Dezvoltarea mașinilor de plasare SMT a trecut prin mai multe etape și noi tendințe tehnologice.

De la începuturile sale, la începutul anilor 1980, funcționalitatea de bază a mașinii pick-and-place a rămas în mare parte neschimbată. Cu toate acestea, cerințele de plasare - în special în ceea ce privește viteza și precizia - au suferit transformări semnificative ca urmare a dezvoltării rapide a industriei electronice, precum și a tendinței de miniaturizare a componentelor și de asamblare de înaltă densitate. Excludem din discuția noastră așa-numitele echipamente la nivel de loturi mici, și anume mașinile manuale de plasare SMT, care au fost utilizate la început și sunt încă utilizate în prezent în principal pentru prototiparea și cercetarea produselor. Acest lucru se datorează faptului că aceste mașini nu pot concura cu mașinile de plasare SMT obișnuite în ceea ce privește nivelul tehnic și domeniul de aplicare. În ceea ce privește mașinile principale de plasare SMT utilizate pentru producția de masă, acestea pot fi clasificate în trei generații din punct de vedere tehnic. Să prezentăm mai întâi etapele de dezvoltare ale mașinilor de plasare SMT și noile tendințe tehnologice. 

În primul rând, dorim să discutăm etapele de dezvoltare ale mașinilor SMT pick and place. Cel mai timpuriu echipament din industria SMT a fost prima generație de mașini pick-and-place. Prima generație de mașini pick-and-place a apărut la începutul anilor 1970 până la începutul anilor 1980 ca un dispozitiv de asamblare timpuriu determinat de aplicarea tehnologiei de montare pe suprafață în electronica industrială și de consum. Deși metoda de aliniere mecanică utilizată în acele mașini de preluare și plasare a avut ca rezultat viteze de plasare scăzute, de aproximativ 1 000-2 000 de componente pe oră, și o precizie de plasare relativ scăzută, de aproximativ ± 0,1 mm pentru poziționarea X-Y și ± 0,25 mm pentru precizia de plasare, și în ciuda funcționalității lor simple, acestea dețineau deja toate elementele esențiale ale mașinilor moderne de preluare și plasare.

În comparație cu asamblarea manuală prin inserarea componentelor, astfel de viteze și precizii au reprezentat o revoluție tehnologică profundă. În plus, prima generație de mașini de plasare SMT a inaugurat o nouă eră a producției pe scară largă, complet automatizate, de înaltă eficiență și de înaltă calitate a produselor electronice. În primele etape ale dezvoltării SMT, când componentele cu montare pe suprafață erau relativ mari, cum ar fi componentele cip de tip 1608 și pasul IC variind de la 1,27 la 0,8 mm, aceste mașini erau deja capabile să îndeplinească cerințele producției de masă. Odată cu dezvoltarea continuă a SMT și miniaturizarea componentelor, această generație de mașini SMT a fost eliminată de mult de pe piață și se găsește acum doar în câteva întreprinderi mici. Următoarea evoluție a fost cea de-a doua generație de mașini pick-and-place. De la mijlocul anilor 1980 până la sfârșitul anilor 1990, industria SMT s-a maturizat treptat și s-a dezvoltat rapid. Impulsionată de această creștere, a doua generație de mașini pick-and-place s-a bazat pe modelul primei generații prin adoptarea unui sistem optic pentru alinierea componentelor, îmbunătățind semnificativ viteza și precizia mașinii. Acest progres a satisfăcut cererea în creștere pentru proliferarea și dezvoltarea rapidă a produselor electronice. În timpul acestui proces de dezvoltare, au apărut două tipuri distincte de mașini: mașini de mare viteză concepute în principal pentru montarea componentelor de tip cip și care pun accentul pe viteza de montare, și mașini multifuncționale concepute în principal pentru montarea diferitelor circuite integrate și a componentelor de formă neregulată. Aceste două tipuri de mașini au funcții și aplicații clar diferite. 

