Vývoj strojov na umiestňovanie SMT prešiel niekoľkými etapami a novými technologickými trendmi.

Od svojho vzniku na začiatku 80. rokov minulého storočia sa základná funkcia stroja pick-and-place v podstate nezmenila. Požiadavky na umiestňovanie - najmä pokiaľ ide o rýchlosť a presnosť - však prešli výraznou transformáciou v dôsledku rýchleho rozvoja elektronického priemyslu, ako aj trendu miniaturizácie komponentov a montáže s vysokou hustotou. Z našej diskusie vylučujeme takzvané zariadenia na úrovni malých sérií, konkrétne ručné stroje na umiestňovanie SMT, ktoré sa používali v začiatkoch a dodnes sa používajú najmä na výrobu prototypov výrobkov a výskum. Tieto stroje totiž nemôžu konkurovať bežným strojom na umiestňovanie SMT z hľadiska technickej úrovne a rozsahu použitia. Pokiaľ ide o bežné stroje na umiestňovanie SMT používané na hromadnú výrobu, z technického hľadiska ich možno rozdeliť do troch generácií. Najprv predstavíme vývojové etapy umiestňovacích strojov SMT a nové technologické trendy. 

Najprv sa chceme venovať vývojovým etapám strojov SMT pick and place. Prvým zariadením v odvetví SMT bol stroj pick and place prvej generácie. Stroj pick-and-place prvej generácie sa objavil na začiatku 70. až začiatku 80. rokov 20. storočia ako prvé montážne zariadenie poháňané aplikáciou technológie povrchovej montáže v priemyselnej a spotrebnej elektronike. Hoci mechanická metóda zarovnávania používaná v týchto strojoch pick-and-place viedla k nízkym rýchlostiam umiestňovania približne 1 000 až 2 000 komponentov za hodinu a relatívne nízkej presnosti umiestňovania, približne ±0,1 mm pre polohovanie X-Y a ±0,25 mm pre presnosť umiestňovania, a napriek ich jednoduchej funkčnosti už mali všetky základné prvky moderných strojov pick-and-place.

V porovnaní s ručným vkladaním komponentov predstavovala takáto rýchlosť a presnosť hlbokú technologickú revolúciu. Okrem toho stroj na umiestňovanie SMT prvej generácie otvoril novú éru veľkoplošnej, plne automatizovanej, vysokoúčinnej a vysokokvalitnej výroby elektronických výrobkov. V počiatočných fázach vývoja SMT, keď boli komponenty na povrchovú montáž relatívne veľké, napríklad čipové komponenty typu 1608 a rozstupy IC od 1,27 do 0,8 mm, boli tieto stroje už schopné splniť požiadavky na hromadnú výrobu. S neustálym vývojom SMT a miniaturizáciou súčiastok sa táto generácia strojov SMT už dávno vytratila z trhu a v súčasnosti sa nachádza len v niekoľkých malých podnikoch. Ďalším vývojom bol stroj pick-and-place druhej generácie. Od polovice 80. rokov do konca 90. rokov priemysel SMT postupne dozrieval a rýchlo sa rozvíjal. Pod vplyvom tohto rastu stroj pick-and-place druhej generácie nadviazal na model prvej generácie tým, že prijal optický systém na vyrovnávanie súčiastok, čím sa výrazne zvýšila rýchlosť a presnosť stroja. Tento pokrok zodpovedal rastúcemu dopytu po rýchlom rozširovaní a vývoji elektronických výrobkov. Počas tohto vývojového procesu vznikli dva odlišné typy strojov: vysokorýchlostné stroje určené predovšetkým na montáž čipových komponentov s dôrazom na rýchlosť montáže a multifunkčné stroje určené predovšetkým na montáž rôznych integrovaných obvodov a komponentov nepravidelného tvaru. Tieto dva typy strojov majú jasne odlišné funkcie a aplikácie. 

