De ontwikkeling van SMT-plaatsingsmachines heeft verschillende stadia en nieuwe technologische trends doorlopen.

Sinds het begin in het begin van de jaren 1980 is de basisfunctionaliteit van de pick-and-place-machine grotendeels onveranderd gebleven. De vereisten voor het plaatsen - vooral wat betreft snelheid en precisie - zijn echter aanzienlijk veranderd door de snelle ontwikkeling van de elektronica-industrie en de trend naar miniaturisatie van componenten en assemblage met hoge dichtheid. We laten de zogenaamde apparatuur voor kleine series buiten beschouwing, namelijk handmatige SMT-plaatsingsmachines, die vroeger werden gebruikt en vandaag de dag nog steeds voornamelijk worden gebruikt voor het maken van prototypes en onderzoek. De reden hiervoor is dat deze machines qua technisch niveau en toepassingsgebied niet kunnen concurreren met gangbare SMT-plaatsingsmachines. De gangbare SMT plaatsingsmachines die gebruikt worden voor massaproductie kunnen technisch gezien in drie generaties worden onderverdeeld. Laten we eerst de ontwikkelingsstadia van SMT plaatsingsmachines en nieuwe technologische trends introduceren. 

Eerst willen we de ontwikkelingsstadia van SMT pick-and-place-machines bespreken. De eerste apparatuur in de SMT-industrie was de eerste generatie pick-and-place-machine. De pick-and-place-machine van de eerste generatie ontstond in het begin van de jaren 1970 tot het begin van de jaren 1980 als een vroeg assemblageapparaat dat werd aangedreven door de toepassing van de surface mount-technologie in industriële en consumentenelektronica. Hoewel de mechanische uitlijnmethode die in deze pick-and-place machines werd gebruikt resulteerde in lage plaatsingssnelheden van ongeveer 1.000 tot 2.000 componenten per uur en een relatief lage plaatsingsnauwkeurigheid, ongeveer ±0,1 mm voor X-Y positionering en ±0,25 mm voor plaatsingsprecisie, en ondanks hun eenvoudige functionaliteit, bezaten ze al alle essentiële elementen van moderne pick-and-place machines.

Vergeleken met handmatige assemblage van componenten betekenden dergelijke snelheden en nauwkeurigheid een diepgaande technologische revolutie. Bovendien luidde de eerste generatie SMT-plaatsingsmachine een nieuw tijdperk in van grootschalige, volledig geautomatiseerde, zeer efficiënte en hoogwaardige productie van elektronische producten. In de vroege stadia van de SMT ontwikkeling, toen de componenten voor opbouwmontage relatief groot waren, zoals chipcomponenten van het type 1608 en IC pitch variërend van 1,27 tot 0,8 mm, konden deze machines al voldoen aan de eisen van massaproductie. Met de voortdurende ontwikkeling van SMT en de miniaturisatie van componenten is deze generatie SMT-machines al lang niet meer op de markt en is nu alleen nog te vinden in een paar kleine ondernemingen. De volgende ontwikkeling was de tweede generatie pick-and-place machines. Van midden jaren tachtig tot eind jaren negentig werd de SMT-industrie geleidelijk volwassen en ontwikkelde zich snel. Gedreven door deze groei bouwde de tweede generatie pick-and-place-machines voort op het model van de eerste generatie door een optisch systeem te gebruiken voor het uitlijnen van componenten, waardoor de snelheid en precisie van de machine aanzienlijk toenamen. Deze vooruitgang beantwoordde aan de groeiende vraag naar de snelle verspreiding en ontwikkeling van elektronische producten. Tijdens dit ontwikkelingsproces ontstonden er twee verschillende soorten machines: snelle machines die vooral ontworpen zijn voor het monteren van chipcomponenten en de nadruk leggen op de montagesnelheid, en multifunctionele machines die vooral ontworpen zijn voor het monteren van diverse IC's en onregelmatig gevormde componenten. Deze twee soorten machines hebben duidelijk verschillende functies en toepassingen. 

