初看起來，增加貼片機(jī)頭的數(shù)量似乎是增加產(chǎn)量的*好方法?？墒牵N片頭只是許多對(duì)整個(gè)貼裝速率起作用的因素之一。定位系統(tǒng)、定中心、送料器提前、吸嘴轉(zhuǎn)換時(shí)間、貼放順序的優(yōu)化、送料器位置和PCB傳送時(shí)間等，是決定實(shí)際產(chǎn)量的其它一些因素。還有，在作大多數(shù)產(chǎn)量決定的時(shí)候，要考慮到利潤(rùn)回報(bào)的問題。
吸放設(shè)備(pick-and-place machine)制造商提供不同的貼片頭的設(shè)計(jì)，每個(gè)都有優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。常見的貼片頭設(shè)計(jì)有轉(zhuǎn)塔式(射片機(jī)，chipshooter)、旋轉(zhuǎn)式(revolver)和簡(jiǎn)單的線性組合式頭/吸嘴。
貼片頭的設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)塔式貼片頭設(shè)備是在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)塔上安裝許多貼片頭。塔在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在塔的一邊吸取元件，另一邊貼放元件，在其間定中心。塔的設(shè)計(jì)對(duì)高速射片機(jī)是*常見的?？墒牵@種設(shè)備隨著貼片頭數(shù)量的增加(因而增加塔的尺寸)，要求很大的地面空間；并且可能作業(yè)期間的轉(zhuǎn)換困難。
旋轉(zhuǎn)式貼片頭設(shè)備與轉(zhuǎn)塔式設(shè)備類似，有幾個(gè)頭附著在旋轉(zhuǎn)的圓形基礎(chǔ)上。不同的是轉(zhuǎn)塔上的頭平行于PCB，而旋轉(zhuǎn)設(shè)備上的頭是垂直的，象轂上的輪輻。旋轉(zhuǎn)式頭在垂直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在底部的每個(gè)頭吸取元件，旋轉(zhuǎn)期間定中心，然后貼放。旋轉(zhuǎn)式頭通常比轉(zhuǎn)塔式頭更緊湊，但是，"收集 - 貼放"兩步的原則意味著它不能以連續(xù)的高速度運(yùn)行。另外，它使用復(fù)雜的軟件運(yùn)算法則，這可能使故障檢定困難。
在簡(jiǎn)單的組合頭系統(tǒng)中，幾個(gè)貼片頭一起安裝在一個(gè)X-Y定位拱架上，貼片頭上下移動(dòng)來吸取和貼放元件。這些設(shè)計(jì)的使用在單一的梁上從一個(gè)頭到16個(gè)頭都有。它沒有頭支座的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通常，貼片頭可以單獨(dú)地或共同地吸取元件(成組吸取，gang picks)。成組吸取以減少總的吸取時(shí)間是轉(zhuǎn)塔式和旋轉(zhuǎn)式貼片機(jī)都不能做到的。使用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，幾乎沒有可能同時(shí)貼出一個(gè)以上的元件(成組貼放，gang place)。因?yàn)樗筚N片頭間距在PCB上**的貼放位置分布。
本文焦點(diǎn)集中在組合式線性設(shè)計(jì)上，中等至大批量系統(tǒng)中*流行的類型。表一和表二顯示了頭的數(shù)量是怎樣影響貼片速度的模擬結(jié)果。使用一到四個(gè)頭的結(jié)果是每增加一個(gè)頭有超過10%的改進(jìn)。第五個(gè)頭改進(jìn)減少到8%并繼續(xù)迅速下降。
表一、簡(jiǎn)單組合頭的每個(gè)元件貼裝速度
| 貼片頭數(shù)量 | 每頭時(shí)間(秒) | 速度改進(jìn)(%) |
| 1 | 0.524 | - |
| 2 | 0.333 | 36.4 |
| 3 | 0.270 | 19.0 |
| 4 | 0.239 | 11.7 |
| 5 | 0.220 | 8.0 |
| 6 | 0.207 | 5.8 |
| 7 | 0.198 | 4.4 |
| 8 | 0.191 | 3.4 |
表二、吸取和貼放元件的總的周期時(shí)間
| 貼片頭數(shù)量 | 周期時(shí)間(毫秒) | 每個(gè)元件的時(shí)間 |
| 1 | 520 | 520 |
| 2 | 660 | 330 |
| 3 | 800 | 267 |
| 4 | 940 | 235 |
| 5 | 1080 | 216 |
| 6 | 1220 | 203 |
| 7 | 1360 | 194 |
| 8 | 1500 | 188 |
循環(huán)時(shí)間
