現(xiàn)在，媒體宣傳的重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向了01005，與此同時(shí)，0201貼裝技術(shù)作為通用的大批量元器件貼裝解決方案，它的開發(fā)工作也正在緊鑼密鼓地進(jìn)行著。 許多SMT行業(yè)傳媒正大力宣傳01005元器件，人們留下了這樣一種印象，即0201貼裝已經(jīng)過時(shí)。然而，盡管大多數(shù)貼裝設(shè)備廠商把0201列為已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能，但如果進(jìn)一步探究，您就會(huì)發(fā)現(xiàn)這其中還存在許多限制，這些限制更多地是在面臨許多實(shí)際狀況時(shí)才會(huì)顯現(xiàn)，一開始不會(huì)就一覽無遺。 實(shí)際情況是，一些廠商在貼裝0201元器件時(shí)不得不降低機(jī)器速度，而另一些廠商則只能在限定區(qū)域內(nèi)部貼裝0201元器件，通常位于貼裝頭運(yùn)動(dòng)范圍的中心。這兩種情況都給貼裝機(jī)所有者帶來了限制，例如會(huì)降低生產(chǎn)線速度，或不能貼裝某些電路板類型，尤其是大型電路板。 部分限制可能在于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)本身固有特點(diǎn)，而貼裝頭和吸嘴在撿拾和貼裝過程中也會(huì)體現(xiàn)出某些限制。盡管大多數(shù)貼裝機(jī)廠商都聲稱擁有0201貼裝功能，但某些機(jī)器只能在很小的“有效范圍”中貼裝0201元器件，其通常位于機(jī)器貼裝區(qū)域的中心。這可能因?yàn)閺S商選擇了只有部分繪圖和校正的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，而沿著運(yùn)動(dòng)軸沒有直接線性編碼或激勵(lì)器硬件被集成到高架運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，則會(huì)使這種限制更加明顯。0201元器件的尺寸一般是0.023"×0.012"×0.08" （0.6mm×0.3 mm×0.2mm），其貼裝容許誤差為±12μm，因此幾乎沒有誤差空間。 線性運(yùn)動(dòng)的使用量上升 目前，電容器等0201無源組件的使用正日益廣泛，大型電路板（如電信、3G基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品使用的背板）的設(shè)計(jì)人員希望利用其小尺寸的優(yōu)勢提高I/O密度，降低解耦電路占用的電路板空間，從而使新興一代產(chǎn)品能夠支持更多的信道，提高信號(hào)速度并增加用戶數(shù)量。因此0201元器件的未來發(fā)展將明顯需要在大型電路板邊沿進(jìn)行精確貼裝。這自然而然地要求運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠在高架和貼裝頭活動(dòng)的整個(gè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)0201貼裝并具有更高的精度。 由于線性馬達(dá)技術(shù)已經(jīng)成熟，希望提供0201貼裝能力的大多數(shù)貼裝設(shè)備廠商都會(huì)采用線性馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器，或正在演進(jìn)到線性馬達(dá)。在與線性驅(qū)動(dòng)器結(jié)合使用時(shí)，直接安裝在運(yùn)動(dòng)軸上的線性編碼器可以實(shí)現(xiàn)更加精確的死循環(huán)位置控制。 盡管線性激勵(lì)可以在大范圍活動(dòng)區(qū)域內(nèi)更好地實(shí)現(xiàn)精度和可重復(fù)性，但還要考慮其它因素。不同公司設(shè)計(jì)和創(chuàng)建線性馬達(dá)的方式并不是完全一樣的，對(duì)某些線性馬達(dá)的設(shè)計(jì)來說，產(chǎn)生的熱量是一個(gè)問題，熱會(huì)導(dǎo)致熱膨脹，熱膨脹又會(huì)導(dǎo)致相對(duì)位置不準(zhǔn)確。考慮到0201元器件貼裝±12μm的容許誤差，很明顯熱膨脹幾乎沒有余量。