现今，PCB的生产深受其成本的影响，总生产成本中劳动力成本是主体，降低生产成本一直是OEM和合约制造商面临的重要挑战。

对于产品而言，劳动力成本占产品总体生产成本的一半。大部分情况下，劳动力成本与生产车间的操作人员相关。在过去十年里，生产设备的不断发展促使所需工作人员不断减少。

然而，手工贴装元件的操作人员仍然是总体生产成本的重要部分。虽然专用的异形元件贴装机已经开始应用于某些高产量生产操作，但是主流的电子制造商越来越希望实现异形元件的自动化装配，以便更进一步降低生产成本。

在电子电路发展的早期，通孔元件装配完全是手工操作。当第一批自动化机器推出时，这些机器可贴装某些简单的有引脚的元件。不过与此同时，较为复杂的元件仍需手工贴装，才可使用波峰焊设备焊接电路板。
大约20年前，表面贴装元件的推出开创了一个新的贴装时代。首先是无源元件，然后是有源元件和集成电路，都纷纷转用表面贴装 (SMD) 式，便于使用贴装机器来装配。在很长的一段时间内，人们坚信所有的引脚元件最终均会转变为SMD封装。经过20年的发展，市场仍有一些器件采用含引脚元件，这些器件包括连接器、插座、变压器等等，它们被称作异形 (或异体) 元件 (图1)。

图1(略)

这些异形元件仍然采用引脚结构是有原因的。首先，从经济角度来看，大多数此类元件不会大批量生产，而且改进元件或PCB都是不经济的。引脚元件的继续存在也有技术背景，因为并非所有的异形元件都能承受SMD工艺通常所需回流焊的高温，而且，对于电话插孔、连接器和串口等器件，采用压接式通孔元件能够获得更好的机械强度。此外，通孔元件的继续存在也由于许多消费电子产品 (如录像机和电视机)仍有大量空间来容纳它们。

异形元件的自动贴装

现今，SMD装配已完全实现自动化而且非常合乎成本效益原则。那么，为什么要以合乎成本效益的方式完成自动装配异形元件却这么困难呢？

如上文所述，异形元件的封装形式和一般的SMD元件不同，大多数异形元件可能是用户定制的，甚至各批产品都有可能不同。如果不做较大的改进，装配设备的灵活度通常不足以应对这些差异，不然，操作人员则只能作单一元件的调整。此外，异形元件的公差要求通常比标准SMD更宽松，而装配机器难以补偿其贴装精度。

既然实现异形元件装配自动化这么困难，我们为什么还要继续探索呢？
对于包含异形元件的产品，最合适的生产方法仍然是手工贴装。操作人员是极其灵活的，能够很快适应电路板设计或元件的变化。然而，操作人员不是机器，所以其装配的产品存在误差。他们操作上的差异将会影响产品的质量、产量和经济成本。


质量

质量是生产过程中最重要的要求，故操作人员必须时刻高度集中精神。这在重复性操作时很难做到，易发生错误，特别是在一个班次快要结束前，操作人员更是容易发生错误。另外，许多其它的常规人为因素，如性情，也会影响贴装质量。使用机器进行装配，质量通常好很多，并可在每一次换班时仍保持非常稳定的质量水平。

产量

操作人员在电路板上放置元件的数量是有限的，而且难以预测。根据元件尺寸、重量和形状的不同，操作人员每小时可放置元件的数量为一百至几百个。同样地，操作人员的性情对产量也有影响。机器则可轻松地达到几个操作人员的工作速度，而且可以提前计算和精确预测产量。


经济成本

每个国家的劳动力成本各不相同，但是通常来说，操作人员的成本是很高的。机器可能也很贵重，但却是一次性投资，可在一段有限的时期内抵消。

重复性压力伤害

在制造厂内，操作人员的工作环境变得日益重要，人机工程学问题不容忽视。所有人都知道重复性压力伤害 (repetitive strain injury, RSI) 问题。与操作人员不同，机器不存在 RSI 问题，非常适合重复进行相同的操作。

