عملية اختيار ووضع في تكنولوجيا تركيب السطح: المبادئ الأساسية والتحديات التقنية والمستقبل
التطور
مقدمة
عملية الاختيار والمكان (التكنولوجيا المثبتة على السطح) هي الحلقة الأساسية لتكنولوجيا التثبيت على السطح (SMT) ،والتي تقوم بتثبيت المكونات الميكروإلكترونية بدقة إلى المواقع المحددة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) من خلال معدات آلية عالية الدقةهذه العملية تحدد مباشرة موثوقية وكفاءة الإنتاج ودرجة التكامل للمنتجات الإلكترونية.إنترنت الأشياء والإلكترونيات للسياراتلقد كسرت تكنولوجيا "بيك آند بلاس" باستمرار حدود الدقة والسرعة، وأصبحت حجر الزاوية في تصنيع الإلكترونيات الحديثة.هذه المقالة سوف تحلل بشكل شامل آلية التشغيل واتجاه التنمية لهذه العملية من جوانب مثل هيكل المعدات، مبدأ العمل، التحديات التقنية الرئيسية والاتجاهات المستقبلية.
هيكل أساسي ومبدأ عمل جهاز الاختيار
يعمل جهاز الاختيار والوضع (آلة تركيب السطح) بالتعاون من خلال وحدات دقة متعددة ، ويتضمن هيكله الأساسي:
نظام التغذية
نظام التغذية ينقل المكونات في الشريط أو الأنبوب أو الصحن إلى موقع التقاط من خلال جهاز التغذية.يستخدم طعام الشريط المعدات لدفع الشريط المواد لضمان إمدادات مستمرة من المكوناتيعدل المغذّي الهزّي إيقاع التغذية بتردد الاهتزاز (200-400 هرتز).
نظام تحديد الموقع البصري
أجهزة وضع تكنولوجيا التثبيت السطحي (SMT) مجهزة بكاميرات عالية الدقة وخوارزميات معالجة الصور.من خلال تحديد نقاط العلامة وخصائص المكونات على اللوحة (مثل المسافة بين الدبوسات و علامات القطبية)، فإنه يحقق دقة تحديد المواقع تحت الميكرون (أقل من ± 15μm). على سبيل المثال ، يمكن لتكنولوجيا محاذاة رؤية الطيران إكمال تحديد المكونات أثناء حركة الذراع الروبوتية ،وسرعة التثبيت يمكن أن تصل إلى 15048 نقطة في الساعة
رأس التثبيت وصمام الشفط
يستخدم رأس التثبيت تصميمًا موازًا من فوهات امتصاص متعددة (عادة ما تكون فوهات امتصاص من 2 إلى 24) ، ويمتص المكونات من خلال الضغط السلبي في الفراغ (-70 kpa إلى -90 kpa).المكونات ذات الأحجام المختلفة تحتاج إلى مطابقة مع فوهات امتصاص مخصصة: 0402 المكونات تستخدم فوهات امتصاص مع فتحة 0.3mm، في حين أن المكونات الكبيرة مثل QFP تتطلب فوهات امتصاص أكبر لزيادة قوة الامتصاص بنسبة 79.
نظام التحكم بالحركة
نظام القيادة الخدمية ثلاثي المحاور X-Y-Z ، جنبا إلى جنب مع السكة الحديدية الخطية ، يحقق حركة دقيقة عالية السرعة (≥ 30,000CPH). على سبيل المثال ، في مجال المكونات ذات الحجم الكبير ،يتم تقليل سرعة الحركة لتقليل تأثير الثبات، في حين في مجال المكونات الدقيقة ، يتم اعتماد خوارزمية تحسين المسار عالية السرعة لتحسين الكفاءة 910.
الروابط التقنية الرئيسية في سير العملية
تحتاج عملية الاختيار والمكان إلى تنسيق وثيق مع العمليات الأمامية والخلفية. وتشمل الخطوات الرئيسية:
طباعة معجون اللحام وكشف SPI
يتم طباعة معجون اللحام على لوحات PCB من خلال شبكة الفولاذ الليزر (مع خطأ فتح ≤ 5%).يؤثر ضغط المفرش (3-5 كجم / سم 2) وسرعة الطباعة (20-50 ملم / ثانية) بشكل مباشر على سمك معجون اللحام (مع خطأ ± 15٪)بعد الطباعة ، يتم ضمان حجم وشكل للوفاء بمعيار 410 من خلال فحص معجون اللحام ثلاثي الأبعاد (SPI).
اختيار المكونات وتثبيتها
بعد أن يأخذ رأس التثبيت المواد من Feida ، يقوم النظام البصري بتصحيح الانحراف الزاوي للمكونات (مكافأة دوران محور θ) ، وضغط التثبيت (0.3-0.5N) تحتاج إلى التحكم بدقة لتجنب انهيار معجون اللحامعلى سبيل المثال، الشريحة BGA تتطلب تصميم فتحة استنفاذ إضافية لتحسين تأثير اللحام 410.
