Vývoj strojů pro umístění SMT prošel několika etapami a novými technologickými trendy.

Od svého vzniku na počátku 80. let 20. století se základní funkce stroje pick-and-place v podstatě nezměnily. Požadavky na umístění - zejména pokud jde o rychlost a přesnost - však prošly výraznou proměnou v důsledku rychlého rozvoje elektronického průmyslu a trendu miniaturizace součástek a montáže s vysokou hustotou. Z naší diskuse vylučujeme tzv. zařízení pro malé série, konkrétně ruční stroje pro umisťování SMT, které se používaly v počátcích a dodnes se používají především pro prototypování výrobků a výzkum. Je tomu tak proto, že tato zařízení nemohou konkurovat běžným strojům pro umísťování SMT, pokud jde o technickou úroveň a rozsah použití. Pokud jde o běžné stroje pro umístění SMT používané pro hromadnou výrobu, lze je z technického hlediska rozdělit do tří generací. Nejprve si představíme vývojové fáze strojů pro umístění SMT a nové technologické trendy. 

Nejprve bychom chtěli probrat vývojové fáze strojů SMT pick and place. Prvním zařízením v průmyslu SMT byly stroje pick-and-place první generace. Stroj pick-and-place první generace se objevil na počátku 70. až 80. let 20. století jako rané montážní zařízení poháněné aplikací technologie povrchové montáže v průmyslové a spotřební elektronice. Přestože mechanická metoda vyrovnávání používaná v těchto strojích pick-and-place vedla k nízkým rychlostem umisťování přibližně 1 000 až 2 000 součástek za hodinu a relativně nízké přesnosti umisťování, přibližně ±0,1 mm pro polohování X-Y a ±0,25 mm pro přesnost umisťování, a navzdory jejich jednoduché funkčnosti již měly všechny základní prvky moderních strojů pick-and-place.

V porovnání s ručním vkládáním součástek představuje taková rychlost a přesnost hlubokou technologickou revoluci. Navíc první generace strojů pro osazování SMT zahájila novou éru rozsáhlé, plně automatizované, vysoce efektivní a vysoce kvalitní výroby elektronických výrobků. Pro rané fáze vývoje SMT, kdy byly součástky pro povrchovou montáž poměrně velké, jako například čipové součástky typu 1608 a rozteč integrovaných obvodů v rozmezí 1,27 až 0,8 mm, byly tyto stroje již schopny splnit požadavky na hromadnou výrobu. S neustálým vývojem SMT a miniaturizací součástek se tato generace strojů SMT již dávno vytratila z trhu a nyní se vyskytuje pouze v několika malých podnicích. Dalším vývojovým krokem byl stroj pick-and-place druhé generace. Od poloviny 80. do konce 90. let 20. století průmysl SMT postupně dozrával a rychle se rozvíjel. Pod vlivem tohoto růstu stroj pick-and-place druhé generace navázal na model první generace a zavedl optický systém pro vyrovnávání součástek, čímž výrazně zvýšil rychlost a přesnost stroje. Tento pokrok odpovídal rostoucí poptávce po rychlém šíření a vývoji elektronických výrobků. Během tohoto vývojového procesu vznikly dva odlišné typy strojů: vysokorychlostní stroje určené především pro montáž čipových součástek a kladoucí důraz na rychlost montáže a multifunkční stroje určené především pro montáž různých integrovaných obvodů a součástek nepravidelných tvarů. Tyto dva typy strojů mají jasně odlišné funkce a použití. 

Druhá generace strojů pick-and-place má také dvě podkategorie, z nichž první jsou vysokorychlostní stroje. Vysokorychlostní stroje používají především rotační vícehlavou konstrukci s více tryskami. Podle směru otáčení vzhledem k rovině desky plošných spojů je lze dále rozdělit na revolverové (kde je směr otáčení rovnoběžný s rovinou desky plošných spojů) a kolové (kde je směr otáčení kolmý nebo pod úhlem 45° k rovině desky plošných spojů). Díky zavedení technologie optického polohování a přesných mechanických systémů, jako jsou kuličkové šrouby, lineární vedení, lineární motory, harmonické pohony, přesné vakuové systémy, různé snímače a počítačová řídicí technologie, dosáhla rychlost polohování vysokorychlostních strojů řádu 0,06 sekundy na kus, čímž se přiblížila limitům elektromechanických systémů. Druhým odvětvím jsou multifunkční stroje. Multifunkční umísťovací stroje, známé také jako univerzální stroje, mohou umísťovat různé součásti obalů integrovaných obvodů a součásti nepravidelných tvarů, jakož i malé čipové součástky. Mohou pojmout součásti různých velikostí a tvarů, odtud název multifunkční umísťovací stroj. Konstrukce multifunkčních umísťovacích strojů většinou využívá obloukovou konstrukci a lineární pohybovou umísťovací hlavu s více tryskami, která se vyznačuje vysokou přesností a dobrou flexibilitou. Multifunkční stroje kladou důraz na funkčnost a přesnost, ale jejich rychlost umísťování není tak vysoká jako u vysokorychlostních umísťovacích strojů. Používají se především k umísťování různých zabalených integrovaných obvodů a velkých součástek nepravidelného tvaru a také k umísťování malých součástek pro povrchovou montáž ve středně velké a malé výrobě a při výrobě prototypů.

