Διαδικασία επιλογής και τοποθέτησης στην τεχνολογία επιφανειακής τοποθέτησης (SMT): Βασικές αρχές, τεχνικές προκλήσεις και το μέλλον

Διαδικασία επιλογής και τοποθέτησης στην τεχνολογία επιφανειακής τοποθέτησης (SMT): Βασικές αρχές, τεχνικές προκλήσεις και το μέλλον

Εξέλιξη
Εισαγωγή
Η διαδικασία Pick and Place (Τεχνολογία επιφανειακής τοποθέτησης) είναι ο βασικός κρίκος της τεχνολογίας επιφανειακής τοποθέτησης (SMT),που τοποθετεί με ακρίβεια τα μικροηλεκτρονικά εξαρτήματα στις καθορισμένες θέσεις στην κυκλική πλακέτα (PCB) μέσω αυτοματοποιημένου εξοπλισμού υψηλής ακρίβειαςΗ διαδικασία αυτή καθορίζει άμεσα την αξιοπιστία, την αποδοτικότητα παραγωγής και το βαθμό ολοκλήρωσης των ηλεκτρονικών προϊόντων.το διαδίκτυο των πραγμάτων και τα ηλεκτρονικά οχήματαΗ τεχνολογία Pick and Place έχει συνεχώς σπάσει τα όρια της ακρίβειας και της ταχύτητας, καθιστώντας τον ακρογωνιαίο λίθο της σύγχρονης παραγωγής ηλεκτρονικών.Αυτό το άρθρο θα αναλύσει διεξοδικά τον μηχανισμό λειτουργίας και την κατεύθυνση ανάπτυξης αυτής της διαδικασίας από πτυχές όπως η δομή του εξοπλισμού, αρχή λειτουργίας, βασικές τεχνικές προκλήσεις και μελλοντικές τάσεις.

Ι. Βασική δομή και αρχή λειτουργίας της συσκευής διάλεξης και τοποθέτησης
Η συσκευή Pick and Place (μηχανή επιφανειακής τοποθέτησης) λειτουργεί σε συνεργασία με πολλαπλές μονάδες ακριβείας και η κεντρική δομή της περιλαμβάνει:

Σύστημα τροφοδοσίας
Το σύστημα τροφοδοσίας μεταφέρει τα συστατικά στην ταινία, τον σωλήνα ή το δίσκο στην θέση συλλογής μέσω του τροφοδοτητή.Το τροφοδοτικό ταινίας χρησιμοποιεί γρανάζια για να οδηγήσει την ταινία υλικού για να εξασφαλίσει τη συνεχή παροχή των εξαρτημάτωνΟ δονητικός τροφοδοτικός μηχανισμός ρυθμίζει τον ρυθμό τροφοδοσίας με τη συχνότητα δονήσεων (200-400 Hz).

Σύστημα οπτικής θέσης
Η μηχανή τοποθέτησης με τεχνολογία επιφανειακής τοποθέτησης (SMT) είναι εξοπλισμένη με κάμερες υψηλής ανάλυσης και αλγόριθμους επεξεργασίας εικόνας.Με την αναγνώριση σημείων σήμανσης και χαρακτηριστικών των συστατικών στο PCB (όπως διαχωρισμός καρφίτσες και σημειώσεις πολικότητας), επιτυγχάνει ακρίβεια τοποθέτησης κάτω των 15 μm. Για παράδειγμα, η τεχνολογία ευθυγράμμισης όρασης πτήσης μπορεί να ολοκληρώσει την ταυτοποίηση των εξαρτημάτων κατά την κίνηση του ρομποτικού βραχίονα,και η ταχύτητα τοποθέτησης μπορεί να φτάσει μέχρι και 15048 μονάδες την ώρα.

Κεφαλή τοποθέτησης και ακροφύσιο αναρρόφησης
Η κεφαλή τοποθέτησης υιοθετεί ένα παράλληλο σχέδιο πολλαπλών ακροβωτίων αναρρόφησης (συνήθως από 2 έως 24 ακροβωτίες αναρρόφησης) και απορροφά τα εξαρτήματα μέσω αρνητικής πίεσης κενού (-70 kpa έως -90 kpa).Τα εξαρτήματα διαφόρων μεγεθών πρέπει να ταιριάζουν με ειδικούς ακροφύλλους αναρρόφησης.: Τα κατασκευαστικά στοιχεία 0402 χρησιμοποιούν ακροφύσια αναρρόφησης με διάφραγμα 0,3 mm, ενώ τα μεγαλύτερα κατασκευαστικά στοιχεία, όπως το QFP, απαιτούν μεγαλύτερα ακροφύσια αναρρόφησης για να αυξήσουν τη δύναμη προσρόφησης κατά 79.

