Rozwój maszyn do montażu SMT przeszedł kilka etapów i nowych trendów technologicznych.

Od momentu powstania we wczesnych latach 80-tych, podstawowa funkcjonalność maszyny pick-and-place pozostała w dużej mierze niezmieniona. Jednak wymagania dotyczące umieszczania - szczególnie pod względem szybkości i precyzji - uległy znacznej transformacji ze względu na szybki rozwój przemysłu elektronicznego, a także trend w kierunku miniaturyzacji komponentów i montażu o dużej gęstości. Wykluczamy z naszej dyskusji tak zwany sprzęt małoseryjny, a mianowicie ręczne maszyny do układania SMT, które były używane na początku i są nadal używane głównie do prototypowania produktów i badań. Wynika to z faktu, że maszyny te nie mogą konkurować z głównymi maszynami do montażu SMT pod względem poziomu technicznego i zakresu zastosowań. Jeśli chodzi o główne maszyny do montażu SMT używane do masowej produkcji, można je podzielić na trzy generacje z technicznego punktu widzenia. Najpierw przedstawimy etapy rozwoju maszyn do montażu SMT i nowe trendy technologiczne. 

Po pierwsze, chcemy omówić etapy rozwoju maszyn SMT typu pick and place. Najwcześniejszym sprzętem w branży SMT była maszyna pick-and-place pierwszej generacji. Maszyna pick-and-place pierwszej generacji pojawiła się na początku lat 70. i 80. jako wczesne urządzenie montażowe napędzane zastosowaniem technologii montażu powierzchniowego w elektronice przemysłowej i użytkowej. Chociaż mechaniczna metoda wyrównywania stosowana w tych maszynach pick-and-place skutkowała niską prędkością umieszczania około 1000 do 2000 komponentów na godzinę i stosunkowo niską dokładnością umieszczania, około ±0,1 mm dla pozycjonowania XY i ±0,25 mm dla precyzji umieszczania, i pomimo ich prostej funkcjonalności, posiadały one już wszystkie istotne elementy nowoczesnych maszyn pick-and-place.

W porównaniu do ręcznego montażu komponentów, takie prędkości i dokładność stanowiły głęboką rewolucję technologiczną. Co więcej, pierwsza generacja maszyn do montażu SMT zapoczątkowała nową erę wielkoskalowej, w pełni zautomatyzowanej, wysokowydajnej i wysokiej jakości produkcji wyrobów elektronicznych. Na wczesnych etapach rozwoju SMT, gdy komponenty do montażu powierzchniowego były stosunkowo duże, takie jak komponenty chipowe typu 1608 i IC pitch w zakresie od 1,27 do 0,8 mm, maszyny te były już w stanie sprostać wymaganiom produkcji masowej. Wraz z ciągłym rozwojem SMT i miniaturyzacją komponentów, ta generacja maszyn SMT została już dawno wycofana z rynku i jest obecnie dostępna tylko w kilku małych przedsiębiorstwach. Kolejnym etapem rozwoju była maszyna pick-and-place drugiej generacji. Od połowy lat 80. do końca lat 90. branża SMT stopniowo dojrzewała i szybko się rozwijała. Kierując się tym wzrostem, maszyna pick-and-place drugiej generacji bazowała na modelu pierwszej generacji, przyjmując system optyczny do wyrównywania komponentów, znacznie zwiększając szybkość i precyzję maszyny. Ten postęp zaspokoił rosnące zapotrzebowanie na szybkie rozprzestrzenianie się i rozwój produktów elektronicznych. Podczas tego procesu rozwoju pojawiły się dwa różne typy maszyn: szybkie maszyny zaprojektowane głównie do montażu komponentów chipowych i kładące nacisk na szybkość montażu oraz wielofunkcyjne maszyny zaprojektowane głównie do montażu różnych układów scalonych i komponentów o nieregularnych kształtach. Te dwa typy maszyn mają wyraźnie różne funkcje i zastosowania. 

