特殊元件的安裝如何解決？

特殊元件的安裝如何解決？

長久以來(lái)，特殊元件的安裝一直都是電(diàn)路闆組裝自動化的瓶頸。這是因為(wèi)自動插裝設備不夠靈活且精度較差，因此很(hěn)多(duō)PCBA工廠都隻能采取手工方式。但(dàn)如今的機器(qì)性能已大(dà)幅提高(gāo)，在精确性、經濟性和(hé)速度方面可(kě)與一般的表面黏着系統媲美。在後制(zhì)作(zuò)程序中若采用自動化設備，可(kě)降低(dī)成本，并大(dà)幅提高(gāo)生(shēng)産的效率。

始設備PCBA制(zhì)造商(OEM)和(hé)電(diàn)子制(zhì)造服務業者(EMS)正在使用自動化分配、黏着、回流焊等前置組裝制(zhì)程以提高(gāo)産量、良率和(hé)品質。自動化的成果确實提高(gāo)了這些(xiē)廠商的利潤。然而這些(xiē)自動化制(zhì)程隻是成功的重要因素之一，一些(xiē)後制(zhì)作(zuò)程序，如特殊零組件插裝、成品組裝、非标淮化的焊接及測試等，仍然得(de)采用陳舊(jiù)緩慢的手工作(zuò)業方式，這已成為(wèi)提高(gāo)産量和(hé)品質的主要障礙。

    電(diàn)子業的廠商們都希望能制(zhì)造出體(tǐ)積更小(xiǎo)、速度更快、價格更便宜的産品。随着個(gè)人(rén)數(shù)位助理(lǐ)(PDA)與手持式電(diàn)子設備市場(chǎng)的興起，更助長了輕薄短(duǎn)小(xiǎo)的産品發展趨勢，而當前所有(yǒu)的PCBA制(zhì)造商共同面對的問題則是：産品的尺寸/性能比會(huì)不會(huì)到達極限？迄今為(wèi)止，這個(gè)答(dá)案仍是否定的。

随着零組件和(hé)其它組裝元件的尺寸越來(lái)越小(xiǎo)，手工作(zuò)業已越來(lái)越無用武之地，因此對提高(gāo)後制(zhì)作(zuò)程序效率的需求迫在眉捷。所幸業界已對此展開(kāi)行(xíng)動，行(xíng)動電(diàn)話(huà)PCBA制(zhì)造商率先對整個(gè)後制(zhì)作(zuò)程序實施自動化生(shēng)産方式，首當其衝的就是特殊元件裝配的“量産”、“高(gāo)品質”、“縮短(duǎn)出貨時(shí)間(jiān)”和(hé)“激烈競争”等名詞，是制(zhì)造業改良生(shēng)産程序的目标。

過去在生(shēng)産線上(shàng)經常出現一種狀況：高(gāo)速運作(zuò)中的生(shēng)産線會(huì)突然停頓，僅為(wèi)等待必須用手工完成的特殊零組件插裝工作(zuò)。這種作(zuò)法不僅延長生(shēng)産時(shí)間(jiān)，同時(shí)無法保證品質。誠然，最初的機器(qì)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(qì)精确放置特殊零組件的能力有(yǒu)了很(hěn)大(dà)的提升，對當前許多(duō)PCBA制(zhì)造商來(lái)說，自動化特殊裝配設備是一個(gè)極具吸引力的投資項目。

不過有(yǒu)些(xiē)公司還(hái)是認為(wèi)，特殊元件隻有(yǒu)用手工組裝才具有(yǒu)足夠的靈活性，能夠迅速地從一種産品轉換到另一種。這種看法曾經有(yǒu)一定的根據，因為(wèi)以往的後制(zhì)作(zuò)程序自動化方案顯得(de)笨拙緩慢，而且難以适應新産品。