De tweede generatie pick-and-place machines heeft ook twee subcategorieën. Machines met hoge snelheid maken voornamelijk gebruik van een roterende pick-and-place kopstructuur met meerdere koppen en spuitmondjes. Op basis van de rotatierichting ten opzichte van het printplaatvlak kunnen ze verder worden ingedeeld in revolvertype (waarbij de rotatierichting parallel is aan het printplaatvlak) en wieltype (waarbij de rotatierichting loodrecht of onder een hoek van 45° op het printplaatvlak staat). Dankzij de toepassing van optische positioneeruitlijningstechnologie en fijnmechanische systemen, zoals kogelomloopspillen, lineaire geleidingen, lineaire motoren, harmonische aandrijvingen, precisie-vacuümsystemen, diverse sensoren en computerbesturingstechnologie, heeft de plaatsingssnelheid van hogesnelheidsmachines de orde van 0,06 seconden per stuk bereikt, waarmee de grenzen van elektromechanische systemen worden benaderd. De tweede tak is de multifunctionele machine. Multifunctionele plaatsingsmachines, ook wel universele machines genoemd, kunnen verschillende IC-verpakkingscomponenten en onregelmatig gevormde componenten plaatsen, evenals kleine chipcomponenten. Ze kunnen componenten van verschillende maten en vormen plaatsen, vandaar de naam multifunctionele plaatsingsmachine. De structuur van multifunctionele plaatsingsmachines bestaat meestal uit een boogvormige structuur en een lineaire multi-nozzle plaatsingskop, met hoge precisie en goede flexibiliteit. Multifunctionele machines benadrukken functionaliteit en precisie, maar hun plaatsingssnelheid is niet zo hoog als die van hogesnelheidsplaatsingsmachines. Ze worden voornamelijk gebruikt voor het plaatsen van diverse verpakte IC's en grote, onregelmatig gevormde componenten, en worden ook gebruikt voor het plaatsen van kleine opbouwcomponenten in middelgrote en kleinschalige productie en prototyping.

Met de snelle ontwikkeling van SMT en de verdere miniaturisatie van componenten, heeft de opkomst van meer verfijnde SMD-verpakkingsvormen zoals SOP, SOJ, PLCC, QFP en BGA ervoor gezorgd dat deze generatie pick-and-place machines steeds minder geschikt werd. Ze zijn geleidelijk verdwenen uit de hoofdstroom van de focus van de fabrikanten van pick-and-place-machines. Een groot aantal pick-and-place-machines van de tweede generatie is echter nog steeds in gebruik en hun toepassing en onderhoud blijven belangrijke onderwerpen in SMT-apparatuur.

De belangrijkste technische kenmerken van de pick-and-place-machine van de 3e generatie zijn over het algemeen een modulair platform met composietarchitectuur, een uiterst nauwkeurig visionsysteem en vliegende uitlijning, een structuur met twee sporen, een kop met meerdere bogen, meerdere pick-and-place-koppen en meerdere spuitopeningen, intelligente toevoer en detectie, snelle, uiterst nauwkeurige lineaire motoraandrijving, snelle, flexibele, intelligente pick-and-place-kop en tot slot een nauwkeurige regeling van de Z-asbeweging en plaatsingskracht. Hoewel technologie één aspect is, liggen de primaire kenmerken van de 3e generatie pick-and-place-machine in de hoge prestaties en flexibiliteit. Hij combineert bijvoorbeeld de functies van een hogesnelheidsmachine en een multifunctionele machine in één. Dankzij de flexibele structuur van modulaire/modulegebaseerde/celtype machines kunnen verschillende structurele eenheden worden geselecteerd om de functies van zowel hogesnelheidsmachines als machines voor algemeen gebruik op één enkele machine te realiseren. Het is ook van cruciaal belang om een evenwicht te vinden tussen plaatsingssnelheid en nauwkeurigheid. De nieuwe generatie plaatsingsmachines maakt bijvoorbeeld gebruik van krachtige plaatsingskoppen, nauwkeurige visuele uitlijning en krachtige computerhardware/softwaresystemen.

