Gli switch e le schede server stanno adottando processori personalizzati per soddisfare le esigenze di servizi che richiedono elevata potenza di calcolo e accelerazione AI. I più grandi motori di calcolo FPGA adattivi odierni sono alloggiati in package BGA fino a 55 mm x 55 mm e i processori ASIC multichip possono essere significativamente più grandi, soprattutto con interconnessioni fan-out.
Anche l'elettronica automobilistica è in crescita, poiché i sistemi embedded richiedono alimentatori più potenti per processori più performanti e I/O ampliati per gestire i canali di telecamere, radar, lidar, ToF e sensori inerziali. I sistemi di controllo necessitano di connettori più grandi per gestire canali dati e di alimentazione aggiuntivi e i grandi package con terminazione inferiore come i BGA, precedentemente evitati a causa delle difficoltà di ispezione, vengono ora adottati per necessità.
La sfida produttiva:
i produttori di apparecchiature che servono questi mercati devono essere in grado di posizionare componenti grandi e pesanti con precisione, ad alta velocità e con un'elevata produttività. Ciò richiede un prelievo affidabile e sicuro da vassoi o pallet, un posizionamento rapido e un allineamento preciso prima del posizionamento dei componenti. I componenti a foro passante, come alcuni tipi di connettori e trasformatori, necessitano di una soluzione push-fit affidabile. I componenti possono essere grandi, alti e ingombranti, mentre l'assemblaggio di componenti a innesto richiede un allineamento preciso dei pin prima dell'inserimento. Storicamente, sfide come queste, che coinvolgono componenti di grandi dimensioni, hanno superato le capacità tipiche delle apparecchiature standard per il posizionamento di componenti a montaggio superficiale.
Una soluzione in linea è preferibile per aiutare gli assemblatori a mantenere efficienza e produttività. Ancor meglio, l'utilizzo di macchine standard per il montaggio superficiale per posizionare BGA e connettori a innesto di grandi dimensioni consente di risparmiare sull'investimento in apparecchiature specializzate o sull'esecuzione di operazioni come l'assemblaggio offline dei connettori.
Posizionamento flessibile
: la progettazione di una soluzione per il posizionamento di componenti grandi e pesanti ad alta velocità richiede alcune modifiche critiche all'assemblaggio SMD standard. Gli adattamenti alla testa di posizionamento sono tra i più importanti.
Gli ugelli di presa che combinano aspirazione e pinze sono estremamente efficaci per tenere saldamente componenti di forma irregolare. Fino ad ora, l'acquisizione di tali ugelli richiedeva agli assemblatori di contattare i propri fornitori di apparecchiature per la progettazione di una pinza personalizzata. Poiché i
package e i connettori IC più grandi e pesanti, così come induttori, trasformatori e componenti di potenza, stanno diventando sempre più comuni, gli ugelli di presa non possono più essere considerati un articolo specializzato. È necessario un approccio più efficiente. La standardizzazione dei design di pinze e supporti allevia le pressioni in termini di tempo e costi associate a un progetto di ingegneria personalizzato. Yamaha Robotics ha standardizzato una gamma di pinze e supporti (Figura 1) che consentono 60 diverse configurazioni per gestire vari tipi e dimensioni di componenti. La scelta della giusta combinazione consente ai produttori di espandere rapidamente e facilmente le proprie capacità di posizionamento dei componenti. 
Figura 1. Ugello di presa configurabile con pinze e piastre di supporto standardizzate.
D'altra parte, gli ugelli con imbottitura in gomma possono fornire un modo economico ed efficace per prelevare circuiti integrati di grandi dimensioni applicando l'aspirazione direttamente sulla superficie superiore del package. Yamaha sta sviluppando ugelli in gomma di varie dimensioni fino a 25 mm di diametro per sollevare componenti più pesanti. Sono in fase di sviluppo anche ugelli specifici per componenti, progettati per prelevare componenti come gli zoccoli di espansione dei moduli di memoria DIMM per schede server. 
Figura 2. Ugello per connettori DIMM.
Assi R e Z.
Prima del posizionamento, il componente deve essere orientato correttamente ruotando l'ugello. Quando si posizionano componenti piccoli e leggeri, il motore dell'asse R può azionare direttamente l'ugello ad alta velocità di rotazione. Al contrario, la maggiore inerzia associata a componenti grandi e pesanti richiede un controllo più accurato del movimento per evitare che il componente si stacchi dall'ugello. Sebbene una soluzione ovvia sia quella di utilizzare un riduttore motorizzato, il gioco nei sistemi di ingranaggi convenzionali può influire sulla precisione. L'ingranaggio a forbice di Yamaha è appositamente progettato per eliminare il gioco e consente l'allineamento di componenti come i circuiti integrati BGA con una precisione di 0,005 gradi.