S rychlým rozvojem SMT a další miniaturizací součástek se objevily dokonalejší formy balení SMD, jako jsou SOP, SOJ, PLCC, QFP a BGA, a tato generace strojů pick-and-place se stala stále více nedostatečnou. Postupně se vytratily z hlavního proudu zájmu výrobců pick-and-place strojů. Velké množství pick-and-place strojů druhé generace se však používá dodnes a jejich použití a údržba zůstávají důležitými tématy v oblasti SMT zařízení.

K hlavním technickým vlastnostem stroje 3. generace pick-and-place obecně patří modulární platforma s kompozitní architekturou, vysoce přesný systém vidění a letmého zarovnání, dvoukolejnicová struktura, víceoblouková hlava s více pick-and-place a struktura s více tryskami, inteligentní podávání a detekce, vysokorychlostní, vysoce přesný lineární motorový pohon, vysokorychlostní, flexibilní, inteligentní pick-and-place hlava a konečně přesné řízení pohybu v ose Z a síly při umísťování. Zatímco technologie je jedním z aspektů, hlavní charakteristiky stroje pick-and-place 3. generace spočívají v jeho vysokém výkonu a flexibilitě. Kombinuje například funkce vysokorychlostního stroje a multifunkčního stroje do jednoho. Díky flexibilní struktuře modulárních/modulových/článkových strojů lze zvolit různé konstrukční jednotky a dosáhnout tak na jednom stroji funkcí vysokorychlostních i univerzálních strojů. Klíčové je také vyvážení rychlosti a přesnosti umístění. Například umísťovací stroj nové generace využívá vysoce výkonné umísťovací hlavy, přesné vizuální zarovnání a vysoce výkonné počítačové hardwarové/softwarové systémy.

Kromě toho je dosaženo vysoké účinnosti ukládání díky technologiím, jako jsou vysoce výkonné ukládací hlavy a inteligentní podavače, což umožňuje, aby skutečná účinnost ukládání stroje dosáhla více než 83% ideální hodnoty. Rozhodující je také vysoká kvalita umístění. Toho je dosaženo přesným měřením rozměrů osy Z a řízením umisťovací síly pro zajištění dobrého kontaktu mezi součástkami a pájecí pastou nebo použitím APC pro kontrolu polohy umisťování, čímž jsou zajištěny vynikající výsledky. Celkově je výrobní kapacita na jednotku podlahové plochy umisťovacích strojů třetí generace přibližně dvakrát vyšší než u strojů druhé generace. V neposlední řadě může pick-and-place stroj třetí generace také implementovat inteligentní softwarové systémy pro stohovanou montáž. To je jeden z důvodů, proč se pick-and-place stroje třetí generace v současnosti tak rychle rozvíjejí.

Za druhé chceme diskutovat o budoucích perspektivách a vývoji strojů SMT pick and place třetí generace. V první řadě je to vysoký výkon: při vývoji pick-and-place strojů byly rychlost, přesnost a funkce umisťování vždy ve stavu protichůdných priorit, což nutilo uživatele ke kompromisu mezi rychlostí a přesností. Výsledkem je, že vysokorychlostní stroje a multifunkční stroje zůstávají dvěma základními způsoby umisťování, které se dnes používají. Avšak ve stále konkurenčnějším prostředí budoucí elektroniky, kde se zrychluje aktualizace výrobků a kde se trend k různorodým odrůdám výrobků a malosériové výrobě stává hlavním proudem, kladou nové technologie balení, jako jsou BGA, FC, CSP a PoP, na stroje SMT stále vyšší nároky. V důsledku toho se konfigurace strojů SMT musí vyvíjet, aby s těmito změnami držely krok. S rozvojem technologií strojů SMT, jako je modularizace, dvoupásmová doprava, konstrukce s více rameny a více umisťovacími hlavami, letmé zarovnávání a bleskové umisťování, se novým směrem stalo dosažení rovnováhy mezi rychlostí, přesností a funkčností umisťování v rámci jednoho stroje SMT.