A doua generație de mașini pick-and-place are, de asemenea, două subcategorii, prima fiind mașinile de mare viteză. Mașinile de mare viteză utilizează, în principal, o structură rotativă cu mai multe capete și mai multe duze de preluare și plasare. Pe baza direcției de rotație în raport cu planul PCB, acestea pot fi clasificate în două categorii: tip turelă (în care direcția de rotație este paralelă cu planul PCB) și tip roată (în care direcția de rotație este perpendiculară sau la un unghi de 45° față de planul PCB). Datorită adoptării tehnologiei de aliniere prin poziționare optică și a sistemelor mecanice de precizie, cum ar fi șuruburile cu bile, ghidajele liniare, motoarele liniare, acționările armonice, sistemele de vid de precizie, diverși senzori și tehnologia de control computerizat, viteza de plasare a mașinilor de mare viteză a ajuns la aproximativ 0,06 secunde pe piesă, apropiindu-se de limitele sistemelor electromecanice. A doua ramură este cea a mașinilor multifuncționale. Mașinile de plasare multifuncționale, cunoscute și sub denumirea de mașini universale, pot plasa diverse componente de ambalare a circuitelor integrate și componente de formă neregulată, precum și componente de cipuri mici. Ele pot găzdui componente de diferite dimensiuni și forme, de unde și denumirea de mașină de plasare multifuncțională. Structura mașinilor de plasare multifuncționale adoptă în principal o structură de tip arc și un cap de plasare cu mai multe duze cu mișcare liniară, oferind precizie ridicată și flexibilitate bună. Mașinile multifuncționale pun accentul pe funcționalitate și precizie, dar viteza lor de plasare nu este la fel de mare ca cea a mașinilor de plasare de mare viteză. Acestea sunt utilizate în principal pentru plasarea diferitelor circuite integrate ambalate și a componentelor mari, de formă neregulată, și sunt, de asemenea, utilizate pentru plasarea componentelor mici cu montare pe suprafață în producția și prototipurile la scară medie și mică.

Odată cu dezvoltarea rapidă a SMT și miniaturizarea în continuare a componentelor, apariția unor forme de ambalare SMD mai rafinate, cum ar fi SOP, SOJ, PLCC, QFP și BGA, a făcut ca această generație de mașini pick-and-place să fie din ce în ce mai inadecvată. Acestea au dispărut treptat din atenția principală a producătorilor de mașini pick-and-place. Cu toate acestea, un număr mare de mașini pick-and-place din a doua generație sunt încă utilizate în prezent, iar aplicarea și întreținerea lor rămân subiecte importante în domeniul echipamentelor SMT.

Principalele caracteristici tehnice ale mașinii de preluare și plasare de a treia generație includ, în general, o platformă modulară cu arhitectură compozită, un sistem de viziune de înaltă precizie și o aliniere în zbor, o structură cu două șine, un cap de preluare și plasare cu mai multe arcuri și o structură cu mai multe duze, o alimentare și o detectare inteligente, un motor liniar de mare viteză și de înaltă precizie, un cap de preluare și plasare de mare viteză, flexibil și inteligent și, în final, un control precis al mișcării axei Z și al forței de plasare. Deși tehnologia este un aspect, caracteristicile principale ale celei de-a treia generații de mașini de preluare și plasare constau în performanța și flexibilitatea ridicate. De exemplu, acesta combină funcțiile unei mașini de mare viteză și ale unei mașini multifuncționale într-una singură. Prin intermediul structurii flexibile a mașinilor modulare/modulare/de tip celulă, pot fi selectate diferite unități structurale pentru a realiza funcțiile atât ale mașinilor de mare viteză, cât și ale mașinilor multifuncționale pe o singură mașină. Echilibrarea vitezei de plasare și a preciziei este, de asemenea, crucială. De exemplu, noua generație de mașini de plasare utilizează capete de plasare de înaltă performanță, aliniere vizuală precisă și sisteme informatice hardware/software de înaltă performanță.

