مر تطوير ماكينات وضع SMT بعدة مراحل واتجاهات تكنولوجية جديدة.

منذ إنشائها في أوائل الثمانينيات، ظلت الوظيفة الأساسية لماكينة الالتقاط والوضع دون تغيير إلى حد كبير. ومع ذلك، فقد خضعت متطلبات التنسيب - خاصة فيما يتعلق بالسرعة والدقة - لتحول كبير بسبب التطور السريع لصناعة الإلكترونيات، فضلاً عن الاتجاه نحو تصغير المكونات والتجميع عالي الكثافة. نستثني من مناقشتنا ما يسمى بالمعدات على مستوى الدُفعات الصغيرة، أي ماكينات وضع SMT اليدوية، والتي كانت تُستخدم في الأيام الأولى ولا تزال تُستخدم اليوم بشكل أساسي في النماذج الأولية للمنتجات والأبحاث. وذلك لأن هذه الماكينات لا يمكنها منافسة ماكينات وضع SMT السائدة من حيث المستوى التقني ونطاق التطبيق. فيما يتعلق بماكينات وضع SMT السائدة المستخدمة في الإنتاج الضخم، يمكن تصنيفها إلى ثلاثة أجيال من منظور تقني. دعونا أولاً نقدم مراحل تطور ماكينات وضع SMT والاتجاهات التكنولوجية الجديدة. 

أولاً، نريد مناقشة المراحل التطورية لماكينات الالتقاط والوضع SMT. كانت أولى المعدات في صناعة SMT هي الجيل الأول من ماكينات الالتقاط والمكان. ظهرت ماكينات الالتقاط والمكان من الجيل الأول في أوائل السبعينيات إلى أوائل الثمانينيات كجهاز تجميع مبكر مدفوعًا بتطبيق تقنية التركيب السطحي في الإلكترونيات الصناعية والاستهلاكية. وعلى الرغم من أن طريقة المحاذاة الميكانيكية المستخدمة في ماكينات الالتقاط والمكان تلك أدت إلى سرعات منخفضة في وضع المكونات تتراوح بين 1000 إلى 2000 مكون في الساعة تقريبًا ودقة وضع منخفضة نسبيًا، حوالي ± 0.1 مم لتحديد المواقع X-Y و± 0.25 مم لدقة الوضع، وعلى الرغم من بساطة وظائفها، إلا أنها كانت تمتلك بالفعل جميع العناصر الأساسية لماكينات الالتقاط والمكان الحديثة.

وبالمقارنة مع تجميع إدخال المكونات يدويًا، مثلت هذه السرعات والدقة ثورة تكنولوجية عميقة. وعلاوة على ذلك، فإن الجيل الأول من ماكينات التركيب SMT قد دشّن حقبة جديدة من الإنتاج الآلي الكامل واسع النطاق وعالي الكفاءة وعالي الجودة للمنتجات الإلكترونية. بالنسبة للمراحل المبكرة من تطوير SMT، عندما كانت المكونات المثبتة على السطح كبيرة نسبيًا، مثل مكونات الرقائق من النوع 1608 ودرجة الرقاقة الدائرية التي تتراوح بين 1.27 و0.8 مم، كانت هذه الماكينات قادرة بالفعل على تلبية متطلبات الإنتاج الضخم. ومع التطوير المستمر لماكينات SMT وتصغير المكونات، تم التخلص التدريجي من هذا الجيل من ماكينات SMT منذ فترة طويلة من السوق، ولم يعد موجودًا الآن إلا في عدد قليل من الشركات الصغيرة. وكان التطور التالي هو الجيل الثاني من ماكينات الالتقاط والتركيب. من منتصف الثمانينيات إلى أواخر التسعينيات، نضجت صناعة SMT تدريجيًا وتطورت بسرعة. وبدافع من هذا النمو، استند الجيل الثاني من ماكينات الالتقاط والمكان على طراز الجيل الأول من خلال اعتماد نظام بصري لمحاذاة المكونات، مما عزز بشكل كبير من سرعة الماكينة ودقتها. وقد لبى هذا التقدم الطلب المتزايد على الانتشار السريع للمنتجات الإلكترونية وتطويرها. وخلال عملية التطوير هذه، ظهر نوعان متميزان من الماكينات: ماكينات عالية السرعة مصممة في المقام الأول لتركيب مكونات الرقائق الإلكترونية مع التركيز على سرعة التركيب، وماكينات متعددة الوظائف مصممة في المقام الأول لتركيب مختلف الدوائر المتكاملة والمكونات غير المنتظمة الشكل. هذان النوعان من الماكينات لهما وظائف وتطبيقات مختلفة بوضوح. 

