現(xiàn)在，媒體宣傳的重點已經(jīng)轉(zhuǎn)向了01005，與此同時，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。然而，盡管大多數(shù)貼裝設(shè)備廠商把0201列為已經(jīng)實現(xiàn)的功能，但如果進(jìn)一步探究，您就會發(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際狀況時才會顯現(xiàn)，一開始不會就一覽無遺。 實際情況是，一些廠商在貼裝0201元器件時不得不降低機器速度，而另一些廠商則只能在限定區(qū)域內(nèi)部貼裝0201元器件，通常位于貼裝頭運動范圍的中心。這兩種情況都給貼裝機所有者帶來了限制，例如會降低生產(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動控制系統(tǒng)本身固有特點，而貼裝頭和吸嘴在撿拾和貼裝過程中也會體現(xiàn)出某些限制。盡管大多數(shù)貼裝機廠商都聲稱擁有0201貼裝功能，但某些機器只能在很小的“有效范圍”中貼裝0201元器件，其通常位于機器貼裝區(qū)域的中心。這可能因為廠商選擇了只有部分繪圖和校正的運動控制系統(tǒng)，而沿著運動軸沒有直接線性編碼或激勵器硬件被集成到高架運動系統(tǒng)中，則會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。 線性運動的使用量上升 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動控制系統(tǒng)能夠在高架和貼裝頭活動的整個范圍內(nèi)實現(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)備廠商都會采用線性馬達(dá)驅(qū)動的機器，或正在演進(jìn)到線性馬達(dá)。在與線性驅(qū)動器結(jié)合使用時，直接安裝在運動軸上的線性編碼器可以實現(xiàn)更加精確的死循環(huán)位置控制。 盡管線性激勵可以在大范圍活動區(qū)域內(nèi)更好地實現(xiàn)精度和可重復(fù)性，但還要考慮其它因素。不同公司設(shè)計和創(chuàng)建線性馬達(dá)的方式并不是完全一樣的，對某些線性馬達(dá)的設(shè)計來說，產(chǎn)生的熱量是一個問題，熱會導(dǎo)致熱膨脹，熱膨脹又會導(dǎo)致相對位置不準(zhǔn)確?？紤]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)確還會要求重新校準(zhǔn)，而重新校準(zhǔn)無疑會降低生產(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動技術(shù)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性及其實現(xiàn)方式，其中一個差異在于Y軸驅(qū)動。為實現(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)動器，從兩端直接同時驅(qū)動軸，消除了只驅(qū)動一端、而另一端在軸承滑片上運行可能出現(xiàn)的懸臂效應(yīng)。這對大型電路板應(yīng)用尤為重要，它可以保證精度，消除運動激勵之間的振鈴或振蕩穩(wěn)定時間。 額定貼裝速度下降 如果不同時驅(qū)動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，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，“穩(wěn)定頻帶”通常預(yù)計是貼裝0402元器件時可容忍范圍的一半左右。因此，貼裝動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，必須降慢馬達(dá)速度和制動。不管是哪種解決方案，都會影響元器件貼裝總耗時，相應(yīng)地就會影響產(chǎn)能。 此外，貼裝頭是影響額定速度下降的另一個主要因素。旋轉(zhuǎn)貼裝的優(yōu)勢在于，在上述情況下，它能夠在單點運轉(zhuǎn)時以最優(yōu)方式撿拾部件；而直插軸系統(tǒng)必須考慮設(shè)計本身固有的機械偏移。為實現(xiàn)有競爭力的單個元器件貼裝時間，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，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毂仨毰c元器件的中心完全對準(zhǔn)。由于不能成套撿拾，直插軸系統(tǒng)最多會損失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現(xiàn)多個傳感器，成本又會非常高。 撿拾和貼裝時的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，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誤的另一個重要原因。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)系都足以使撿拾機制失效，不能檢測和適應(yīng)撿拾最優(yōu)Z高度的變化。自動“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螅骷N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)微變化會導(dǎo)致不能成功地進(jìn)行貼裝，而在貼裝大型元器件時可能根本沒有問題。例如，下側(cè)元器件回流焊導(dǎo)致的電路板熱變形可能會導(dǎo)致Z高度變化，而這種變化對電路板最上面的0201貼裝過程會非常明顯。