（3）SMT贴片机贴装精度参数分析及其测量方法

芯片贴片机的贴装精度

1、安装精度

安装精度（即安装偏差），也称为定位精度，皮肤细胞贴片机的精度是指元件放置在PCB预定位置的准确程度。贴片机的精度指的是元件实际位置与预定位置之间的最大偏差，反映了实际位置与预定位置的一致性程度。从数据分析的角度来看，它相当于测量中的精度概念。然而，就其工作原理和机制而言，贴片机更类似于数控机床。
由于芯片贴装机的运动包括X轴和Y轴导轨运动的定位精度，而Z轴旋转精度又包含两个误差分量，因此，在讨论贴装精度时，也可以将其分为平移误差和旋转误差，如下图所示。

（1）翻译错误
平移误差主要由X-Y定位系统的运动误差引起，包括定位误差和坐标轴方向误差。元件对准系统无法精确地将元件中心与贴片头主轴中心线对准，这也是造成平移误差的原因之一。理论上，平移误差定义为以目标位置为中心的贴装误差范围的半径T。实际上，芯片贴装机的平移误差是通过X-Y轴坐标的误差来衡量的。因此，如下图所示，误差半径T可由以下公式计算得出：

其中 T 是由平移误差引起的真实误差半径； 是沿 X 轴的误差； 是沿 Y 轴的误差。

（2）旋转误差
旋转误差是由部件定位机构的误差和Z轴的旋转误差引起的。旋转误差的定义是理论位置与实际位置之间的角度偏差，例如下图中的角度θ。由于矩形部件对角线对应的顶点距离部件中心最远，因此该点的旋转误差最大。为了便于分析，如图所示，当旋转误差为θ时，部件对角线顶点移动的距离R称为角位移，其可由以下公式给出：

（其中角度θ的单位为弧度）
其中 R 为角位移；L 为矩形分量的对角线长度；θ 为旋转误差。有时，旋转误差需要用 X 轴和 Y 轴方向的误差来表示，这些误差可以通过以下 X-Y 误差分量的公式获得：

其中，是旋转误差引起的 X 轴误差；是旋转误差引起的 Y 轴误差；R 是角位移；φ 是 X 轴与旋转误差 θ 的角平分线之间的夹角。

（3）总误差
实际安装元件时，旋转误差和平移误差同时存在。在这种情况下，会产生累积效应。总误差可通过这两个分量的矢量相加得到。X轴和Y轴的总误差分量可由以下公式计算：

然后，总误差可通过以下公式计算：

其中，分别是 X 轴和 Y 轴的总误差分量；，，和的定义如上所述。
由于旋转误差的影响取决于部件的尺寸，因此需要分别确定平移误差和旋转误差。选择待安装部件的类型后，即可根据这两个值计算总安装精度。

2、IPC关于安装精度的标准规定

（1）电子产品分类
在IPC标准中，电子产品分为以下三个级别。
一级：通用消费电子产品。这些产品在相对稳定的环境下使用，对性能要求较高。射频性能价格比低，成本低，对可靠性的要求不高。
二级：工业和商业电子产品。这类产品的使用环境差异很大。它们既需要高性价比，又需要长使用寿命，而且可靠性要求也相对较高。
3级：高可靠性电子设备。此类产品的持续性能至关重要，任何故障（例如停机）都无法容忍。用户环境可能十分恶劣。此类产品包括救生设备和军用设备等高可靠性产品，每种产品的影响程度各不相同。
（2）IPC-A-610的相关标准
在SMT贴装过程中，理想状态是元件引脚与电路板上的焊盘完全重合。然而，在贴装过程中，由于电路板定位偏差、元件拾取偏差、校正偏差、机器定位系统偏差以及环境因素等原因，这种理想状态很难实现。
IPC-A-610 是三级电子产品印刷电路板组装和焊接后元件与焊盘之间偏移误差的可接受标准。以芯片元件和 SOP 元件为例，其简要概述如下。
对于 1 级和 2 级：元件焊点端或引脚宽度 (W) 与电路板上焊盘宽度 (P) 的重叠部分 (C) 应至少占元件或焊盘宽度的 50%（如下图所示）。
对于 3 级：元件焊点端或引脚宽度 (W) 与电路板上焊盘宽度 (P) 的重叠部分 (C) 应至少占元件或焊盘宽度的 75%（如下图所示）。
（3）IPC9850标准的有关规定
IPC-A-610 仅对焊接后元件引脚和 PCB 的偏移量做出可接受性规定，并未涉及贴装后的偏移误差以及焊接工艺方法。实际上，如果采用回流焊工艺，由于元件在焊接过程中处于“悬浮”状态，在焊锡的润湿作用下，回流焊具有“自校准”效应，即元件在焊接后具有减小偏移误差的作用。根据误差测量和计算中取最不利状态数据的原则，在评估贴装精度时，我们只需考虑贴装过程中的偏移误差即可。
在IPC9850标准中对芯片贴片机的精度要求中，除了对机器X、Y、θ轴的精度要求外，还提出了一种综合考虑方法，即考虑所有轴偏差组合对芯片贴片机精度的影响。该方法的基本原理是，许多误差是由适当大小的X、Y、θ轴贴装误差组合造成的，绝非仅由其中任何一个轴的误差引起。这种方法考虑了这三个误差的综合影响，称为悬垂或叠加（重合度）。实际上，研究发现，当分别考虑X、Y、θ轴偏差时，它们都能满足规定的要求，但当它们组合在一起时，有时却无法形成合格的焊接连接。
这种方法的优势显而易见。它比传统上独立考虑各轴性能的观点更贴近实际装配过程，因为装配精度最终会体现在焊接后的产品质量评价中。
在IPC9850中，综合考虑X、Y和θ轴误差时，使用了两个量：总误差和引脚-焊盘重合度。总误差是指引脚外端误差的最大值，它与引脚-焊盘重合度相关。具体计算方法可参考IPC9850标准“3.3.3.2.2 Cpk for Termination-to-Land Coverage”（端接-焊盘覆盖率）。在实际测量芯片贴片机的精度时，总误差对应于引脚-焊盘悬垂量。例如，对于引脚宽度为0.2mm的QFP封装，要求总误差（对于引线元件，即MLTE）≤0.100相当于要求引脚-焊盘覆盖率≥75%。总误差限值为0.15对应于LTL≥50%。有关详细的规定和计算方法，请参考相关的IPC标准。

3、微型元件贴片机的精度要求
用于贴装微型元件的芯片贴装机的精度要求因产品类型而异。当产品需要达到3级标准时，假设元件焊盘或引脚的宽度与电路板上的焊盘宽度相同，对于贴装01005（0.4mm×0.2mm）元件，机器精度必须达到0.05mm；对于贴装引脚间距为0.4mm、引脚宽度为0.2mm的元件，机器精度也必须达到0.05mm。

（1）SMT贴片机贴装精度参数分析及其测量方法

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