Per gestire componenti più alti, è sufficiente aumentare la corsa dell'asse Z di pochi millimetri per ampliare significativamente la gamma di parti che possono essere lavorate. Una corsa estesa di 40 mm è sufficiente per consentire alla macchina di gestire i connettori per autoveicoli più alti attualmente disponibili.
Forza di posizionamento:
d'altra parte, alcuni connettori richiedono un accoppiamento a pressione, in particolare le connessioni montate su scheda per applicazioni automobilistiche esposte a forti vibrazioni e urti. Nell'assemblaggio SMD standard, questi connettori sono progettati con un controllo della forza di posizionamento fino a circa 30 N. Per garantire il corretto inserimento di connettori con un elevato numero di pin, è necessario un controllo preciso fino a 100 N, il che richiede modifiche di progettazione e capacità di rilevamento e misurazione migliorate.
Il sistema di controllo deve inoltre proteggere il componente durante l'inserimento. Il rilevamento dell'allineamento (Figura 3) è in grado di rilevare se uno o più pin sono disallineati quando il connettore viene presentato alla scheda ed evitare di applicare una forza di posizionamento che potrebbe danneggiare il componente.
Figura 3. Il rilevamento dell'allineamento verifica il corretto allineamento prima di applicare la forza di pressatura.
Anche i sistemi di visione artificiale e di illuminazione utilizzati per controllare l'allineamento devono essere migliorati. I sistemi di illuminazione standard a LED, tipicamente utilizzati per il controllo e l'allineamento dei componenti, tendono a illuminare uniformemente il corpo del componente e l'intera lunghezza di ciascun pin o terminale. In queste condizioni, il sistema di visione potrebbe avere difficoltà a distinguere con precisione la punta del pin e a valutare se è pronta per l'inserimento. Un sistema laser può fornire un'illuminazione direzionale controllata per illuminare selettivamente solo le punte dei pin, consentendo così al sistema di visione di verificare che tutti i pin siano correttamente allineati con i rispettivi fori prima di procedere all'inserimento.
Inoltre, per resistere alla maggiore forza di posizionamento e mantenere la precisione di posizionamento, anche la struttura di supporto della scheda sottostante e il meccanismo di inserimento dei pin devono essere rinforzati.
di posizionamento
per gestire circuiti integrati più grandi, componenti più alti e parti press-fit più complesse, nonché per posizionare chip SMD e altri piccoli componenti ad alta velocità. Funzionalità hardware e software speciali implementano il controllo esteso dell'asse R, il controllo dell'asse Z, il controllo della forza di posizionamento e il rilevamento dell'allineamento descritti in questo articolo. I nuovi ugelli e una sezione di serraggio appositamente progettata consentono di alloggiare componenti di dimensioni maggiori, e gli utenti possono continuare a utilizzare i propri ugelli esistenti per posizionare i componenti in package SMD, SOP e QFP standard. Una nuova funzione di controllo dello stato degli ugelli consente agli utenti di automatizzare l'ispezione e la pulizia di routine, garantendo una manutenzione regolare e corretta per massimizzare le prestazioni di fine linea ed evitare tempi di inattività imprevisti.
La testa LM si adatta alle macchine YRM utilizzando la stessa interfaccia delle altre teste. D'altra parte, il nuovo software di riconoscimento delle caratteristiche per la camera multipla YRM aumenta la dimensione massima del package IC riconoscibile da 55 mm a 130 mm e il numero massimo di sfere BGA da 4.000 a 20.000. Si tratta di un miglioramento significativo che consente al sistema di riconoscere e allineare package FPGA e ASIC di grandi dimensioni. 
Figura 4. Testa di posizionamento per componenti di grandi dimensioni fino a 130 mm x 200 mm.
Conclusione
: per soddisfare le ultime esigenze dei principali clienti nei mercati delle telecomunicazioni, dei data center e dell'automotive, i produttori di apparecchiature devono ampliare le proprie capacità per gestire componenti di grandi dimensioni e pesanti. La maggiore flessibilità delle attuali macchine per il montaggio di componenti SMD consente alle aziende di adattarsi rapidamente e posizionare tutti i componenti, dai piccoli componenti passivi SMD agli ASIC multi-chip e ai connettori push-fit ad alto numero di pin, con elevata velocità ed efficienza. La testa di posizionamento è il punto centrale di modifica, che richiede adattamenti agli ugelli e alle pinze, al controllo della forza, alla visione, all'illuminazione e al controllo del movimento sugli assi Z e R. Una testa di posizionamento ultra-flessibile che integri queste modifiche offre ai produttori una soluzione economicamente vantaggiosa per sfruttare le opportunità future.
