최근 01005 디바이스가 일반 소비가전기기로 그들의 영역을 넓히고 있다. 이와 대조적으로 제조업체의 최종 가전기기 감소 노력과 OEM 업체들의 생산비용 절감 실현을 목표로, 부품 사이즈 변화에 대응하는 픽&플레이스 장비들을 꾸준하게 요구하고 있다. 많은 업체들이 01005 부품을 준비하고 있으며, 가능성에 대해 신경을 쓰고 있다. 대부분 디바이스 미스 배치에 의해 유발되는 형편없는 FPY(first pass yield)에 대한 이야기를 들을 것이다.

2004년 경에 등장한 01005 칩 부품은 전체 전자산업용 장비 어셈블리 업계에게 확실한 해결책을 요구했다. 부품의 최소형 사이즈는 육안으로 보기도 어려울 뿐만 아니라 고정밀도로 확실하게 단독으로 실장하는 것 또한 힘들다. 설계자들도 이들 부품을 포함하여 다루기 어려워졌다. 특히 공간적으로 제약을 받는 휴대전화와 PDA 관련 종사자들조차도 그러하다. 그래서 ‘주요’ 대량 생산 업종에서는 너무나 많은 도전에 직면해 있어서 이들 부품을 회피하고 있다.
초소형 부품은 RF 특성을 향상하고 더 적은 전력을 소비하는 반면, 집적 레벨이 증가하는 모듈에 국부적으로 사용되어 왔다. 실제로, 01005 부품은 대량 생산성을 지니고 있으나 산업계에서는 특별사항으로 여겨지고 있다.



최근 01005 디바이스가 일반 소비가전기기로 그들의 영역을 넓히고 있다. 이와 대조적으로 제조업체의 최종 가전기기 감소 노력과 OEM 업체들의 생산비용 절감 실현을 목표로, 부품 사이즈 변화에 대응하는 픽&플레이스 장비들을 꾸준하게 요구하고 있다. 많은 업체들이 01005 부품을 준비하고 있으며, 가능성에 대해 신경을 쓰고 있다. 대부분 디바이스 미스 배치에 의해 유발되는 형편없는 FPY(first pass yield)에 대한 이야기를 들을 것이다.
초소형 칩 부품은 점차 장비제조 업체들에게 궁극적인 도전을 양산하고 있다(그림 1 참조). 그러나 이들 부품을 실장하는데 현재 많은 경험들에 의존하고 있다. Assembleon 머신들은 2005년부터 이들 부품을 대응하고 있으며, A-시리즈 머신들은 태생적으로 이들 소형 부품에 적합하다. 병렬식으로 이동하는 잘 조절된 멀티플의 플레이스먼트 헤드의 움직임은 매우 정교한 플레이스먼트 프로세스를 가능하게 한다. 싱글 헤드가 초고속으로 움직이는 산업계 주류의 겐트리 시스템보다 더욱 우월하다. 겐트리 헤드는 부서지기 쉬운 부품의 폐해를 회피하기가 어려운 거대한 무게를 가지고 있다. 그래서 01005 부품을 실장할 때 속도가 절반 이상으로 줄어들어서 산업계 요구와 정반대로 실장 당 비용이 증가한다. 절반의 속도로 움직이기에 겐트리 실장 프로세스는 적합하게 컨트롤하지 못한다.
꾸준히 연구한 어셈블론의 연구소에 따르면, 성공적인 실장을 위해 장비 제조업체들은 프로세스를 전체적인 관점에서 바라봐야만 한다. 커다란 부품과 소형 부품이 혼합된 것은 예를 들면, 스텐실 프린터의 경우에 매우 어렵다.
아울러, 부품들은 paper dust라는 새로운 문제가 대두되고 있는 paper tape로 여전히 패키지되어 있다. 플레이스먼트 시스템을 선택할 때, 결함 준위(defect level)이 가장 중요하다. 프로세스에서는 실장 불량을 피하기 위해 지속적으로 관찰되어야만 한다. 스텐실 및 플레이스먼트 프로세스는 현재 성숙되었고, 커다란 부품의 백만개 당 10개 이하의 불량이라는 높은 품질을 이루고 있다. 

