現(xiàn)代化的機械手采用高分辨率識別攝像頭和微調(diào)系統(tǒng)，通過每個軸上的精密直線光柵，在進行焊接前將電子元件準確、快速地放在印刷電路板 (PCB) 上。由于電子產(chǎn)品變得越來越復雜，對表面安裝技術 (SMT) 定位過程的高質(zhì)量保證要求日益提高，這對光柵反饋性能也產(chǎn)生了積極影響。
本文探討了SMT定位技術的一些未來發(fā)展趨勢，重點關注領先的Frost and Sullivan(弗若斯特沙利文咨詢公司)預測在2015到2020年間短期市場發(fā)展的主要推動力，以及絕對式光柵系統(tǒng)的影響作用。
2013年，SMT定位設備全球市場出貨量達到19,000臺，實現(xiàn)收入40億美元，預計到2020年市場收入將達到60億美元，其中消費電子產(chǎn)品以及計算和存儲行業(yè)占到42%。自全球經(jīng)濟衰退以來，消費電子產(chǎn)品的需求顯著上升，盡管智能手機、平板和液晶電視的單位銷量增長預計未來幾年將會減緩。
SMT定位設備市場還同時面臨著降價、競爭激烈和二手設備市場交易興旺等諸多不利因素?？傮w來說，對機器出貨量的需求是呈上升趨勢的，預計在2015-2020年期間，全球SMT定位設備銷售總收入每年平均增長7.2%。大部分SMT定位設備的收入來源于消費電子產(chǎn)品、計算與存儲、電信和汽車行業(yè)。
最強勁的增長預計來自于亞太地區(qū)，其將占據(jù)SMT定位設備市場收入的半壁江山，原因可部分歸結為發(fā)展中國家在消費電子行業(yè)的發(fā)展以及其自身的增長需求。
SMT的技術發(fā)展趨勢
隨著對多品種和中小批量生產(chǎn)環(huán)境的需求持續(xù)增加，SMT定位設備制造商正在通過更大的進料處理能力和多功能定位頭提高機器的靈活性。為增大生產(chǎn)量，機器靈活性和定位速度將成為SMT設備市場兩個最重要的指標。此外，隨著生產(chǎn)復雜性和產(chǎn)品換代的不斷增加，智能進料技術有望成為標準。
智能進料可以與定位系統(tǒng)控制器通信，并且通過存儲有關進料類型、可調(diào)整的進料參數(shù)和安裝組件的信息來消除設置誤差的影響。
短期市場的主要推動力和絕對式光柵的影響作用總結如下：
技術創(chuàng)新
由于制造商可能會強調(diào)低擁有成本和高投資回報的必要性，技術因此將成為SMT設備的關鍵推動力。除了價位考量之外，產(chǎn)品創(chuàng)新和差異性將成為促成客戶購買行為的最終決定性因素。
對于那些可以實現(xiàn)產(chǎn)量最大化、與工廠生產(chǎn)線上的其他SMT設備通信和提高效率的SMT定位設備，客戶的需求將不斷增加，以便確保他們的生產(chǎn)過程繼續(xù)保持競爭力和可行性。特別是在中高速SMT定位市場領域，隨著其價格止跌回穩(wěn)，該推動力的影響在未來五年內(nèi)預計將會持續(xù)提升。
SMT定位技術當前的創(chuàng)新主要圍繞以下方面：整個垂直市場的生產(chǎn)改進、進料技術、靈活和模塊化的龍門系統(tǒng)、通過加強跟蹤提高合格率 (FPY)、先進的工廠管理系統(tǒng)和機器間的通信平臺。
近期高精度絕對式光柵系統(tǒng)的問世為SMT定位設備提供了新的創(chuàng)新機會。絕對式光柵可通過提高可靠性、加快初始化、提高安全性、降低運行成本并消除常見的碰撞風險來改善性能。
靈活和快速響應的制造
在電子行業(yè)千變?nèi)f化的需求使得精益生產(chǎn)和加快生產(chǎn)響應速度變得更有必要，而且突出體現(xiàn)在需要靈活、響應快速的生產(chǎn)線。對高靈活度生產(chǎn)的需求催生了雙龍門和四龍門的多頭和多軸機器以及需要對復雜的定位路徑進行協(xié)調(diào)的靈活輸送機。增量式光柵系統(tǒng)要求所有軸在停機后重新啟動生產(chǎn)時返回零位(返回參考點)，也只有這樣，控制系統(tǒng)才能檢測到軸的實際位置。多頭從軸上未定義的位置回零是導致機器停機時間增加的重要原因。如果操作人員一開始沒有分析碰撞路徑，也沒有相應選擇參考零位循環(huán)，那么一旦發(fā)生定位頭或龍門碰撞，安裝設備就會嚴重受損。如果發(fā)生這類碰撞，就會造成整個機器的非生產(chǎn)時間延長，增加不必要的成本，而且停機嚴重影響經(jīng)濟效益。