În plus, plasarea de înaltă eficiență se realizează prin tehnologii precum capetele de plasare de înaltă performanță și alimentatoarele inteligente, permițând eficienței reale de plasare a mașinii să atingă peste 83% din valoarea ideală. Plasarea de înaltă calitate este, de asemenea, esențială. Acest lucru se realizează prin măsurarea precisă a dimensiunilor axei Z și controlul forței de plasare pentru a asigura un contact bun între componente și pasta de lipit, sau prin aplicarea APC pentru a controla poziția de plasare, asigurând astfel rezultate excelente. În general, capacitatea de producție pe unitatea de suprafață a mașinilor de plasare de a treia generație este de aproximativ două ori mai mare decât cea a mașinilor de a doua generație. În cele din urmă, mașinile pick-and-place de a treia generație pot implementa, de asemenea, sisteme software inteligente pentru asamblarea stivuită. Acesta este unul dintre motivele pentru care mașinile pick-and-place de a treia generație se dezvoltă atât de rapid în prezent.

În al doilea rând, dorim să discutăm perspectivele viitoare și dezvoltarea celei de-a treia generații de mașini SMT pick and place. Prima și cea mai importantă este performanța ridicată: în dezvoltarea mașinilor de preluare și plasare, viteza, precizia și funcționalitatea de plasare au fost întotdeauna într-o stare de conflict de priorități, forțând utilizatorii să facă un compromis între viteză și precizie. Ca urmare, mașinile de mare viteză și mașinile multifuncționale rămân cele două moduri principale de plasare utilizate în prezent. Cu toate acestea, în peisajul din ce în ce mai competitiv al electronicii viitorului, în care actualizările produselor se accelerează, iar tendința către varietăți diverse de produse și producția de loturi mici devine dominantă, noile tehnologii de ambalare precum BGA, FC, CSP și PoP impun cerințe din ce în ce mai mari mașinilor SMT. Ca urmare, configurațiile mașinilor SMT trebuie să evolueze pentru a ține pasul cu aceste schimbări. Odată cu dezvoltarea tehnologiilor mașinilor SMT, cum ar fi modularizarea, transportul pe două benzi, structurile de cap cu mai multe brațe și mai multe poziționări, alinierea zburătoare și poziționarea fulgerătoare, realizarea unui echilibru între viteză, precizie și funcționalitatea de poziționare într-o singură mașină SMT a devenit noua direcție.

Mașinile SMT de înaltă performanță care integrează viteză mare, precizie mare, multifuncționalitate și inteligență vor deveni curentul principal; Al doilea punct este eficiența ridicată: eficiența ridicată înseamnă îmbunătățirea eficienței producției, reducerea orelor de lucru și creșterea capacității de producție. Pentru echipamentele CNC automatizate, cum ar fi mașinile pick-and-place, eficiența programării software este esențială pentru îmbunătățirea eficienței echipamentelor. Dezvoltarea unor sisteme funcționale de software mai puternice, inclusiv diverse forme de fișiere PCB, optimizarea directă a generării fișierelor de program pick-and-place, reducerea timpului de programare manuală, dezvoltarea unor sisteme de diagnosticare a defecțiunilor mașinilor și a unor sisteme de gestionare cuprinzătoare pentru producția de masă, precum și realizarea unei funcționări inteligente sunt componente-cheie în dezvoltarea viitoare a mașinilor pick-and-place de înaltă eficiență. În plus, îmbunătățirea structurii echipamentelor și a modurilor de funcționare sunt, de asemenea, metode importante pentru creșterea eficienței producției. Mașinile de plasare SMT cu transport pe două benzi păstrează performanța mașinilor tradiționale cu o singură bandă, proiectând în același timp transportul, poziționarea, inspecția și plasarea PCB într-o structură cu două benzi. Această structură cu două benzi poate funcționa în mod sincron sau asincron, ambele reducând timpul de inactivitate al mașinii și îmbunătățind eficiența producției; Al treilea punct este integrarea ridicată. Integrarea ridicată se referă la două aspecte: integrarea tehnologiei echipamentelor și integrarea tehnologiei și a managementului. Integrarea tehnologiei echipamentelor implică aplicarea încrucișată, integrarea și fuziunea mai multor tehnologii. De exemplu, mecatronica integrează tehnologia de detectare și sesizare, tehnologia de procesare a informațiilor, tehnologia de control automat, tehnologia servomotoarelor, tehnologia mecanică de precizie și tehnologia la nivel de sistem într-o aplicație globală.