但(dàn)如今的特殊元件組裝設備與昔日那(nà)種任務單一的自動化系統已不可(kě)同日而語，這些(xiē)新機器(qì)具有(yǒu)先進的視(shì)覺效能、更好的機械手臂、可(kě)黏着更多(duō)種類的特殊元件并可(kě)輕鬆處理(lǐ)各種形式送料器(qì)和(hé)元件封裝樣式，而且置放精度更高(gāo)(圖1)。目前特殊元件組裝設備已成為(wèi)電(diàn)子制(zhì)造制(zhì)程?的一個(gè)标淮部份，至少(shǎo)對于那(nà)些(xiē)産量大(dà)、種類多(duō)而又無法忍受手工作(zuò)業的OEM和(hé)EMS廠商們而言，能夠減少(shǎo)許多(duō)制(zhì)作(zuò)程序。 

什麽是特殊元件

特殊元件是指那(nà)些(xiē)普通(tōng)表面黏着設備難以處理(lǐ)的零組件，諸如連接器(qì)、接插頭、變壓器(qì)、雙列直插元件、單列直插記憶體(tǐ)模組和(hé)DIM插座，以及一般的軸向和(hé)徑向零組件等。

盡管近年來(lái)印刷電(diàn)路闆上(shàng)的特殊元件數(shù)量已大(dà)幅減少(shǎo)，但(dàn)仍有(yǒu)部份元件必須使用手工安裝，這将佔用相當大(dà)的生(shēng)産成本，造成的結果是增加勞動成本和(hé)生(shēng)産費用，同時(shí)也可(kě)能降低(dī)産品品質。

特殊元件自動黏着設備最大(dà)的難處是它要黏着各種形狀尺寸不同的元件，就精确性和(hé)自動化程度來(lái)說，需要一種能快速适應産品變化的通(tōng)用設備。由于零組件通(tōng)常不可(kě)避免的有(yǒu)些(xiē)缺陷，同時(shí)具有(yǒu)不同的公差，因此自動化特殊件組裝設備還(hái)必須能夠對零組件進行(xíng)檢測，并對黏着淮确性和(hé)裝配過程進行(xíng)監控。

特殊元件黏着

随着特殊黏着技(jì)術(shù)的提高(gāo)，設備PCBA制(zhì)造商們開(kāi)發出多(duō)種方式和(hé)标淮單元模組組件以解決各類問題，主要的一些(xiē)标淮單元模組組件包括送料器(qì)、抓舉臂、固定系統和(hé)感應系統等。

不過相對于表面黏着元件送料器(qì)，特殊件送料器(qì)要貴一些(xiē)，尤其是用于散件的托盤式或碗式送料器(qì)，而且用于标淮料管或托盤的封裝亦是有(yǒu)限的。為(wèi)解決這些(xiē)問題，開(kāi)發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(kě)以固定，送料變得(de)精确簡單。當然，額外的花(huā)費也随之而來(lái)。

各種送料器(qì)可(kě)以處理(lǐ)多(duō)種封裝形式，如徑向帶料、軸向帶料、單道(dào)管料、多(duō)道(dào)管料、不同形狀大(dà)小(xiǎo)的盤料、連續條形料件及散件等(圖2)。這些(xiē)送料器(qì)的設計(jì)也相當靈活，可(kě)以很(hěn)快地裝上(shàng)或取下，并且易于調整以适應不同的封裝形式。

另一種簡化送料的方法是将某些(xiē)特殊零組件，特别是連接器(qì)裝入一種比較深的袋型輸送帶中。對于這種送料方式，黏着系統在抓取元件後需對其再進行(xíng)定位，這主要是因為(wèi)元件在送料器(qì)上(shàng)不能淮确地放置。

如希望以任意精度處理(lǐ)不同尺寸、形狀的特殊件，抓舉臂必須要有(yǒu)很(hěn)高(gāo)的靈活性。可(kě)以采取多(duō)種形式，如多(duō)頭抓舉臂、抓取頭可(kě)更換的氣動/真空(kōng)驅動抓舉臂、伺服式抓舉臂以及夾爪可(kě)更換的伺服式抓舉臂等。 

為(wèi)滿足靈活性要求，一種方式是使用一個(gè)抓取頭，同時(shí)配備自動換頭系統(圖3)，盡管這種方法能夠處理(lǐ)任意形狀大(dà)小(xiǎo)的零組件，但(dàn)由于對每一種不同的零組件都要更換抓取頭，産能可(kě)能會(huì)大(dà)受影(yǐng)響。