异形元件贴装机的必备特性

一旦PCB制造商决定进行异形元件的自动化装配，就需要比较同类装配机器的不同特性和优势。当然，基本需求如高质量的贴装、高精度贴装和高正常运行时间是必不可少的，不过，异形元件置放还有额外的要求。

首先，产量必须尽可能高，以获得相对于手工劳动的最大优势。异形元件的产量主要由机器处理这些元件的方式决定，不同形状的元件需要进行不同的拾取操作，使用真空吸嘴或者机械抓爪。在所有情况下，均需使用视像系统进行元件识别和对中，最终，元件必须装配在PCB上或者嵌入其中。这个流程执行得越快，机器的产量就越高。如果两个或更多的操作能够并行执行，例如同时抓取和飞行对中将有助于提高产量。

其次，从易碎元件到压接式元件，异形元件的种类繁多，贴放机器需要具备贴装力可编程功能。易碎元件需要非常小心地处理；压接元件则需要高至40N的力量，以将其嵌入PCB。机器也必须估计何时施加较大的贴装力，元件引脚插入PCB的瞬间摩擦力必须非常小，否则引脚会折弯。插入后则需要使用较大的Z向贴装力将元件嵌进板内 (图2)。

视像系统应该能够识别、检查和对中多种不同的部件。它应该能够检测元件引脚、引脚间距、元件至引脚的容差，有时甚至需要检查引脚共面情况。照明必须足够，以便正确识别各种采用不同颜色的难以辨认元件。

灵活性是所有异形贴放机的重要特性，可以在放置引脚直径仅1mm的部件之后，接着安装165mm甚至更大的SIMM连接器。贴装机应该拥有足够的灵活性以应付这些变化。标准SMD贴装能力是一项重要优势，并可在数分钟内从一个产品转换到下一个产品。

许多机器都具有很好的机械手设计，但它们的总体能力很大程度上取决于将元件输送到机器的能力。送料器被视为专用设备，过去几年，有数家专业送料器制造公司进入这个领域。Robodyne、GPAX、Laurier、 Zierick和Hover-Davis等公司提供多种送料器，可与现有的大多数机器接口。现有适于各种封装的送料器，包括棒状、管状、径向、针头状、Gpax和标签等。

能够自动装配异形元件的机器

在决定所需机器的特性以后，制造商可以在两种基本类型的异形元件置放机器中进行选择：一种是专用的异形元件贴放设备；另一种是具备异形元件置放功能的SMD设备。

专用异形元件贴放设备通常是非常灵活的，可处理的异形元件种类最多。这类机器的缺点是产量低且价格高，与手工插件对比，它们的成本效益往往很低。

SMD 贴装机的优点是尽可能的降低成本，优化高速贴装操作。尽管多数情况下它们可处理的异形元件种类比专用型机器少，但是这个局限性可由SMD贴装能力弥补 (图3)。

图3(略)

通过表1可以了解两种类型机器的最重要区别。

表1:(略)

图4(略)

只有极少数机器能够同时具备SMD多功能贴装机和专用异形元件贴装机的优势。前身为Philips EMT的安必昂公司制造的ACM Micro就是其中之一，它具有独特的异形元件处理功能，并能够贴装所有的SMD器件。

这种四头机器能够同时使用多达八个真空吸嘴或四个异形夹爪，并可在一秒钟内进行交换 (图4)。这种速度极快的装配头转换提供了高度的灵活性，并且允许在一块电路板的贴装周期内改变吸嘴或夹爪，以确保对指定的异形元件使用最佳的装配头。

只有一个专用头的专用异形置放机通常必须在不同的元件之间进行折衷，ACM 则具有多达 13 个专为特定元件而优化的专用抓爪或吸嘴，可以置放任何异形元件，这是因为吸嘴和抓爪具有相同的机器接口，并可在一块电路板的装配周期内进行转换 (图5)。