تحتوي ماكينات الالتقاط والوضع من الجيل الثاني أيضًا على فئتين فرعيتين، الأولى هي الماكينات عالية السرعة. وتستخدم الماكينات عالية السرعة في المقام الأول هيكل رأس التقاط ووضع دوار متعدد الرؤوس ومتعدد الفوهات. واستنادًا إلى اتجاه الدوران بالنسبة لمستوى ثنائي الفينيل متعدد الكلور، يمكن تصنيفها أيضًا إلى نوع البرج (حيث يكون اتجاه الدوران موازيًا لمستوى ثنائي الفينيل متعدد الكلور) ونوع العجلة (حيث يكون اتجاه الدوران عموديًا أو بزاوية 45 درجة لمستوى ثنائي الفينيل متعدد الكلور). وبفضل اعتماد تقنية محاذاة التموضع البصرية والأنظمة الميكانيكية الدقيقة، مثل البراغي الكروية والموجهات الخطية والمحركات الخطية والمحركات الخطية والمحركات التوافقية وأنظمة التفريغ الدقيقة وأجهزة الاستشعار المختلفة وتكنولوجيا التحكم بالكمبيوتر، وصلت سرعة وضع الماكينات عالية السرعة إلى 0.06 ثانية لكل قطعة، مقتربة من حدود الأنظمة الكهروميكانيكية. الفرع الثاني هو الماكينة متعددة الوظائف. يمكن لماكينات الوضع متعددة الوظائف، والمعروفة أيضًا باسم الماكينات الشاملة، وضع مختلف مكونات التغليف الدائري المتكامل والمكونات غير المنتظمة الشكل، بالإضافة إلى مكونات الرقائق الصغيرة. ويمكنها استيعاب المكونات من مختلف الأحجام والأشكال، ومن هنا جاءت تسميتها بماكينة وضع متعددة الوظائف. يعتمد هيكل ماكينات الوضع متعدد الوظائف في الغالب على هيكل من النوع المقوس ورأس وضع متعدد الفوهات بحركة خطية، ويتميز بالدقة العالية والمرونة الجيدة. تركز الماكينات متعددة الوظائف على الوظائف والدقة، ولكن سرعة وضعها ليست بنفس سرعة ماكينات الوضع عالية السرعة. وهي تُستخدم في المقام الأول لوضع مختلف الدوائر المتكاملة المعبأة والمكونات الكبيرة غير المنتظمة الشكل، كما أنها تُستخدم لوضع المكونات الصغيرة المثبتة على السطح في الإنتاج والنماذج الأولية على نطاق متوسط وصغير.

ومع التطور السريع لماكينة SMT وزيادة تصغير المكونات، أدى ظهور أشكال تغليف أكثر دقة من ماكينات الالتقاط والمكان مثل SOP وSOJ وPLCC وQFP وBGA إلى جعل هذا الجيل من ماكينات الالتقاط والمكان غير ملائم بشكل متزايد. وقد تلاشت هذه الماكينات تدريجيًا من التيار الرئيسي لمصنعي ماكينات الالتقاط والمكان. ومع ذلك، لا يزال هناك عدد كبير من الجيل الثاني من ماكينات الالتقاط والموضع من الجيل الثاني قيد الاستخدام اليوم، ولا يزال تطبيقها وصيانتها من الموضوعات المهمة في معدات SMT.

تشتمل الميزات التقنية الرئيسية لماكينة الالتقاط والمكان من الجيل الثالث عمومًا على منصة هيكلية مركبة معيارية، ونظام رؤية عالي الدقة ومحاذاة طائرة، وهيكل ثنائي المسار، ورأس متعدد الأقواس، ورأس متعدد الالتقاط والمكان، وهيكل متعدد الفوهات، وتغذية واكتشاف ذكي، ومحرك محرك خطي عالي السرعة وعالي الدقة، ورأس التقاط ووضع عالي السرعة ومرن وذكي، وأخيرًا تحكم دقيق في حركة المحور Z وقوة الوضع. في حين أن التكنولوجيا هي أحد الجوانب، إلا أن الخصائص الأساسية لماكينة الالتقاط والوضع من الجيل الثالث تكمن في أدائها العالي ومرونتها. على سبيل المثال، فهي تجمع بين وظائف ماكينة عالية السرعة وماكينة متعددة الوظائف في ماكينة واحدة. ومن خلال الهيكل المرن للماكينات المعيارية/القائمة على الوحدات/الوحدات النمطية/الخلوية، يمكن اختيار وحدات هيكلية مختلفة لتحقيق وظائف كل من الماكينات عالية السرعة والماكينات متعددة الأغراض في ماكينة واحدة. من المهم أيضًا تحقيق التوازن بين سرعة ودقة الوضع. على سبيل المثال، يستخدم الجيل الجديد من ماكينات التنسيب رؤوس التنسيب عالية الأداء، والمحاذاة البصرية الدقيقة، وأنظمة أجهزة/برمجيات الكمبيوتر عالية الأداء.