多(duō)頭抓舉臂由于抓取頭不必在每一次的抓取－放置作(zuò)業時(shí)都從送料器(qì)移動到電(diàn)路闆，因而可(kě)提供很(hěn)高(gāo)的效率，但(dàn)是它的靈活性卻受到限制(zhì)，零組件如有(yǒu)變化，需對抓舉頭進行(xíng)大(dà)幅機械重新設計(jì)。

按零組件尺寸的不同，可(kě)程式化配置的伺服式抓舉臂具較高(gāo)的靈活性，但(dàn)是它所使用的夾爪是不可(kě)自動更換的，因而對形狀不同的零組件還(hái)存在一定的局限性。同時(shí)具備伺服式抓舉臂和(hé)可(kě)自動更換夾爪的系統是最靈活的，它能處理(lǐ)任何大(dà)小(xiǎo)和(hé)形狀的零組件。

零組件被機器(qì)黏着之後，裝配制(zhì)程的最後一步就是确保零組件能固定在印刷電(diàn)路闆上(shàng)。有(yǒu)些(xiē)元件如連接器(qì)可(kě)以使用固定裝置，而其它零組件則需要用針腳固定，有(yǒu)兩種針腳固定基本技(jì)術(shù)，分别是專用固定滑塊和(hé)可(kě)設置型固定單元。

自動特殊組裝的一個(gè)好處是它還(hái)可(kě)以改進産品品質，但(dàn)隻有(yǒu)保證組裝過程運作(zuò)得(de)當時(shí)才能發揮出這一優點，倘若組裝隻是盲目運行(xíng)，那(nà)麽後制(zhì)作(zuò)程序的缺陷将遠比手工裝配多(duō)。應該在自動特殊組裝中使用檢測系統以确保産品品質。

若沒有(yǒu)使用某種方式檢測和(hé)補償零組件本身的公差，則許多(duō)零組件都無法正确地被放置，少(shǎo)數(shù)元件甚至根本就不能插入電(diàn)路闆，因此系統應該能檢測并剔出這些(xiē)元件，保證産品品質。

在組裝過程中需檢測的尺寸公差有(yǒu)：電(diàn)路闆尺寸； 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(yǒu)幾種技(jì)術(shù)可(kě)以解決公差問題，包括浮動頭抓舉臂、視(shì)覺檢查、插入時(shí)檢測以及檢驗元件是否到定位及方向性的雷射/光學系統。

視(shì)覺檢查是使用最廣泛的檢測技(jì)術(shù)，可(kě)在不同程度上(shàng)補償組裝制(zhì)程中的所有(yǒu)尺寸公差。其執行(xíng)方式和(hé)表面黏着設備中采用的标淮視(shì)覺技(jì)術(shù)類似，不過标淮視(shì)覺技(jì)術(shù)對特殊件有(yǒu)其局限，如由于元件類型繁雜，在運動中作(zuò)檢測的能力會(huì)受到嚴重影(yǐng)響，即使是尖端的視(shì)覺系統，要檢測出針腳的位置其困難也可(kě)能令人(rén)生(shēng)畏。各種元件形狀、尺寸、顔色及針腳樣式使得(de)視(shì)覺系統難以設置，用起來(lái)也是困難重重。

雷射/光學系統可(kě)補償和(hé)插孔元件相關的所有(yǒu)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。這類系統包含一個(gè)雷射頭、一個(gè)位于送料器(qì)和(hé)電(diàn)路闆之間(jiān)的簡單光感測器(qì)，以及一套用于監控Y軸編碼器(qì)的電(diàn)子線路和(hé)軟體(tǐ)，這?Y軸方向是指從送料器(qì)到印刷闆的方向。這些(xiē)系統可(kě)以在運動中工作(zuò)，能用于幾乎所有(yǒu)的特殊插裝元件，它的性能在要求一次成功的過孔焊膏應用中尤其重要。