位置不準(zhǔn)確還會(huì)要求重新校準(zhǔn)，而重新校準(zhǔn)無疑會(huì)降低生產(chǎn)效率。 此外，并不是所有供貨商都以相同方式集成線性馬達(dá)。0201高成品率所需的精度在很大程度上取決于選擇的運(yùn)動(dòng)技術(shù)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性及其實(shí)現(xiàn)方式，其中一個(gè)差異在于Y軸驅(qū)動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)最大的穩(wěn)定性、剛性和位置可重復(fù)性，某些設(shè)備制造商在Y軸高架上部署了雙線性驅(qū)動(dòng)器，從兩端直接同時(shí)驅(qū)動(dòng)軸，消除了只驅(qū)動(dòng)一端、而另一端在軸承滑片上運(yùn)行可能出現(xiàn)的懸臂效應(yīng)。這對(duì)大型電路板應(yīng)用尤為重要，它可以保證精度，消除運(yùn)動(dòng)激勵(lì)之間的振鈴或振蕩穩(wěn)定時(shí)間。 額定貼裝速度下降 如果不同時(shí)驅(qū)動(dòng)Y軸的兩端，那么只有在這些振蕩的幅度已經(jīng)衰減到小于最大貼裝容限時(shí)，才能撿拾要貼裝的元器件，而最大貼裝容限取決于元器件組合和焊盤尺寸。在貼裝0201元器件時(shí)，“穩(wěn)定頻帶”通常預(yù)計(jì)是貼裝0402元器件時(shí)可容忍范圍的一半左右。因此，貼裝動(dòng)作必須衰減額外的周期，直到振蕩器衰減到0201較窄的穩(wěn)定頻帶范圍內(nèi)；或者在接近希望的位置時(shí)，必須降慢馬達(dá)速度和制動(dòng)。不管是哪種解決方案，都會(huì)影響元器件貼裝總耗時(shí)，相應(yīng)地就會(huì)影響產(chǎn)能。 此外，貼裝頭是影響額定速度下降的另一個(gè)主要因素。旋轉(zhuǎn)貼裝的優(yōu)勢在于，在上述情況下，它能夠在單點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)以最優(yōu)方式撿拾部件；而直插軸系統(tǒng)必須考慮設(shè)計(jì)本身固有的機(jī)械偏移。為實(shí)現(xiàn)有競爭力的單個(gè)元器件貼裝時(shí)間，直插軸特別依賴成套撿拾，但在從送料器中精確地?fù)焓靶⌒筒考r(shí)，它們沒有成套撿拾的能力。而0201元器件體積非常小，為可靠地?fù)焓霸骷?，吸嘴必須與元器件的中心完全對(duì)準(zhǔn)。由于不能成套撿拾，直插軸系統(tǒng)最多會(huì)損失25%的產(chǎn)能。 雖然塔式貼裝頭沒有這種限制，但為了在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中調(diào)節(jié)撿拾高度，完成適應(yīng)性觸地和貼裝，塔式貼裝頭就必須實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器，成本又會(huì)非常高。 撿拾和貼裝時(shí)的Z高度控制 一般來說，0201元器件可以接受的最大撿拾失敗率是1000 dpm。撿拾錯(cuò)誤的可能原因包括元器件在送料器條帶中的位置差，或者從條帶中檢測到的位置處撿拾器件時(shí)，貼裝頭X-Y定位能力差。在這里，旋轉(zhuǎn)貼裝頭再次表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。 Z高度控制差是撿拾錯(cuò)誤的另一個(gè)重要原因。盡管送料器的高度不可能改變條帶的厚度，但是元器件的厚度變化，以及條帶頂部到條帶中元器件頂部表面的關(guān)系都足以使撿拾機(jī)制失效，不能檢測和適應(yīng)撿拾最優(yōu)Z高度的變化。自動(dòng)“學(xué)習(xí)”、連續(xù)監(jiān)視及適應(yīng)各種撿拾高度的能力至關(guān)重要，這要求貼裝頭技術(shù)總是能確定確切的撿拾高度。 在成功地?fù)焓爸?，元器件貼裝給Z軸控制進(jìn)一步帶來了挑戰(zhàn)。由于0201元器件的高度一般在0.15mm到0.25mm之間，因此電路板高度的細(xì)微變化會(huì)導(dǎo)致不能成功地進(jìn)行貼裝，而在貼裝大型元器件時(shí)可能根本沒有問題。