01005 픽 공정        

01005 부품용 pick 프로세스는 매우 안정적이어야만 한다. 부품사이가 매우 좁아야하기 때문에(그림 2 참조), 노즐의 픽-업 지점은 부품의 중앙에서 이뤄져야만 한다. 노즐이 중심에서 비껴져서 부품을 픽업하고 성공적으로 정렬한다고 하더라도 노즐이 중심에서 벗어났을 때는 실장이 실패할 수도 있다. 노즐 오프셋(그림 3 참조)이 실장 오프셋을 초래할 수 있거나 혹은 이미 실장되어 있는 인접 부품에 피해를 끼칠 수도 있다.

1998년 발표한 Assembleon의 인텔리전트 테이프 피더는 소형화를 향한 SMT 트렌드를 예견한 제품이다. 각각의 피더는 30미크론의 반복정밀도로 조정되어서 01005 부품을 대응할 수 있다. 테이프 타입에서는 성공적인 01005 부품 pick을 위해 정확하게 위치되었어야만 했으나 패키징 타입에서는 성공적인 01005 픽&플레이스먼트을 위한 중대한 요소가 되기 시작했다. 
전통적인 공압식, 기계식 혹은 고속 전기식 테이프 피딩 시스템과 달리, 수평적 픽&플레이스 시스템 내의 피더는 아웃풋 감소 없이 늘어난 인덱스 타임을 가능하게 한다. 길어진 인덱스 타임은 인덱스 모션을 컨트롤하도록 더 많은 시간을 제공한다. 가속 및 감속 프로파일을 이용해 테이프 이동을 컨트롤하기 때문에 부품은 자체 구멍에 가능한 안정적으로 존재할 수 있을 것이다. 핸들링 테이프 보호기능의 추가적인 이점은 자체 캐리어로부터 커버 테이프를 분리할 때 발생하는 정전기 및 대량의 paper dust를 감소시킨다는 것이다. 정전기는 테이프 내에서의 포지션에 영향을 끼친다(실종, 기울임, 부품 이동 등). Paper dust는 소형 부품의 우수한 솔더링을 방해함으로써 최종 전자기기의 전체 품질에 영향을 끼친는 요소이기도 하다.
상대적으로 넓은 8mm의 와이드 테이프는 단지 01005 부품에만 적합하지 않을 수 있다. 산업계에서는 새로운 테이프(그림 4 참조)를 소개함으로써 이를 인식하게 되었다. 1mm 피치이며, 정전기 방지 기능의 양각 장식으로 된 새로운 4mm 테이프가 빠르게 산업계 표준이 되기 시작했다. Assembleon의 4mm 피더는 이 새로운 테이프를 완전하게 지원하고 있으며 또한 테이프 소모를 극명하게 감소시키고 있다. 

잘 컨트롤된 pick, 시작으로부터의 부품 피해 방지  
            
물론 시작점부터 전적으로 부품을 취급하는 것은 아니다: 부품이 테이프 포켓에 놓일 때 픽&플레이스 동작은 이미 자리를 잡고 있다. 장비 사용자들은 이 운용의 특성을 알아야만 한다.
전체 프로세스를 보장하는 것은 다음과 같은 컨트롤이다. 첫 번째 단계는 최대한 부품의 피해를 예방하기 위해 controlled force로 부품을 집는 것이다. Assembleon의 A-시리즈에는 controlled low force로 매번 부품을 집을 수 있도록 보장하는 측정시스템의 첨단 알고리즘이 적용되어 있다. 또한 확실한 보장을 위해 측정된 수치를 ‘청사진’과 비교하기도 한다. Assembleon의 6-시그마는 어떠한 실장 미스가 적정하게 정확히 시정되는 지를 보장한다.

