SMT実装機の開発は、いくつかの段階と新しい技術動向を経てきた。

1980年代初頭に誕生して以来、ピックアンドプレースマシンの基本的な機能はほとんど変わっていない。しかし、エレクトロニクス産業の急速な発展や、部品の小型化、高密度実装の流れにより、ピックアンドプレースに対する要求、特に速度と精度は大きく変化してきました。ここでは、いわゆる少量生産レベルの装置、すなわち、初期に使用され、現在でも主に製品の試作や研究に使用されている手動式のSMT実装機を議論の対象から除外する。なぜなら、これらの機械は、技術レベルや適用範囲の点で主流のSMT配置機に太刀打ちできないからである。量産に使われる主流のSMT実装機については、技術的な観点から3つの世代に分類することができる。まず、SMT実装機の発展段階と新しい技術動向を紹介しよう。 

まず、SMTピックアンドプレース機の発展段階について説明したい。SMT業界における最も初期の装置は、第一世代のピックアンドプレースマシンであった。第一世代のピックアンドプレース機は、1970年代初頭から1980年代初頭にかけて、産業用および民生用電子機器への表面実装技術の応用に後押しされた初期の組立装置として登場した。これらのピックアンドプレースマシンでは、メカニカルアライメント方式が採用されていたため、搭載速度は毎時約1,000～2,000個と低く、搭載精度もX-Y位置決めで約±0.1mm、搭載精度で約±0.25mmと比較的低く、機能はシンプルであったが、現代のピックアンドプレースマシンに不可欠な要素をすでにすべて備えていた。

手作業による部品挿入アセンブリと比較すると、この速度と精度は重大な技術革命を意味する。さらに、第一世代のSMT装着機は、電子製品の大規模、完全自動化、高効率、高品質生産の新時代の到来を告げた。1608型チップ部品や1.27～0.8mmのICピッチなど、表面実装部品が比較的大型であったSMT開発の初期段階では、これらの機械はすでに大量生産の要件を満たすことができた。SMTの絶え間ない発展と部品の小型化に伴い、この世代のSMTマシンは市場から姿を消して久しく、現在では一部の小規模企業でしか見られなくなっている。次に開発されたのが第2世代のピックアンドプレース機である。1980年代半ばから1990年代後半にかけて、SMT産業は徐々に成熟し、急速に発展した。それに伴い、第2世代ピックアンドプレース・マシンは、第1世代モデルをベースに、部品のアライメントに光学システムを採用し、マシンのスピードと精度を大幅に向上させた。この進化は、エレクトロニクス製品の急速な普及と発展に伴う需要の高まりに応えるものだった。この開発の過程で、実装速度を重視したチップ部品実装を主目的とする高速機と、各種ICや異形部品の実装を主目的とする多機能機の2つのタイプが生まれた。この2つのマシンは、その機能も用途も明らかに異なっている。 

第2世代のピックアンドプレースマシンにも2つのサブカテゴリーがあり、第1は高速機である。高速機は主に回転式マルチヘッド、マルチノズルのピックアンドプレースヘッド構造を採用している。PCB面に対する回転方向により、タレット型（回転方向がPCB面に平行）とホイール型（回転方向がPCB面に垂直または45°の角度）に分類される。光学位置合わせ技術や、ボールねじ、リニアガイド、リニアモーター、ハーモニックドライブ、精密真空システム、各種センサー、コンピューター制御技術などの精密機械システムの採用により、高速機の配置速度は1個あたり0.06秒のオーダーに達し、電気機械システムの限界に近づいている。第二の分岐は、多機能マシンである。多機能搭載機はユニバーサルマシンとも呼ばれ、小型チップ部品だけでなく、さまざまなICパッケージ部品や異形部品を搭載することができる。様々な大きさ、形状の部品に対応できることから、多機能実装機と呼ばれています。多機能配置機の構造は、主にアーチ型構造と直線運動マルチノズル配置ヘッドを採用し、高精度と良好な柔軟性を特徴としています。多機能機は、機能性と精度を重視しているが、その配置速度は高速配置機ほど速くはない。主に各種パッケージICや大型異形部品の搭載に使用され、中・小規模生産や試作では小型表面実装部品の搭載にも使用される。

SMTの急速な発展と部品のさらなる小型化に伴い、SOP、SOJ、PLCC、QFP、BGAなど、より洗練されたSMDパッケージング形態の出現により、この世代のピックアンドプレース・マシンはますます不十分になった。ピックアンドプレースマシンメーカーが注力する主流から徐々に消えていった。しかし、第二世代のピックアンドプレースマシンは現在でも数多く使用されており、そのアプリケーションとメンテナンスはSMT装置における重要なトピックであり続けています。

第3世代ピックアンドプレース機の主な技術的特徴は、一般的に、モジュール式複合アーキテクチャプラットフォーム、高精度ビジョンシステムとフライングアライメント、デュアルトラック構造、マルチアーチ、マルチピックアンドプレースヘッド、マルチノズル構造、インテリジェントな供給と検出、高速、高精度リニアモーター駆動、高速、フレキシブル、インテリジェントなピックアンドプレースヘッド、最終的にZ軸移動と配置力の精密制御などである。第3世代ピックアンドプレース・マシンの主な特徴は、技術的な側面もあるが、高性能と柔軟性にある。例えば、高速マシンと多機能マシンの機能をひとつにまとめている。モジュラー／モジュール方式／セル方式というフレキシブルな構造により、異なる構造ユニットを選択することで、高速機と汎用機の機能を1台で実現できる。配置速度と精度のバランスも重要である。例えば、新世代のプレースメントマシンでは、高性能プレースメントヘッド、正確なビジュアルアライメント、高性能コンピューター・ハード／ソフトシステムを採用している。