Maszyny pick-and-place drugiej generacji również dzielą się na dwie podkategorie, z których pierwsza to maszyny szybkobieżne. Maszyny szybkobieżne wykorzystują przede wszystkim obrotową, wielogłowicową i wielodyszową konstrukcję głowicy typu pick-and-place. W oparciu o kierunek obrotu względem płaszczyzny płytki drukowanej, można je dalej sklasyfikować jako wieżyczkowe (gdzie kierunek obrotu jest równoległy do płaszczyzny płytki drukowanej) i kołowe (gdzie kierunek obrotu jest prostopadły lub pod kątem 45° do płaszczyzny płytki drukowanej). Dzięki zastosowaniu technologii optycznego pozycjonowania i precyzyjnych systemów mechanicznych, takich jak śruby kulowe, prowadnice liniowe, silniki liniowe, napędy harmoniczne, precyzyjne systemy próżniowe, różne czujniki i technologia sterowania komputerowego, prędkość umieszczania szybkich maszyn osiągnęła rząd 0,06 sekundy na sztukę, zbliżając się do limitów systemów elektromechanicznych. Drugą gałęzią są maszyny wielofunkcyjne. Wielofunkcyjne maszyny do umieszczania, znane również jako maszyny uniwersalne, mogą umieszczać różne komponenty opakowań układów scalonych i komponenty o nieregularnych kształtach, a także małe komponenty układów scalonych. Mogą pomieścić komponenty o różnych rozmiarach i kształtach, stąd nazwa wielofunkcyjna maszyna do umieszczania. Konstrukcja wielofunkcyjnych maszyn do rozmieszczania najczęściej przyjmuje konstrukcję łukową i liniową głowicę rozmieszczającą z wieloma dyszami, charakteryzującą się wysoką precyzją i dobrą elastycznością. Wielofunkcyjne maszyny kładą nacisk na funkcjonalność i precyzję, ale ich prędkość układania nie jest tak duża, jak w przypadku szybkich maszyn do układania. Są one używane głównie do umieszczania różnych pakowanych układów scalonych i dużych komponentów o nieregularnych kształtach, a także do umieszczania małych komponentów do montażu powierzchniowego w produkcji na średnią i małą skalę oraz w prototypowaniu.

Wraz z szybkim rozwojem SMT i dalszą miniaturyzacją komponentów, pojawienie się bardziej wyrafinowanych form opakowań SMD, takich jak SOP, SOJ, PLCC, QFP i BGA sprawiło, że ta generacja maszyn pick-and-place stała się coraz bardziej nieadekwatna. Stopniowo zniknęły one z głównego nurtu zainteresowania producentów maszyn pick-and-place. Jednak duża liczba maszyn pick-and-place drugiej generacji jest nadal w użyciu, a ich zastosowanie i konserwacja pozostają ważnymi tematami w sprzęcie SMT.

Główne cechy techniczne maszyny typu pick-and-place 3. generacji obejmują modułową platformę o architekturze kompozytowej, wysoce precyzyjny system wizyjny i wyrównanie w locie, strukturę dwutorową, wielołukową, wieloczęściową głowicę typu pick-and-place i strukturę wielodyszową, inteligentne podawanie i wykrywanie, szybki, precyzyjny napęd liniowy, szybką, elastyczną, inteligentną głowicę typu pick-and-place i wreszcie precyzyjną kontrolę ruchu w osi Z i siły umieszczania. Chociaż technologia jest jednym z aspektów, podstawową cechą maszyny pick-and-place 3. generacji jest jej wysoka wydajność i elastyczność. Przykładowo, łączy ona w sobie funkcje maszyny szybkobieżnej i wielofunkcyjnej. Dzięki elastycznej strukturze maszyn modułowych/opartych na modułach/typu komórkowego, można wybrać różne jednostki konstrukcyjne, aby osiągnąć funkcje zarówno szybkich, jak i uniwersalnych maszyn na jednej maszynie. Równoważenie szybkości i dokładności rozmieszczania ma również kluczowe znaczenie. Przykładowo, nowa generacja maszyn do rozmieszczania wykorzystuje wysokowydajne głowice do rozmieszczania, precyzyjne wyrównanie wizualne i wysokowydajne systemy sprzętu komputerowego/oprogramowania.