01005 정렬 및 이동 

Assembleon의 Laser alignment unit은 거의 1㎛의 첨단 보간 알고리즘(interpolation algorithm)으로 부품을 신속하게 측정한다. 01005 부품의 가장 정확한 얼라인먼트로 가용할 수 있다. Laser alignment unit은 01005 부품이 노즐의 가장자리에 접착되거나 튬스톤으로 접착되는지를 결정할 수 있다. 특히나 그림 5에서 보는 바와 같이 평판 레지스터에서 중요하다.



유닛은 부품의 비접촉 고속 위치 피드백을 제공하고, 그림자 분석 및 정보수집으로 위치와 치수를 결정한다(그림 6 참조).
Laser alignment unit은 또한 끊임없이 부품 존재의 유무를 점검하기도 한다. 이는 부품을 흡착한 노즐이 지정 장소에 내려질 때 부품 실장 위치에 정확하게 이동하여 부품이 내려지는 것을 보장한다.
부품 laser alignment unit의 성능을 여러 번의 테스트를 통해 점검했다. 01005 레지스터 부품은 동일한 설정으로 최초 100번 측정되었다. 그 결과 표준 편차가 1㎛이하라는 것을 알 수 있었다. 다음으로, 500개 이상의 서로 다른 01005 레지스터 부품이 0.0239mm의 폭 편차와 0.0243mm 너비 편차로 측정되었다. 폭 및 너비 수치는 매우 늘어난 부품의 리드를 측정하기 위해 부품 사양보다 매우 넓게 했다.

실장력 정의  


         
실장력은 두 가지로 구분할 수 있다; 임팩트 순간 이후 실장력 잠시 멈춤이라는 현상이 바로 뒤에 이어진다(그림 7 참조). 01005 실장을 위해 매우 적은 힘이며 정확하고 안정적인 실장력 컨트롤이 중요하다. 노즐 팁과 부품 간의 접촉면이 적으면 적을수록 부품이 받는 스트레스는 더 커진다. 01005 칩의 최상의 실장력은 2N 혹은 더 낮아야 한다(그러나 부품 제공업체의 사양을 점검해야 한다).
전형적인 일반 실장 동작은 다음의 동작으로 진행된다;
가) 부품을 흡착한 노즐이 가능한 최고의 ‘탐색된’ 속도로 아 래
     로 움직이고, 부품의 밑바닥이 확정된 높이에 도달할 때 감
      속한다.
나) 그래서 부품을 흡착한 노즐은 부품이 제 위치에 놓이도록
     하기 위해 PCB 표면보다 더 좁은 위치에 도착할 때까지 ‘탐
     색된 속도’로 아래로 움직인다.
다) 휴지력은 명확한 너비에 힘이 가해지는 기계적인 스프링에
     의해 컨트롤되었다. 이는 일반적으로 보드의 높이를 참조하
     여 정의된다.

대부분의 시스템이 이 방식을 이용하나 성공적인 01005 실장을 보장하지는 않는다. A-시리즈 실장 프로세서에는 원하는 유지력을 향해 설정된 힘을 지닌 어떠한 임팩트 힘이 없다.

실장 휴지력     
        
전통적인 시스템에서, 기계적인 스프링의 너비는 다음과 같이 실장 휴지력을 결정한다;

Fplacement = Fpretention + zC

이 식에서 C는 스프링 요소(gr/mm)이고, z는 오버-트레블(over-travel, mm) 너비이다. 01005 부품의 경우, 스프링 요소와 오버-트레블 너비 양 쪽 모두는 요구되는 실장력과 휴지력 때문에 매우 적어야만 한다. 휴지력은 스프링의 실제 압력이 다음 요인에 영향을 받기 때문에 상당히 수정될 수 있다;
▶ PCB 높이 차이
▶ PCB 휨
▶ PCB 경도/탄성
▶ 평형 전송
▶ 기계적인 스프링의 조건

첨단 Z-서보 메커니즘     
                  
신뢰할 수 있는 실장과 적당한 휴지력은 실장력 컨트롤 프로세스로부터 모든 이들 요인들의 충격 흡수를 요구한다. 전통적인 기계적인 스프링 대신에, Assembleon은 첨단 Z-서보 메커니즘을 이용했다.



