SMT 배치 기계의 개발은 여러 단계와 새로운 기술 트렌드를 거쳤습니다.

1980년대 초에 처음 등장한 이후 픽 앤 플레이스 기계의 기본 기능은 크게 변하지 않았습니다. 그러나 전자 산업의 급속한 발전과 부품의 소형화 및 고밀도 조립 추세로 인해 배치에 대한 요구 사항, 특히 속도와 정밀도 측면에서 상당한 변화를 겪었습니다. 초창기에 사용되었고 오늘날에도 주로 제품 프로토타이핑 및 연구용으로 사용되고 있는 소위 소량 배치 수준의 장비, 즉 수동 SMT 배치 기계는 논의에서 제외합니다. 이러한 장비는 기술 수준과 적용 범위 측면에서 주류 SMT 배치 기계와 경쟁할 수 없기 때문입니다. 대량 생산에 사용되는 주류 SMT 배치기는 기술적 관점에서 세 세대로 구분할 수 있습니다. 먼저 SMT 배치기의 개발 단계와 새로운 기술 동향을 소개하겠습니다. 

먼저 SMT 픽 앤 플레이스 기계의 발전 단계에 대해 알아보겠습니다. SMT 산업에서 가장 초기의 장비는 1세대 픽 앤 플레이스 머신이었습니다. 1세대 픽 앤 플레이스 머신은 1970년대 초부터 1980년대 초까지 산업용 및 소비자 가전 제품에 표면 실장 기술을 적용하면서 초기 조립 장치로 등장했습니다. 당시 픽 앤 플레이스 기계에 사용된 기계적 정렬 방식은 시간당 약 1,000~2,000개의 부품을 배치하는 낮은 배치 속도와 X-Y 위치 지정의 경우 약 ±0.1mm, 배치 정밀도의 경우 ±0.25mm로 상대적으로 낮은 배치 정확도를 보였지만, 단순한 기능에도 불구하고 최신 픽 앤 플레이스 기계의 모든 필수 요소를 갖추고 있었습니다.

수동 부품 삽입 조립과 비교할 때 이러한 속도와 정확성은 엄청난 기술 혁명이었습니다. 또한 1세대 SMT 배치 기계는 전자 제품의 대규모, 완전 자동화, 고효율, 고품질 생산의 새로운 시대를 열었습니다. 1608 타입의 칩 부품과 1.27~0.8mm의 IC 피치 등 표면 실장 부품이 비교적 컸던 SMT 개발 초기 단계에서는 이러한 기계가 이미 대량 생산 요구 사항을 충족할 수 있었습니다. SMT의 지속적인 발전과 부품의 소형화로 인해 이 세대의 SMT 기계는 시장에서 퇴출된 지 오래되었고 현재는 소수의 소규모 기업에서만 찾아볼 수 있습니다. 다음으로 개발된 것은 2세대 픽 앤 플레이스 기계였습니다. 1980년대 중반부터 1990년대 후반까지 SMT 산업은 점차 성숙해지고 빠르게 발전했습니다. 이러한 성장에 힘입어 2세대 픽 앤 플레이스 기계는 1세대 모델을 기반으로 부품 정렬을 위한 광학 시스템을 채택하여 기계의 속도와 정밀도를 크게 향상시켰습니다. 이러한 발전은 전자 제품의 급속한 확산과 개발에 대한 수요 증가를 충족시켰습니다. 이 개발 과정에서 칩 부품 실장 및 실장 속도에 중점을 둔 고속 머신과 다양한 IC 및 불규칙한 모양의 부품 실장에 중점을 둔 다기능 머신이라는 두 가지 유형의 머신이 등장했습니다. 이 두 가지 유형의 장비는 기능과 용도가 분명히 다릅니다. 

2세대 픽 앤 플레이스 머신은 두 가지 하위 범주로 나뉘는데, 첫 번째는 고속 머신입니다. 고속 머신은 주로 회전식 멀티 헤드, 멀티 노즐 픽 앤 플레이스 헤드 구조를 사용합니다. PCB 평면에 대한 회전 방향에 따라 터렛형(회전 방향이 PCB 평면과 평행한 경우)과 휠형(회전 방향이 PCB 평면과 수직 또는 45° 각도인 경우)으로 다시 분류할 수 있습니다. 광학 위치 정렬 기술과 볼 나사, 리니어 가이드, 리니어 모터, 하모닉 드라이브, 정밀 진공 시스템, 다양한 센서 및 컴퓨터 제어 기술과 같은 정밀 기계 시스템의 채택 덕분에 고속 기계의 배치 속도가 개당 0.06초 정도에 도달하여 전자 기계 시스템의 한계에 가까워졌습니다. 두 번째 분야는 다기능 기계입니다. 범용 기계라고도 하는 다기능 배치 기계는 소형 칩 부품뿐만 아니라 다양한 IC 패키징 부품과 불규칙한 모양의 부품을 배치할 수 있습니다. 다양한 크기와 모양의 부품을 수용할 수 있기 때문에 다기능 배치기라는 이름이 붙었습니다. 다기능 배치기의 구조는 대부분 아치형 구조와 직선 운동 멀티 노즐 배치 헤드를 채택하여 높은 정밀도와 우수한 유연성을 특징으로 합니다. 다기능 기계는 기능과 정밀도를 강조하지만 배치 속도는 고속 배치 기계만큼 빠르지 않습니다. 주로 다양한 패키지 IC와 불규칙한 모양의 대형 부품을 배치하는 데 사용되며, 중소규모 생산 및 프로토타이핑에서 소형 표면 실장 부품을 배치하는 데도 사용됩니다.

