ピックアンドプレースマシン

表面実装技術 (SMT) 部品配置システムは、一般にピックアンドプレースマシンまたは P&P と呼ばれ、表面実装デバイス(SMD)をプリント回路基板(PCB) に配置するために使用されるロボットマシンです。これらは、コンピュータ、民生用電子機器、産業、医療、自動車、軍事、通信機器で使用される PCB に、コンデンサ、抵抗器、集積回路などの幅広い電子部品を高速かつ高精度に配置するために使用されます。スルーホール部品用の同様の装置も存在します。^{[1] [2]このタイプの装置は、}フリップチップ方式 を使用してマイクロチップをパッケージ化するために使用されることがあります。

この当時、典型的な SMT 組立ラインでは、順番に配置された 2 種類のピックアンドプレース (P&P) マシンが使用されていました。

未実装の基板は高速実装機に送られた。チップ シューターと呼ばれることもあるこれらの機械は、主に抵抗器やコンデンサなどの低精度でシンプルなパッケージの部品を配置する。これらの高速 P&P 機械は、最大 24 個のステーションを搭載できる単一のタレット設計に基づいて構築された。タレットが回転すると、機械の背面を通過するステーションが、移動キャリッジに取り付けられたテープ フィーダーから部品をピックアップする。ステーションがタレットの周りを進むと、部品がピックアップされた角度を計算する光学ステーションを通過し、機械がドリフトを補正できるようにする。次に、ステーションがタレットの前部に到達すると、基板が適切な位置に移動され、ノズルが回転して部品を適切な角度方向に配置して、部品が基板上に配置される。一般的なチップ シューターは、最適な条件下では、1 時間あたり最大 53,000 個の部品、つまり 1 秒あたりほぼ 15 個の部品を配置できる。^[3]

タレットではなく PCB が移動されるため、この方法では PCB の激しい動きによって揺らぐことのない軽量部品のみを配置できます。

高速マシンから、ボードは精密配置マシンに渡されます。これらのピックアンドプレース マシンは、多くの場合、高解像度の検証カメラと、各軸の高精度リニア エンコーダによる微調整システムを使用して、高速マシンよりも正確にパーツを配置します。さらに、精密配置マシンは、大型パッケージの集積回路やパッケージ化されたインダクタ コイルおよびトリムポットなどの、より大型またはより不規則な形状のパーツを処理できます。高速配置マシンとは異なり、精密配置マシンは一般にタレットに取り付けられたノズルを使用せず、代わりにガントリーでサポートされた可動ヘッドを使用します。これらの精密配置マシンは、比較的少数のピックアップ ノズルを備えた配置ヘッドを使用します。ヘッドには、PC ボード上の反射マーカーをスキャンしてヘッドをボードに向けるレーザー識別子が付いている場合があります。パーツはテープ フィーダーまたはトレイからピックアップされ、カメラ (一部のマシン) でスキャンされてから、ボード上の適切な位置に配置されます。一部のマシンでは、2 つのアームが閉じてパーツがヘッドの中央に配置され、ヘッドが 90 度回転してアームが再び閉じて、パーツが再び中央に配置されます。一部のコンポーネントの誤差は 0.5 ミリメートル未満 (0.02 インチ未満) です。^{[引用が必要]}

部品を配置するために2台の別々の機械を用意する莫大なコスト、チップシューターの速度制限、機械の柔軟性の欠如のため、電子部品機械メーカーはこの技術を断念しました。これらの制限を克服するために、彼らは、製造する製品に応じて異なるモジュール上でヘッドを素早く交換できるオールインワンのモジュラー、マルチヘッド、マルチガントリー機械から、理論上の速度1時間あたり136,000個の部品であらゆる範囲の部品を配置できる複数のミニタレットを備えた機械に移行しました。最速の機械は、最大200,000 CPH（部品/時間）の速度を実現できます。^[4]

ヘッドをオンボードで交換するには、ダウンタイムを最小限に抑えるために、ヘッドと、異なるヘッド用の関連スペアパーツの在庫を増やす必要がありました。 配置マシンには、0.4 mm × 0.2 mm から 50 mm × 40 mm までの部品を配置できるオールインワン ヘッドがあります。 これに加えて、ピーク時にユーザーがパフォーマンスを借りることができるという新しいコンセプトがありました。 最近、業界のアプローチは大きく変化し、プロセスのソフトウェア アプリケーションに重点が置かれるようになりました。 POP や基板へのウェーハ配置などの新しいアプリケーションにより、業界は従来の部品配置を超えて進んでいます。 SMT ユーザーのニーズには大きな違いがあります。 多くの人にとって、高速マシンはコストと速度の点で適していません。 最近の経済環境の変化により、SMT 配置の要件は、短い実行と迅速な変更に対応するためのマシンの汎用性に重点が置かれるようになりました。^{[引用が必要]}これは、ビジョン システムを備えた低コストのマシンが、SMT ユーザーにとって手頃なオプションであることを意味します。 超高速配置システムよりも、ローエンドおよびミッドレンジ マシンのユーザーが多くいます。^{[引用が必要]}