그림 8은 A-시리즈의 클로즈-루프 실제 실장력 컨트롤 프로세스를 보여주고 있다. 이는 부품 타입, PCB 타입, PCB 조건, 휨 및 전송 시스템에 관계없이 원하는 수준의 실장 휴지 및 힘을 제공한다. A-시리즈 실제 힘 컨트롤 시스템은 실장 헤드에 내재된 클로즈 루프 시스템을 활용하여 실장력을 다이내믹하게 관찰한다.

일반적인 실장    


       
실장 동작의 첫 번째 부분 동안, 실장 헤드의 Z-축은 고속으로 아래로 움직인다. ‘탐색한 지역’에 도달했을 때, 속도는 탐색된 속도로 감속된다(그림 9 참조). 보드와의 접촉이 감지될 때까지 하향 움직임이 지속된다.
첨단 충돌 탐지 메커니즘은 특정 오류 충돌 시그널을 제거하나 심지어 보드가 예상했던 것 보다 더 낮더라도 부품이 확실하게 실장되도록 할 것이다. 게다가 전체 수명동안 모든 실장을 기록할 것이고, 작업자에게 경고할 것이다. 이러한 동작들이 실장 품질에 커다란 영향을 미칠 것이다. 그리고 마지막으로, 첨단 충돌 방지 메커니즘은 지점 탐색을 감소함으로써 고속으로 그 다음의 실장을 가능하게 하도록 PCB의 표면 굴곡을 기록한다(심지어 3D 마운팅에서 조차 적용이 가능하다).



확실하게 낮고 안정적인 실장력의 경우, Assembleon의 픽앤플레이스 프로세스는 실시간 및 클로즈 루프 실장 메커니즘을 이용한 힘을 측정할 뿐만 아니라 청사진 수치를 자체적으로 비교한다(그림 10 참조). 또한 노즐이 올라갈 때, 노즐에 남아 있는 것으로부터 부품을 보호하기 위해 속도는 노즐 팁과 부품 간의 접촉을 멈추기에 매우 충분하다. 모니터링 시스템은 실장 이후 부품이 노즐로부터 즉시 떨어졌는지를 감시한다. 이 품질 점검은 청사진 수치를 충족시키지 않은 특정 행동을 걸러내고, 설비 수명의 전체를 통해 값비싼 보드 리웍 가능성을 회피하게 하기 위해 제시간에 작업자에게 경고한다.

실장력 컨트롤 테스트    


                    
고품질 및 실장력 신뢰성을 보장하기 위해 측정은 가장 나쁜 경우의 시나리오를 택해 실시되었다. 측정은 경성 알루미늄 서브스트레이트에서 실행되었다(그림 11 참조). 보드에 포스 센서가 쏘여지고, 실행되지 않은 탐색과 실제 생산속도와 동일한 충돌 속도에서 압전전기센서가 작동하여 직접적으로 픽앤플레이스된다. 부품들은 실제 생산프로세스에서 테이프 혹은 이들 충격완충 작동으로 페이스트에 놓이지 않는다.

