电子产品制造商正努力在一个永远进化的市场保持步伐。影响天天运作的因素 - 工艺、包装、制造、品质、当然还有产品 - 是处在一个经常变化的状态。期望自动贴装设备来减轻这些负担也许需要一段路程，制造商当然希望设备足够灵活以帮助适应市场变化需求。

为了满足灵活性这个特殊需要，越来越多的装配设备，特别那些设计用于元件贴放的机器，都是建立在一个共同的平台或模块上，以此支持不同的工艺要求。几乎所有的半导体贴装解决方案的主要供应商都向市场投放某种型号的模块贴装系统，以帮助其顾客保持甚至超前变化的步伐。

虽然模块贴装解决方案的普及在增加，但是传统的生产线 - 一台高速贴片机跟着一台密间距贴片机 - 在许多制造工厂还保持强大的地位。使用这种配置有诸多方面的理由，从使主要设备支出最佳化的需要，到覆盖不同类型贴装机器的能力之固有差别的需要。

决定那些设备最适合于特定的元件贴装应用，可通过考虑下列因素而得到简化。

位置系统

有三种类型的元件贴装设备：过顶拱架型(overhead gantry-style, 有时叫做笛卡尔型Cartesion)系统、传塔系统(turret system)和大规模平行系统(massively parallel system)。每个位置系统都有优点和缺点，看其应用或使用的工艺，通常在速度与精度之间有一个权衡。

过顶拱架型系统在广泛的元件范围上提供较大的灵活性和精度，但速度不能与传塔型或大规模平行系统相比(图一)。由于元件范围变得更加集中在有源元件(active device)，如引脚型QFP(quad flat pack)，和区域排列(area-array)元件，如BGA(ball grid array)，贴装精度对获得更高的合格率变得更为关键。传塔和大规模平行系统通常不用于这些类型的元件。

过顶拱架型位置系统使用X-于Y-轴梁来移动贴装头(安装在X-轴梁上)到PCB上的一个特定位置，PCB在贴装前夹紧在固定位置。贴装头沿着两条轴梁移动从送料器吸取元件，然后移到位置贴放元件。

因为轴梁的位置和运动可以控制元件贴装精度达到50µm(0.05mm)以下，过顶拱架型机器达到的贴装精度是三种类型中最好的。

转塔型系统由于有一系列的各自转动的头而达到相当较高的速度(图二)。当头达到贴装位置之上的固定点时，贴装元件。移动的送料器台将元件供给这些头，头伸缩吸取元件，然后当头移动到板之上时贴放元件。PCB在转动的贴装头之下移动，在正确的贴装位置下停止以让元件贴放。

大规模平行系统使用一系列小的单独的贴装单元。每个单元有自己的丝杆位置系统，安装有相机和贴装头。每个贴装头可吸取有限的带式送料器，贴装板的一部分，板以固定的间隔时间在机器内步步推进。单独地各个单元机器运行慢。可是，它们连续的或平行的运行结果有很高的产量。

转塔和大规模平行系统是经常使用于小元件贴装的高速贴装系统。例如，转塔广泛地称为射片机(chipshooter)，首先由于其最通常贴装的元件，再由于其快速射出的能力。因为无源元件(passive component)，或片状元件，和其它小型引脚元件不象密间距与区域排列包装元件一样要求高的非常高的贴装精度，所以射片机和大规模平行系统可以达到惊人的产量。

典型地，过顶拱架型系统可达到最高的精度，贴装速度在每小时5000~20000个元件(cph)。转塔系统可达到更高的贴装速率，通常20000~50000cph。大规模平行系统可达到最快的贴装速度，可达50000~100000cph。

自动装配设备的影响元件贴装的第二个特性是机器视觉。自动元件贴装的精度是让机器准确知道PCB的位置和元件相当于板是怎样定位的结果。这是通过视觉系统来完成的，一般划分为下看、上看、头上或激光定位，示位置或相机而定。

下看相机在PCB上寻找叫做基准点的标志，主要用来元件贴装之前将PCB对齐到正确的位置。上看相机用来从固定位置检查元件，因此元件必须在贴装之前从相机上方移过作视觉处理。射片机就是这样做的，元件围绕转塔移动。

过顶拱架型系统通常将元件在分开的相机站之上移动，作为贴装步骤的一部分。初看起来，这似乎费时间。可是不管怎样，头必须移动到送料器吸取元件，因此如果相机定位在吸取位置(从送料器)与贴装位置(板上)之间，图象的获得与处理可以在移动中完成，基本上把它看成是运行的不间断的部分。

