فرآیند انتخاب و قرار دادن در تکنولوژی نصب سطح (SMT): اصول اصلی، چالش های فنی و آینده

فرآیند انتخاب و قرار دادن در تکنولوژی نصب سطح (SMT): اصول اصلی، چالش های فنی و آینده

تکامل
مقدمه
فرآیند انتخاب و قرار دادن (تکنولوژی نصب سطح) پیوند اصلی فناوری نصب سطح (SMT) است.که قطعات میکروالکترونیک را به طور دقیق به مکان های تعیین شده بر روی صفحه مدار چاپی (PCB) از طریق تجهیزات خودکار با دقت بالا نصب می کنداین فرآیند به طور مستقیم قابلیت اطمینان، بهره وری تولید و درجه ادغام محصولات الکترونیکی را تعیین می کند.اینترنت اشیاء و الکترونیک خودرو، تکنولوژی Pick and Place به طور مداوم از محدودیت های دقت و سرعت عبور کرده و تبدیل به سنگ بنای تولید الکترونیک مدرن شده است.این مقاله به طور جامع مکانیسم عملیاتی و جهت توسعه این فرآیند را از جنبه هایی مانند ساختار تجهیزات تجزیه و تحلیل خواهد کرد، اصول کار، چالش های کلیدی فنی و روند آینده.

I. ساختار اصلی و اصل کار دستگاه انتخاب و قرار دادن
دستگاه Pick and Place (ماشین نصب سطح) با استفاده از چند ماژول دقیق کار می کند و ساختار اصلی آن شامل موارد زیر است:

سیستم تغذیه
سیستم تغذیه اجزای موجود در نوار، لوله یا سینی را از طریق فیدر به موقعیت جمع آوری می رساند.تغذیه نوار استفاده می کند دنده برای رانندگی نوار مواد برای اطمینان از تامین مداوم از اجزای. خورنده بزرگ لرزان ریتم تغذیه را با فرکانس لرزش (200-400 هرتز) تنظیم می کند.

سیستم موقعیت گیری بصری
دستگاه قرار دادن تکنولوژی نصب سطح (SMT) مجهز به دوربین های با وضوح بالا و الگوریتم های پردازش تصویر است.با شناسایی نقاط مارک و ویژگی های قطعات بر روی PCB (مانند فاصله پین و نشانه های قطبی)برای مثال، تکنولوژی تراز دید پرواز می تواند شناسایی قطعات را در حین حرکت بازوی رباتیک تکمیل کند.و سرعت نصب می تواند به 150،48 نقطه در ساعت

سر نصب و نوزل مکش
سر قرار دادن یک طراحی موازی از نوزل های مکش چندگانه (معمولا 2 تا 24 نوزل مکش) را اتخاذ می کند و اجزای را از طریق فشار منفی خلاء (-70 kpa تا -90 kpa) جذب می کند.اجزای اندازه های مختلف باید با نوزل های مکش اختصاصی مطابقت داشته باشند.: قطعات 0402 از نوزل های مکش با دیافراگم 0.3 میلی متر استفاده می کنند، در حالی که قطعات بزرگتر مانند QFP نیاز به نوزل های مکش بزرگتر برای افزایش نیروی جذب 79 دارند.

سیستم کنترل حرکت
سیستم سه محور X-Y-Z در ترکیب با ریل اسلاید خطی، حرکت دقیق با سرعت بالا (≥30,000CPH) را به دست می آورد. به عنوان مثال در زمینه قطعات بزرگ،سرعت حرکت برای به حداقل رساندن تاثیر جاودانگی کاهش می یابد، در حالی که در زمینه میکرو اجزای، یک الگوریتم بهینه سازی مسیر با سرعت بالا برای افزایش بهره وری 910.

Ii. پیوندهای کلیدی فنی در جریان فرآیند
فرآیند انتخاب و قرار دادن باید با فرآیندهای فرنتند و بک اند هماهنگ شود. مراحل کلیدی شامل:

چاپ خمیر جوش و تشخیص SPI
پسته ی جوش دهنده از طریق شبکه ی فولادی لیزر (با خطای باز شدن ≤۵٪) روی پد های PCB چاپ می شود.فشار اسپری (3-5kg/cm2) و سرعت چاپ (20-50mm/s) به طور مستقیم بر ضخامت خمیر جوش (با خطای ±15٪) تأثیر می گذاردپس از چاپ، حجم و شکل با استاندارد 410 از طریق بازرسی 3D پایش سولدر (SPI) تضمین می شود.

انتخاب و نصب قطعات
پس از اینکه سر قرار دادن مواد را از Feida می گیرد، سیستم بصری تغییر زاویه ای اجزای (تعویض چرخش محورθ) و فشار قرار دادن (0.3-0.5N) نیاز به کنترل دقیق برای جلوگیری از فروپاشی خمیر جوشبه عنوان مثال تراشه BGA نیاز به یک طراحی سوراخ خروجی اضافی برای بهینه سازی اثر جوش 410.