さらに、高性能配置ヘッドやインテリジェントフィーダーなどの技術によって高効率配置を実現し、実際の配置効率は理想値の83%以上に達する。高品質な配置もまた重要である。Z軸寸法の正確な測定と搭載力の制御により、部品とはんだペーストの良好な接触を確保したり、APCを適用して搭載位置を制御することで、優れた結果を実現しています。第3世代搭載機の単位床面積当たりの生産能力は、第2世代搭載機の約2倍である。最後に、第3世代のピックアンドプレース機は、積層組立のためのインテリジェント・ソフトウェア・システムも実装できる。これが、第三世代ピックアンドプレースマシンが現在急速に発展している理由のひとつである。

第二に、第三世代SMTピックアンドプレース機の将来展望と発展について述べたい。ピックアンドプレース機の開発において、速度、精度、配置機能は常に相反する優先順位の中にあり、ユーザーは速度と精度の間で妥協を余儀なくされてきた。その結果、高速機と多機能機が、今日使用されている2つの主要な配置モードであり続けている。しかし、製品のアップデートが加速し、多品種・少量生産が主流となりつつある将来のエレクトロニクス業界において、BGA、FC、CSP、PoPなどの新しいパッケージング技術は、SMTマシンに対する要求をますます高めています。その結果、SMTマシンの構成は、このような変化に合わせて進化していかなければならない。モジュール化、デュアルレーン搬送、マルチアーム、マルチプレースメントヘッド構造、フライングアライメント、ライトニングプレースメントなどのSMTマシン技術の発展により、1台のSMTマシンでスピード、精度、配置機能のバランスを達成することが新たな方向性となりました。

高速、高精度、多機能、インテリジェンスを統合した高性能SMTマシンが主流になるだろう。第二のポイントは高効率である。高効率とは、生産効率の向上、作業時間の短縮、生産能力の向上を意味する。ピックアンドプレースマシンのようなCNC自動化装置では、ソフトウェアプログラミングの効率化が装置の効率向上に欠かせない。様々な形式のPCBファイルを含む、より強力なソフトウェア機能システムを開発し、ピックアンドプレースプログラムファイルの生成を直接的に最適化し、手作業によるプログラミング時間を短縮し、機械の故障診断システム、大量生産のための包括的な管理システムを開発し、インテリジェントな操作を実現することは、将来の高効率ピックアンドプレース機械の開発における重要な要素である。さらに、装置の構造や操作モードの改善も、生産効率を高めるための重要な方法である。デュアルレーン搬送SMT配置機は、従来のシングルレーン機の性能を維持しながら、PCBの搬送、位置決め、検査、配置をデュアルレーン構造に設計しています。このデュアルレーン構造は、同期または非同期モードで動作することができ、どちらも機械のアイドル時間を短縮し、生産効率を向上させます。高集積化とは、設備技術の統合と技術と管理の統合という2つの側面を指す。設備技術の統合には、複数の技術の相互応用、統合、融合が含まれる。例えば、メカトロニクスは、検出・センシング技術、情報処理技術、自動制御技術、サーボドライブ技術、精密機械技術、システムレベル技術を統合し、総合的なアプリケーションにする。

テクノロジーとマネジメントの統合については、コンピューター、オートメーション、ネットワーク技術をフルに活用し、設備アプリケーションとマネジメント技術の有機的統合を実現することである。特に、自動化された生産ラインなど、統合された設備の活用が重要である。例えば、SPCやトレーサビリティシステムをSMT生産ラインの設備に組み込むことで、設備の性能を最大限に引き出し、生産能力を高め、品質を向上させることができる。これは今後の電子製造業の発展において避けられない傾向である。人間社会の発展は、必然的に人間と自然との調和をもたらすが、ピックアンドプレースマシンも例外ではない。これからのピックアンドプレース機器は、構想段階から設計、製造、販売、使用・メンテナンス、リサイクル、再製造の各段階において、環境負荷を考慮し、材料利用率の向上、エネルギー消費量の削減、ユーザーの投資効果の最大化を図ることが求められます。近年、グリーン・マニュファクチャリングと環境保護という概念は、新たな意味を持つようになった。環境保護はより広い意味で理解されるようになり、自然環境の保護だけでなく、社会環境、生産環境、生産者の心身の健康も含まれるようになった。このような状況下で、高精度、高効率、高品質の配置機器を開発し、短納期で優れたアフターサービスを提供することが目標である。最後に、最も重要な要素は多様性である。今日の世界は多様で多面的な場所である。国や地域によって発展にはばらつきがあり、同じ国でも地域によって発展のスピードは異なる。そのため、エレクトロニクス製品の品質やグレードに対する要求も多様化している。

同時に、電子製品応用環境の信頼性に対する要求も、応用分野によって大きく異なっており、製品製造プロセスや装置に対する要求も多様化している。このような多様な要求が、今後の組立装置の多様な構造と分野横断的な技術開発を推進する。一方では、多品種に対応できる多機能でフレキシブルな汎用ピックアンドプレースマシン、他方では、特定の分野や製品に特化した高効率な専用ピックアンドプレースマシンへの対応が求められています。

結論として、大企業や高密度アセンブリ要件に対応する完全自動化、インテリジェンス、高精度、高生産能力を特徴とするハイエンドのピックアンドプレース・マシンと、中小企業や一般的な電子製品ニーズに適した中・低価格のピックアンドプレース・マシンを製造する必要がある。このアプローチにより、大規模な工業生産に適した高性能なメインストリームSMTマシンと、研究、教育、ラボ用途に適した小型の非メインストリームSMTマシンの同時開発が可能になる。