SMT의 급속한 발전과 부품의 소형화로 인해 SOP, SOJ, PLCC, QFP, BGA와 같은 보다 정교한 SMD 패키징 형태가 등장하면서 이 세대의 픽 앤 플레이스 기계는 점점 더 부적합해졌습니다. 픽 앤 플레이스 기계 제조업체의 관심에서 점차 멀어지고 있습니다. 그러나 오늘날에도 많은 2세대 픽 앤 플레이스 머신이 여전히 사용되고 있으며, 그 적용과 유지보수는 SMT 장비에서 중요한 주제로 남아 있습니다.

3세대 픽 앤 플레이스 머신의 주요 기술적 특징은 일반적으로 모듈식 복합 아키텍처 플랫폼, 고정밀 비전 시스템 및 플라잉 정렬, 듀얼 트랙 구조, 멀티 아치, 멀티 픽 앤 플레이스 헤드 및 멀티 노즐 구조, 지능형 이송 및 감지, 고속 고정밀 리니어 모터 드라이브, 고속 유연 지능형 픽 앤 플레이스 헤드, 마지막으로 Z축 이동 및 배치력의 정밀한 제어를 포함합니다. 기술도 한 가지 측면이지만 3세대 픽 앤 플레이스 머신의 주요 특징은 고성능과 유연성에 있습니다. 예를 들어 고속 기계와 다기능 기계의 기능을 하나로 결합한 것이 특징입니다. 모듈형/모듈 기반/셀형 기계의 유연한 구조를 통해 다양한 구조 유닛을 선택해 하나의 기계에서 고속 기계와 범용 기계의 기능을 모두 구현할 수 있습니다. 배치 속도와 정확도의 균형을 맞추는 것도 중요합니다. 예를 들어, 차세대 배치 머신은 고성능 배치 헤드, 정밀한 시각적 정렬, 고성능 컴퓨터 하드웨어/소프트웨어 시스템을 사용합니다.

또한 고성능 배치 헤드 및 지능형 피더와 같은 기술을 통해 고효율 배치를 달성하여 기계의 실제 배치 효율이 이상적인 값인 83% 이상에 도달할 수 있습니다. 고품질 배치도 중요합니다. 이는 Z축 치수를 정밀하게 측정하고 배치력을 제어하여 부품과 솔더 페이스트가 잘 접촉되도록 하거나 APC를 적용하여 배치 위치를 제어함으로써 우수한 결과를 보장할 수 있습니다. 전체적으로 3세대 배치 장비의 단위 바닥 면적당 생산 능력은 2세대 장비의 약 2배에 달합니다. 마지막으로 3세대 픽 앤 플레이스 머신은 적층 조립을 위한 지능형 소프트웨어 시스템도 구현할 수 있습니다. 이것이 3세대 픽 앤 플레이스 머신이 현재 빠르게 발전하고 있는 이유 중 하나입니다.

둘째, 3세대 SMT 픽 앤 플레이스 머신의 향후 전망과 개발에 대해 논의하고자 합니다. 픽 앤 플레이스 기계의 개발 과정에서 속도, 정밀도, 배치 기능은 항상 우선 순위가 상충되는 상태에 있었기 때문에 사용자는 속도와 정밀도 사이에서 타협할 수밖에 없었습니다. 그 결과 고속 머신과 다기능 머신이 오늘날 사용되는 두 가지 주요 배치 모드로 남아 있습니다. 그러나 제품 업데이트가 가속화되고 다양한 제품 종류와 소량 생산이 대세가 되는 미래 전자제품의 경쟁 환경이 점점 더 치열해지면서 BGA, FC, CSP, PoP와 같은 새로운 패키징 기술이 SMT 기계에 대한 요구가 점점 더 높아지고 있습니다. 따라서 SMT 기계 구성도 이러한 변화에 발맞춰 진화해야 합니다. 모듈화, 듀얼 레인 이송, 멀티 암, 멀티 배치 헤드 구조, 플라잉 정렬, 라이트닝 배치와 같은 SMT 기계 기술의 발전으로 단일 SMT 기계 내에서 속도, 정밀도, 배치 기능 간의 균형을 달성하는 것이 새로운 방향이 되었습니다.