Σύστημα ελέγχου κίνησης
Το σύστημα τριών αξόνων servo drive X-Y-Z, σε συνδυασμό με τη γραμμική σιδηροτροχιά, επιτυγχάνει ακριβή κίνηση υψηλής ταχύτητας (≥ 30.000CPH).η ταχύτητα κίνησης μειώνεται για να ελαχιστοποιήσει την επίδραση της αδράνειας, ενώ στον τομέα των μικροσυστατικών, υιοθετείται αλγόριθμος βελτιστοποίησης πορείας υψηλής ταχύτητας για τη βελτίωση της απόδοσης 910.

ΙΙ. Κύριοι τεχνικοί σύνδεσμοι στη ροή της διαδικασίας
Η διαδικασία επιλογής και τοποθέτησης πρέπει να συντονίζεται στενά με τις διαδικασίες front-end και back-end.

Εκτύπωση πάστες συγκόλλησης και ανίχνευση SPI
Η πάστα συγκόλλησης εκτυπώνεται στα πλαίσια PCB μέσω του ατσάλινου πλέγματος λέιζερ (με σφάλμα ανοίγματος ≤ 5%).Η πίεση του σφουγγαριού (3-5kg/cm2) και η ταχύτητα εκτύπωσης (20-50mm/s) επηρεάζουν άμεσα το πάχος της πάστες συγκόλλησης (με σφάλμα ±15%)Μετά την εκτύπωση, ο όγκος και το σχήμα διασφαλίζονται ότι πληρούν το πρότυπο 410 μέσω 3D επιθεώρησης πάστες συγκόλλησης (SPI).

Διαλογή και τοποθέτηση εξαρτημάτων
Αφού η κεφαλή τοποθέτησης λαμβάνει υλικά από το Feida, το οπτικό σύστημα διορθώνει τη γωνιακή μετατόπιση των συστατικών (αθική αντιστάθμιση περιστροφής) και την πίεση τοποθέτησης (0,3-0.5N) πρέπει να ελέγχεται με ακρίβεια για να αποφευχθεί η κατάρρευση της πάστες συγκόλλησηςΓια παράδειγμα, το τσιπ BGA απαιτεί επιπλέον σχεδιασμό τρύπας εξάτμισης για τη βελτιστοποίηση του αποτελέσματος συγκόλλησης 410.

Επιστροφική συγκόλληση και έλεγχος θερμοκρασίας
Ο φούρνος συγκόλλησης με επανεξέλιξη χωρίζεται σε τέσσερα στάδια: προθέρμανση, κατάδυση, επανεξέλιξη και ψύξη.Η μέγιστη θερμοκρασία (235-245°C για διαδικασία χωρίς μόλυβδο) πρέπει να διατηρείται με ακρίβεια για 40-90 δευτερόλεπταΗ ταχύτητα ψύξης (4-6°C/s) χρησιμοποιείται για να αποτρέψει την εύθραυσση της συγκόλλησης συγκόλλησης.

Επιθεώρηση ποιότητας και επισκευή
Η αυτόματη οπτική επιθεώρηση (AOI) εντοπίζει ελαττώματα, όπως οπισθοδρόμηση και ψευδή συγκόλληση, μέσω πηγών φωτός πολλαπλών γωνιών, με ποσοστό εσφαλμένης εκτίμησης μικρότερο του 1%.Η επιθεώρηση με ακτίνες Χ (AXI) χρησιμοποιείται για την ανάλυση εσωτερικών ελαττωμάτων κρυφών αρθρώσεων συγκόλλησης, όπως BGAΗ διαδικασία επισκευής χρησιμοποιεί όπλα θερμού αέρα και σίδερα συγκόλλησης σταθερής θερμοκρασίας.

Τρίτον, τεχνικές προκλήσεις και καινοτόμες λύσεις
Παρά την ωριμότητα της τεχνολογίας, το Pick and Place εξακολουθεί να αντιμετωπίζει τις ακόλουθες βασικές προκλήσεις:

Ακριβότητα τοποθέτησης μικροσυστατικών
Το στοιχείο 01005 (0,4 mm × 0,2 mm) απαιτεί ακρίβεια τοποθέτησης ± 25 μm.Πρέπει να υιοθετηθεί τεχνολογία ατσάλινου πλέγματος σε νανοκλίμακα ( πάχος ≤ 50μm) και προσαρμοστικής τεχνολογίας ακροβωτίου αναρρόφησης υπό κενό για την αποτροπή πτήσης ή απόκλισης του υλικού 410.

