作者：中山之行者 文章来源：SMT工程师之家微信公众号

前言

贴装柔性是近年贴装技术中最引人注目的动向，几乎所有新推出的贴片机无一不强调其柔性的特点，没有一个新建的组装厂和生产线不把柔性作为设备选择和配置的重要原则，可以说贴装柔性是现代贴片机的基本特性和关键考察指标。

一、柔性化潮流不可逆转

贴装柔性（Flexible）源于柔性制造，是20 世纪90 年代开始的新型制造理念和趋势，这种趋势在电子信息产品制造中表现尤其明显，一种款式的产品生产几百万几千万的最受制造厂商青睐的订单越来越少，一条生产线几个月组装同一PCBA的好日子一去不复返，几天就要换产品成为家常便饭。这种情况到新世纪越来越成为不可逆转的潮流，促使电子制造厂商转换观念和组装模式，影响最大的非贴片机莫属。最明显的市场信号是曾经风光无限的适合大批量生产的高速机加多功能机的生产线配置受到冷落，而具有柔性的组合式平台机型成为市场的新宠。

其实这种变化是人类社会文明发展的必然趋势。随着世界经济的快速发展，物质产品的极大丰富，人们对各种产品的人性化和个性化要求越来越高，千篇一律的产品必然受到冷遇。另一方面，制造业尤其电子制造的高速发展，在一定时期，有限市场的需求和无限的制造能力必然产生矛盾，产品制造厂商唯有不断推出创新的产品才能在激烈的竞争中生存发展，这种驱动力促使产品更新换代越来越快，柔性电子组装成为潮流是顺理成章的结果。而在电子组装中，最需要柔性化的就是贴装技术。

二、贴装柔性含义

贴装柔性，也称为贴装弹性、灵活性。

在SMT行业，尽管人们对贴装柔性已经能够耳熟能详了，但是究竟什么是贴装柔性？柔性化贴片机的标准是什么？贴装精度、贴装速度和贴装能力都可以量化成具体的数据，贴装柔性能够量化吗？

显然，柔性与精度和速度不同，是无法准确量化的。柔性与先进性和创新性等特性类似，它只是一种理念的、动态的、相对的设备特性描述。

从生产实际要求出发，贴装柔性应该包括以下几个方面。

（1）能够适应不同PCBA产品

这一条是机器柔性的基本要求。这里的“适应”是指一种贴片机机型就能够面对多种产品，而不是传统的高速机加多功能机组合。

不同的PCBA产品，可能采用不同种类、不同大小、不同厚度、不同材质、不同表面涂敷的PCB，因而对贴片机的PCB传送、夹持、支撑及基准识别能力要求各不相同，同时可能对贴片模式、检测方法和贴装力有不同的要求。柔性贴片机应该能够适应这些不同PCB的变数，而不需要用户变换机型。

不同的PCBA产品，包含不同的元器件。在任意单板，片式元件的数量和比重、细小片式元件（0201 和01005）的种类、CSP、大而复杂的QFP和CCGA等IC封装以及连接器等的尺寸、种类和节距、异型元件的种类、尺寸和表面性能等都对贴片机的贴装能力提出不同的要求。柔性贴片机应该能够适应这些不同元器件的变化，而不需要用户变换机型或额外投资。

（2）能够兼顾精度和速度

这一条也是机器柔性的基本要求。通常在贴片机的特性中，柔性和速度、柔性和精度，以及速度和精度之间是存在相互制约的矛盾。贴装柔性往往以牺牲速度为代价，提高精度也不能不损失速度，增强柔性和提高精度也不是相安无事。但是现代组装技术就是要挑战这些矛盾，要求在柔性化的过程中能够兼顾精度和速度，使三者并行不悖，达到动态平衡，实现最佳配合。

令人欣慰的是由于现代科技的不断创新，随着装备制造技术的发展，上述的矛盾正在逐步解决，在一定程度上已经可以实现高精度和高速度的柔性贴片机。

（3）快速生产转换

柔性化的基本目的是实现小批量多品种的高效率生产，因此对最快生产转换和设置时间有比较高的要求。目前主要通过灵活配置可快速更换的零部件系统和先进的开放式、可离线编程的高效率贴片机软件系统来实现快速转换。新推出的贴片机，理论转换时间已经缩短到30～15 min，当然与理论贴装速度一样，这些设备供应商给出的数据只有比较和参考作用。

（4）能够升级换代

这一条也是机器柔性的提高要求。贴装设备作为企业生产投资，期望发挥最大效益是必然要求，但是在市场千变万化的今天，要求一个投资企业能够准确估测以后产品方向和种类，显然不是每个企业都具备的能力。因此要求贴片机在以下几种情况下能够具备灵活性。

• 在生产规模发生较大变化时（通常是扩大产能）能够通过增加模块或更换部件的方式而不是重新购置设备来适应新的要求。例如，最简配置为具有6 个贴片头的3 拱架贴片机，贴装速度为30000 cph，可以通过增加模块，以5000 cph的增幅逐步扩大产量。• 在产品种类发生较大变化时能够通过增加模块或更换部分部件的方式适应新产品贴装要求。例如，一种新推出贴片机可贴装30mm×30mm的IC封装，通过配置特殊贴装头可以扩大到50mm×50mm的贴装范围。• 在贴片机装备制造出现新的技术时能够以较小的代价实现升级换代。