Daarnaast wordt een zeer efficiënte plaatsing bereikt dankzij technologieën zoals krachtige plaatsingskoppen en intelligente toevoersystemen, waardoor de daadwerkelijke plaatsingsefficiëntie van de machine meer dan 83% van de ideale waarde kan bereiken. Plaatsing van hoge kwaliteit is ook van cruciaal belang. Dit wordt bereikt door nauwkeurige meting van de Z-as afmetingen en controle van de plaatsingskracht om een goed contact tussen componenten en soldeerpasta te garanderen, of door toepassing van APC om de plaatsingspositie te controleren en zo uitstekende resultaten te garanderen. In het algemeen is de productiecapaciteit per oppervlakte-eenheid van de derde generatie plaatsingsmachines ongeveer twee keer zo groot als die van de tweede generatie machines. Tot slot kan de derde generatie pick-and-place machine ook intelligente softwaresystemen implementeren voor gestapelde assemblage. Dit is een van de redenen waarom de derde generatie pick-and-place machines zich momenteel zo snel ontwikkelt.

Ten tweede willen we het toekomstperspectief en de ontwikkeling van de derde generatie SMT pick-and-place machines bespreken. Eerst en vooral zijn er de hoge prestaties: bij de ontwikkeling van pick-and-place-machines hebben snelheid, precisie en plaatsingsfunctionaliteit altijd tegenstrijdige prioriteiten gehad, waardoor gebruikers gedwongen werden een compromis te sluiten tussen snelheid en precisie. Het resultaat is dat machines met hoge snelheid en multifunctionele machines vandaag de dag nog steeds de twee belangrijkste manieren van plaatsing zijn. In het steeds competitievere landschap van de elektronica van de toekomst, waar productupdates steeds sneller gaan en de trend naar diverse productvariëteiten en productie in kleine series mainstream wordt, stellen nieuwe verpakkingstechnologieën zoals BGA, FC, CSP en PoP steeds hogere eisen aan SMT-machines. Als gevolg hiervan moeten SMT machineconfiguraties evolueren om gelijke tred te houden met deze veranderingen. Met de ontwikkeling van SMT-machinetechnologieën zoals modularisering, transport met twee banen, multi-arm, multi-plaatsingskopstructuren, vliegende uitlijning en bliksemplaatsing, is het bereiken van een balans tussen snelheid, precisie en plaatsingsfunctionaliteit binnen één enkele SMT-machine de nieuwe richting geworden.

SMT-machines met hoge prestaties die hoge snelheid, hoge precisie, multifunctionaliteit en intelligentie integreren, zullen de mainstream worden. Het tweede punt is hoge efficiëntie: hoge efficiëntie betekent het verbeteren van de productie-efficiëntie, het verkorten van de werkuren en het verhogen van de productiecapaciteit. Voor geautomatiseerde CNC-apparatuur zoals pick-and-place-machines is de efficiëntie van softwareprogrammering cruciaal om de efficiëntie van de apparatuur te verbeteren. De ontwikkeling van krachtigere softwarefunctionele systemen, waaronder verschillende vormen van PCB-bestanden, het direct optimaliseren van het genereren van pick-and-place programmabestanden, het verminderen van de handmatige programmeertijd, het ontwikkelen van systemen voor foutdiagnose van machines en uitgebreide beheersystemen voor massaproductie, en het bereiken van intelligente bediening zijn sleutelcomponenten in de toekomstige ontwikkeling van hoog-efficiënte pick-and-place machines. Daarnaast zijn verbeteringen in de apparatuurstructuur en operationele modi ook belangrijke methoden voor het verbeteren van de productie-efficiëntie. SMT-plaatsingsmachines met dubbelbaans transport behouden de prestaties van traditionele machines met één baan, maar ontwerpen het transport, de positionering, inspectie en plaatsing van printplaten in een structuur met twee banen. Deze tweebaansstructuur kan zowel synchroon als asynchroon werken, waardoor de stilstandtijd van de machine wordt verkort en de productie-efficiëntie wordt verbeterd. Hoge integratie verwijst naar twee aspecten: de integratie van apparatuurtechnologie en de integratie van technologie en management. De integratie van apparatuurtechnologie omvat de kruiselingse toepassing, integratie en samensmelting van meerdere technologieën. Zo integreert mechatronica detectie- en sensortechnologie, informatieverwerkingstechnologie, automatische besturingstechnologie, servoaandrijvingstechnologie, fijnmechanische technologie en technologie op systeemniveau in een allesomvattende toepassing.