لحام إعادة التدفق ومراقبة درجة الحرارة
يتم تقسيم فرن اللحام بإعادة التدفق إلى أربع مراحل: التسخين المسبق ، الغمر ، إعادة التدفق والتبريد.يجب الحفاظ على درجة حرارة الذروة (235-245 درجة مئوية للعملية الخالية من الرصاص) بدقة لمدة 40-90 ثانيةيتم استخدام معدل التبريد (4-6 درجة مئوية / ثانية) لمنع مفصل اللحام من الانكسار. سرعة المحرك الهواء الساخن (1500-2500rpm) يضمن توحيد درجة الحرارة (± 5 درجة مئوية) 410.
فحص الجودة والإصلاح
الفحص البصري التلقائي (AOI) يحدد العيوب مثل الانحراف واللحام الخاطئ من خلال مصادر الضوء متعددة الزوايا ، مع معدل خطأ أقل من 1 ٪.يتم استخدام فحص الأشعة السينية (AXI) لتحليل العيوب الداخلية لمفاصل اللحام الخفية مثل BGAتستخدم عملية الإصلاح أسلحة الهواء الساخن وأحجار اللحام ذات درجة حرارة ثابتة. بعد الإصلاح ، يطلب التحقق من الفرن الثانوي.
التحديات التقنية والحلول المبتكرة
على الرغم من نضج التكنولوجيا، لا يزال بيك آند بلاس يواجه التحديات الأساسية التالية:
دقة تركيب المكونات الدقيقة
المكون 01005 (0.4mm × 0.2mm) يتطلب دقة تركيب ± 25μm.يجب اعتماد شبكة الصلب على نطاق نانوي (سمك ≤50μm) وتكنولوجيا فوهات الشفط المكيفة للتكيف مع الفراغ لمنع المواد من الطيران أو الانحراف 410.
المكونات غير العادية والترابط عالي الكثافة
بالنسبة للتغليف QFN ، يجب ترقية شبكة الصلب إلى 0.1mm وإضافة ثقوب العادم. تتطلب التغليف المكدس ثلاثي الأبعاد (مثل SiP) أن تدعم آلة تركيب السطح محاذاة متعدد الطبقات,ودقة الحفر بالليزر يجب أن تكون أقل من 0.1mm 410.
حماية العناصر الحساسة للحرارة
يجب أن يقلل وقت رد المكونات مثل LEDs بنسبة 20٪ لمنع اصفرار العدسات.حماية النيتروجين (حجم الأكسجين ≤1000ppm) في لحام الهواء الساخن يمكن أن تقلل من الحام الزائف الناجم عن الأكسدة 47.
الاتجاهات التنموية المستقبلية
دمج الذكاء والذكاء الاصطناعي
سيتم دمج الذكاء الاصطناعي بشكل عميق في نظام AOI ، وسيتم تحديد أنماط العيوب من خلال التعلم الآلي ، مما يقلل من معدل سوء الحكم إلى أقل من 0.5٪.أنظمة الصيانة التنبؤية يمكن أن تنشر تحذيرات مبكرة عن فشل المعدات، مما يقلل من وقت التوقف بنسبة 30%410.
صناعة مرنة عالية
تدعم آلة تكنولوجيا تركيب السطح (SMT) العضوية التبديل السريع لوظائف الإنتاج، وبالتزامن مع نظام MES، تمكن من إنتاج العديد من المجموعات والفئات الصغيرة.يمكن لـ AGV وأنظمة التخزين الذكية تقليل وقت إعداد المواد بنسبة 50٪.
تقنية التصنيع الخضراء
أدى انتشار اللحام الخالي من الرصاص (سبائك Sn-Ag-Cu) وعمليات لحام درجة الحرارة المنخفضة إلى خفض استهلاك الطاقة بنسبة 20٪.الحد من انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة بنسبة 90%310.
التكامل المتعدد والتعبئة المتقدمة
تقنية 3D-IC للشرائح 5G و AI تدفع تطوير آلات تكنولوجيا تركيب السطح (SMT) نحو الركائز الرقيقة للغاية (≤0.2mm) والتراكم عالي الدقة (± 5μm) ،وتكنولوجيا وضع المساعدة بالليزر ستكون المفتاح.
الاستنتاج
عملية الاختيار والوضع تعزز باستمرار التقدم في التصنيع الإلكتروني نحو الكثافة العالية والموثوقية العالية من خلال الابتكار التعاوني للآلات الدقيقة،الخوارزميات الذكية وعلوم الموادمن فوهات الشفط النانوية إلى أنظمة الكشف القائمة على الذكاء الاصطناعيالتطور التكنولوجي لم يزيد من كفاءة الإنتاج فحسب ، بل قدم أيضًا دعمًا أساسيًا للمجالات الناشئة مثل الهواتف الذكيةفي المستقبل، مع تعميق التصنيع الذكي والخضراء،هذه العملية ستلعب دوراً أكثر أهمية في الابتكار في صناعة الإلكترونيات.