Druhá generácia strojov pick and place má tiež dve podkategórie, pričom prvou sú vysokorýchlostné stroje. Vysokorýchlostné stroje využívajú predovšetkým rotačnú štruktúru hlavy s viacerými hlavami a viacerými dýzami. Na základe smeru otáčania vzhľadom na rovinu DPS ich možno ďalej klasifikovať na revolverové (kde je smer otáčania rovnobežný s rovinou DPS) a kolesové (kde je smer otáčania kolmý alebo pod uhlom 45° k rovine DPS). Vďaka zavedeniu technológie optického polohovania a presných mechanických systémov, ako sú guľôčkové skrutky, lineárne vedenia, lineárne motory, harmonické pohony, presné vákuové systémy, rôzne snímače a počítačová riadiaca technika, dosiahla rýchlosť umiestňovania vysokorýchlostných strojov rádovo 0,06 sekundy na kus, čím sa priblížila k hraniciam elektromechanických systémov. Druhým odvetvím sú multifunkčné stroje. Multifunkčné umiestňovacie stroje, známe aj ako univerzálne stroje, môžu umiestňovať rôzne komponenty obalov integrovaných obvodov a komponenty nepravidelných tvarov, ako aj malé čipové komponenty. Môžu umiestniť komponenty rôznych veľkostí a tvarov, preto sa im hovorí multifunkčný umiestňovací stroj. Konštrukcia multifunkčných umiestňovacích strojov väčšinou využíva oblúkovú konštrukciu a umiestňovaciu hlavu s lineárnym pohybom a viacerými dýzami, ktorá sa vyznačuje vysokou presnosťou a dobrou flexibilitou. Multifunkčné stroje kladú dôraz na funkčnosť a presnosť, ale ich rýchlosť umiestňovania nie je taká vysoká ako rýchlosť vysokorýchlostných umiestňovacích strojov. Používajú sa predovšetkým na umiestňovanie rôznych zabalených integrovaných obvodov a veľkých súčiastok nepravidelného tvaru a používajú sa aj na umiestňovanie malých súčiastok na povrchovú montáž v stredne veľkej a malej výrobe a pri výrobe prototypov.

S rýchlym rozvojom SMT a ďalšou miniaturizáciou komponentov sa objavujú dokonalejšie formy SMD obalov, ako sú SOP, SOJ, PLCC, QFP a BGA, čo spôsobilo, že táto generácia strojov pick-and-place je čoraz menej vhodná. Postupne sa vytratili z hlavného prúdu záujmu výrobcov pick-and-place strojov. Veľký počet strojov pick-and-place druhej generácie sa však používa dodnes a ich aplikácia a údržba zostávajú dôležitými témami v oblasti zariadení SMT.

Medzi hlavné technické vlastnosti stroja na vyberanie a umiestňovanie 3. generácie vo všeobecnosti patrí modulárna platforma kompozitnej architektúry, vysoko presný systém videnia a letmého zarovnania, dvojkoľajová štruktúra, viacoblúková, viacnásobná hlava na vyberanie a umiestňovanie a viacdýzová štruktúra, inteligentné podávanie a detekcia, vysokorýchlostný, vysoko presný lineárny motorový pohon, vysokorýchlostná, flexibilná, inteligentná hlava na vyberanie a umiestňovanie a napokon presné riadenie pohybu v osi Z a sily umiestňovania. Aj keď technológia je jedným z aspektov, hlavnými charakteristikami stroja pick-and-place 3. generácie sú jeho vysoký výkon a flexibilita. Napríklad spája funkcie vysokorýchlostného stroja a multifunkčného stroja do jedného. Prostredníctvom flexibilnej štruktúry modulárnych/modulových/článkových strojov možno vybrať rôzne konštrukčné jednotky, aby sa na jednom stroji dosiahli funkcie vysokorýchlostných aj univerzálnych strojov. Kľúčové je aj vyváženie rýchlosti a presnosti umiestňovania. Napríklad umiestňovací stroj novej generácie využíva vysoko výkonné umiestňovacie hlavy, presné vizuálne zarovnanie a vysoko výkonné počítačové hardvérové/softvérové systémy.