A-시리즈 수평적 실장 디자인은 느린 멀티플 수평적 로봇 이동으로도 높은 처리 속도를 자랑한다. 매순간 부품 픽앤플레이스 컨트롤을 가능한 최적화시키는 하나의 노즐을 이용해 단지 하나의 플레이스먼트 헤드로 이 모든 동작을 실행한다. 부품들이 머신의 처리량에 어떠한 영향을 끼치지 않으면서 일정한 충돌력과 매우 잘 컨트롤된 휴지력을 가지고 픽앤플레이스될 수 있다.
하나의 테스트는 동일한 노즐로 여러 개의 실장 헤드와 신뢰성을 점검하기 위해 실장 로봇을 적용했다. 테스트에서 A-시리즈 실장력 컨트롤 시스템이 매우 정확하고, 안정적이며 반복정밀도가 뛰어난 실장력을 지녔음을 확인할 수 있었다. 노즐 팁은 2천만번의 픽 수명을 가지고 있기 때문에, 하나의 노즐용 접촉 품질은 근 3년 간의 생산기간에도 여전히 남아 있다(그림 12 참조).



장착 정밀도                
부품 간극이 01005 부품에 있어서 핵심이다. 일례로, 80㎛ 부품 간극의 경우, 회전 오프셋을 제외하더라도 최소한의 정도는 40㎛이 되어야만 한다. SMT 로드맵에서는 01005 간극이 60㎛이 될 것으로 예상하고 있다. 그래서 정도는 매우 필수적이다.
픽앤플레이스 제공업체들은 설비의 정확도로써 반복정밀도를 정의한 IPC-9850 표준에 맞춰 정확도를 일반적으로 정의하고 있다. 그러나 실제 생산환경 내에서의 실제 픽앤플레이스 성능을 말하는 것은 아니다. 전통적으로 픽앤플레이스 머신의 정도는 다음의 영향을 받는다.
▶ 머신을 관통하는 보드의 이동
▶ 보드 피디셜 혹은 아트웍의 측정
▶ 부품의 측정
▶ 부품의 실장

각 단계는 정도에 영향을 미치는 다양한 변수를 소개하고 있다. 각 변수는 평균에서 편차 오프셋 의미에 영향을 미치는 오류에 기여할 것이다.
Assembleon에서는 정확도 측면에서 IPC-9850 특성 규칙에 일치시켰다.
▶ 부품의 중앙에서 정의된 X, Y 및 Rz 편차의 반복정밀도
▶ X, Y 및 Rz의 CpK 1.33 규격한계
▶ 이러한 규격한계에는 다음의 사항으로 구성되어 있다.
- 규칙적인 오류를 나타내는 평균 혹은 평균 값(예, 캘리브레이
   션 감소)
- 픽앤플레이스 프로세스 내에서 발생하는 사소한 오류와 관계
    된 반복정밀도는 4-시그마 수준으로 되었다.

앞의 기준을 토대로 보면, AX 시리즈는 로테이션을 포함하여 50㎛@4-시그마의 정도 및 40㎛@3-시그마의 정도를 보이고 있다.

A-시리즈 실제 01005 프로세스에서의 테스트       
72개의 부품이 이미 실장된 사이에 50㎛ 간격으로 01005 부품 장착을 테스트하였다. 보드는 장비에서 두 배의 프로세스가 진행되었다. 부품의 두 번째 배치는 다른 릴로부터 픽업되었고, 다른 로봇에 의해 실장되었다. 부품은 어떠한 불량 없이 완벽하게 실장되었다(그림 13).



01005 부품에 대한 요구가 지속될 것이고, 예상되는 여러 가지 문제들은 부품, 캐리어 테이프 재질, 솔더 페이스트, 스크린프린팅, 리플로우 및 검사기 등을 포함한 각 프로세스 내에서 해결되어야만 한다. 이들 공정에서는 혁신적인 기술과 프로세스가 필요할 뿐만 아니라 고객들과 재료 공급자들간의 긴밀한 의사소통이 필요하다. 이 방법을 통해 전체 생산공정에서 불량을 최소화하기 위해서는 전체 생산라인에서 100만개 당 30개 이하의 불량이 나타나야 한다. 이는 생산라인에서 연간 수백만 달러의 차이를 보임을 의미한다.