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)計高度，那么元器件貼裝力可能會太大，有可能會損壞元器件。貼裝力太大不僅存在著損壞元器件的風(fēng)險，還會把焊盤位置的焊膏散開。這會帶來雙重影響，一個是損害焊接接口本身的電氣性能和機械性能，另一個是在電路板其它地方散開焊膏，可能會引起橋接故障、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，正確計算Z高度一直是SMT貼裝過程面臨的問題，設(shè)備設(shè)計人員已經(jīng)開發(fā)了多種解決方案?；谕扑愣ㄎ坏姆桨覆荒苷鎸嵏袘?yīng)電路板的高度，但可以根據(jù)假設(shè)數(shù)據(jù)計算每個貼裝的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。實踐證明，該方案在貼裝大型元器件時提供了令人滿意的結(jié)果，但正確計算0201元器件貼裝的Z高度卻是一個巨大的挑戰(zhàn)。采用推算定位方式的機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)計上的疏忽。 另一個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)實現(xiàn)高精度，并精確計算正確的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，因為它要求兩個單獨的Z高度傳感機制。 還有一種常用的設(shè)計方法是監(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。 同時為撿拾操作和貼裝操作提供適應(yīng)性Z高度計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)，從而實時控制吸嘴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)可以實現(xiàn)響應(yīng)能力更強、更加靈敏的適應(yīng)性高度控制功能，但缺點是為塔式貼裝的每個吸嘴實現(xiàn)這種傳感能力的成本很高。徑向貼裝頭技術(shù)的出現(xiàn)在這方面實現(xiàn)了重大突破。 徑向貼裝頭與吸嘴設(shè)計 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)計一個多吸嘴徑向貼裝頭，其中只有一個Z驅(qū)動機制，從而提供經(jīng)濟、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個吸嘴，同時使用單一的Z驅(qū)動和傳感機制實現(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，同時調(diào)節(jié)撿拾高度和電路板高度。 在生產(chǎn)過程中，還會出現(xiàn)必須提前考慮置放和貼裝0201元器件時的真空生成和反轉(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)定的時間也就越長，以保證在撿拾和貼裝過程中及時隔離元器件。新型設(shè)計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。 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，快速運動和響應(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，經(jīng)驗表明，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、快速動作的真空路徑可以臨時反轉(zhuǎn)真空，在短時間內(nèi)應(yīng)用分離力，協(xié)助把器件與吸嘴分開，同時快速動作的真空閥則保證了在分離過程中不會使焊膏發(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長，防止附近焊盤位置散出焊膏。在處理0201元器件時，粘在吸嘴上面的焊膏和其它殘骸可能會在各個元器件位置帶來電路板污染，進(jìn)而可能會導(dǎo)致焊接效果差或橋接失效。這些問題可能只會在目視檢查或在線測試之后才會發(fā)現(xiàn)，有時甚至可能檢測不到，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時間內(nèi)開關(guān)真空。定制設(shè)計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。真空管快速動作及很短的真空路徑是實現(xiàn)這一技術(shù)的關(guān)鍵，應(yīng)用這一技術(shù)，不會擾亂電路板上已經(jīng)印刷好的焊膏。同時，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)撿拾和貼裝運動控制功能貼裝0201元器件。但是，為使0201元器件在各種電子市場上實現(xiàn)全部潛力，組裝設(shè)備必須升級，實現(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)用中實現(xiàn)0201節(jié)約空間的優(yōu)勢，包括高性能背板這樣的高價值組裝應(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)該會推動生產(chǎn)量提高。但是，保證無差錯組裝0201元器件的前提是，所有貼裝機都能夠處理小型器件，同時能夠輕松處理相關(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。