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長久以來，特殊元件的安裝一直都是電路板組裝自動化的瓶頸。這是因為自動插裝設(shè)備不夠靈活且精度較差，因此很多PCBA工廠都只能采取手工方式。但如今的機器性能已大幅提高，在精確性、經(jīng)濟性和速度方面可與一般的表面黏著系統(tǒng)媲美。在后制作程序中若采用自動化設(shè)備，可降低成本，并大幅提高生產(chǎn)的效率。

 

電子業(yè)的廠商們都希望能制造出體積更小、速度更快、價格更便宜的產(chǎn)品。隨著個人數(shù)位助理(PDA)與手持式電子設(shè)備市場的興起，更助長了輕薄短小的產(chǎn)品發(fā)展趨勢，而當(dāng)前所有的PCBA制造商共同面對的問題則是：產(chǎn)品的尺寸/性能比會不會到達(dá)極限？迄今為止，這個答案仍是否定的。
 

圖1：目前的特殊插裝設(shè)備精度已越來越高

 

原始設(shè)備PCBA制造商(OEM)和電子制造服務(wù)業(yè)者(EMS)正在使用自動化分配、黏著、回流焊等前置組裝制程以提高產(chǎn)量、良率和品質(zhì)。自動化的成果確實提高了這些廠商的利潤。然而這些自動化制程只是成功的重要因素之一，一些后制作程序，如特殊零組件插裝、成品組裝、非標(biāo)淮化的焊接及測試等，仍然得采用陳舊緩慢的手工作業(yè)方式，這已成為提高產(chǎn)量和品質(zhì)的主要障礙。

 

隨著零組件和其它組裝元件的尺寸越來越小，手工作業(yè)已越來越無用武之地，因此對提高后制作程序效率的需求迫在眉捷。所幸業(yè)界已對此展開行動，行動電話PCBA制造商率先對整個后制作程序?qū)嵤┳詣踊a(chǎn)方式，首當(dāng)其衝的就是特殊元件裝配的“量產(chǎn)”、“高品質(zhì)”、“縮短出貨時間”和“激烈競爭”等名詞，是制造業(yè)改良生產(chǎn)程序的目標(biāo)。

 

過去在生產(chǎn)線上經(jīng)常出現(xiàn)一種狀況：高速運作中的生產(chǎn)線會突然停頓，僅為等待必須用手工完成的特殊零組件插裝工作。這種作法不僅延長生產(chǎn)時間，同時無法保證品質(zhì)。誠然，最初的機器靈敏度不夠，且缺乏精度，故特殊元件的自動化裝配一直無法推廣。然而在過去十年內(nèi)，使用機器精確放置特殊零組件的能力有了很大的提升，對當(dāng)前許多PCBA制造商來說，自動化特殊裝配設(shè)備是一個極具吸引力的投資項目。

 

不過有些公司還是認(rèn)為，特殊元件只有用手工組裝才具有足夠的靈活性，能夠迅速地從一種產(chǎn)品轉(zhuǎn)換到另一種。這種看法曾經(jīng)有一定的根據(jù)，因為以往的后制作程序自動化方案顯得笨拙緩慢，而且難以適應(yīng)新產(chǎn)品。

 

但如今的特殊元件組裝設(shè)備與昔日那種任務(wù)單一的自動化系統(tǒng)已不可同日而語，這些新機器具有先進(jìn)的視覺效能、更好的機械手臂、可黏著更多種類的特殊元件并可輕鬆處理各種形式送料器和元件封裝樣式，而且置放精度更高(圖1)。目前特殊元件組裝設(shè)備已成為電子制造制程?的一個標(biāo)淮部份，至少對于那些產(chǎn)量大、種類多而又無法忍受手工作業(yè)的OEM和EMS廠商們而言，能夠減少許多制作程序。

 

什么是特殊元件

特殊元件是指那些普通表面黏著設(shè)備難以處理的零組件，諸如連接器、接插頭、變壓器、雙列直插元件、單列直插記憶體模組和DIM插座，以及一般的軸向和徑向零組件等。
 

圖2：設(shè)備商已針對各種封裝開發(fā)出不同的送料器

 

盡管近年來印刷電路板上的特殊元件數(shù)量已大幅減少，但仍有部份元件必須使用手工安裝，這將佔用相當(dāng)大的生產(chǎn)成本，造成的結(jié)果是增加勞動成本和生產(chǎn)費用，同時也可能降低產(chǎn)品品質(zhì)。

 

特殊元件自動黏著設(shè)備最大的難處是它要黏著各種形狀尺寸不同的元件，就精確性和自動化程度來說，需要一種能快速適應(yīng)產(chǎn)品變化的通用設(shè)備。由于零組件通常不可避免的有些缺陷，同時具有不同的公差，因此自動化特殊件組裝設(shè)備還必須能夠?qū)α憬M件進(jìn)行檢測，并對黏著淮確性和裝配過程進(jìn)行監(jiān)控。

 

特殊元件黏著

隨著特殊黏著技術(shù)的提高，設(shè)備PCBA制造商們開發(fā)出多種方式和標(biāo)淮單元模組組件以解決各類問題，主要的一些標(biāo)淮單元模組組件包括送料器、抓舉臂、固定系統(tǒng)和感應(yīng)系統(tǒng)等。

 

各種送料器可以處理多種封裝形式，如徑向帶料、軸向帶料、單道管料、多道管料、不同形狀大小的盤料、連續(xù)條形料件及散件等(圖2)。這些送料器的設(shè)計也相當(dāng)靈活，可以很快地裝上或取下，并且易于調(diào)整以適應(yīng)不同的封裝形式。