例如，下側(cè)元器件回流焊導(dǎo)致的電路板熱變形可能會(huì)導(dǎo)致Z高度變化，而這種變化對(duì)電路板最上面的0201貼裝過程會(huì)非常明顯。如果電路板高度低于預(yù)期水平，那么存在著一種風(fēng)險(xiǎn)是只把元器件放在焊膏表面，而不是放到焊膏中。這減少了在回流焊后形成良好焊接接口的可能性。 另一方面，如果電路板表面略高于電路板到吸嘴的預(yù)計(jì)高度，那么元器件貼裝力可能會(huì)太大，有可能會(huì)損壞元器件。貼裝力太大不僅存在著損壞元器件的風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)把焊盤位置的焊膏散開。這會(huì)帶來雙重影響，一個(gè)是損害焊接接口本身的電氣性能和機(jī)械性能，另一個(gè)是在電路板其它地方散開焊膏，可能會(huì)引起橋接故障、焊珠或焊球。設(shè)備廠商必須克服這些困難，以使貼裝的目標(biāo)缺陷率低于50 dpm。 當(dāng)然，正確計(jì)算Z高度一直是SMT貼裝過程面臨的問題，設(shè)備設(shè)計(jì)人員已經(jīng)開發(fā)了多種解決方案。基于推算定位的方案不能真實(shí)感應(yīng)電路板的高度，但可以根據(jù)假設(shè)數(shù)據(jù)計(jì)算每個(gè)貼裝的Z高度，這些數(shù)據(jù)假設(shè)電路板一直是扁平的，而且定義元器件厚度使用的數(shù)據(jù)是正確一致的。實(shí)踐證明，該方案在貼裝大型元器件時(shí)提供了令人滿意的結(jié)果，但正確計(jì)算0201元器件貼裝的Z高度卻是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。采用推算定位方式的機(jī)器最常見的小型部件缺陷是“部件丟失”，這可以歸結(jié)于這種設(shè)計(jì)上的疏忽。 另一個(gè)解決方案是使用位于電路板任何一側(cè)的光源和光學(xué)掃描編碼器，實(shí)現(xiàn)死循環(huán)Z高度調(diào)節(jié)。通過這種方式，可以在短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度，并精確計(jì)算正確的Z高度，從而在幾微米范圍內(nèi)貼裝器件。但是，這并不是調(diào)節(jié)撿拾高度的高效解決方案，因?yàn)樗髢蓚€(gè)單獨(dú)的Z高度傳感機(jī)制。 還有一種常用的設(shè)計(jì)方法是監(jiān)測通過貼裝頭Z軸的電流數(shù)量。這種方法的缺點(diǎn)是要求的沖擊力較大，然后系統(tǒng)才能檢測到明顯觸地的吸收電流變化。 同時(shí)為撿拾操作和貼裝操作提供適應(yīng)性Z高度計(jì)算且功能上更高效的方法是貼裝頭傳感技術(shù)，如使用應(yīng)變儀。應(yīng)變儀提供吸嘴施加力的連續(xù)變化參數(shù)，從而實(shí)時(shí)控制吸嘴Z位置。在設(shè)置過程中，吸嘴可以接觸送料器，從應(yīng)變儀輸出數(shù)據(jù)中得到額定撿拾高度。通過連續(xù)監(jiān)測應(yīng)變儀輸出，可以迅速檢測到條帶厚度的后續(xù)變化，然后優(yōu)化撿拾高度。 貼裝頭上傳感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)響應(yīng)能力更強(qiáng)、更加靈敏的適應(yīng)性高度控制功能，但缺點(diǎn)是為塔式貼裝的每個(gè)吸嘴實(shí)現(xiàn)這種傳感能力的成本很高。徑向貼裝頭技術(shù)的出現(xiàn)在這方面實(shí)現(xiàn)了重大突破。 徑向貼裝頭與吸嘴設(shè)計(jì) 徑向貼裝頭不僅提供了塔式貼裝頭高速可靠地?fù)焓?201元器件的適應(yīng)能力，還提供了直插貼裝頭支持廣泛元器件的靈活貼裝精度?？梢栽O(shè)計(jì)一個(gè)多吸嘴徑向貼裝頭，其中只有一個(gè)Z驅(qū)動(dòng)機(jī)制，從而提供經(jīng)濟(jì)、快速、精確的解決方案，貼裝從0201（或更?。┲钡酱笮途?xì)間距QFP半導(dǎo)體器件的各種元器件。 例如，環(huán)球儀器公司的徑向Lightning閃電貼裝頭有30個(gè)吸嘴，同時(shí)使用單一的Z驅(qū)動(dòng)和傳感機(jī)制實(shí)現(xiàn)了連續(xù)監(jiān)測和優(yōu)化Z高度的能力，可以執(zhí)行雙功能操作，同時(shí)調(diào)節(jié)撿拾高度和電路板高度。 