O desenvolvimento das máquinas de colocação SMT passou por vários estágios e novas tendências tecnológicas.

Desde sua criação no início dos anos 80, a funcionalidade básica da máquina pick-and-place permaneceu praticamente inalterada. No entanto, os requisitos de colocação, especialmente em termos de velocidade e precisão, passaram por uma transformação significativa devido ao rápido desenvolvimento do setor eletrônico, bem como à tendência de miniaturização de componentes e montagem de alta densidade. Excluímos de nossa discussão os chamados equipamentos de nível de pequenos lotes, ou seja, as máquinas manuais de colocação SMT, que eram usadas nos primórdios e ainda hoje são usadas principalmente para prototipagem e pesquisa de produtos. Isso ocorre porque essas máquinas não podem competir com as máquinas de colocação SMT convencionais em termos de nível técnico e escopo de aplicação. Com relação às máquinas de colocação SMT convencionais usadas para produção em massa, elas podem ser categorizadas em três gerações a partir de uma perspectiva técnica. Vamos primeiro apresentar os estágios de desenvolvimento das máquinas de colocação de SMT e as novas tendências tecnológicas. 

Em primeiro lugar, queremos discutir os estágios de desenvolvimento das máquinas SMT pick and place. O equipamento mais antigo do setor SMT foi a máquina pick-and-place de primeira geração. A máquina pick-and-place de primeira geração surgiu entre o início da década de 1970 e o início da década de 1980 como um dispositivo de montagem inicial impulsionado pela aplicação da tecnologia de montagem em superfície em produtos eletrônicos industriais e de consumo. Embora o método de alinhamento mecânico usado nessas máquinas pick-and-place resultasse em baixas velocidades de colocação de aproximadamente 1.000 a 2.000 componentes por hora e precisão de colocação relativamente baixa, aproximadamente ±0,1 mm para posicionamento X-Y e ±0,25 mm para precisão de colocação, e apesar de sua funcionalidade simples, elas já possuíam todos os elementos essenciais das modernas máquinas pick-and-place.

Em comparação com a montagem manual de inserção de componentes, essas velocidades e precisão representaram uma profunda revolução tecnológica. Além disso, a máquina de colocação SMT de primeira geração deu início a uma nova era de produção de produtos eletrônicos em larga escala, totalmente automatizada, de alta eficiência e alta qualidade. Nos estágios iniciais do desenvolvimento do SMT, quando os componentes de montagem em superfície eram relativamente grandes, como os componentes de chip do tipo 1608 e o passo do CI variando de 1,27 a 0,8 mm, essas máquinas já eram capazes de atender aos requisitos de produção em massa. Com o desenvolvimento contínuo do SMT e a miniaturização dos componentes, essa geração de máquinas SMT há muito tempo foi eliminada do mercado e agora só é encontrada em algumas pequenas empresas. O desenvolvimento seguinte foi a máquina pick-and-place de segunda geração. De meados da década de 1980 até o final da década de 1990, o setor de SMT amadureceu gradualmente e se desenvolveu rapidamente. Impulsionada por esse crescimento, a máquina pick-and-place de segunda geração foi construída com base no modelo de primeira geração, adotando um sistema óptico para alinhamento de componentes, aumentando significativamente a velocidade e a precisão da máquina. Esse avanço atendeu à crescente demanda pela rápida proliferação e desenvolvimento de produtos eletrônicos. Durante esse processo de desenvolvimento, surgiram dois tipos distintos de máquinas: máquinas de alta velocidade projetadas principalmente para a montagem de componentes de chip e que enfatizam a velocidade de montagem, e máquinas multifuncionais projetadas principalmente para a montagem de vários CIs e componentes de formato irregular. Esses dois tipos de máquinas têm funções e aplicações claramente diferentes. 

A máquina pick-and-place de segunda geração também tem duas subcategorias, sendo a primeira as máquinas de alta velocidade. As máquinas de alta velocidade usam principalmente uma estrutura rotativa de cabeçote de coleta e colocação com várias cabeças e vários bicos. Com base na direção de rotação em relação ao plano da placa de circuito impresso, elas podem ser classificadas em tipo torre (em que a direção de rotação é paralela ao plano da placa de circuito impresso) e tipo roda (em que a direção de rotação é perpendicular ou em um ângulo de 45° em relação ao plano da placa de circuito impresso). Graças à adoção da tecnologia de alinhamento de posicionamento óptico e de sistemas mecânicos de precisão, como fusos de esferas, guias lineares, motores lineares, acionamentos harmônicos, sistemas de vácuo de precisão, vários sensores e tecnologia de controle por computador, a velocidade de colocação das máquinas de alta velocidade atingiu a ordem de 0,06 segundos por peça, aproximando-se dos limites dos sistemas eletromecânicos. O segundo ramo é a máquina multifuncional. As máquinas de colocação multifuncionais, também conhecidas como máquinas universais, podem colocar vários componentes de embalagem de CI e componentes de formato irregular, bem como pequenos componentes de chip. Elas podem acomodar componentes de vários tamanhos e formatos, daí o nome máquina de colocação multifuncional. A estrutura das máquinas de colocação multifuncionais adota, em sua maioria, uma estrutura do tipo arco e um cabeçote de colocação de vários bicos de movimento linear, com alta precisão e boa flexibilidade. As máquinas multifuncionais enfatizam a funcionalidade e a precisão, mas sua velocidade de colocação não é tão rápida quanto a das máquinas de colocação de alta velocidade. Elas são usadas principalmente para colocar vários CIs embalados e componentes grandes e de formato irregular, além de serem usadas para colocar pequenos componentes de montagem em superfície em produção e prototipagem de média e pequena escala.