 

不過相對于表面黏著元件送料器，特殊件送料器要貴一些，尤其是用于散件的托盤式或碗式送料器，而且用于標(biāo)淮料管或托盤的封裝亦是有限的。為解決這些問題，開發(fā)了一種針對特殊零組件的互鎖式輸送帶，由于零組件的針腳位置可以固定，送料變得精確簡單。當(dāng)然，額外的花費也隨之而來。

 

另一種簡化送料的方法是將某些特殊零組件，特別是連接器裝入一種比較深的袋型輸送帶中。對于這種送料方式，黏著系統(tǒng)在抓取元件后需對其再進(jìn)行定位，這主要是因為元件在送料器上不能淮確地放置。

 

如希望以任意精度處理不同尺寸、形狀的特殊件，抓舉臂必須要有很高的靈活性。可以采取多種形式，如多頭抓舉臂、抓取頭可更換的氣動/真空驅(qū)動抓舉臂、伺服式抓舉臂以及夾爪可更換的伺服式抓舉臂等。

 

多頭抓舉臂由于抓取頭不必在每一次的抓?。胖米鳂I(yè)時都從送料器移動到電路板，因而可提供很高的效率，但是它的靈活性卻受到限制，零組件如有變化，需對抓舉頭進(jìn)行大幅機械重新設(shè)計。
 

圖3：配備自動換頭系統(tǒng)的設(shè)備能提供極高的靈活性

 

為滿足靈活性要求，一種方式是使用一個抓取頭，同時配備自動換頭系統(tǒng)(圖3)，盡管這種方法能夠處理任意形狀大小的零組件，但由于對每一種不同的零組件都要更換抓取頭，產(chǎn)能可能會大受影響。

 

按零組件尺寸的不同，可程式化配置的伺服式抓舉臂具較高的靈活性，但是它所使用的夾爪是不可自動更換的，因而對形狀不同的零組件還存在一定的局限性。同時具備伺服式抓舉臂和可自動更換夾爪的系統(tǒng)是最靈活的，它能處理任何大小和形狀的零組件。

 

零組件被機器黏著之后，裝配制程的最后一步就是確保零組件能固定在印刷電路板上。有些元件如連接器可以使用固定裝置，而其它零組件則需要用針腳固定，有兩種針腳固定基本技術(shù)，分別是專用固定滑塊和可設(shè)置型固定單元。

 

自動特殊組裝的一個好處是它還可以改進(jìn)產(chǎn)品品質(zhì)，但只有保證組裝過程運作得當(dāng)時才能發(fā)揮出這一優(yōu)點，倘若組裝只是盲目運行，那么后制作程序的缺陷將遠(yuǎn)比手工裝配多。應(yīng)該在自動特殊組裝中使用檢測系統(tǒng)以確保產(chǎn)品品質(zhì)。

 

若沒有使用某種方式檢測和補償零組件本身的公差，則許多零組件都無法正確地被放置，少數(shù)元件甚至根本就不能插入電路板，因此系統(tǒng)應(yīng)該能檢測并剔出這些元件，保證產(chǎn)品品質(zhì)。

 

在組裝過程中需檢測的尺寸公差有：電路板尺寸； 元件送料尺寸； 元件本身到針腳的尺寸； 針腳到針腳的尺寸/針腳完整性(針腳彎曲)。

 

有幾種技術(shù)可以解決公差問題，包括浮動頭抓舉臂、視覺檢查、插入時檢測以及檢驗元件是否到定位及方向性的雷射/光學(xué)系統(tǒng)。

 

視覺檢查是使用最廣泛的檢測技術(shù)，可在不同程度上補償組裝制程中的所有尺寸公差。其執(zhí)行方式和表面黏著設(shè)備中采用的標(biāo)淮視覺技術(shù)類似，不過標(biāo)淮視覺技術(shù)對特殊件有其局限，如由于元件類型繁雜，在運動中作檢測的能力會受到嚴(yán)重影響，即使是尖端的視覺系統(tǒng)，要檢測出針腳的位置其困難也可能令人生畏。各種元件形狀、尺寸、顏色及針腳樣式使得視覺系統(tǒng)難以設(shè)置，用起來也是困難重重。

 

雷射/光學(xué)系統(tǒng)可補償和插孔元件相關(guān)的所有尺寸公差，包括元件送料尺寸、元件到針腳尺寸、針腳到針腳尺寸及針腳完整性等。這類系統(tǒng)包含一個雷射頭、一個位于送料器和電路板之間的簡單光感測器，以及一套用于監(jiān)控Y軸編碼器的電子線路和軟體，這?Y軸方向是指從送料器到印刷板的方向。這些系統(tǒng)可以在運動中工作，能用于幾乎所有的特殊插裝元件，它的性能在要求一次成功的過孔焊膏應(yīng)用中尤其重要。

 

百分之百檢測能力大幅提高了對特殊裝配設(shè)備的接受程度，使其性能和表面黏著機相差無幾。

 

本文總結(jié)

各式各樣的元件封裝形式、不同的元件類型尺寸以及對制程精確驗證的要求等等，合起來使得特殊元件置放成為一項複雜的工作。不過先進(jìn)的感應(yīng)檢測技術(shù)、送料器、抓舉臂及靈活的置放頭等新技術(shù)推動了特殊裝配系統(tǒng)的發(fā)展，使其在精確性、經(jīng)濟性和速度方面都能與一般的表面黏著機相媲美。自動特殊裝配可以節(jié)省人工成本，提高生產(chǎn)速度，并提升產(chǎn)品整體品質(zhì)，同時幫助PCBA制造商解決交貨和價格上的壓力。