Okrem toho sa vysokoúčinné ukladanie dosahuje vďaka technológiám, ako sú vysokovýkonné ukladacie hlavy a inteligentné podávače, vďaka ktorým skutočná účinnosť ukladania stroja dosahuje viac ako 83% ideálnej hodnoty. Rozhodujúca je aj vysoká kvalita umiestnenia. To sa dosahuje presným meraním rozmerov v osi Z a riadením sily umiestnenia, aby sa zabezpečil dobrý kontakt medzi komponentmi a spájkovacou pastou, alebo použitím APC na kontrolu polohy umiestnenia, čím sa zabezpečia vynikajúce výsledky. Celkovo je výrobná kapacita na jednotku podlahovej plochy umiestňovacích strojov tretej generácie približne dvojnásobná v porovnaní so strojmi druhej generácie. Nakoniec, v strojoch na vyberanie a umiestňovanie tretej generácie sa môžu implementovať aj inteligentné softvérové systémy na stohovanú montáž. To je jeden z dôvodov, prečo sa v súčasnosti pick-and-place stroje tretej generácie tak rýchlo rozvíjajú.

Po druhé, chceme diskutovať o budúcich vyhliadkach a vývoji strojov tretej generácie SMT pick and place. V prvom rade je to vysoký výkon: pri vývoji strojov na vyberanie a umiestňovanie boli rýchlosť, presnosť a funkčnosť umiestňovania vždy v stave protichodných priorít, čo nútilo používateľov robiť kompromisy medzi rýchlosťou a presnosťou. Výsledkom je, že vysokorýchlostné stroje a multifunkčné stroje zostávajú v súčasnosti dvoma hlavnými používanými spôsobmi umiestňovania. Avšak v čoraz konkurenčnejšom prostredí elektroniky budúcnosti, kde sa zrýchľujú aktualizácie výrobkov a trend smerujúci k rôznorodým odrodám výrobkov a malosériovej výrobe sa stáva hlavným prúdom, kladú nové obalové technológie, ako sú BGA, FC, CSP a PoP, stále vyššie nároky na stroje SMT. V dôsledku toho sa konfigurácie strojov SMT musia vyvíjať, aby držali krok s týmito zmenami. S rozvojom technológií strojov SMT, ako je modularizácia, dvojpásová doprava, štruktúry s viacerými ramenami a umiestňovacími hlavami, letmé zarovnávanie a bleskové umiestňovanie, sa novým smerom stalo dosiahnutie rovnováhy medzi rýchlosťou, presnosťou a funkčnosťou umiestňovania v rámci jedného stroja SMT.

Vysoko výkonné stroje SMT, ktoré integrujú vysokú rýchlosť, vysokú presnosť, multifunkčnosť a inteligenciu, sa stanú hlavným prúdom; Druhým bodom je vysoká účinnosť: vysoká účinnosť znamená zlepšenie efektívnosti výroby, skrátenie pracovného času a zvýšenie výrobnej kapacity. V prípade automatizovaných zariadení CNC, ako sú stroje typu pick and place, je efektívnosť programovania softvéru rozhodujúca pre zlepšenie efektívnosti zariadenia. Vývoj výkonnejších softvérových funkčných systémov vrátane rôznych foriem súborov PCB, priama optimalizácia generovania programových súborov pick-and-place, skrátenie času manuálneho programovania, vývoj systémov diagnostiky porúch stroja a komplexných systémov riadenia pre hromadnú výrobu a dosiahnutie inteligentnej prevádzky sú kľúčovými zložkami budúceho vývoja vysokoúčinných strojov pick-and-place. Okrem toho sú dôležitými metódami na zvýšenie efektívnosti výroby aj zlepšenia štruktúry zariadení a prevádzkových režimov. Dvojpásové dopravné stroje na umiestňovanie SMT si zachovávajú výkonnosť tradičných jednopásových strojov a zároveň navrhujú dopravu, polohovanie, kontrolu a umiestňovanie PCB do dvojpásovej štruktúry. Táto dvojpruhová štruktúra môže pracovať v synchrónnom alebo asynchrónnom režime, pričom oba režimy skracujú čas nečinnosti stroja a zvyšujú efektívnosť výroby. Vysoká integrácia sa týka dvoch aspektov: integrácie technológie zariadenia a integrácie technológie a riadenia. Integrácia technológie zariadenia zahŕňa vzájomné použitie, integráciu a zlúčenie viacerých technológií. Napríklad mechatronika integruje technológiu detekcie a snímania, technológiu spracovania informácií, technológiu automatického riadenia, technológiu servopohonov, technológiu presnej mechaniky a technológiu na úrovni systému do komplexnej aplikácie.