配置装置は、PCB アセンブリを作成するために特定のプログラムされた手順を実行する、より大きな全体的機械の一部です。複数のサブシステムが連携してコンポーネントを拾い上げ、PCB 上に正しく配置します。これらのシステムでは通常、プロッターのようなデバイスに取り付けられた空気圧式吸引カップを使用して、カップを 3 次元で正確に操作できるようにします。さらに、各ノズルは独立して回転できます。

表面実装部品は、マシンの前面 (多くの場合、背面) に沿って配置されます。ほとんどの部品は、マシンに取り付けられたフィーダーにロードされるテープ リール内の紙またはプラスチック テープで供給されます。大型の集積回路(IC) は、コンパートメントに積み重ねられたトレイで供給および配置されることがあります。より一般的に使用される IC は、トレイやスティックではなくテープで提供されます。フィーダー技術の向上により、テープ形式は SMT マシンで部品を提供するための好ましい方法になりつつあります。

初期のフィーダーヘッドははるかに大きく、結果としてシステムの可動部分として設計されていませんでした。むしろ、PCB自体は可動プラットフォーム上に搭載され、その上にフィーダーヘッドを配置するボードの領域が整列していました。^[5]

マシンの中央には、ブランク PCB が移動するコンベア ベルトがあり、マシンの中央には PCBクランプがあります。PCB はクランプされ、ノズルがフィーダー/トレイから個々のコンポーネントをピックアップし、正しい方向に回転させてから、PCB 上の適切なパッドに高精度で配置します。ハイエンド マシンには複数のコンベアがあり、複数の同じまたは異なる種類の製品を同時に生産できます。

コンベアベルトの両側にあるパーツフィーダーから PCB に運ばれるパーツは、高解像度カメラと照明システムを使用して下から撮影されます。パーツのシルエットを検査して、破損や欠落 (ピックアップされなかった) がないか確認し、ピックアップ時に避けられない位置合わせエラーを測定して、パーツを配置するときに補正します。たとえば、ピックアップ時にパーツが 0.25 mm ずれて 10° 回転していた場合、ピックアップヘッドは配置位置を調整してパーツを正しい位置に配置します。

一部のマシンでは、ロボットアームにこれらの光学システムが搭載されており、時間を無駄にすることなく光学計算を実行できるため、ディレーティング係数を低く抑えることができます。ヘッドに搭載された高性能光学システムは、非標準タイプのコンポーネントの詳細をキャプチャし、将来使用するためにデータベースに保存するためにも使用できます。これに加えて、生産現場からサプライチェーンまで、生産および相互接続データベースをリアルタイムで監視するための高度なソフトウェアが利用可能です。ASMは、コンポーネントのリード構造に基づいて計算された機械的中心ではなく、LEDの光学中心が重要なハイエンド製品にLEDコンポーネントを配置する際の精度を向上させるオプション機能を提供します。特別なカメラシステムは、物理的中心と光学的中心の両方を測定し、配置前に必要な調整を行います。また、単一視野モードまたは複数視野モードのいずれかで画像を取得することもできます。 ^[6]

ピックアンドプレース ヘッドの別のカメラがPCB 上の基準マークを撮影し、コンベア ベルト上の位置を正確に測定します。2 つの基準マークはそれぞれ 2 次元で測定され、通常は対角線上に配置されます。これにより、PCB の方向と熱膨張を測定し、補正することもできます。一部のマシンでは、PCB 上の 3 番目の基準マークを測定することで、PCB のせん断を測定することもできます。

ピックアップ ガントリーの移動距離を最小限に抑えるために、1 つのガントリーに複数のノズルを配置し、それぞれを垂直方向に動かすのが一般的です。これにより、フィーダーへの 1 回の往復で複数の部品をピックアップできます。また、新世代のマシンの高度なソフトウェアにより、さまざまなロボット ヘッドが互いに独立して動作し、スループットをさらに向上できます。

コンポーネントは、ウェットソルダー ペースト自体を使用して PCB に一時的に接着されるか、ピック アンド プレース マシンに組み込むことができる接着剤ディスペンシング マシンで塗布される別の接着剤の小さな塊を使用してPCB に一時的に接着されます。接着剤はコンポーネントを配置する前に追加されます。接着剤はノズルまたはジェット ディスペンシングを使用してディスペンシングされます。ジェット ディスペンシングは、ターゲット (この場合は回路基板) に向かって材料を噴射してディスペンスします。

• コンポーネントの配置
• 挿入マウント機

7. https://www.varadautomation.com/linear-pick-and-place-machine.html