在SMT组装中，速度这个概念无需解释。大部分设备供应商把速度定义为每小时能装配多少个元件，而大多数SMT装配商则用每小时能装配多少块电路板来定义速度。更准确的方法是用工艺成品率来衡量速度，同时要考虑到印刷和再流焊工艺中变量的影响，以及贴装的准确度。

    如今，一条灵活的生产线能够同时生产三种不同的移动电话以提高利润，在日后还能够生产高档服务器电路板。对整机制造商（OEM）来说，这似乎是奇怪的建议，但在电子制造服务（EMS）和整机设计制造（ODM）领域，这是相当普遍的，用户的忠诚度是以盈利来衡量的。

    在元件贴装方面，要想自始至终可靠地兼得速度和灵活性这两方面的要求，制造商和设备设计人员将面临一个巨大的挑战。结果往往是优先考虑速度，丧失灵活性。这是自然的，因为速度容易理解，在工程上容易实现，也容易在市场上推广和销售。要实现灵活性，首先要考虑下一步将会发生什么。而未来是很难准确预测的，所以，回到我们已经知道的。但是，随着越来越多装配商注意到客户的产品多样化，这种短视的做法必定会产生预料不到的结果。

各人对速度的理解一样吗？
    在组装设备领域，处于领先的销售商很快就注意到“速度加灵活性”的问题，并且开始着手制定不同的策略以满足装配商不断变化的要求。第一步是把重点放在提高灵活性原来就很好的生产线的速度上，或者在现有生产线中引进灵活性，提高产量。但是，怎样才能正确判断贴装速度提高了呢？虽然计算每台机器产量的最基本方法是每小时贴装的元件数量，也可以看成是生产线贴装部份的产量。从一种产品高效率地转换成另一种产品，同时保持生产设备的高利用率，用这种能力来表述可能会更好一些。在这个例子中，可以用各种产品最终离开生产线来衡量产量。这不是单纯的产量，可以说是生产能力。由于有很多种解释，因此每个人对速度的理解不一样，但是这些因素可能会影响制造商在追求生产能力时做出的选择。

什么是灵活性？
    灵活性意味着处理各种最终产品组装的应变能力，同时要保持生产线的高利用率和良好的经济效益。但是，关于灵活性有一些其他的考虑，它们可以防止技术落伍。叠装（PoP）组装工艺现在属于前沿技术，越来越受到人们的青睐，它需要非常灵活的贴装头来贴放高密度的逻辑器件，让存储器封装浸渍助焊剂，然后准确地回到原来的位置，把存储器贴放到逻辑器件上面。你的组装设备是否足够灵活，是否能满足这些需要？或者更重要的是，能否满足下一代便携技术的要求？

    我们还可以把灵活性看成处理各种SMT元件的技术能力，有引脚的元件、有凸点的元件、CSP芯片尺寸封装（CSP），插装再流焊——或者是处理任何批量，从很少到几十万的能力，同时保持生产线上所有设备的高利用率（图1）。还有一种灵活性是指可以小批量制造新产品（确定和测试新元件、电路板和工艺），并且迅速上升到大批量生产。灵活性对短线小批量生产和产品的频繁的变动来说极为重要，转换产品的过程中停工时间对整个生产能力的影响，远远超过作业期间组装生产线的产量。

需求改变
    随着大量定制产品的出现，需求越来越集中。甚至稳定的产品也需要在不同地区进行生产，在生产中必须满足对基本产品来说虽然很小但很重要的改变。新出现的消费市场也需要更好的技术，而且要快，结果产品的市场寿命越来越短。整机制造商及其制造伙伴如果不能迅速推出新产品，或者推出现有产品的新版本，当竞争对手攻入他们的市场时，他们就会坐失良机。