Wat de integratie van technologie en management betreft, gaat het om het volledig benutten van computer-, automatiserings- en netwerktechnologieën om de organische integratie van apparatuurtoepassing en managementtechnologieën te bereiken. Het gebruik van geïntegreerde apparatuur, zoals geautomatiseerde productielijnen, is bijzonder belangrijk. Door bijvoorbeeld SPC- en traceerbaarheidssystemen in te bouwen in apparatuur voor SMT-productielijnen kunnen de prestaties van de apparatuur worden gemaximaliseerd, de productiecapaciteit worden verhoogd en de kwaliteit worden verbeterd. Het is een onvermijdelijke trend in de toekomstige ontwikkeling van elektronische productie. De ontwikkeling van de menselijke samenleving zal onvermijdelijk leiden tot harmonie tussen mens en natuur, en pick-and-place-machines zijn daarop geen uitzondering. In de toekomst moeten pick-and-place-machines rekening houden met milieueffecten vanaf de conceptfase tot aan het ontwerp, de productie, de verkoop, het gebruik en onderhoud, de recycling en de herfabricage, waarbij de nadruk ligt op het verbeteren van het materiaalgebruik, het verminderen van het energieverbruik en het maximaliseren van het investeringsrendement voor de gebruiker. De afgelopen jaren hebben de begrippen groene productie en milieubescherming een nieuwe betekenis gekregen. Milieubescherming wordt nu breder opgevat en omvat niet alleen de bescherming van de natuurlijke omgeving, maar ook de sociale omgeving, de productieomgeving en de fysieke en mentale gezondheid van producenten. Onder deze omstandigheden is het doel om zeer nauwkeurige, zeer efficiënte en hoogwaardige plaatsingsapparatuur te ontwikkelen met korte levertijden en een uitstekende dienst na verkoop. De wereld is tegenwoordig divers en veelzijdig. De ontwikkeling is ongelijk in verschillende landen en regio's, en zelfs binnen hetzelfde land ontwikkelen verschillende regio's zich in een verschillend tempo. Dit leidt tot uiteenlopende eisen aan de kwaliteit en de kwaliteit van elektronische producten.

Tegelijkertijd stellen verschillende toepassingsgebieden zeer uiteenlopende eisen aan de betrouwbaarheid van de toepassingsomgevingen voor elektronische producten, waardoor er ook uiteenlopende eisen worden gesteld aan de productieprocessen en -apparatuur. Deze uiteenlopende eisen zullen de toekomstige ontwikkeling van assemblageapparatuur in de richting van een gediversifieerde structuur en interdisciplinaire technologieën duwen. Aan de ene kant moeten fabrikanten kunnen beschikken over multifunctionele, flexibele universele pick-and-place-machines die meerdere producttypen kunnen verwerken, en aan de andere kant over zeer efficiënte gespecialiseerde pick-and-place-machines die zijn afgestemd op specifieke gebieden en producten.

Kortom, er zal behoefte zijn aan high-end pick-and-place machines met volledige automatisering, intelligentie, hoge precisie en hoge productiecapaciteit voor grote ondernemingen en assemblagevereisten met hoge dichtheid, naast mid-to-low-end pick-and-place machines die geschikt zijn voor kleine en middelgrote ondernemingen en algemene behoeften aan elektronische producten. Deze benadering maakt de gelijktijdige ontwikkeling mogelijk van krachtige mainstream SMT-machines voor grootschalige industriële productie en kleinere, niet-mainstream SMT-machines die geschikt zijn voor onderzoek, onderwijs en laboratoriumtoepassingen.