Hlavním proudem se stanou vysoce výkonné stroje SMT, které integrují vysokou rychlost, vysokou přesnost, multifunkčnost a inteligenci; druhým bodem je vysoká účinnost: vysoká účinnost znamená zlepšení efektivity výroby, zkrácení pracovní doby a zvýšení výrobní kapacity. U automatizovaných CNC zařízení, jako jsou stroje pick-and-place, je efektivita programování softwaru klíčová pro zlepšení efektivity zařízení. Vývoj výkonnějších softwarových funkčních systémů, včetně různých forem souborů PCB, přímá optimalizace generování programových souborů pick-and-place, zkrácení doby ručního programování, vývoj systémů diagnostiky poruch stroje a komplexních systémů řízení pro hromadnou výrobu a dosažení inteligentního provozu jsou klíčovými prvky budoucího vývoje vysoce účinných strojů pick-and-place. Kromě toho jsou důležitými metodami pro zvýšení efektivity výroby také zlepšení struktury zařízení a provozních režimů. Dvoupásové dopravní stroje pro umísťování SMT zachovávají výkonnost tradičních jednopásových strojů a zároveň navrhují dopravu, polohování, kontrolu a umísťování desek plošných spojů do dvoupásové struktury. Tato dvoupruhová struktura může pracovat v synchronním nebo asynchronním režimu, přičemž oba režimy zkracují dobu nečinnosti stroje a zvyšují efektivitu výroby; třetím bodem je vysoká integrace. Vysoká integrace se týká dvou aspektů: integrace technologie zařízení a integrace technologie a řízení. Integrace technologie zařízení zahrnuje vzájemné použití, integraci a sloučení více technologií. Například mechatronika integruje technologii detekce a snímání, technologii zpracování informací, technologii automatického řízení, technologii servopohonu, technologii přesné mechaniky a technologii na úrovni systému do komplexní aplikace.

Pokud jde o integraci technologií a řízení, zahrnuje plné využití počítačových, automatizačních a síťových technologií k dosažení organické integrace aplikací a technologií řízení zařízení. Zvláště důležité je využití integrovaných zařízení, jako jsou automatizované výrobní linky. Například zabudování systémů SPC a sledovatelnosti do zařízení výrobních linek SMT může maximalizovat výkonnost zařízení, zvýšit výrobní kapacitu a zlepšit kvalitu; Čtvrtým bodem je využití zelené energie. Jedná se o nevyhnutelný trend budoucího vývoje elektronické výroby. Rozvoj lidské společnosti nevyhnutelně povede k harmonii mezi lidmi a přírodou a stroje pro kompletaci a umístění nejsou výjimkou. V budoucnu musí pick-and-place zařízení zohledňovat dopad na životní prostředí od fáze koncepce přes fázi návrhu, výroby, prodeje, používání a údržby, recyklace a repasování, se zaměřením na zlepšení využití materiálu, snížení spotřeby energie a maximalizaci návratnosti investic uživatele. V posledních letech nabývají pojmy ekologická výroba a ochrana životního prostředí nových významů. Ochrana životního prostředí je nyní chápána v širším smyslu a zahrnuje nejen ochranu přírodního prostředí, ale také sociálního prostředí, výrobního prostředí a fyzického a duševního zdraví výrobců. Za těchto okolností je cílem vyvinout vysoce přesné, vysoce účinné a kvalitní zařízení pro umisťování s krátkými dodacími lhůtami a vynikajícím poprodejním servisem; konečně nejdůležitějším faktorem je rozmanitost. Dnešní svět je rozmanitý a mnohotvárný. Vývoj v různých zemích a regionech je nerovnoměrný, a dokonce i v rámci jedné země se různé regiony vyvíjejí různým tempem. To vede k různým požadavkům na kvalitu a stupeň elektronických výrobků.

Různé oblasti použití mají zároveň velmi rozdílné požadavky na spolehlivost prostředí pro použití elektronických výrobků, což také vede k různým požadavkům na výrobní procesy a zařízení. Tato různorodá poptávka bude hnacím motorem budoucího vývoje montážních zařízení směrem k diverzifikované struktuře a mezioborovým technologiím. Na jedné straně budou výrobci potřebovat jak multifunkční, flexibilní univerzální pick-and-place stroje schopné zpracovávat více typů výrobků, tak vysoce účinné specializované pick-and-place stroje přizpůsobené pro konkrétní oblasti a výrobky.

Závěrem lze říci, že bude potřeba vyrábět špičkové pick-and-place stroje s plnou automatizací, inteligencí, vysokou přesností a vysokou výrobní kapacitou, které budou sloužit velkým podnikům a požadavkům na montáž s vysokou hustotou, a také pick-and-place stroje střední a nižší třídy vhodné pro malé a střední podniky a obecné potřeby elektronických výrobků. Tento přístup umožňuje souběžný vývoj vysoce výkonných hlavních strojů SMT přizpůsobených pro velkou průmyslovou výrobu a menších, nemainstreamových strojů SMT vhodných pro výzkum, vzdělávání a laboratorní aplikace.