图1灵活性意味着能够在多种电路 板上贴装各种元件。

    装配商需要提高生产线的生产速度，并且能够迅速地、频繁地更换产品。除了SMT组装能力，还延伸到工艺和物流，例如，库存各种类型的元件、电路板尺寸的改变、平衡地使用机器进行生产、软件上载和各种控制。

合理精简生产线
    选择正确的组装设备只是解决了问题的一部分。为了达到最佳效果，生产线或者工厂关于生产能力的长期规划与只是简单地提高单机产量相比，有更多的优点。合理精简生产线，在这种制造模式下，规模小的生产线针对各种特殊的尺寸规格配备了充足的生产容量，这是有利的。人们有时把这种做法称为基本单元设置。由一些小的单元生产线组成许多小型生产线的办法，可以降低因产品更换而影响整个工厂生产能力的可能性，所以是有意义的。从制造的角度看，它与用一条生产线正相反的。用一条生产线的情况下，在很短的时间里，高速度地制造产品，然后用相当长的时间进行转换。

    我们可以用更小的生产线来生产产量较低的产品，不需要更换，或者用来并行生产特殊的、产量较高的产品。它的一个优点是，可以只更换某一条生产线，同时保持其他生产线正常生产，因而维持较高的利用率。这个办法在转换产品时浪费的时间比较少。从投资的角度来看，用几条生产线，唯一的不足之处是需要另外增加基本设施，例如，印刷机、传送带和焊接炉，来保证产品源源不断地送往每一条生产线。在这两者之间的是能够配置成容纳大量产品和品种变化的模块式平台生产线。这可能需要两台、三台或者四台横移架式平台贴装机（它们非常相似，但生产能力可能不一样），在机器上存放了足够的元件，能够提供不同种类的元件。这样，在生产新产品时就不需要更换进料器或者料盘来供应元件。这是最典型的高度灵活生产线，它体现了处理各种元件和平衡机器之间的工作量的能力。这类生产线灵活、准确、可靠，而且生产能力很强，但是它们的速度并不高。

避免减慢速度
    是什么原因造成贴装机速度放慢呢？最明显的原因可能是元件的尺寸。当贴装头在电路板上移动时，因为元件越大，惯性和动量也就越大，比较可能的原因是由于加速度、减速度过大，或者由于方向改变，元件在吸嘴上会移动。在使用移动工作台的贴装机上，例如普通的转塔式高速贴片机，甚至在已经把元件贴放到电路板上之后也会出现同样的现像，道理是一样的。微间距、多引脚元件任何轻微的移动都可能会造成引脚与焊盘之间没有对正，结果电路板在再流焊之后成了不能用的。
最新一代横移架式贴装机平台使用固定的工作台，在这一点上，能够为我们提供更有力的保证，在正常情况下就可以达到全速运转，而且元件的最大尺寸可以达到30 ×30mm。设备的设计只是一部份。例如，在一端驱动的横移架可能会引起悬臂梁的效应，可能还会降低贴装速度。这是因为贴装头在两次移动之间，需要时间稳定下来，在振荡停止之后，才能准确地贴装元件。因此，必须从两端同时驱动。 

    同样，吸嘴的设计也很讲究。较大的吸嘴能够吸住大型QFP元件，在拾放动作之间移动时能够牢牢地吸住它。但是，这种吸嘴不能用于拾放0201元件。到底需要多少种不同类型的吸嘴呢？更重要的是，就元件种类而言，贴装头的贴装能力指的是什么，在选择吸嘴方面究竟有多大的灵活性呢？

提高速度的益处究竟在那里?
    如何才能提高速度呢？毫无疑问，线性马达是达到最高额定速度的关键，同时它还可以保证准确贴装。
    滚珠丝杠技术的的运动性能不能与线性马达相比。大部分现有的贴装设备是在早期滚珠丝杠技术的基础上发展起来的，限制了速度的提高。但是，所有贴装设备制造商都认为线性马达是未来的发展趋势，看来他们正在努力把线性马达整合到最新一代或者高档设备的设计中去。