Dodatkowo, wysoka wydajność umieszczania jest osiągana dzięki technologiom takim jak wysokowydajne głowice umieszczające i inteligentne podajniki, dzięki czemu rzeczywista wydajność umieszczania maszyny osiąga ponad 83% idealnej wartości. Kluczowe znaczenie ma również wysoka jakość układania. Osiąga się to poprzez precyzyjny pomiar wymiarów osi Z i kontrolę siły umieszczania, aby zapewnić dobry kontakt między komponentami a pastą lutowniczą, lub poprzez zastosowanie APC do kontroli pozycji umieszczania, zapewniając w ten sposób doskonałe wyniki. Ogólnie rzecz biorąc, wydajność produkcyjna na jednostkę powierzchni maszyn do układania trzeciej generacji jest około dwa razy większa niż w przypadku maszyn drugiej generacji. Wreszcie, maszyna typu pick-and-place trzeciej generacji może również wdrażać inteligentne systemy oprogramowania do montażu w stosach. Jest to jeden z powodów, dla których maszyny typu pick-and-place trzeciej generacji rozwijają się obecnie tak szybko.

Po drugie, chcemy omówić przyszłe perspektywy i rozwój trzeciej generacji maszyn SMT typu pick and place. Pierwszą i najważniejszą kwestią jest wysoka wydajność: w rozwoju maszyn pick-and-place szybkość, precyzja i funkcjonalność umieszczania zawsze były w stanie sprzecznych priorytetów, zmuszając użytkowników do kompromisu między szybkością a precyzją. W rezultacie, szybkie maszyny i maszyny wielofunkcyjne pozostają dwoma podstawowymi trybami rozmieszczania w użyciu. Jednak w coraz bardziej konkurencyjnym krajobrazie przyszłej elektroniki, gdzie aktualizacje produktów przyspieszają, a trend w kierunku różnorodnych odmian produktów i produkcji małoseryjnej staje się głównym nurtem, nowe technologie pakowania, takie jak BGA, FC, CSP i PoP, stawiają coraz wyższe wymagania maszynom SMT. W rezultacie konfiguracje maszyn SMT muszą ewoluować, aby dotrzymać kroku tym zmianom. Wraz z rozwojem technologii maszyn SMT, takich jak modularyzacja, dwupasmowy transport, wieloramienne, wielopozycyjne konstrukcje głowic, latające wyrównanie i błyskawiczne umieszczanie, osiągnięcie równowagi między szybkością, precyzją i funkcjonalnością umieszczania w jednej maszynie SMT stało się nowym kierunkiem.

Wysokowydajne maszyny SMT, które łączą w sobie wysoką prędkość, precyzję, wielofunkcyjność i inteligencję, staną się głównym nurtem; Drugim punktem jest wysoka wydajność: wysoka wydajność oznacza poprawę wydajności produkcji, skrócenie czasu pracy i zwiększenie zdolności produkcyjnej. W przypadku zautomatyzowanych urządzeń CNC, takich jak maszyny typu pick-and-place, wydajność programowania oprogramowania ma kluczowe znaczenie dla poprawy wydajności sprzętu. Opracowanie bardziej wydajnych systemów funkcjonalnych oprogramowania, w tym różnych form plików PCB, bezpośrednia optymalizacja generowania plików programów pick-and-place, skrócenie czasu programowania ręcznego, opracowanie systemów diagnostyki usterek maszyn i kompleksowych systemów zarządzania dla produkcji masowej oraz osiągnięcie inteligentnej obsługi to kluczowe elementy przyszłego rozwoju wysokowydajnych maszyn pick-and-place. Dodatkowo, ulepszenia w strukturze sprzętu i trybach operacyjnych są również ważnymi metodami zwiększania wydajności produkcji. Dwupasmowe maszyny do przenoszenia SMT zachowują wydajność tradycyjnych maszyn jednopasmowych, jednocześnie projektując przenoszenie, pozycjonowanie, kontrolę i umieszczanie PCB w strukturze dwupasmowej. Ta dwupasmowa struktura może działać w trybie synchronicznym lub asynchronicznym, z których oba skracają czas bezczynności maszyny i zwiększają wydajność produkcji; Trzecim punktem jest wysoka integracja. Wysoka integracja odnosi się do dwóch aspektów: integracji technologii sprzętu oraz integracji technologii i zarządzania. Integracja technologii sprzętu obejmuje krzyżowe zastosowanie, integrację i połączenie wielu technologii. Na przykład mechatronika integruje technologię wykrywania i detekcji, technologię przetwarzania informacji, technologię automatycznego sterowania, technologię serwonapędów, technologię mechaniki precyzyjnej i technologię na poziomie systemu w kompleksową aplikację.