고속, 고정밀, 다기능, 지능을 통합한 고성능 SMT 기계가 대세가 될 것이며, 두 번째는 고효율입니다. 고효율이란 생산 효율성 향상, 작업 시간 단축, 생산 능력 증가를 의미합니다. 픽 앤 플레이스 기계와 같은 자동화된 CNC 장비의 경우 소프트웨어 프로그래밍 효율성은 장비 효율성을 개선하는 데 매우 중요합니다. 다양한 형태의 PCB 파일, 픽 앤 플레이스 프로그램 파일 생성 직접 최적화, 수동 프로그래밍 시간 단축, 기계 고장 진단 시스템 및 대량 생산을 위한 종합 관리 시스템 개발, 지능형 운영 달성 등 보다 강력한 소프트웨어 기능 시스템을 개발하는 것이 향후 고효율 픽 앤 플레이스 기계 개발의 핵심 요소입니다. 또한 장비 구조와 운영 모드의 개선도 생산 효율성을 높이기 위한 중요한 방법입니다. 듀얼 레인 컨베이어 SMT 배치 기계는 기존 싱글 레인 기계의 성능을 유지하면서 PCB 이송, 위치 지정, 검사 및 배치를 듀얼 레인 구조로 설계합니다. 이 듀얼 레인 구조는 동기 또는 비동기 모드로 작동할 수 있어 기계의 유휴 시간을 줄이고 생산 효율성을 향상시킵니다. 세 번째는 고집적도입니다. 고집적은 장비 기술의 통합과 기술 및 관리의 통합이라는 두 가지 측면을 말합니다. 장비 기술의 통합에는 여러 기술의 교차 적용, 통합 및 융합이 포함됩니다. 예를 들어 메카트로닉스는 감지 및 감지 기술, 정보 처리 기술, 자동 제어 기술, 서보 드라이브 기술, 정밀 기계 기술 및 시스템 수준 기술을 포괄적인 애플리케이션에 통합합니다.

기술과 관리의 통합과 관련해서는 컴퓨터, 자동화 및 네트워크 기술을 충분히 활용하여 장비 응용 및 관리 기술의 유기적 통합을 달성하는 것이 포함됩니다. 특히 자동화 생산 라인과 같은 통합 장비의 활용이 중요합니다. 예를 들어, SMT 생산 라인 장비에 SPC 및 추적 시스템을 내장하면 장비 성능을 극대화하고 생산 능력을 강화하며 품질을 향상시킬 수 있습니다. 네 번째는 친환경 에너지의 사용입니다. 이는 향후 전자 제조의 발전에서 피할 수 없는 추세입니다. 인간 사회의 발전은 필연적으로 인간과 자연의 조화로 이어질 것이며 픽 앤 플레이스 기계도 예외는 아닙니다. 앞으로 픽 앤 플레이스 장비는 개념화 단계부터 설계, 제조, 판매, 사용 및 유지보수, 재활용 및 재제조 단계까지 환경에 미치는 영향을 고려해야 하며, 재료 활용도 향상, 에너지 소비 감소, 사용자 투자 수익 극대화에 초점을 맞춰야 합니다. 최근 몇 년 동안 친환경 제조와 환경 보호의 개념은 새로운 의미를 갖게 되었습니다. 환경 보호는 이제 자연 환경 보호뿐만 아니라 사회 환경, 생산 환경, 생산자의 신체적, 정신적 건강을 포함하는 더 넓은 의미로 이해되고 있습니다. 이러한 상황에서 짧은 납기와 우수한 애프터 서비스를 제공하는 고정밀, 고효율, 고품질의 배치 장비를 개발하는 것이 목표이며, 마지막으로 가장 중요한 요소는 다양성입니다. 오늘날 세계는 다양하고 다면적인 곳입니다. 국가와 지역에 따라 발전이 고르지 않고, 같은 국가 내에서도 지역마다 발전 속도가 다릅니다. 이는 전자 제품의 품질과 등급에 대한 다양한 요구로 이어집니다.

동시에 애플리케이션 분야마다 전자 제품 애플리케이션 환경의 신뢰성에 대한 요구 사항이 크게 다르기 때문에 제품 제조 공정 및 장비에 대한 수요도 다양합니다. 이러한 다양한 수요는 향후 조립 장비의 개발을 다양한 구조와 여러 분야의 기술을 아우르는 방향으로 이끌 것입니다. 제조업체는 여러 제품 유형을 처리할 수 있는 다기능의 유연한 범용 픽 앤 플레이스 기계와 특정 분야 및 제품에 맞춘 고효율 전문 픽 앤 플레이스 기계를 모두 수용해야 할 것입니다.

결론적으로 대기업 및 고밀도 조립 요구 사항을 충족하기 위해 완전 자동화, 지능, 고정밀, 높은 생산 능력을 갖춘 고급 픽 앤 플레이스 기계와 중소기업 및 일반 전자 제품 요구 사항에 적합한 중저가 픽 앤 플레이스 기계를 생산해야 할 필요가 있을 것입니다. 이러한 접근 방식을 통해 대규모 산업 제조에 적합한 고성능 주류 SMT 기계와 연구, 교육 및 실험실 애플리케이션에 적합한 소형 비주류 SMT 기계를 동시에 개발할 수 있습니다.