    增加旋转贴装头上拾放轴的数量是提高速度的另一个办法。每当需要移动贴装头的时候，实际上不能贴装任何元件，因此我们的目的是减少长距离移动来提高产量。拾放轴（吸嘴）越多，在进料器上拾起元件期间，可以拾起的元件就越多，贴到板上的元件也就越多，然后才转回到进料器上。目前，一个旋转贴装头最多有30个拾放轴，贴装速度与垂直转塔式贴片机相当。但是，产量不只是取决于拾放轴的数量。任何一个贴装头能够拾放的元件尺寸范围也会影响产量。许多使用微型转动架型贴装头的贴装系统在元件超出3-5mm2时需要绕过个别拾放轴。结果要多次转动贴装头，有时，需要使用不同的贴装头，这与元件大小有关。此时，在元件种类很多的情况下，能够拾取的元件种类不足，不能满足整块电路板的需要，使用更多拾放轴会限制贴装速度。

贴装头技术
    高速、灵活的核心是贴装头本身。直列式拾放轴使用群拾技术，但是，当中有尺寸很小的元件时，群拾技术就会失去应有的作用，会减产25%。旋转式贴装头解决了这个问题，同时还降低了误拾的可能性——它把垂直转塔式贴装头高速可靠拾起小元件的的适应能力与直列式贴装头的准确贴装两者结合了起来。配备了Z轴驱动机构的多个吸嘴的径向贴装头是经济有效、快速而且准确的解决办法，它能够贴装从很小的0201、01005元件到尺寸大的微间距QFP元件。

    我们还必须确定旋转贴装头的类型。如果改变元件种类也意味着需要改变径向贴装头，与元件配套，那么用户就必需充分考虑到重新校准贴装头所要付出的大量时间，即使校准不是在机器上进行。这意味着许多用户不更换贴装头，而是用非最佳配置来运作机器或者生产线，这样做必定会降低速度。结果是，生产线存在瓶颈，降低了设备的利用率。另一种方法是生产出一种所有贴装头都能够拾放所有类型元件的系统，通过软件来控制元件种类的改变。

设计完美的解决办法
    我们已经知道哪些因素会降低元件贴装运作，知道了怎样才能达到更高的速度，我们还明确了灵活性的主要含意是什么，那么我们如何放宽传统的高速贴装和灵活贴装微间距元件之间的界限，从而得到理想的贴装设备解决办法呢？模块式平台的基本概念已经被大多数设备制造商采纳，并且得到整机制造商、整机设计制造商、合约电子制造商（CEM）和电子制造服务提供商的认同，在模块式平台的基础上，将来可以升级，也经得起验证。模块的功能是用来保持生产线平衡——容易加入新的功能，也可以在生产线中根据需要增加新的机器。在提高速度、同时保持灵活性的关键是贴装头技术。

图2线性马达是达到额定最高
速度又能保证贴装精度的关键。

    固定工作台的系统将彻底解决使机器从最大速度降低下来的问题。线性马达能够达到足够的速度、精度和重复性（图2）。用两个马达来驱动横移架的两端也能够消除悬臂梁的效应，能够消除因过渡过程而造成的延迟，不会降低马达的速度和加速度。它们不需要进行很多的维护保养。因此，预计的停工时间减少了，对整个工厂的生产能力又是一个好处。

结论
    在定义灵活性的确切含义时，很清楚的一点是，如果要彻底搞清楚最终用户的需求并且为他们提供相应的服务，那么，设备设计人员的设计理念必须非常灵活。同样重要的是，在追求速度和灵活性时，设备设计人员和销售商首先需要克服传统的灵活性的观念。他们发现了提高速度的根本方法——不是单纯地提高机器的产量，而是提高整条生产线和整个工厂的生产能力。

作者简介
Scott Gerhart是Universal Instruments公司Genesis Platform事业部总监，电邮：gerhart@uic.com。