長(zhǎng)久以來(lái)，特殊元件的安裝一直都是
電路板組裝自動(dòng)化的瓶頸。這是因?yàn)樽詣?dòng)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(jī)器性能已大幅提高，在精確性、經(jīng)濟(jì)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(dòng)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(jià)格更便宜的產(chǎn)品。隨著個(gè)人數(shù)位助理(PDA)與手持式電子設(shè)備市場(chǎng)的興起，更助長(zhǎng)了輕薄短小的產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)，而當(dāng)前所有的PCBA制造商共同面對(duì)的問(wèn)題則是：產(chǎn)品的尺寸/性能比會(huì)不會(huì)到達(dá)極限？迄今為止，這個(gè)答案仍是否定的。
圖1：目前的特殊插裝設(shè)備精度已越來(lái)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(dòng)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(dòng)化的成果確實(shí)提高了這些廠商的利潤(rùn)。然而這些自動(dòng)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(cè)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(lái)越小，手工作業(yè)已越來(lái)越無(wú)用武之地，因此對(duì)提高后制作程序效率的需求迫在眉捷。所幸業(yè)界已對(duì)此展開(kāi)行動(dòng)，行動(dòng)電話PCBA制造商率先對(duì)整個(gè)后制作程序?qū)嵤┳詣?dòng)化生產(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(shí)間”和“激烈競(jìng)爭(zhēng)”等名詞，是制造業(yè)改良生產(chǎn)程序的目標(biāo)。
過(guò)去在生產(chǎn)線上經(jīng)常出現(xiàn)一種狀況：高速運(yùn)作中的生產(chǎn)線會(huì)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(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)無(wú)法保證品質(zhì)。誠(chéng)然，最初的機(jī)器靈敏度不夠，且缺乏精度，故特殊元件的自動(dòng)化裝配一直無(wú)法推廣。然而在過(guò)去十年內(nèi)，使用機(jī)器精確放置特殊零組件的能力有了很大的提升，對(duì)當(dāng)前許多PCBA制造商來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化特殊裝配設(shè)備是一個(gè)極具吸引力的投資項(xiàng)目。
不過(guò)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?yàn)橐酝暮笾谱鞒绦蜃詣?dòng)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(dòng)化系統(tǒng)已不可同日而語(yǔ)，這些新機(jī)器具有先進(jìn)的視覺(jué)效能、更好的機(jī)械手臂、可黏著更多種類(lèi)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(gè)標(biāo)淮部份，至少對(duì)于那些產(chǎn)量大、種類(lèi)多而又無(wú)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(duì)各種封裝開(kāi)發(fā)出不同的送料器
盡管近年來(lái)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(zhàn)用相當(dāng)大的生產(chǎn)成本，造成的結(jié)果是增加勞動(dòng)成本和生產(chǎn)費(fèi)用，同時(shí)也可能降低產(chǎn)品品質(zhì)。
特殊元件自動(dòng)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(dòng)化程度來(lái)說(shuō)，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(shí)具有不同的公差，因此自動(dòng)化特殊件組裝設(shè)備還必須能夠?qū)α憬M件進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)黏著淮確性和裝配過(guò)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(kāi)發(fā)出多種方式和標(biāo)淮單元模組組件以解決各類(lèi)問(wèn)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(pán)料、連續(xù)條形料件及散件等(圖2)。這些送料器的設(shè)計(jì)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(guò)相對(duì)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(pán)式或碗式送料器，而且用于標(biāo)淮料管或托盤(pán)的封裝亦是有限的。為解決這些問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一種針對(duì)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(jiǎn)單。當(dāng)然，額外的花費(fèi)也隨之而來(lái)。
另一種簡(jiǎn)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(duì)于這種送料方式，黏著系統(tǒng)在抓取元件后需對(duì)其再進(jìn)行定位，這主要是因?yàn)樵谒土掀魃喜荒芑创_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(dòng)/真空驅(qū)動(dòng)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取－放置作業(yè)時(shí)都從送料器移動(dòng)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(duì)抓舉頭進(jìn)行大幅機(jī)械重新設(shè)計(jì)。
圖3：配備自動(dòng)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(gè)抓取頭，同時(shí)配備自動(dòng)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(duì)每一種不同的零組件都要更換抓取頭，產(chǎn)能可能會(huì)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(dòng)更換的，因而對(duì)形狀不同的零組件還存在一定的局限性。同時(shí)具備伺服式抓舉臂和可自動(dòng)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(jī)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(zhuān)用固定滑塊和可設(shè)置型固定單元。
自動(dòng)特殊組裝的一個(gè)好處是它還可以改進(jìn)產(chǎn)品品質(zhì)，但只有保證組裝過(guò)程運(yùn)作得當(dāng)時(shí)才能發(fā)揮出這一優(yōu)點(diǎn)，倘若組裝只是盲目運(yùn)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(dòng)特殊組裝中使用檢測(cè)系統(tǒng)以確保產(chǎn)品品質(zhì)。
若沒(méi)有使用某種方式檢測(cè)和補(bǔ)償零組件本身的公差，則許多零組件都無(wú)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(cè)并剔出這些元件，保證產(chǎn)品品質(zhì)。
在組裝過(guò)程中需檢測(cè)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(wèn)題，包括浮動(dòng)頭抓舉臂、視覺(jué)檢查、插入時(shí)檢測(cè)以及檢驗(yàn)元件是否到定位及方向性的雷射/光學(xué)系統(tǒng)。
視覺(jué)檢查是使用最廣泛的檢測(cè)技術(shù)，可在不同程度上補(bǔ)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(jué)技術(shù)類(lèi)似，不過(guò)標(biāo)淮視覺(jué)技術(shù)對(duì)特殊件有其局限，如由于元件類(lèi)型繁雜，在運(yùn)動(dòng)中作檢測(cè)的能力會(huì)受到嚴(yán)重影響，即使是尖端的視覺(jué)系統(tǒng)，要檢測(cè)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(jué)系統(tǒng)難以設(shè)置，用起來(lái)也是困難重重。
雷射/光學(xué)系統(tǒng)可補(bǔ)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(lèi)系統(tǒng)包含一個(gè)雷射頭、一個(gè)位于送料器和電路板之間的簡(jiǎn)單光感測(cè)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(yùn)動(dòng)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(guò)孔焊膏應(yīng)用中尤其重要。
百分之百檢測(cè)能力大幅提高了對(duì)特殊裝配設(shè)備的接受程度，使其性能和表面黏著機(jī)相差無(wú)幾。
本文總結(jié)
各式各樣的元件封裝形式、不同的元件類(lèi)型尺寸以及對(duì)制程精確驗(yàn)證的要求等等，合起來(lái)使得特殊元件置放成為一項(xiàng)複雜的工作。不過(guò)先進(jìn)的感應(yīng)檢測(cè)技術(shù)、送料器、抓舉臂及靈活的置放頭等新技術(shù)推動(dòng)了特殊裝配系統(tǒng)的發(fā)展，使其在精確性、經(jīng)濟(jì)性和速度方面都能與一般的表面黏著機(jī)相媲美。自動(dòng)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(shí)幫助PCBA制造商解決交貨和價(jià)格上的壓力。
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