กระบวนการคัดเลือกและวางในเทคโนโลยีการติดตั้งพื้นผิว (SMT): หลักการหลัก ๆ ความท้าทายทางเทคนิคและอนาคต
วิวัฒนาการ
คําแนะนํา
กระบวนการ Pick and Place (เทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว) เป็นเส้นใยหลักของเทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว (SMT)ที่ติดตั้งองค์ประกอบไมโครเอเล็คทรอนิกส์อย่างแม่นยําในตําแหน่งที่กําหนดไว้บนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ผ่านอุปกรณ์อัตโนมัติความแม่นยําสูงกระบวนการนี้กําหนดโดยตรงความน่าเชื่อถือ, ประสิทธิภาพการผลิตและระดับการบูรณาการของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์อินเตอร์เน็ตของสิ่งของ และอิเล็กทรอนิกส์รถยนต์เทคโนโลยี Pick and Place ได้ทําลายขอบเขตของความแม่นยําและความเร็วอย่างต่อเนื่องบทความนี้จะวิเคราะห์อย่างครบถ้วนกลไกการทํางานและทิศทางการพัฒนาของกระบวนการนี้จากด้านเช่นโครงสร้างอุปกรณ์, หลักการทํางาน, ความท้าทายทางเทคนิคสําคัญและแนวโน้มในอนาคต
I. โครงสร้างพื้นฐานและหลักการทํางานของอุปกรณ์เลือกและวาง
อุปกรณ์ Pick and Place (เครื่องติดตั้งพื้นผิว) ทํางานร่วมกันโดยมีโมดูลความแม่นยําหลายอัน และโครงสร้างหลักของมันประกอบด้วย:
ระบบอาหาร
ระบบอาหารส่งส่วนประกอบในเทป, ท่อหรือตู้ไปยังตําแหน่งการเก็บผ่าน Feederการให้อาหารเทปใช้เกียร์ที่จะขับเคลื่อนเทปวัสดุเพื่อประกันการจําหน่ายอย่างต่อเนื่องของส่วนประกอบเครื่องป้อนอาหารสั่นสะเทือน ปรับจังหวะการป้อนอาหารด้วยความถี่ของสั่นสะเทือน (200-400Hz)
ระบบตั้งตําแหน่งทางสายตา
เครื่องวางเครื่องด้วยเทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว (SMT) มีกล้องความละเอียดสูงและอัลการิทึมในการประมวลภาพโดยการระบุจุด Mark และลักษณะส่วนประกอบบน PCB (เช่นระยะห่าง pin และ polarity marking), มันบรรลุความแม่นยําในการตั้งตําแหน่งใต้ไมครอน (ต่ํากว่า ± 15μm) ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีการจัดสรรภาพการบินสามารถจําแนกองค์ประกอบสําเร็จระหว่างการเคลื่อนไหวของแขนหุ่นยนต์และความเร็วในการติดตั้งสามารถถึง 15048 จุดต่อชั่วโมง
หัวติดตั้งและช่องดูด
หัวการวางใช้แบบปานกลางของจุลสูบหลายจุลสูบ (โดยทั่วไป 2 ถึง 24 จุลสูบ) และดูดซึมองค์ประกอบผ่านความดันลบในระยะว่าง (-70 kpa ถึง -90 kpa)องค์ประกอบที่มีขนาดต่าง ๆ ต้องการให้ตรงกันกับช่องดูดที่พิเศษ: 0402 องค์ประกอบใช้ช่องดูดด้วยช่องเปิด 0.3 มิลลิเมตร ในขณะที่องค์ประกอบขนาดใหญ่ เช่น QFP ต้องการช่องดูดขนาดใหญ่เพื่อเพิ่มแรงการดูดซึมขึ้น 79
ระบบควบคุมการเคลื่อนไหว
ระบบการขับเคลื่อน servo สามแกน X-Y-Z รวมกับรถเลื่อนเส้นตรงสามารถบรรลุการเคลื่อนที่ความละเอียดความเร็วสูง (≥ 30,000CPH)ความเร็วในการเคลื่อนที่ลดลงเพื่อลดลงแรงผลักดันของความอ่อนแอในขณะที่ในส่วนของส่วนประกอบเล็ก ๆ มีการนํามาใช้อัลการิทึมการปรับปรุงเส้นทางความเร็วสูงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ 910.