Com o rápido desenvolvimento do SMT e a maior miniaturização dos componentes, o surgimento de formas de embalagem SMD mais refinadas, como SOP, SOJ, PLCC, QFP e BGA, tornou essa geração de máquinas pick-and-place cada vez mais inadequada. Elas desapareceram gradualmente do foco principal dos fabricantes de máquinas pick-and-place. No entanto, um grande número de máquinas pick-and-place de segunda geração ainda está em uso atualmente, e sua aplicação e manutenção continuam sendo tópicos importantes em equipamentos SMT.

Os principais recursos técnicos da máquina pick-and-place de 3ª geração geralmente incluem uma plataforma de arquitetura composta modular, sistema de visão de alta precisão e alinhamento de voo, estrutura de pista dupla, multiarco, cabeçote multipick-and-place e estrutura de vários bicos, alimentação e detecção inteligentes, acionamento de motor linear de alta velocidade e alta precisão, cabeçote pick-and-place inteligente, flexível e de alta velocidade e, por fim, controle preciso do movimento do eixo Z e da força de colocação. Embora a tecnologia seja um aspecto, as principais características da máquina pick-and-place de terceira geração estão em seu alto desempenho e flexibilidade. Por exemplo, ela combina as funções de uma máquina de alta velocidade e de uma máquina multifuncional em uma só. Por meio da estrutura flexível de máquinas modulares/baseadas em módulos/tipo de célula, diferentes unidades estruturais podem ser selecionadas para alcançar as funções de máquinas de alta velocidade e de uso geral em uma única máquina. O equilíbrio entre a velocidade e a precisão da colocação também é crucial. Por exemplo, a máquina de colocação de nova geração emprega cabeçotes de colocação de alto desempenho, alinhamento visual preciso e sistemas de hardware/software de computador de alto desempenho.

Além disso, a colocação de alta eficiência é obtida por meio de tecnologias como cabeçotes de colocação de alto desempenho e alimentadores inteligentes, permitindo que a eficiência de colocação real da máquina atinja mais de 83% do valor ideal. A colocação de alta qualidade também é fundamental. Isso é obtido por meio da medição precisa das dimensões do eixo Z e do controle da força de colocação para garantir um bom contato entre os componentes e a pasta de solda, ou pela aplicação de APC para controlar a posição de colocação, garantindo assim excelentes resultados. No geral, a capacidade de produção por unidade de área útil das máquinas de colocação de terceira geração é aproximadamente o dobro das máquinas de segunda geração. Por fim, a máquina pick-and-place de terceira geração também pode implementar sistemas de software inteligentes para montagem empilhada. Esse é um dos motivos pelos quais a máquina pick-and-place de terceira geração está se desenvolvendo tão rapidamente.

Em segundo lugar, queremos discutir a perspectiva futura e o desenvolvimento da terceira geração de máquinas SMT pick and place. O primeiro e mais importante é o alto desempenho: no desenvolvimento de máquinas pick-and-place, a velocidade, a precisão e a funcionalidade de colocação sempre estiveram em um estado de prioridades conflitantes, forçando os usuários a fazer concessões entre velocidade e precisão. Como resultado, as máquinas de alta velocidade e as máquinas multifuncionais continuam sendo os dois principais modos de colocação em uso atualmente. No entanto, no cenário cada vez mais competitivo dos eletrônicos do futuro, em que as atualizações de produtos estão se acelerando e a tendência de diversas variedades de produtos e a produção de pequenos lotes está se tornando predominante, as novas tecnologias de empacotamento, como BGA, FC, CSP e PoP, estão colocando demandas cada vez maiores nas máquinas SMT. Como resultado, as configurações das máquinas SMT devem evoluir para acompanhar essas mudanças. Com o desenvolvimento de tecnologias de máquinas SMT, como modularização, transporte de pista dupla, estruturas de cabeçote com vários braços e várias colocações, alinhamento de voo e colocação de raios, alcançar um equilíbrio entre velocidade, precisão e funcionalidade de colocação em uma única máquina SMT tornou-se a nova direção.