絕對式光柵的另一個優(yōu)勢是可以根據(jù)需要計算位置，雷尼紹的RESOLUTE?是首款將此功能與內(nèi)置誤差校驗算法結合的光柵，可立即標記出任何柵尺的誤讀。這可通過消除柵尺的計數(shù)錯誤、位置漂移和丟數(shù)，防止非受控運動和相關的碰撞風險，對提高產(chǎn)品合格率、產(chǎn)量和安全性非常有利。因此，絕對式光柵既能提高制程可靠性、縮短非生產(chǎn)時間，又能防止發(fā)生碰撞造成高昂損失。
SMT組件尺寸微型化
另一個需要重點解決的方面是減小產(chǎn)品占用空間和降低每個電路板的成本。消費類電子產(chǎn)品一方面元件密度正在變得非常高，另一方面尺寸越變越小，這種趨勢催生了對自動化和高精度定位設備的需求。電子行業(yè)正在通過增加對更小無源元件(比如01005，尺寸因數(shù)接近<0.5 mm，0.3 mm超細柵距/高針數(shù)QFP和僅有150 μm柵距的倒裝芯片)的使用縮小終端產(chǎn)品尺寸。提高元件密度將增加對自動化SMT定位設備的需求，主要原因是該設備可利用先進的軟件和進料技術降低每個電路板的成本，同時提高定位精度和速度。此外，越來越多的客戶選擇升級原有的SMT定位設備或整個軟件平臺，這在未來幾年也會推動市場的發(fā)展。
高性能設備預計也會促進對先進的SMT軟件平臺的需求。隨著產(chǎn)品復雜性不斷增加，對高速定位過程的高質(zhì)量保證要求也日益提高，由于旋轉定位頭可安裝在沿X和Y方向移動的龍門架梁上，因此高架龍門式旋轉頭系統(tǒng)將越來越多地占據(jù)主導地位。
機器必須能夠高速定位成千上萬個組件，比如為貼片機供料時每小時放置元件 (CPH) 的數(shù)量超過100,000個，同時提供高精度定位 (X,Y) 和旋轉 (θ) 校準，確保滿足日益嚴格的質(zhì)量標準?，F(xiàn)代化的機械手龍門設備要求光柵能夠具備高速(用于提高產(chǎn)量)和高分辨率(用于放置小型元件)性能。數(shù)字增量式光柵的最大速度取決于接收電子裝置的最大輸入頻率 (MHz) 和所需的分辨率。因此，由于接收電子裝置的最大頻率已固定，因此提高分辨率將導致最大速度相應降低，反之亦然。絕對式光柵不會受到這種情況的影響，可確保高速和高分辨率運行。這是因為位置根據(jù)需求和使用串行通信確定，這使得設計師能夠設計在高速和高分辨率下工作的龍門系統(tǒng)。
SMT定位機器也越來越多地在X和Y軸上使用直線電機來提高精度、速度和伺服環(huán)剛性。絕對式光柵輸出可靠的高保真度信號，有效提高伺服環(huán)增益水平。高伺服環(huán)增益可提高軸加速度和減速度、縮短恢復時間并減少感應電機發(fā)熱 — 這有助于機器延長運行時間而且運行更可靠，同時減少因冷卻需要的計劃停機次數(shù)。絕對式光柵可進一步確保在沒有返回參考點的情況下立即正確換向;相較于增量式光柵系統(tǒng)(需要霍爾效應傳感器這類附加傳感器為直線電機換向)，可簡化伺服設計并降低組件復雜性。
此外，RESOLUTE光柵的誤差校驗算法通過減少電路板的錯誤定位提高了定位可靠性，有助于達到最高合格率 (FPY) 并降低總擁有成本。
SMT定位的前景
快速發(fā)展的商品市場對一系列先進的高技術產(chǎn)品的需求正在主導著電子制造業(yè)的發(fā)展前景。這一趨勢也正在鞭策制造商通過開發(fā)更加靈活的模塊化SMT定位設備，緊跟市場對產(chǎn)品持續(xù)微型化并融合各種不同技術的需求。此外，無線技術在醫(yī)療設備中的應用正在快速發(fā)展 — 這對更小批量的多品種生產(chǎn)提出新的要求，因此也增加對靈活SMT定位設備的需求。
由于多個行業(yè)的微型化趨勢導致印刷電路板 (PCB) 的復雜性增加，這也進一步提升了對SMT定位設備的需求水平。在中歐和西歐地區(qū)，SMT定位設備市場正在迎來消費電子、電信和汽車電子制造業(yè)重大的新發(fā)展商機。該區(qū)域也是吸引全球頂尖供應商的低成本制造地區(qū)，當前正在進一步擴大對SMT生產(chǎn)設備的需求。亞太地區(qū)依然是SMT收入的最大來源，同時帶動對高速SMT定位設備的需求。
高性能絕對式光柵系統(tǒng)的廣泛應用促進了SMT定位設備制造商不斷滿足電子元件行業(yè)日益提高的技術要求。SMT定位設備采用的光柵技術直接關系到定位精度和重復性以及各軸速度的提高，由此將機器生產(chǎn)效率提升到更高的水平。
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