电子产品的组装，其精髓就是用最短的时间贴装最多 的贴片组件，而且做到零缺陷，零浪费。因此，贴片时最 重要的因素就是实际产出（这取决于机器设计、拾取率和 工作负荷平衡）、产品质量（精度和成品率）以及真正用 于生产的时间（受换线时间、维护、维修和其他生产准备 的影响）。现在，产品要求更短的开发时间和更强的个性 化定制。越来越多的厂商连大产能生产线也要进行高产能- 混合生产，甚至用它生产一件产品用于原型机测试（最好 在将来要用于大批量生产的机器上进行）。有些特殊的订 单，客户通常只提供一套料生产原型机， 这样只要一个缺陷就能导致整块电路板报 废。
尽管 BGA 等大尺寸 IC 是印刷电路板上 最显眼的组件，但通常只有三四个，相比之 下小组件多达百个以上。因此，小组件及其 间距极大程度上决定了封装密度。组件间隔 将变得更紧凑，对精度和重复精度的要求也 更高。业内将会推广厚度减半（因此特别脆 弱）的组件，以及尺寸仅为 01005 组件四 分之一的“0050025”芯片（长 x 宽 = 0.2 x 0.1mm）。这些更小、更薄的组件将被嵌入 到印刷电路板中或IC 的下方。对贴装设备的 真正考验是看它是否能完美贴装最小的组件 （01005 芯片电容器和电阻）和最大的组件 （带有大量小间距焊块的倒装片和IC）。除 了更严格的精度要求之外，还需要更小的贴 片力以防止组件破损。
要满足所有这些性能要求（它们间常 相抵触），贴片工艺就需要有格外严格的要求。贴片设 备必须更快更小，贴装精度也要更高。机械臂移动时须平
稳、可控，避免震动，以免精度降低和缩短机器使用寿命。机器须简单易于维护，贴片工艺本身要“经得起时间
考验”。
业内两种主流的贴片技术
贴片性能的主要影响也许在于工艺本身。目前业内 有两种主流的贴片技术：顺序贴装（旋转式贴片头，多 次取料后进行多次贴放）和并行贴装（单次拾取／单次 贴装）。
顺序贴片机一般有一个或两个贴装机械臂， 每个 机械臂都带有多个真空吸嘴的贴片头。贴片头旋转，顺 序拾取组件，直到所有可用的吸嘴位置上都吸附组件， 然后再将所有的组件顺序贴装到印刷板上。尽管顺序贴 片机可配备多个机械臂，但它采用的仍然是多次拾取后 再多次贴装的方式。并行贴片机则相反，配备多个机械 臂，每个机械臂上的独立贴片头不多（有时甚至只有一 个）（图 1）。两种贴片技术的根本区别在于，真正的 并行贴装技术中每个贴片头每次只处理一个组件。
顺序贴装实际上是通过幅度较大的加、减速来实现 快速移动。这就意味着，元件要承受很大的外力（尤其是旋转产生的离心力），甚至在元件对中后这些外力的作用仍在，这会降低贴装的精度。而并行贴装以较为平稳的速度传送元件，加、减速幅度较小。旋转力也近乎为零，通过元件在锡膏上的自对齐操作，可以抵消轻微的旋转力。从拾取到贴装只有一次 x-y 向移动，也就是说每个元件只经历一次加、减速，同样向下也只有一个平稳的z向移动。移动过程在加速后开始线性移动，除了吸附元件的吸力之外，元件没有受到其它任何力的作用。
连续的组件位置监测意味着被吸附的组件不会发 生位置偏移。此外，每个贴片头都配备了电路板检测相 机，这样电路板检测相机和贴片头的相对位置是完全固 定的。
在每个拾取周期内，并行贴片机会检查是否存在组 件，检查拾取高度，校正任何组件位置偏差。在贴装周期 内，贴片机会检查组件是否仍然在位并精确对中（图 2）， 以恰当的力度贴放（轻而易举，因为每个贴片头上仅吸附 一个组件），然后检查贴装后的组件。重要的是，并行贴 装通过阻止缺陷的发生，从而提高贴装质量。
无论贴片机如何设计， 如何提高精度和重复精度 都是一项挑战， 而对于顺序贴装来说， 做到这一点更 为困难。要实现生产的零缺陷，需要（例如）减少机器 震动，那么贴片头在运动后必须有时间来稳定。如今， 这两种类型的贴片机每小时都能贴装 10 万个以上的组 件， 但是设备装配商应谨慎地看待这些对外宣传的数 字，即使是所谓的IPC 9850 标准产能。实际上并行贴装 设备的产能会超过IPC9850标准下的产能，而许多顺序 贴片机的实际产能则会大打折扣。
根据日本高级电子封装行业发展规划的预测， 到2017 年行业将需要每小时可贴装超过 15 万个组件的贴片设备。因此对于设备装配商来说，每平方米生产场地 的贴装率将成为一个主要的效绩指标。Assembléon 的 AX-501 贴片机的占地面积仅为 6 平方米多，IPC9850 产能却达到每小时贴装 12.1 万个组件，完全达到了美 国iNEMi 2017 行业发展规划的要求。