As máquinas SMT de alto desempenho que integram alta velocidade, alta precisão, multifuncionalidade e inteligência se tornarão a tendência. O segundo ponto é a alta eficiência: alta eficiência significa melhorar a eficiência da produção, reduzir as horas de trabalho e aumentar a capacidade de produção. Para equipamentos CNC automatizados, como máquinas pick-and-place, a eficiência da programação do software é fundamental para melhorar a eficiência do equipamento. O desenvolvimento de sistemas funcionais de software mais potentes, incluindo várias formas de arquivos PCB, a otimização direta da geração de arquivos de programa de pick-and-place, a redução do tempo de programação manual, o desenvolvimento de sistemas de diagnóstico de falhas de máquinas e sistemas de gerenciamento abrangentes para produção em massa e a obtenção de uma operação inteligente são componentes fundamentais para o desenvolvimento futuro de máquinas pick-and-place de alta eficiência. Além disso, as melhorias na estrutura do equipamento e nos modos operacionais também são métodos importantes para aumentar a eficiência da produção. As máquinas de colocação SMT com transporte de pista dupla mantêm o desempenho das máquinas tradicionais de pista única e, ao mesmo tempo, projetam o transporte, o posicionamento, a inspeção e a colocação de PCBs em uma estrutura de pista dupla. Essa estrutura de via dupla pode operar nos modos síncrono ou assíncrono, o que reduz o tempo ocioso da máquina e aumenta a eficiência da produção. A alta integração refere-se a dois aspectos: a integração da tecnologia do equipamento e a integração da tecnologia e do gerenciamento. A integração da tecnologia de equipamentos envolve a aplicação cruzada, a integração e a fusão de várias tecnologias. Por exemplo, a mecatrônica integra tecnologia de detecção e sensoriamento, tecnologia de processamento de informações, tecnologia de controle automático, tecnologia de servoacionamento, tecnologia mecânica de precisão e tecnologia de nível de sistema em uma aplicação abrangente.

Com relação à integração de tecnologia e gerenciamento, ela envolve o aproveitamento total das tecnologias de computador, automação e rede para alcançar a integração orgânica das tecnologias de gerenciamento e aplicação de equipamentos. A utilização de equipamentos integrados, como linhas de produção automatizadas, é particularmente importante. Por exemplo, a incorporação de sistemas SPC e de rastreabilidade em equipamentos de linha de produção SMT pode maximizar o desempenho do equipamento, aumentar a capacidade de produção e melhorar a qualidade. Essa é uma tendência inevitável no desenvolvimento futuro da fabricação de produtos eletrônicos. O desenvolvimento da sociedade humana levará inevitavelmente à harmonia entre os seres humanos e a natureza, e as máquinas pick-and-place não são exceção. No futuro, os equipamentos pick-and-place deverão considerar o impacto ambiental desde o estágio de conceituação até os estágios de projeto, fabricação, vendas, uso e manutenção, reciclagem e remanufatura, com foco na melhoria da utilização de materiais, na redução do consumo de energia e na maximização do retorno do investimento do usuário. Nos últimos anos, os conceitos de fabricação verde e proteção ambiental adquiriram novos significados. A proteção ambiental agora é entendida em um sentido mais amplo, abrangendo não apenas a proteção do ambiente natural, mas também o ambiente social, o ambiente de produção e a saúde física e mental dos produtores. Nessas circunstâncias, o objetivo é desenvolver equipamentos de colocação de alta precisão, alta eficiência e alta qualidade, com prazos de entrega curtos e excelente serviço pós-venda; por fim, o fator mais importante é a diversidade. O mundo atual é um lugar diverso e multifacetado. O desenvolvimento é desigual em diferentes países e regiões e, mesmo dentro de um mesmo país, diferentes regiões se desenvolvem em ritmos diferentes. Isso leva a demandas diversas para a qualidade e o grau dos produtos eletrônicos.

Ao mesmo tempo, diferentes áreas de aplicação têm requisitos muito diferentes para a confiabilidade dos ambientes de aplicação de produtos eletrônicos, o que também gera diversas demandas por processos e equipamentos de fabricação de produtos. Essa demanda diversificada impulsionará o desenvolvimento futuro de equipamentos de montagem para uma estrutura diversificada e tecnologias interdisciplinares. Por um lado, os fabricantes precisarão acomodar tanto máquinas pick-and-place universais multifuncionais e flexíveis, capazes de lidar com vários tipos de produtos, quanto máquinas pick-and-place especializadas e de alta eficiência, adaptadas a campos e produtos específicos.

Para concluir, haverá a necessidade de produzir máquinas pick-and-place de ponta com automação total, inteligência, alta precisão e alta capacidade de produção para atender a grandes empresas e requisitos de montagem de alta densidade, bem como máquinas pick-and-place de média e baixa qualidade adequadas para pequenas e médias empresas e necessidades gerais de produtos eletrônicos. Essa abordagem permite o desenvolvimento simultâneo de máquinas SMT convencionais de alto desempenho adaptadas para fabricação industrial em larga escala e máquinas SMT menores e não convencionais adequadas para aplicações de pesquisa, educação e laboratório.