Jeśli chodzi o integrację technologii i zarządzania, wiąże się ona z pełnym wykorzystaniem technologii komputerowych, automatyzacji i sieciowych w celu osiągnięcia organicznej integracji aplikacji sprzętowych i technologii zarządzania. Szczególnie ważne jest wykorzystanie zintegrowanego sprzętu, takiego jak zautomatyzowane linie produkcyjne. Na przykład wbudowanie systemów SPC i identyfikowalności w sprzęt linii produkcyjnej SMT może zmaksymalizować wydajność sprzętu, zwiększyć moce produkcyjne i poprawić jakość; Czwarty punkt to wykorzystanie zielonej energii. Jest to nieunikniony trend w przyszłym rozwoju produkcji elektronicznej. Rozwój społeczeństwa ludzkiego nieuchronnie doprowadzi do harmonii między ludźmi a naturą, a maszyny typu pick-and-place nie są wyjątkiem. W przyszłości urządzenia typu pick-and-place muszą uwzględniać wpływ na środowisko od etapu konceptualizacji poprzez projektowanie, produkcję, sprzedaż, użytkowanie i konserwację, recykling i regenerację, koncentrując się na poprawie wykorzystania materiałów, zmniejszeniu zużycia energii i maksymalizacji zwrotu z inwestycji użytkownika. W ostatnich latach pojęcia zielonej produkcji i ochrony środowiska nabrały nowego znaczenia. Ochrona środowiska jest obecnie rozumiana szerzej, obejmując nie tylko ochronę środowiska naturalnego, ale także środowiska społecznego, środowiska produkcyjnego oraz zdrowia fizycznego i psychicznego producentów. W tych okolicznościach celem jest opracowanie wysoce precyzyjnego, wysokowydajnego, wysokiej jakości sprzętu do umieszczania z krótkim czasem dostawy i doskonałą obsługą posprzedażną; Wreszcie najważniejszym czynnikiem jest różnorodność. Dzisiejszy świat jest zróżnicowany i wieloaspektowy. Rozwój jest nierównomierny w różnych krajach i regionach, a nawet w tym samym kraju różne regiony rozwijają się w różnym tempie. Prowadzi to do zróżnicowanych wymagań dotyczących jakości i klasy produktów elektronicznych.

Jednocześnie różne obszary zastosowań mają bardzo różne wymagania dotyczące niezawodności środowisk aplikacji produktów elektronicznych, co również napędza różne wymagania dotyczące procesów i sprzętu do produkcji produktów. To zróżnicowane zapotrzebowanie będzie napędzać przyszły rozwój sprzętu montażowego w kierunku zróżnicowanej struktury i interdyscyplinarnych technologii. Z jednej strony, producenci będą musieli dostosować zarówno wielofunkcyjne, elastyczne, uniwersalne maszyny typu pick-and-place zdolne do obsługi wielu typów produktów, jak i wysokowydajne, wyspecjalizowane maszyny typu pick-and-place dostosowane do konkretnych dziedzin i produktów.

Podsumowując, będzie istniała potrzeba produkcji wysokiej klasy maszyn typu pick-and-place charakteryzujących się pełną automatyzacją, inteligencją, wysoką precyzją i wysoką wydajnością produkcyjną, aby obsługiwać duże przedsiębiorstwa i wymagania dotyczące montażu o dużej gęstości, a także średniej i niskiej klasy maszyn typu pick-and-place odpowiednich dla małych i średnich przedsiębiorstw oraz ogólnych potrzeb w zakresie produktów elektronicznych. Takie podejście pozwala na równoczesny rozwój wysokowydajnych maszyn SMT głównego nurtu dostosowanych do produkcji przemysłowej na dużą skalę oraz mniejszych, niebędących maszynami głównego nurtu maszyn SMT dostosowanych do badań, edukacji i zastosowań laboratoryjnych.