī)對貼裝精度要求不高，但要求速度較快。目前國內(nèi)針對LED 的專業(yè)貼片機(jī)，有幾家在做，根據(jù)速度不同可分為4 頭、6 頭、8 頭設(shè)備，可以參考泰姆瑞LED640、LED660 V 和LED680 V這幾款LED 專用貼片機(jī)實際了解。中間那個數(shù)字代表貼片頭數(shù)量的多少。數(shù)字越大，速度越高。LED 貼片機(jī)主流應(yīng)用應(yīng)該是可貼裝大面積的PCB 板，要滿足在線的要求，這樣才能保證速度。

三、LED 貼片機(jī)的發(fā)展趨勢

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

3.1 LED 貼片機(jī)正朝更高精度的方向發(fā)展

貼片機(jī)精度是指貼片機(jī)X、Y 軸導(dǎo)航運動的機(jī)械精度和Z 軸旋轉(zhuǎn)精度。貼片機(jī)采用精密的機(jī)電一體化技術(shù)控制機(jī)械運動將元器件從供料器中抓取出來并經(jīng)過校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)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，首先面臨的一個重大挑戰(zhàn)便是更高可能地提高貼片機(jī)的貼裝精度。下面從LED 的制程開始述說具有更高精度的LED 貼片機(jī)可能會對LED未來的生產(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以金線互連的方式達(dá)成，但金線斷裂一直是其中一個常見的失效原因。在LED 照明應(yīng)用中金線的異常是導(dǎo)致死燈和光衰大這樣常見問題的罪魁禍?zhǔn)?。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(xiàn)閃爍。不亮的主要原因是電性回路出現(xiàn)開路，閃爍的原因是因為金線虛焊或接觸不良。

隨著倒裝焊技術(shù)的推出，兩者的相連可通過更穩(wěn)定的金屬凸點焊球來連接，節(jié)省成本并大大提高了可靠性及散熱能力。LED 擁有壽命長等優(yōu)點，配合倒裝焊技術(shù)比傳統(tǒng)使用金線互連的封裝技術(shù)更能發(fā)揮LED 的優(yōu)勢，LED 倒裝焊接技術(shù)，實現(xiàn)了單芯片及多芯片模組的無金線、無固晶膠封裝，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。

LED 無金線封裝即業(yè)內(nèi)俗稱的“無封裝”“免封裝”。這種工藝是利用倒裝芯片與線路板直接SMT 貼合，將SMD 封裝制程省略，直接將倒裝芯片用SMT 法貼合到線路板上或承載體上，因為芯片面積遠(yuǎn)小于SMD 器件，所以這個工藝需要非常精密的設(shè)計。

未來的LED 貼片機(jī)在提高精度的基礎(chǔ)條件上，直接運用到倒裝無封裝制程，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地進(jìn)入通用照明市場。將LED 貼片機(jī)直接運用到LED 的制程，很有潛力成為未來技術(shù)的趨勢。

3.2 LED 貼片機(jī)正朝高效率生產(chǎn)的方向發(fā)展

當(dāng)今社會最重要的一個特點，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，推動科技發(fā)展日新月異。在如火如荼的LED照明市場催動下，LED 貼片機(jī)的高效率工作必然成為其核心競爭力的體現(xiàn)。高效率就是提高生產(chǎn)效率，減少工作時間，增加產(chǎn)能，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)利益。在當(dāng)前的基礎(chǔ)上提高效率的主要方法有：加強(qiáng)LED 貼片機(jī)的自動化性能和改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作模式。

3.2.1 加強(qiáng)LED 貼片機(jī)的自動化性能

當(dāng)今信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和完善極大地促進(jìn)了自動化的水平，由原來的自動控制、自動調(diào)節(jié)、自動補(bǔ)償、自動辨別等發(fā)展到自學(xué)習(xí)、自組織、自維護(hù)、自修復(fù)等更高的自動化水平成為可能。同時對于貼片機(jī)這種自動化數(shù)控設(shè)備，軟件編程的效率對提高設(shè)備效率也至關(guān)重要，開發(fā)出更強(qiáng)大的軟件功能系統(tǒng)，減少人工編程時間，可以大大縮短無效工作時間，提高生產(chǎn)效率。

3.2.2 改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作模式

貼片機(jī)在提高貼裝速度方面逐漸達(dá)到瓶頸時，改善LED 貼片機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)不失是一種好的改進(jìn)思路。例如，雙路輸送LED 貼片機(jī)在保留傳統(tǒng)單路LED 貼片機(jī)性能的基礎(chǔ)上，將PCB 的輸送、定位、檢測、貼片等設(shè)計成雙路結(jié)構(gòu)。這種雙路結(jié)構(gòu)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(qū)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(qū)域。這2 種工作方式均能提高機(jī)器的生產(chǎn)效率。再如貼片機(jī)的多懸臂、多貼裝頭結(jié)構(gòu)，都是行之有效的方法。

3.3 LED 貼片機(jī)朝柔性化和模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展

時代的發(fā)展促進(jìn)了人們的生活水平和認(rèn)知，個性化的需求是未來市場的重要戰(zhàn)略手段。電商元年的開啟給我們更多的啟示是，傳統(tǒng)的實體店經(jīng)營模式更多是向產(chǎn)品體驗店的方向發(fā)展和轉(zhuǎn)變。未來電子產(chǎn)品制造為滿足市場的個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(zhàn)，適應(yīng)這種趨勢的有效方法是貼裝設(shè)備的柔性化。

如，將LED 貼片機(jī)的主機(jī)做成標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，并裝備統(tǒng)一的機(jī)座平臺和通用的用戶接口，而將點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(dá)到較高的使用效率;當(dāng)用戶有新的要求時，可以根據(jù)需要增加新的功能模塊機(jī)。

LED 貼片機(jī)的柔性就是實際生產(chǎn)中貼裝的靈活性，它包括能夠適應(yīng)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(zhuǎn)換、能夠升級換代。柔性化是能夠最大化的利用現(xiàn)有資源創(chuàng)造出最好的經(jīng)濟(jì)效益的方案，所以軟性化是一種理念的、動態(tài)的、相對的設(shè)備特性描述。

3.4 LED 貼片機(jī)朝智能化的方向發(fā)展

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，移動智能終端的爆發(fā)式增長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(xiàn)在我們的生活中，產(chǎn)品的智能化是最具有前景的未來市場。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(jī)具有以下的特點：人機(jī)一體化、自學(xué)習(xí)、自組織、自維護(hù)、自修復(fù)、超柔性等，極高的提高了腦力勞動自動化的水平，減少生產(chǎn)過程中的錯誤，從而提升效率提高產(chǎn)能。未來的LED 貼片機(jī)是在計算機(jī)智能技術(shù)的基礎(chǔ)上使得他具有更高級的類人思維能力，對貼裝過程進(jìn)行全程分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，并且可以通過收集、存儲、共享和繼承人類專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(jī)的精密化和智能化勢必會對LED 未來生產(chǎn)和技術(shù)產(chǎn)生巨大的影響。

3.5 LED 貼片機(jī)朝綠色化的方向發(fā)展

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