بالإضافة إلى ذلك، يتم تحقيق وضع عالي الكفاءة من خلال تقنيات مثل رؤوس وضع عالية الأداء ومغذيات ذكية، مما يتيح كفاءة الوضع الفعلي للماكينة لتصل إلى أكثر من 83% من القيمة المثالية. من المهم أيضًا تحقيق وضع عالي الجودة. ويتم تحقيق ذلك من خلال القياس الدقيق لأبعاد المحور Z والتحكم في قوة الوضع لضمان التلامس الجيد بين المكونات ومعجون اللحام، أو من خلال تطبيق ناقل الحركة المتقدم للتحكم في موضع الوضع، وبالتالي ضمان نتائج ممتازة. وعمومًا، تبلغ الطاقة الإنتاجية لكل وحدة مساحة أرضية لماكينات التركيب من الجيل الثالث ضعف ماكينات الجيل الثاني تقريبًا. وأخيرًا، يمكن لماكينات الالتقاط والوضع من الجيل الثالث أيضًا تطبيق أنظمة برمجيات ذكية للتجميع المكدس. وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل ماكينات الالتقاط والوضع من الجيل الثالث تتطور حاليًا بسرعة كبيرة.

ثانيًا، نريد مناقشة الآفاق المستقبلية وتطوير الجيل الثالث من ماكينات الالتقاط والوضع SMT من الجيل الثالث. أولاً وقبل كل شيء الأداء العالي: في تطوير ماكينات الالتقاط والوضع، لطالما كانت السرعة والدقة ووظيفة الوضع في حالة تضارب في الأولويات، مما أجبر المستخدمين على المفاضلة بين السرعة والدقة. ونتيجة لذلك، لا تزال الماكينات عالية السرعة والماكينات متعددة الوظائف هما الوضعان الأساسيان المستخدمان في وضع الماكينات اليوم. ومع ذلك، في المشهد التنافسي المتزايد للإلكترونيات المستقبلية، حيث تتسارع تحديثات المنتجات ويصبح الاتجاه نحو أنواع المنتجات المتنوعة وإنتاج الدفعات الصغيرة هو السائد، فإن تقنيات التغليف الجديدة مثل BGA و FC و CSP و PoP تفرض متطلبات أعلى من أي وقت مضى على ماكينات SMT. ونتيجة لذلك، يجب أن تتطور تكوينات ماكينات SMT لمواكبة هذه التغييرات. ومع تطور تقنيات ماكينات SMT مثل الوحدات النمطية، والنقل ثنائي المسار، والهياكل متعددة الأذرع، والرؤوس متعددة الأذرع، والمحاذاة الطائرة، والوضع الخفيف، أصبح تحقيق التوازن بين السرعة والدقة ووظيفة الوضع داخل ماكينة SMT واحدة هو الاتجاه الجديد.

ستصبح ماكينات SMT عالية الأداء التي تدمج بين السرعة العالية والدقة العالية والوظائف المتعددة والذكاء هي السائدة؛ النقطة الثانية هي الكفاءة العالية: الكفاءة العالية تعني تحسين كفاءة الإنتاج، وتقليل ساعات العمل، وزيادة القدرة الإنتاجية. بالنسبة لمعدات التحكم الرقمي الآلي باستخدام الحاسب الآلي مثل ماكينات الالتقاط والوضع، فإن كفاءة برمجة البرمجيات أمر بالغ الأهمية لتحسين كفاءة المعدات. إن تطوير أنظمة وظيفية برمجية أكثر قوة، بما في ذلك الأشكال المختلفة لملفات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، وتحسين توليد ملفات برامج الالتقاط والمكان بشكل مباشر، وتقليل وقت البرمجة اليدوية، وتطوير أنظمة تشخيص أعطال الماكينة، وأنظمة الإدارة الشاملة للإنتاج الضخم، وتحقيق التشغيل الذكي، هي مكونات رئيسية في التطوير المستقبلي لماكينات الالتقاط والمكان عالية الكفاءة. بالإضافة إلى ذلك، فإن التحسينات في هيكل المعدات وأنماط التشغيل هي أيضًا طرق مهمة لتعزيز كفاءة الإنتاج. تحتفظ ماكينات وضع SMT ذات المسار المزدوج الناقلة بأداء الماكينات التقليدية أحادية المسار مع تصميم نقل ثنائي الفينيل متعدد الكلور وتحديد المواقع والفحص والوضع في هيكل ثنائي المسار. يمكن لهذا الهيكل ثنائي المسار أن يعمل إما في أوضاع متزامنة أو غير متزامنة، وكلاهما يقلل من وقت خمول الماكينة ويعزز كفاءة الإنتاج؛ النقطة الثالثة هي التكامل العالي. يشير التكامل العالي إلى جانبين: تكامل تكنولوجيا المعدات وتكامل التكنولوجيا والإدارة. ينطوي تكامل تكنولوجيا المعدات على التطبيق المتبادل والتكامل والاندماج بين تقنيات متعددة. على سبيل المثال، تدمج الميكاترونكس تكنولوجيا الكشف والاستشعار، وتكنولوجيا معالجة المعلومات، وتكنولوجيا التحكم الآلي، وتكنولوجيا محركات المؤازرة، والتكنولوجيا الميكانيكية الدقيقة، والتكنولوجيا على مستوى النظام في تطبيق شامل.