百分之百檢測能力大(dà)幅提高(gāo)了對特殊裝配設備的接受程度，使其性能和(hé)表面黏着機相差無幾。

特殊元件黏着

随着特殊黏着技(jì)術(shù)的提高(gāo)，設備PCBA制(zhì)造商們開(kāi)發出多(duō)種方式和(hé)标淮單元模組組件以解決各類問題，主要的一些(xiē)标淮單元模組組件包括送料器(qì)、抓舉臂、固定系統和(hé)感應系統等。

各種送料器(qì)可(kě)以處理(lǐ)多(duō)種封裝形式，如徑向帶料、軸向帶料、單道(dào)管料、多(duō)道(dào)管料、不同形狀大(dà)小(xiǎo)的盤料、連續條形料件及散件等(圖2)。這些(xiē)送料器(qì)的設計(jì)也相當靈活，可(kě)以很(hěn)快地裝上(shàng)或取下，并且易于調整以适應不同的封裝形式。

不過相對于表面黏着元件送料器(qì)，特殊件送料器(qì)要貴一些(xiē)，尤其是用于散件的托盤式或碗式送料器(qì)，而且用于标淮料管或托盤的封裝亦是有(yǒu)限的。為(wèi)解決這些(xiē)問題，開(kāi)發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(kě)以固定，送料變得(de)精确簡單。當然，額外的花(huā)費也随之而來(lái)。

另一種簡化送料的方法是将某些(xiē)特殊零組件，特别是連接器(qì)裝入一種比較深的袋型輸送帶中。對于這種送料方式，黏着系統在抓取元件後需對其再進行(xíng)定位，這主要是因為(wèi)元件在送料器(qì)上(shàng)不能淮确地放置。

如希望以任意精度處理(lǐ)不同尺寸、形狀的特殊件，抓舉臂必須要有(yǒu)很(hěn)高(gāo)的靈活性。可(kě)以采取多(duō)種形式，如多(duō)頭抓舉臂、抓取頭可(kě)更換的氣動/真空(kōng)驅動抓舉臂、伺服式抓舉臂以及夾爪可(kě)更換的伺服式抓舉臂等。

多(duō)頭抓舉臂由于抓取頭不必在每一次的抓取－放置作(zuò)業時(shí)都從送料器(qì)移動到電(diàn)路闆，因而可(kě)提供很(hěn)高(gāo)的效率，但(dàn)是它的靈活性卻受到限制(zhì)，零組件如有(yǒu)變化，需對抓舉頭進行(xíng)大(dà)幅機械重新設計(jì)。

盡管近年來(lái)印刷電(diàn)路闆上(shàng)的特殊元件數(shù)量已大(dà)幅減少(shǎo)，但(dàn)仍有(yǒu)部份元件必須使用手工安裝，這将佔用相當大(dà)的生(shēng)産成本，造成的結果是增加勞動成本和(hé)生(shēng)産費用，同時(shí)也可(kě)能降低(dī)産品品質。

特殊元件自動黏着設備最大(dà)的難處是它要黏着各種形狀尺寸不同的元件，就精确性和(hé)自動化程度來(lái)說，需要一種能快速适應産品變化的通(tōng)用設備。由于零組件通(tōng)常不可(kě)避免的有(yǒu)些(xiē)缺陷，同時(shí)具有(yǒu)不同的公差，因此自動化特殊件組裝設備還(hái)必須能夠對零組件進行(xíng)檢測，并對黏着淮确性和(hé)裝配過程進行(xíng)監控。

本文總結

各式各樣的元件封裝形式、不同的元件類型尺寸以及對制(zhì)程精确驗證的要求等等，合起來(lái)使得(de)特殊元件置放成為(wèi)一項複雜的工作(zuò)。不過先進的感應檢測技(jì)術(shù)、送料器(qì)、抓舉臂及靈活的置放頭等新技(jì)術(shù)推動了特殊裝配系統的發展，使其在精确性、經濟性和(hé)速度方面都能與一般的表面黏着機相媲美。自動特殊裝配可(kě)以節省人(rén)工成本，提高(gāo)生(shēng)産速度，并提升産品整體(tǐ)品質，同時(shí)幫助PCBA制(zhì)造商解決交貨和(hé)價格上(shàng)的壓力