Ii. สายพันธุ์ทางเทคนิคสําคัญในกระบวนการ
กระบวนการ Pick and Place ต้องประสานงานอย่างใกล้ชิดกับกระบวนการด้านหน้าและด้านหลัง. ขั้นตอนสําคัญประกอบด้วย:
การพิมพ์พลาสต์ลวดและการตรวจพบ SPI
การผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมผสมความดันของเครื่องสกัด (3-5kg/cm2) และความเร็วการพิมพ์ (20-50mm/s) ส่งผลโดยตรงต่อความหนาของผสมผสมผสม (มีความผิดพลาด ± 15%)หลังจากการพิมพ์ ปริมาณและรูปร่างจะรับประกันให้ตรงกับมาตรฐาน 410 ผ่านการตรวจสอบผสม solder 3D (SPI)
การเลือกและติดตั้งส่วนประกอบ
หลังจากที่หัววางของนําวัสดุจาก Feida ระบบภาพแก้ไขการสับเปลี่ยนมุมขององค์ประกอบ (ค่าชดเชยการหมุนแกนθ) และความดันการวาง (0.3-0.5N) ต้องควบคุมอย่างแม่นยําเพื่อหลีกเลี่ยงการล่มสลายของผสมผสมตัวอย่างเช่น ชิป BGA ต้องการการออกแบบหลุมออกเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงผลการผสม 410.
การผสมผสานและควบคุมอุณหภูมิ
เตาเผาผสมแบบรีฟล็อก แบ่งออกเป็น 4 ขั้นตอน: การทําความร้อนก่อน, การดําน้ํา, การทําความเย็นแบบรีฟล็อก และการทําความเย็นอุณหภูมิสูงสุด (235-245 °C สําหรับกระบวนการที่ไม่มีหมู) ต้องถูกต้องรักษา 40-90 วินาที. อัตราการเย็น (4-6 ° C / s) ใช้เพื่อป้องกันการผสมผสาน solder จากการ brittleness. ความเร็วของมอเตอร์อากาศร้อน (1500-2500 rpm) รับประกันอุณหภูมิ uniformity (± 5 ° C) 410.
การตรวจสอบและซ่อมแซมคุณภาพ
การตรวจสอบทางแสงอัตโนมัติ (AOI) ระบุความบกพร่อง เช่น การออฟเฟตและการเชื่อมเท็จผ่านแหล่งแสงหลายมุม โดยมีอัตราการตัดสินที่ผิดพลาดต่ํากว่า 1%การตรวจX-ray (AXI) ใช้สําหรับการวิเคราะห์ความบกพร่องภายในของผสมผสานที่ซ่อนอยู่ เช่น BGA. กระบวนการซ่อมแซมใช้ปืนอากาศร้อนและเหล็กผสมอุณหภูมิคงที่. หลังจากการซ่อมแซม, การตรวจสอบเตาอบรองที่จําเป็น.
ท้าทายทางเทคนิคและการแก้ไขใหม่
ถึงแม้ว่าเทคโนโลยีจะเจริญเติบโต แต่บริษัท Pick and Place ยังต้องเผชิญกับปัญหาหลักต่อไปนี้
ความแม่นยําในการติดตั้งของชิ้นส่วนเล็ก ๆ
องค์ประกอบ 01005 (0.4mm × 0.2mm) ต้องการความแม่นยําในการติดตั้ง ± 25μmควรนําเทคโนโลยีเครือเหล็กขนาดนาโน (ความหนา ≤ 50μm) และเครื่องดูดระบายน้ําแบบปรับปรุงเพื่อป้องกันการบินของวัสดุหรือการเบี่ยงเบน.