在生產(chǎn)過程中，還會(huì)出現(xiàn)必須提前考慮置放和貼裝0201元器件時(shí)的真空生成和反轉(zhuǎn)問題。一般說來，真空路徑越短，置放和貼裝響應(yīng)速度越快。真空路徑是指真空閥和吸嘴之間的距離，真空路徑越長，磁滯效應(yīng)就會(huì)越多地降慢吸嘴上的真空應(yīng)用和去除速度，要求貼裝頭保持穩(wěn)定的時(shí)間也就越長，以保證在撿拾和貼裝過程中及時(shí)隔離元器件。新型設(shè)計(jì)采用高速真空閥和非常短的真空路徑，如果設(shè)備廠商要繼續(xù)提高撿拾和貼裝速度，那么必須采用新型設(shè)計(jì)。 這一規(guī)則基本上與元器件的尺寸無關(guān)，因此不僅僅限于0201元器件。然而在0201的特例中，元器件高度很低會(huì)導(dǎo)致吸嘴太過接近送料器條帶及電路板表面。考慮到這一點(diǎn)，快速運(yùn)動(dòng)和響應(yīng)的真空方案不僅可以支持高速操作，還可以防止把碎屑和焊膏帶入真空系統(tǒng)中。在0201元器件觸地時(shí)，經(jīng)驗(yàn)表明，很小的靜電之類的效應(yīng)也足可以使器件不能與吸嘴分開。響應(yīng)快、快速動(dòng)作的真空路徑可以臨時(shí)反轉(zhuǎn)真空，在短時(shí)間內(nèi)應(yīng)用分離力，協(xié)助把器件與吸嘴分開，同時(shí)快速動(dòng)作的真空閥則保證了在分離過程中不會(huì)使焊膏發(fā)生轉(zhuǎn)移。 由于吸嘴和電路板表面非常接近，因此最好嚴(yán)格控制這一力量的幅度和時(shí)長，防止附近焊盤位置散出焊膏。在處理0201元器件時(shí)，粘在吸嘴上面的焊膏和其它殘骸可能會(huì)在各個(gè)元器件位置帶來電路板污染，進(jìn)而可能會(huì)導(dǎo)致焊接效果差或橋接失效。這些問題可能只會(huì)在目視檢查或在線測試之后才會(huì)發(fā)現(xiàn)，有時(shí)甚至可能檢測不到，導(dǎo)致有問題的線路板流出生產(chǎn)車間。 通過徑向Lightning閃電貼裝頭，環(huán)球儀器公司把真空生成技術(shù)集成到軸中，保證從吸嘴到末尾的真空路徑總長度低于50mm，從而可以在不到2 ms時(shí)間內(nèi)開關(guān)真空。定制設(shè)計(jì)的真空閥可以迅速反轉(zhuǎn)真空，生成簡單的驅(qū)逐力，把元器件與吸嘴分開。真空管快速動(dòng)作及很短的真空路徑是實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的關(guān)鍵，應(yīng)用這一技術(shù)，不會(huì)擾亂電路板上已經(jīng)印刷好的焊膏。同時(shí)，吸嘴附近使用響應(yīng)快的真空，意味著也可以使用同一貼裝頭撿拾和貼裝超大型元器件，而不必降低貼裝機(jī)速度，保證元器件一直固定在吸嘴上。 0201貼裝設(shè)備需要提高能效 鑒于器件本身尺寸很小，雖然可以使用傳統(tǒng)撿拾和貼裝運(yùn)動(dòng)控制功能貼裝0201元器件。但是，為使0201元器件在各種電子市場上實(shí)現(xiàn)全部潛力，組裝設(shè)備必須升級(jí)，實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)大型元器件同樣的速度和同樣的成品率置放和貼裝0201元器件。此外，組裝廠商還必須能夠在電路板上的任何地方完全自由地貼裝0201元器件，在更廣泛的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)0201節(jié)約空間的優(yōu)勢，包括高性能背板這樣的高價(jià)值組裝應(yīng)用。 0201組件目前步入主流，盡管其小兄弟01005元器件已經(jīng)出現(xiàn)。然而 0201制造不再是極具挑戰(zhàn)性、極其苛刻的工作，其需求量的提高應(yīng)該會(huì)推動(dòng)生產(chǎn)量提高。但是，保證無差錯(cuò)組裝0201元器件的前提是，所有貼裝機(jī)都能夠處理小型器件，同時(shí)能夠輕松處理相關(guān)的大型器件。隨著0201元器件變得更加流行，電路板組裝廠商如果希望獲得保持競爭優(yōu)勢所需的速度和成品率，就需要考慮和考察貼裝設(shè)備解決方案中的各種因素。