识别时间通常随元件变大或复杂而增加。为了补偿这个额外时间，贴装设备可使用两个上看相机 - 机器的每一边有一个 - 以减少运行的距离。

射片机上的上看相机可测定大约100µm(0.1mm)的精度。这个已非常好，但不够维持使用了引脚和区域排列元件产品的更高合格率。使用在过顶拱架型机器的上看相机趋向于具有更复杂的图象处理能力，能够测定贴装精度达到甚至更难的标准。

有些设备供应商正在过顶拱架型系统上为一些较小的元件建造直接在贴装头上的视觉能力。这个通常叫做头上图象系统(on-the-head imaging)。那么元件成像和调整是在头运行到贴放位置期间完成的。虽然这达不到转塔系统的速度，但它达到的速度足够满足许多的应用。

激光定位视觉与其它视觉系统相比有很大的不同。激光光线从发射器照射到接收器，这里贴装芯轴实质上将元件“浸入”激光光束内。使该系统如此不同的是接收器不是查看元件本身的图像，而是被中断的光的图案 - 元件的阴影 - 当元件通过时。

从这个阴影，元件转动到正确的定位方向。这是一个对达到10mm的元件都可靠的系统，但对较大元件和区域排列元件大多数都无效，因为它本身不能够确定处理这些包装类型所必须的详细参数。例如，区域排列元件使用其下面的焊锡球来完成与PCB的电气连接。由于锡球的位置，它们对激光定位视觉系统是看不见的。

示一个给定的应用所要求的精度而定，机器视觉能力可能比任何都更为重要。

送料系统

过顶拱架型机器可支持不同的送料器类型，包括散装(bulk)、带料(tape-and-real)、管料(tube)、异型(odd-form)和其它客户设计。相反，高速转塔和大规模平行系统完全由散装料盒或带料包装来供料。

当元件包装形式不是散装或带状料，那么过顶拱架型机器可能是唯一的选择：高速机被排除在考虑之外，因为其不能自动地供这些料。

从一个逻辑的角度看，制造商应该寻找那些可以扩大其现有贴装选择的元件贴装设备。例如，有些制造商的设备可能要求为特定机器专门设计的送料器，限制了送料器的使用。

这个送料器限制要求使用资源来跟踪和记录哪些送料器可以处理哪些元件。因为有特定机器的送料器，更换或闲置的送料器的储存可占据很大的地面空间。在一个以度量来测定运作的时代，如每单位地面空间的产量，用于容纳元件贴装或其它基板关键功能的周围设备的潜在制造空间可以看作是浪费。这就是为什么模块系统正得到流行。当象送料器这样的东西可以在类似的机器上使用时，元件贴装和生产制造的一个更有效的方法得到提高。

尽管如此，全面检查和理解可能用于一个给定PCB设计的元件数量与类型也是有益的。在电子产品制造商转向模块装配线的时候，重要的是记住传统的配置 - 高速贴片机跟随密间距贴片机 - 还是一些高片状数量应用的一个选择，如蜂窝电话和计算机主板。

在位置系统、图象系统和元件送料系统中的微观的灵活性之外，调节制造产量和容纳产品转换的宏观灵活性变成对新装配设备作决定的关键。

希望永远达到最大的产量的高产量生产线，最好使用射片机，大规模平行系统，或两者。另一方面，产品转换频繁的环境最好是使用模块式生产线，由相似的，如果不完全相同，过顶拱架型机器组成。这种设置提供适应易变市场的灵活性。

应该明白，有更多的考虑来自动化电子装配，而不只是购买给定的机器或甚至设备生产线。的确，自动装配设备本身只是全部解决方案的一部分，它也包括技术专家系统，系统集成和产品支持。

但作为一个起点，成功的自动元件贴装决定于理解几个关键的设备因素：元件定位系统、成像系统、供料系统、和微观与宏观的灵活性。具有这个基本的认识，面对特殊元件或应用挑战的任何人，在识别包含在不同类型设备内的替代方案的优点与缺点的时候，都可以作出更加明智的决定。

MATTHEW J. TIBERIA is surface mount technology analyst for Universal Instruments Corp., P.O. Box 825, Binhamton, NY 13902-0825; (607) 779-5819; Fax: (607) 779-7968; E-mail: tiberia@uic.com.
(A 09/06/2000)