องค์ประกอบที่ไม่ปกติและการเชื่อมต่อความหนาแน่นสูง
สําหรับ QFN แพ็คเกจ Mesh เหล็กควรถูกลดความละเอียด 0.1 มิลลิเมตรและหลุมไอออกควรเพิ่ม,และความแม่นยําของการเจาะเลเซอร์ต้องต่ํากว่า 0.1mm 410.
การคุ้มครององค์ประกอบที่มีความรู้สึกต่อความร้อน
ระยะเวลาการกลับของส่วนประกอบ เช่น LED ต้องถูกสั้นลง 20% เพื่อป้องกันการเหลืองของเลนส์การป้องกันไนโตรเจน (ปริมาณออกซิเจน ≤ 1000ppm) ในการปั่นอากาศร้อนสามารถลดการปั่นเท็จที่เกิดจากการออกซิเดชั่น 47.
IV. แนวโน้มการพัฒนาในอนาคต
การบูรณาการของความรู้และ AI
อุปัญญาประดิษฐ์จะถูกนําเข้าอย่างลึกซึ้งในระบบ AOI และรูปแบบความบกพร่องจะถูกระบุผ่านการเรียนรู้เครื่องจักร โดยลดอัตราการตัดสินผิดพลาดลงต่ํากว่า 0.5%ระบบบํารุงรักษาแบบคาดการณ์ สามารถเตือนทันทีถึงการล้มเหลวของอุปกรณ์, ลดเวลาหยุดทํางาน 30%410.
การผลิตที่มีความยืดหยุ่นสูง
เครื่องแบบแบบจําลองเทคโนโลยีการติดบนพื้นผิว (SMT) สนับสนุนการเปลี่ยนงานการผลิตอย่างรวดเร็ว และรวมกับระบบ MES ทําให้สามารถผลิตหลายชนิดและชุดเล็ก ๆAGV และระบบคลังสินค้าที่ฉลาดสามารถลดเวลาในการเตรียมวัสดุได้ถึง 50%.
เทคโนโลยีการผลิตสีเขียว
การประชาสัมพันธ์ของผสมผสมไร้鉛 (สหรัฐ Sn-Ag-Cu) และกระบวนการผสมอุณหภูมิต่ําได้ลดการบริโภคพลังงานลงถึง 20% สารทําความสะอาดที่ใช้ในน้ําได้แทนตัวละลายอินทรีย์ลดการปล่อย VOCs 90%310.
การบูรณาการแบบไม่เท่าเทียมกัน และการบรรจุพัสดุที่ทันสมัย
เทคโนโลยี 3D-IC สําหรับชิป 5G และ AI ดําเนินการพัฒนาเครื่องมือเทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว (SMT) สู่พื้นฐานบางสุด (≤0.2mm) และการสต๊อปปิ้งความแม่นยําสูง (± 5μm)และเทคโนโลยีการวาง laser-assisted จะเป็นกุญแจ.
สรุป
กระบวนการ Pick and Place ส่งเสริมการพัฒนาการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ไปสู่ความหนาแน่นสูงและความน่าเชื่อถือสูงอัลกอริทึมที่ฉลาดและวิทยาศาสตร์วัสดุจากเครื่องดูดน้ําขนาดนาโน ไปยังระบบตรวจจับที่ใช้ AIวิวัฒนาการทางเทคโนโลยี ไม่เพียงแต่เพิ่มประสิทธิภาพการผลิต แต่ยังให้การสนับสนุนพื้นฐานสําหรับสาขาที่กําลังเกิด เช่น สมาร์ทโฟนในอนาคต ด้วยการผลิตที่ฉลาดและเขียวกระบวนการนี้จะมีบทบาทสําคัญยิ่งขึ้น ในการนวัตกรรมของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์.