În ceea ce privește integrarea tehnologiei și a gestionării, aceasta implică valorificarea deplină a tehnologiilor informatice, de automatizare și de rețea pentru a realiza integrarea organică a tehnologiilor de aplicare și gestionare a echipamentelor. Utilizarea echipamentelor integrate, cum ar fi liniile de producție automatizate, este deosebit de importantă. De exemplu, încorporarea sistemelor SPC și de trasabilitate în echipamentele liniei de producție SMT poate maximiza performanța echipamentelor, poate spori capacitatea de producție și poate îmbunătăți calitatea; Al patrulea punct este utilizarea energiei verzi. Aceasta este o tendință inevitabilă în dezvoltarea viitoare a producției electronice. Dezvoltarea societății umane va duce în mod inevitabil la armonie între oameni și natură, iar mașinile pick-and-place nu fac excepție. În viitor, echipamentele pick-and-place trebuie să ia în considerare impactul asupra mediului încă din faza de conceptualizare, prin etapele de proiectare, fabricație, vânzare, utilizare și întreținere, reciclare și refabricare, cu accent pe îmbunătățirea utilizării materialelor, reducerea consumului de energie și maximizarea randamentului investițiilor utilizatorilor. În ultimii ani, conceptele de producție ecologică și de protecție a mediului au căpătat noi semnificații. Protecția mediului este acum înțeleasă într-un sens mai larg, cuprinzând nu numai protecția mediului natural, ci și a mediului social, a mediului de producție și a sănătății fizice și mentale a producătorilor. În aceste condiții, obiectivul este de a dezvolta echipamente de plasare de înaltă precizie, înaltă eficiență și înaltă calitate, cu termene de livrare scurte și servicii post-vânzare excelente; În cele din urmă, cel mai important factor este diversitatea. Lumea de astăzi este un loc divers și multifațetat. Dezvoltarea este inegală în diferite țări și regiuni și chiar în cadrul aceleiași țări, diferite regiuni se dezvoltă în ritmuri diferite. Acest lucru conduce la cerințe diferite privind calitatea și gradul produselor electronice.

În același timp, diferite domenii de aplicare au cerințe extrem de diferite privind fiabilitatea mediilor de aplicare a produselor electronice, ceea ce determină, de asemenea, cerințe diferite pentru procesele și echipamentele de fabricare a produselor. Această cerere diversă va conduce dezvoltarea viitoare a echipamentelor de asamblare către o structură diversificată și tehnologii interdisciplinare. Pe de o parte, producătorii vor trebui să utilizeze atât mașini universale multifuncționale și flexibile de preluare și plasare, capabile să manipuleze mai multe tipuri de produse, cât și mașini specializate de preluare și plasare de înaltă eficiență, adaptate pentru domenii și produse specifice.

În concluzie, va fi necesar să se producă mașini pick-and-place high-end cu automatizare completă, inteligență, precizie ridicată și capacitate de producție ridicată pentru a servi întreprinderile mari și cerințele de asamblare de înaltă densitate, precum și mașini pick-and-place mid-to-low-end potrivite pentru întreprinderile mici și mijlocii și pentru nevoile generale de produse electronice. Această abordare permite dezvoltarea simultană a mașinilor SMT principale de înaltă performanță, adaptate pentru producția industrială la scară largă, și a mașinilor SMT mai mici, neprofesionale, potrivite pentru cercetare, educație și aplicații de laborator.