三、实现贴片机柔性化的途径

目前新推出的具有柔性的贴片机，实现柔性化的途径主要通过设备结构组合和零部件可更换两个方式。

1、 贴片机结构的柔性化

（1）拱架型与旋转型复合

这种柔性化的考虑是“优化组合”的思路，将拱架型贴片机的多功能、高精度和旋转型贴片机的高速度优点整合于一台贴片机，即在拱架上配置垂直旋转的多吸嘴贴装头，从单拱架单头、单拱架双头到双拱架、4拱架多头的结构组合，同时这些贴装头又可以根据贴装元器件的类型有不同的变化，采用贴装头快速更换等技术，实现柔性化功能。详情关注SMT工程师之家公众号，后续讲解。

（2）模块化平台结构模块

化平台通过一种积木式结构，利用一系列小的单独的贴装单元组成灵活性很强的贴装平台。每个单元有自己的机械传动和定位位置系统，安装有相机和贴装头，每个贴装单元都有一定数量的供料器，贴装PCB的一部分，PCB以设定速度在机器内步进，由多个贴装单元共同完成贴装任务。这种方式类似传统的人工装配线，每个人在固定位置装配电路板的一部分元器件，电路板在传送带上依次装配。

具体实现模块化平台结构有以下几种模式，如下图所示。

① 子母机结构[见上图（a）]：

由一台控制控制主机和若干功能模块组成，功能模块针对不同类型元器件的贴装要求来设计，可以按不同的精度和速度来贴装各种元器件。通过为控制主机配置不同数量的功能模块，用户可以灵活调整贴片机的产能，提高设备的利用率。这种形式是各生产厂商最先推出的模块化贴片机，也是目前市场上占主流地位的模块化贴片机。

② 模组式结构[见上图（b）]：

模组式贴片机是近年进入市场的模块化贴片机，这类贴片机突破了功能部件模块化的模式，将模块化设计延伸至整个贴装平台，贴片机以模组的形式来设计，每个贴片模组本身就是一个独立完整小型贴片机系统，不同贴片模组之间可以通过通用接口（包括机械和电气）进行连组合，安装在同样模块化的机座上，并通过主控制系统实现分布控制，构成高度柔性化的贴装系统。这种结构是目前被生产厂商看好的柔性化结构，发展潜力很大。

③ 细胞机结构[见上图（c）]：

细胞机结构与模组式结构的区别是每个“细胞”机都是一台包括机座在内的独立的小型贴片机，细胞机之间通过统一的接口连接，可实现产能和贴装种类的任意组合。这种柔性化的基点是“化整为零”，是柔性化的另外一种思路，目前提供这种产品的厂商和机型还比较少。

2、贴装头柔性化

贴装头是贴片机的关键部件，也是实现柔性化的关键。最新的贴片头可以用于多种元件的贴装，具有自适应功能，更灵活而且更加精确的贴装头可以缩短转换时间，适应高速、多变的生产需要。

以下是柔性贴装头采用的主要技术：

• 自动适应元件厚度和尺寸大小等变化；• 自动适应供料器变化；• 贴装头运动采用专利线形电动机，短时间稳定，保证贴装速度；• 多种可自动更换的吸嘴组；• 细小元件0201和01005拾取和定位专用照相机及自动供料器的学习功能；• 采用快速切换专用阀门，加快真空装置在拾取元件和元件贴装时的速度；• 两台视野和分辨率最佳配合的照相机，分别用于不同大小和要求的元件，配合高速图像识别软件与适当的高速数据传送技术，实现高速高精度图像处理；• 模块化主轴可以快速更换，离线维修保养，实现机器不中断生产。

3、智能化供料系统

实现真正柔性的一个重大要素是使供料系统“智能化”，使其能够支持快速设置和换线。要求提供更快、更轻、更为智能化的供料器解决方案。

• 小型化和轻型化：是当今真正的智能送料器应具备的功能，下图所示是一种小型化和轻型化的供料器；

• 快速化：它可在几秒内上料，夹住卷带并在任何地方存放。• 自动识别：当将装有卷带的供料器插到任意槽位中时，机器软件可自动识别送料器中是否有元器件及该元器件的位置，无须对拾取位置进行编程；在供料器中元器件量少于设置时发出警报。• 专用的条码系统：实现对元器件和数据编目的追踪，如批次ID和数量；在装料和卸料过程中可以扫描到条码，无须手工操作，所以设置和换线速度更快。• 供料器的简化：供料器越简单，种类越少，出现问题的可能性就越小，保养维护的要求更少，并且容易实现“成组装卸”高效模式。

4.其他零部件柔性化

① PCB输送系统——具备处理任意形状、任意尺寸单板的能力，能够自动测量单板厚度、便于不同尺寸单板间进行自动换线。

② 可快速设置和调整的PCB支撑机构。

③ 机器自动检测和校正功能。