فيما يتعلق بتكامل التكنولوجيا والإدارة، فإنه ينطوي على الاستفادة الكاملة من تقنيات الحاسوب والأتمتة والشبكات لتحقيق التكامل العضوي لتطبيقات المعدات وتقنيات الإدارة. ويكتسب استخدام المعدات المتكاملة، مثل خطوط الإنتاج المؤتمتة، أهمية خاصة. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي تضمين أنظمة مراقبة الأداء والتتبع في معدات خطوط إنتاج SMT إلى زيادة أداء المعدات إلى أقصى حد، وتعزيز القدرة الإنتاجية، وتحسين الجودة؛ النقطة الرابعة هي استخدام الطاقة الخضراء. إنه اتجاه حتمي في التطور المستقبلي للتصنيع الإلكتروني. سيؤدي تطور المجتمع البشري حتمًا إلى الانسجام بين البشر والطبيعة، وآلات الالتقاط والمكان ليست استثناءً. في المستقبل، يجب أن تأخذ معدات الالتقاط والمكان في الاعتبار التأثير البيئي بدءًا من مرحلة وضع التصور مرورًا بمرحلة التصميم والتصنيع والمبيعات والاستخدام والصيانة وإعادة التدوير وإعادة التصنيع، مع التركيز على تحسين استخدام المواد وتقليل استهلاك الطاقة وتعظيم عوائد الاستثمار للمستخدم. في السنوات الأخيرة، اكتسبت مفاهيم التصنيع الأخضر وحماية البيئة معاني جديدة. تُفهم حماية البيئة الآن بمعنى أوسع، حيث لا تشمل حماية البيئة الطبيعية فحسب، بل تشمل أيضًا البيئة الاجتماعية وبيئة الإنتاج والصحة البدنية والعقلية للمنتجين. وفي ظل هذه الظروف، يتمثل الهدف في تطوير معدات عالية الدقة وعالية الكفاءة وعالية الجودة مع أوقات تسليم قصيرة وخدمة ممتازة لما بعد البيع؛ وأخيرًا، فإن العامل الأكثر أهمية هو التنوع. العالم اليوم مكان متنوع ومتعدد الأوجه. فالتنمية متفاوتة في مختلف البلدان والمناطق، وحتى داخل البلد الواحد، تتطور المناطق المختلفة بوتيرة مختلفة. وهذا يؤدي إلى تنوع الطلب على جودة ودرجة المنتجات الإلكترونية.

وفي الوقت نفسه، فإن مجالات التطبيق المختلفة لها متطلبات مختلفة إلى حد كبير لموثوقية بيئات تطبيق المنتجات الإلكترونية، وهو ما يدفع أيضًا إلى متطلبات متنوعة لعمليات ومعدات تصنيع المنتجات. سيؤدي هذا الطلب المتنوع إلى دفع التطوير المستقبلي لمعدات التجميع نحو هيكل متنوع وتقنيات متعددة التخصصات. فمن ناحية، سيحتاج المصنعون إلى استيعاب كل من آلات الالتقاط والتركيب العالمية المرنة متعددة الوظائف والقادرة على التعامل مع أنواع متعددة من المنتجات وآلات الالتقاط والتركيب المتخصصة عالية الكفاءة والمصممة خصيصًا لمجالات ومنتجات محددة.

وختامًا، ستكون هناك حاجة لإنتاج آلات الالتقاط والتركيب المتطورة التي تتميز بالأتمتة الكاملة والذكاء والدقة العالية والقدرة الإنتاجية العالية لخدمة الشركات الكبيرة ومتطلبات التجميع عالية الكثافة، بالإضافة إلى آلات الالتقاط والتركيب المتوسطة إلى المنخفضة المناسبة للشركات الصغيرة والمتوسطة الحجم واحتياجات المنتجات الإلكترونية العامة. يسمح هذا النهج بالتطوير المتزامن لماكينات SMT الرئيسية عالية الأداء المصممة خصيصًا للتصنيع الصناعي على نطاق واسع وماكينات SMT الأصغر حجمًا وغير الرئيسية المناسبة للأبحاث والتعليم والتطبيقات المعملية.