Pokiaľ ide o integráciu technológií a riadenia, ide o plné využitie počítačových, automatizačných a sieťových technológií na dosiahnutie organickej integrácie technológií aplikácie a riadenia zariadení. Obzvlášť dôležité je využívanie integrovaných zariadení, ako sú automatizované výrobné linky. Napríklad zabudovanie systémov SPC a sledovateľnosti do zariadení výrobných liniek SMT môže maximalizovať výkonnosť zariadení, zvýšiť výrobnú kapacitu a zlepšiť kvalitu; Štvrtým bodom je využívanie ekologickej energie. Je to nevyhnutný trend v budúcom vývoji elektronickej výroby. Rozvoj ľudskej spoločnosti nevyhnutne povedie k harmónii medzi ľuďmi a prírodou a pick and place stroje nie sú výnimkou. V budúcnosti musia zariadenia typu pick-and-place zohľadňovať vplyv na životné prostredie od fázy konceptualizácie cez fázu návrhu, výroby, predaja, používania a údržby, recyklácie a repasovania so zameraním na zlepšenie využitia materiálu, zníženie spotreby energie a maximalizáciu návratnosti investícií používateľa. V posledných rokoch nadobudli pojmy ekologická výroba a ochrana životného prostredia nový význam. Ochrana životného prostredia sa v súčasnosti chápe v širšom zmysle a zahŕňa nielen ochranu prírodného prostredia, ale aj sociálneho prostredia, výrobného prostredia a fyzického a duševného zdravia výrobcov. Za týchto okolností je cieľom vyvinúť vysoko presné, vysoko účinné a vysokokvalitné zariadenia na umiestňovanie s krátkymi dodacími lehotami a vynikajúcim popredajným servisom; napokon najdôležitejším faktorom je rozmanitosť. Dnešný svet je rozmanitý a mnohotvárny. Rozvoj je v rôznych krajinách a regiónoch nerovnomerný a dokonca aj v rámci tej istej krajiny sa rôzne regióny vyvíjajú rôznym tempom. To vedie k rôznym požiadavkám na kvalitu a stupeň elektronických výrobkov.

Rôzne oblasti použitia majú zároveň veľmi odlišné požiadavky na spoľahlivosť aplikačných prostredí elektronických výrobkov, čo spôsobuje aj rozdielne požiadavky na výrobné procesy a zariadenia. Tieto rôznorodé požiadavky budú hnať budúci vývoj montážnych zariadení smerom k diverzifikovanej štruktúre a medziodborovým technológiám. Na jednej strane budú výrobcovia potrebovať multifunkčné, flexibilné univerzálne stroje na vyberanie a umiestňovanie, ktoré dokážu spracovať viacero typov výrobkov, a vysokoúčinné špecializované stroje na vyberanie a umiestňovanie prispôsobené pre konkrétne oblasti a výrobky.

Na záver možno konštatovať, že bude potrebné vyrábať špičkové pick-and-place stroje s plnou automatizáciou, inteligenciou, vysokou presnosťou a vysokou výrobnou kapacitou, ktoré budú slúžiť veľkým podnikom a požiadavkám na montáž s vysokou hustotou, ako aj pick-and-place stroje strednej a nižšej triedy vhodné pre malé a stredné podniky a všeobecné potreby elektronických výrobkov. Tento prístup umožňuje súbežný vývoj vysoko výkonných hlavných strojov SMT prispôsobených pre rozsiahlu priemyselnú výrobu a menších, nemainstreamových strojov SMT vhodných pre výskum, vzdelávanie a laboratórne aplikácie.