整线不平衡制约了生产的可计划性
如果生产线的速度瓶颈在于倒装芯片和大中型尺寸 IC 的贴装，即使能以极高的速度贴装小组件和小型 IC 也没有多大的意义。因此，对于顺序贴装来说，生产线 的平衡是个关键，也是难点。通常需要多种类型的贴片 头来处理各种尺寸的组件。交换吸嘴是个办法，但这也 会减少贴片产能，结果造成生产节拍不平衡。即，贴片 头贴装小型组件时全负荷工作，而贴装大型组件时，有 时会有四分之三的时间处于空闲状态。
并行贴片机的每个贴片头可处理更多种类的组件 尺寸和类型， 具有更平衡的生产节拍和更高的实际产 出。因此可以不受组件混合的影响而较准确的规划产 出。Assembléon 的并行贴装设备有三种机械臂选择。 窄型机械臂贴片头用于贴装小组件和小型I C 。标准机 械臂贴片头用于贴装小 组件、大尺寸 IC、CSP 和倒装 片。最近由推出了双贴装机械臂（TPR），可贴装的组 件与标准贴片头相似（还可以从送料盘中拾取组件）， 但高速贴片的精度可达到 25 微米。
配备了 TPR 的 Assembléon A 系列贴片机就是能 同时处理小组件和 IC 的高速贴片机。它可处理所有主流
IC（包括裸片、叠层芯片、层叠封装和系统级封装）。
选择正确的生产线设置可确保生产线运行顺畅，无 需切换贴片头（图4）。双贴装机械臂（TPR）每小时最 多可贴装 1.6 万个大尺寸 IC。加上 AX-501 上的其它机 械臂最多可同时贴装 9.4 万个小组件，也就是说，它的 产能超过了 2017 年行业产品发展规划的要求。此外， 它还能确保生产线的良好平衡，适于生产固态硬盘、闪
存和 DRAM 模块等含有较多 IC 组件的印刷电路板。
调研整个贴片工艺
便携式设备中的组件密度现在已经达到每平方厘米 50 个组件以上，在未来十年内还将上升到每平方厘米 80 个左右。为了实现这一目标，在消费类电子产品和其 它主流生产中，现有的 0603 和 0402 芯片将被 0201 甚 至是 01005 类型的芯片所取代。但是，使用 0201 芯片 时，顺序贴装仍然会有成品率的问题，更不用说 01005 芯片。对新技术和设备装配小型化的主要驱动商 — 智 能手机制造商来说，这更是一个切实存在的问题。在这 样一个动态的高价值市场上，低成品率的代价显得更为 沉重。
如今，在半导体模块或 SIP 中经常使用到01005芯片，它的尺寸为0.4 x 0.2 mm，贴装时组件间距只有 50 微米（使得局域密度达到 300/cm2）。许多制造商认为，使用他们的当前设备进行主流生产时，改用01005芯片几乎是不可能的。而采用并行贴装设备时就没有这样的问题，而且并行贴装对于0201和01005 芯片都能实现个位数的dpm。
这些组件的可靠贴装需要整个组装工艺流程 的配合。在生产线末分析产品时，多达四分之三的 缺陷可以追溯到不良钢网印刷。对于那些既有超小 型组件又有连接器或其它较大部件的电路板来说， 问题尤为严重。不同尺寸的组件需要不同数量的锡 膏，以确保 pcb 上数千个连接中的每一个都可靠无误。 由于焊盘和丝网孔径变得越来越小， 间距也越来 越小，有新的因素影响锡膏的成型。即使是微小的工艺 变化也会影响重复精度，特别是刮刀头角度和速度的变 化。Assembléon的MCP丝网印刷机采用了创新的刮刀 头设计，采用可变迎角印刷，无论钢网厚度如何变化， 仍可保持恒定的印刷压力。该印刷机的生产节拍只有短 短的 11 秒，它可是首个能匹配贴片生产线的钢网印刷 机（另一种形式的产线负荷平衡）。
01005 芯片贴片工艺的另一个关键部分在于送料。 传统的 W8P2 纸质料带无法保证料槽尺寸，从而增加 了拾取故障和贴装不良的风险。撕开纸质料带上的封装 膜还会释放出大量纸屑微尘，造成超小型组件的焊接不 良。可靠的贴装需要更新型的 W4P1 料带，其宽度为 4 mm，步进为 1 mm。料带有制作精确精细的料槽，还 能防静电，以免料带脱膜过程中组件被摔出去。防静电 聚碳酸酯料带也完全不会产生纸屑，从而确保更高的成 品率成就最终产品的质量水平。
元件的要求决定了贴装精度