在組成吸取 - 貼放循環(huán)時(shí)間的主要四個(gè)步驟中，可以找到對(duì)這個(gè)降低的解釋： - 吸取時(shí)間。增加更多的頭不會(huì)增加吸取時(shí)間(假設(shè)貼片頭可以同時(shí)吸取元件)。注意旋轉(zhuǎn)式與轉(zhuǎn)臺(tái)式頭單獨(dú)地吸取所有元件，這個(gè)時(shí)間本文假定為100毫秒。
- X-Y從吸取到貼片位置的運(yùn)行時(shí)間。同樣，這不依靠頭的數(shù)量。這個(gè)時(shí)間假定為140毫秒。
- 貼放時(shí)間，包括X-Y從**個(gè)到*后一個(gè)貼片的運(yùn)行時(shí)間。這個(gè)時(shí)間隨著頭的數(shù)量而增加，因?yàn)闄C(jī)器不能同時(shí)貼放元件。PCB不是按機(jī)器頭的構(gòu)造設(shè)計(jì)的。假設(shè)每個(gè)元件花140毫秒。如果機(jī)器貼裝一個(gè)元件的貼裝時(shí)間是140毫秒，那么八個(gè)元件將花1120毫秒。
- X-Y從*后一個(gè)貼片位到吸取位置的運(yùn)行時(shí)間。與頭的數(shù)量無關(guān)。再假定140毫秒為標(biāo)準(zhǔn)。因此，吸取 - 貼放的周期時(shí)間隨著頭的數(shù)量增加而減少。
多少頭才足夠？
頭的數(shù)量通過同時(shí)吸取多個(gè)元件減少吸取時(shí)間和X-Y運(yùn)行時(shí)間，如果可能，但是增加貼放時(shí)間。在有兩個(gè)頭的機(jī)器情況下，吸取和X-Y運(yùn)行時(shí)間合計(jì)(380毫秒)是總的周期時(shí)間的57.6%。可是，在八個(gè)頭的情況下，這個(gè)時(shí)間減少到只有25.3%，當(dāng)使用數(shù)量多的頭時(shí)，大大地減少了返回時(shí)間。
另一個(gè)問題是隨著頭數(shù)量的增加，同時(shí)吸取元件的機(jī)會(huì)通常會(huì)降低。從一個(gè)簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)可以看到，需要更多的元件同時(shí)在合適的位置可能性減少。因此，有理由認(rèn)為多頭設(shè)備上更少的同時(shí)吸取機(jī)會(huì)，減少了總的吸取時(shí)間的優(yōu)勢(shì)。
對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的成組貼片頭設(shè)備，增加吸取 - 貼片時(shí)間的*有效方法是減少貼片時(shí)間。傳統(tǒng)上，通過減少貼放時(shí)間，使Z軸(上下)運(yùn)動(dòng)*小，增加X-Y運(yùn)行速度，或增加Z軸速度，來完成。新的設(shè)計(jì)已增加了雙梁方法，單臺(tái)機(jī)器有兩個(gè)X梁，每個(gè)有一個(gè)分開的成組貼片頭系統(tǒng)。一個(gè)頭吸取時(shí)另一個(gè)頭在貼放?？墒牵哂?6個(gè)頭的雙梁設(shè)備(每個(gè)梁八個(gè)頭)是效率不高的，因?yàn)楹茈y實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。
幾乎75%的周期時(shí)間(1120毫秒)是在貼片。在一個(gè)雙梁系統(tǒng)上，一個(gè)梁貼片時(shí)，另一個(gè)在吸取。因?yàn)槲r(shí)間短很多，吸取梁(或頭)必須等待貼放的梁。估計(jì)大約有740毫秒是浪費(fèi)的時(shí)間。
*佳的結(jié)構(gòu)是一個(gè)雙頭系統(tǒng)，有四個(gè)成組頭在每個(gè)支座上，總計(jì)八個(gè)吸嘴(2頭 x 4吸嘴)。兩個(gè)頭安裝在單個(gè)X梁上，但在X方向用各自的馬達(dá)和線性編碼器獨(dú)立移動(dòng)。象一個(gè)八頭的機(jī)器，它可同時(shí)吸取八個(gè)元件，但不象雙梁機(jī)器，它可以同時(shí)貼放兩個(gè)元件。由于頭的排列和位置系統(tǒng)，該機(jī)幾乎在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)達(dá)到一個(gè)四頭/單梁機(jī)器貼片速率的兩倍。具有兩套八個(gè)組合頭的雙梁機(jī)器實(shí)際產(chǎn)量只有50%的增加。
結(jié)論
由于吸取時(shí)間與貼放時(shí)間比較相對(duì)較短，增加更多頭的好處在第四個(gè)頭之后迅速減少，通常實(shí)得其返地影響平均SMT PCB的產(chǎn)量。在X-Y拱架系統(tǒng)上增加產(chǎn)量的*好方法是減少*長(zhǎng)的元件貼放時(shí)間。使用每個(gè)頭上有四個(gè)吸嘴的雙頭系統(tǒng)，機(jī)器可以同時(shí)吸取八個(gè)元件和貼放兩個(gè)元件。這將有近乎兩倍的實(shí)際產(chǎn)量，相當(dāng)于一個(gè)具有四個(gè)吸嘴的單頭設(shè)備。一臺(tái)類似的雙梁機(jī)器只有理論貼片速度的1.5倍。