جوشاندن مجدد و کنترل دمای
کوره جوش مجدد به چهار مرحله تقسیم می شود: پیش گرم کردن، غوطه ور کردن، جریان مجدد و خنک کردن.دمای اوج (235-245 °C برای فرآیند بدون سرب) باید به طور دقیق برای 40-90 ثانیه حفظ شودسرعت خنک شدن (4-6°C/s) برای جلوگیری از شکنندگی مفصل جوش استفاده می شود. سرعت موتور هوا گرم (1500-2500rpm) یکسانی دمای (± 5°C) را تضمین می کند.

بازرسی و تعمیر کیفیت
بازرسی نوری خودکار (AOI) نقص هایی مانند آفست و جوش غلط را از طریق منابع نور چند زاویه ای شناسایی می کند، با نرخ اشتباه کمتر از 1٪.بازرسی اشعه ایکس (AXI) برای تجزیه و تحلیل نقص داخلی مفاصل جوش پنهان مانند BGA استفاده می شود. فرآیند تعمیر با استفاده از تفنگ های هوا گرم و آهن های جوش دمای ثابت انجام می شود. پس از تعمیر، یک بررسی فر ثانویه مورد نیاز است.

چالش های فنی و راه حل های نوآورانه
با وجود بلوغ تکنولوژی، انتخاب و محل هنوز با چالش های اصلی زیر روبرو است:

دقت نصب میکرو قطعات
قطعه 01005 (0.4mm×0.2mm) نیاز به دقت نصب ±25μm دارد.برای جلوگیری از پرواز یا انحراف مواد، باید از شبکه فولادی نانو مقیاس (ضخامت ≤50μm) و فن آوری نوزل مکش خلاء سازگار استفاده شود..

اجزای نامنظم و اتصال متقابل با چگالی بالا
برای بسته بندی QFN، شبکه فولادی باید به 0.1 میلی متر نازک شود و سوراخ های خروجی باید اضافه شود. بسته بندی 3D (مانند SiP) نیاز به دستگاه نصب سطح دارد تا از تراز چند لایه پشتیبانی کند,و دقت حفاری لیزر باید کمتر از 0.1mm 410 باشد.

حفاظت از عناصر حساس به گرما
زمان برگشت اجزای مانند LED باید تا 20 درصد کوتاه شود تا از زرد شدن لنز جلوگیری شود.حفاظت از نیتروژن (محتوای اکسیژن ≤1000ppm) در جوش هوا گرم می تواند جوش غلط ناشی از اکسیداسیون را کاهش دهد 47.

IV. روند توسعه آینده
ادغام اطلاعات و هوش مصنوعی
هوش مصنوعی به طور عمیق در سیستم AOI ادغام خواهد شد و الگوهای نقص از طریق یادگیری ماشین شناسایی می شود و میزان قضاوت اشتباه را به کمتر از 0.5٪ کاهش می دهد.سیستم های تعمیر و نگهداری پیش بینی کننده می توانند در صورت خرابی تجهیزات هشدار زودهنگام دهند، کاهش زمان توقف 30٪410.

تولید انعطاف پذیری بالا
دستگاه با تکنولوژی نصب سطح ماژولار (SMT) از تغییر سریع وظایف تولید پشتیبانی می کند و در ترکیب با سیستم MES، تولید چند نوع و دسته کوچک را امکان پذیر می کند.AGV ها و سیستم های ذخیره سازی هوشمند می توانند زمان آماده سازی مواد را تا ۵۰ درصد کاهش دهند.

تکنولوژی تولید سبز
محبوبیت جوش بدون سرب (آلیاژ Sn-Ag-Cu) و فرآیند جوش با دمای پایین مصرف انرژی را 20 درصد کاهش داده است.کاهش انتشار COV ها 90٪310.

ادغام ناهمگن و بسته بندی پیشرفته
تکنولوژی 3D-IC برای تراشه های 5G و هوش مصنوعی باعث توسعه دستگاه های فناوری نصب سطح (SMT) به سمت زیربناهای بسیار نازک (≤0.2mm) و انباشت دقیق بالا (± 5μm) می شود.و تکنولوژی قرار دادن با کمک لیزر کلید خواهد بود.

نتیجه گیری
فرآیند Pick and Place به طور مداوم پیشرفت تولید الکترونیک را به سمت تراکم بالا و قابلیت اطمینان بالا از طریق نوآوری مشترک ماشین آلات دقیق ترویج می کند،الگوریتم های هوشمند و علوم مواداز نوزل های مکش در مقیاس نانو تا سیستم های شناسایی مبتنی بر هوش مصنوعی،تحول تکنولوژیک نه تنها باعث افزایش بهره وری تولید شده است بلکه از زمینه های نوظهور مانند تلفن های هوشمند نیز پشتیبانی کرده استدر آینده، با عمیق تر شدن تولید هوشمند و سبز،این فرآیند نقش بسیار مهمی در نوآوری صنعت الکترونیک خواهد داشت..