Ακανόνιστα στοιχεία και διασύνδεση υψηλής πυκνότητας
Για συσκευασίες QFN, το ατσάλινο δίχτυ πρέπει να αραιωθεί σε 0,1 mm και να προστεθούν οπές εξάτμισης.,και η ακρίβεια της γεώτρησης με λέιζερ πρέπει να είναι μικρότερη από 0,1 mm 410.

Προστασία θερμοευαίσθητων στοιχείων
Ο χρόνος ανάστροφης των συστατικών, όπως τα LED, πρέπει να μειωθεί κατά 20% για να αποφευχθεί η κίτρινωση των φακών.Η προστασία από το άζωτο (περιεκτικότητα σε οξυγόνο ≤ 1000 ppm) κατά τη συγκόλληση με θερμό αέρα μπορεί να μειώσει την ψευδή συγκόλληση που προκαλείται από την οξείδωση 47.

IV. Μελλοντικές τάσεις ανάπτυξης
Ενσωμάτωση της νοημοσύνης και της τεχνητής νοημοσύνης
Η τεχνητή νοημοσύνη θα ενσωματωθεί βαθιά στο σύστημα AOI και τα πρότυπα ελαττωμάτων θα εντοπιστούν μέσω της μηχανικής μάθησης, μειώνοντας το ποσοστό εσφαλμένων κρίσεων σε λιγότερο από 0,5%.Τα συστήματα πρόβλεψης συντήρησης μπορούν να προειδοποιούν έγκαιρα για βλάβες εξοπλισμού, μειώνοντας το χρόνο στάσης λειτουργίας κατά 30%410.

Υψηλή ευελιξία στην κατασκευή
Η μηχανή με την τεχνολογία μονάδων επιφανειακής τοποθέτησης (SMT) υποστηρίζει την ταχεία αλλαγή των εργασιών παραγωγής και, σε συνδυασμό με το σύστημα MES, επιτρέπει την παραγωγή πολλαπλών ποικιλιών και μικρών παρτίδων.Τα AGV και τα έξυπνα συστήματα αποθήκευσης μπορούν να μειώσουν το χρόνο προετοιμασίας υλικού κατά 50%.

Πράσινη τεχνολογία παραγωγής
Η διάδοση της αμόλυβδης συγκόλλησης (συνδυασμός Sn-Ag-Cu) και των μεθόδων συγκόλλησης χαμηλής θερμοκρασίας έχει μειώσει την κατανάλωση ενέργειας κατά 20%.μείωση των εκπομπών ΑΟΣ κατά 90%310.

Ετερογενής ολοκλήρωση και προηγμένη συσκευασία
Η τεχνολογία 3D-IC για τσιπ 5G και τεχνητής νοημοσύνης οδηγεί στην ανάπτυξη μηχανών τεχνολογίας επιφανειακής τοποθέτησης (SMT) προς υπερ- λεπτές υποστρώσεις (≤ 0,2 mm) και υψηλής ακρίβειας στοίβασης (± 5 μm),και τεχνολογία υποβοηθούμενης με λέιζερ τοποθέτησης θα είναι το κλειδί.

Συμπεράσματα
Η διαδικασία Pick and Place προωθεί συνεχώς την πρόοδο της ηλεκτρονικής κατασκευής προς την κατεύθυνση της υψηλής πυκνότητας και της υψηλής αξιοπιστίας μέσω της συνεργατικής καινοτομίας των μηχανημάτων ακριβείας,έξυπνοι αλγόριθμοι και επιστήμη υλικώνΑπό νουζέλες αναρρόφησης σε νανοκλίμακα μέχρι συστήματα ανίχνευσης με AI,Η τεχνολογική εξέλιξη δεν έχει αυξήσει μόνο την παραγωγική αποτελεσματικότητα, αλλά έχει επίσης παρέχει βασική υποστήριξη σε αναδυόμενους τομείς όπως τα smartphonesΣτο μέλλον, με την εμβάθυνση της ευφυούς και πράσινης παραγωγής,Αυτή η διαδικασία θα διαδραματίσει πιο κρίσιμο ρόλο στην καινοτομία της βιομηχανίας ηλεκτρονικών.