由于组件会在焊盘上自行修正，如今的 40微米贴装 精度已经足以用来贴装 TSOP、FCIP（封装倒装片）、 FLGA（细间距 LGA）、CSP 和 QFP（四侧引脚扁平 封装），甚至足以满足未来的应用（图5）。即使有预 测说，在未来五年内每个 IC 上的 I/O 会从约 3 千个 增加到近 1 万个（组件尺寸增加到 50x50mm，间距 仅减少到 300微米），也不会改变这一事实。超细间距 部件如 FBGA（细间距 BGA）、倒装片和 BGA 的精 度都只需要达到35微米@3-sigma。这精度完全涵盖在 Assembléon AX-501 TPR 贴片头25微米的精度中， 并且这一数字还会在五年内降为 10微米（实验室中已成 功实现）。
对于小组件来说，40 微米的精度已经足够好了。但 是，需要将芯片嵌入 PCB 时，情况就发生了变化。这些 无源组件的铜质端子没有锡膏直接是铜对铜的接触。
由于这些组件不会自行修正，因此贴装组件的精度 需要达到 20 微米或更高。
贴装时既不能受到任何突然的震动也不能有偏移，因此需要采用设置校验和自动校准等技术来保持重复精度。也许这就是生产线的关键参数， 因为它决定了返 修率和废品率。要知道随着每个新生代设备的问世，返 修越发困难了，而完成贴片的电路板又是极其昂贵的， 这些都从根本上决定着每次贴装的成本。并行贴装的 dpm（每百万次贴装的缺陷数）可以达到个位数。对于 任何高于这一数字（业内通常为 50dpm）的复杂电路板 生产，其成品率都会让人头疼。这就是 01005组件被公 认为难以贴装的主要原因。
对于“0050025”（0.2 x 0.1 mm）芯片、将被 嵌入PCB中或是放在IC下面的厚度减半元件来说，可靠 贴装更加困难。这些元件更为脆弱，因此需要更小、控 制更得当的贴片力来防止元件破损，贴片力甚至要降到 0.5 N。冲击力由贴片头冲击时的速率、贴片头的质量和 贴片头接触点的刚性所决定。并行贴片头更轻，更便于 在贴装之前降低吸嘴在“安全区域”的速率，从而消除 冲击力。闭环控制系统确保了释放元件之前静态贴片力 控制在正确的数值内。从贴片力要求的远景看，它的将 下降到 0.5 至 1 N（目前在 AX-501 上为 1.5 N，AX-
201上为 0.9 N，这些数据将来还会得到进一步改进）。
真正用于生产的时间
以上所有因素加在一起，决定了贴片机的使用寿命 内的贴片成本。机器的可靠性也是一个关键问题，并行 贴装的理念简单优势明显。顺序贴装通常需要每个机械 臂使用 4x12 圈的旋转式贴片头完成 100 个周期，相比 之下同等情况下的并行贴片头只需 40个（并行8个机械 臂）。这意味着磨损更小，使用寿命更长，MTB F（平 均故障间隔时间）更长。
设备制造商的实际产量是元件贴装率数字下产出的 产品、成品率和真正用于生产的那些时间（图6）。相 比顺序贴装，并行贴片头更小、更轻，也更简单。每次 贴装时精确控制的微小冲击和静态压力也使得吸嘴的磨 损更少，从而使它经久耐用。因此，维护和维修更加简 单。每小时贴装 100kcph 以上的设备年度计划内维护时 间仅需约 50个小时。顺序贴片机通常不能离线维修，而 且校准步骤较多，MTTR（平均维修时间）更长。
除了需要全程注意之外，顺序贴片机一般每年需要 300个小时的计划内维护时间。即每年要损失10多天的生产时间。
由于组件和组件间距日益缩小，这些因素对于设备 制造商的收益率来说也越来越重要。不同的应用有其各 自的特殊要求。汽车、计算机系统／服务器和通讯基础 设施等注重安全的设备，其系统性更为复杂，组件数量 更多。这就需要更低的 dmp 缺陷率来成品率。通讯、 计算机和消费类（3C）设备不断向更高的混合性和更小 的批量转化。这就更确切需要即上线即生产来实现更快 的新产品导入，避免过多的操作员培训。
最后一项要求，也是一个越来越重要的要求，就是 对于大产能、高混合制造来说软件必须覆盖整个生产线 自动化流程。工厂软件一般能够处理大产能／低混合或 低产能／高混合的制造流程，但还不能完美地应用于必 须经常换线的手机和其它类似产品的大规模生产线。
现在，组装同一产品系列中的产品时，可以立即完 成换线。但是委托加工制造商特别需要减少送料器更换 次数并改进生产计划安排，以确保在全部生产时间内以 100% 的最大速度运行生产。为了进行大产能生产，需 要进一步升级性能监控、组件供给、仓储连接和设置校 验系统以最小化成本。
软件要与企业资源计划系统相结合， 即使在以最 高速度贴装时，也要保持元件库存处于较低的水平。还 需要与仓库设备相结合，以在适当的时刻为生产线提供 新的料卷，从而便于操作员及时拼接料卷以保证生产持 续性。
所有这些都需要通过开放式软件将制造商的各个独 立的制造执行系统整合到一个单独的、完美集成的工艺流程中。
