Quá trình chọn và đặt trong công nghệ gắn bề mặt (SMT): Các nguyên tắc cốt lõi, thách thức kỹ thuật và tương lai

Quá trình chọn và đặt trong công nghệ gắn bề mặt (SMT): Các nguyên tắc cốt lõi, thách thức kỹ thuật và tương lai

Tiến hóa
Lời giới thiệu
Quá trình chọn và đặt (Công nghệ gắn bề mặt) là liên kết cốt lõi của Công nghệ gắn bề mặt (SMT),được gắn chính xác các thành phần vi điện tử vào các vị trí được chỉ định trên bảng mạch in (PCB) thông qua thiết bị tự động chính xác caoQuá trình này trực tiếp quyết định độ tin cậy, hiệu quả sản xuất và mức độ tích hợp của các sản phẩm điện tử.Internet of Things và điện tử ô tôCông nghệ Pick and Place liên tục phá vỡ giới hạn về độ chính xác và tốc độ, trở thành nền tảng của sản xuất điện tử hiện đại.Bài viết này sẽ phân tích toàn diện cơ chế hoạt động và hướng phát triển của quá trình này từ các khía cạnh như cấu trúc thiết bị, nguyên tắc hoạt động, những thách thức kỹ thuật chính và xu hướng trong tương lai.

I. Cấu trúc cốt lõi và nguyên tắc hoạt động của thiết bị chọn và đặt
Thiết bị chọn và đặt (máy gắn bề mặt) hoạt động hợp tác bằng nhiều mô-đun chính xác và cấu trúc cốt lõi của nó bao gồm:

Hệ thống cho ăn
Hệ thống cho ăn vận chuyển các thành phần trong băng, ống hoặc khay đến vị trí chọn thông qua bộ cho ăn.Các feeder băng sử dụng bánh răng để lái băng vật liệu để đảm bảo cung cấp liên tục của các thành phần. Các bộ cấp dữ liệu lớn rung động điều chỉnh nhịp ăn bằng tần số rung động (200-400Hz).

Hệ thống định vị trực quan
Máy đặt công nghệ gắn bề mặt (SMT) được trang bị máy ảnh độ phân giải cao và thuật toán xử lý hình ảnh.Bằng cách xác định các điểm Mark và các tính năng thành phần trên PCB (chẳng hạn như khoảng cách chân và đánh dấu cực), nó đạt được độ chính xác định vị dưới micron (dưới ± 15μm). Ví dụ, công nghệ sắp xếp tầm nhìn bay có thể hoàn thành nhận dạng thành phần trong quá trình di chuyển cánh tay robot,và tốc độ lắp đặt có thể đạt đến 15048 điểm/giờ.

Đầu gắn và vòi hút
Đầu đặt sử dụng thiết kế song song của nhiều vòi hút (thường là 2 đến 24 vòi hút) và hấp thụ các thành phần thông qua áp suất âm chân không (-70 kpa đến -90 kpa).Các thành phần có kích thước khác nhau cần phải phù hợp với vòi hút chuyên dụng: Các thành phần 0402 sử dụng vòi hút với khẩu độ 0,3mm, trong khi các thành phần lớn hơn như QFP yêu cầu vòi hút lớn hơn để tăng lực hấp thụ 79.

Hệ thống điều khiển chuyển động
Hệ thống dẫn động ba trục X-Y-Z, kết hợp với đường ray trượt tuyến tính, đạt được chuyển động chính xác tốc độ cao (≥ 30.000CPH).tốc độ di chuyển được giảm để giảm thiểu ảnh hưởng của quán tính, trong khi trong lĩnh vực các thành phần vi mô, một thuật toán tối ưu hóa đường dẫn tốc độ cao được áp dụng để tăng hiệu quả 910.

II. Các liên kết kỹ thuật quan trọng trong quy trình
Quá trình chọn và đặt cần được phối hợp chặt chẽ với các quy trình front-end và back-end.

In bột hàn và phát hiện SPI
Bột hàn được in trên các tấm PCB thông qua lưới thép laser (với lỗi mở ≤ 5%).Áp suất máy quét (3-5kg/cm2) và tốc độ in (20-50mm/s) ảnh hưởng trực tiếp đến độ dày của bột hàn (với sai số ±15%)Sau khi in, khối lượng và hình dạng được đảm bảo đáp ứng tiêu chuẩn 410 thông qua kiểm tra bột hàn 3D (SPI).

Chọn và lắp đặt thành phần
Sau khi đầu đặt lấy vật liệu từ Feida, hệ thống thị giác điều chỉnh độ lệch góc của các thành phần (truyền bù xoay trục θ), và áp suất đặt (0,3-0.5N) cần phải được kiểm soát chính xác để tránh sự sụp đổ của bột hànVí dụ, chip BGA đòi hỏi một thiết kế lỗ xả bổ sung để tối ưu hóa hiệu ứng hàn 410.

Lò quay dòng và kiểm soát nhiệt độ
Cửa lò hàn dòng chảy lại được chia thành bốn giai đoạn: làm nóng trước, ngâm, dòng chảy lại và làm mát.Nhiệt độ đỉnh (235-245 °C cho quy trình không chì) cần được duy trì chính xác trong 40-90 giâyTốc độ làm mát (4-6 ° C / s) được sử dụng để ngăn chặn khớp hàn bị mỏng.

Kiểm tra chất lượng và sửa chữa
Kiểm tra quang học tự động (AOI) xác định các khiếm khuyết như dịch chuyển và hàn sai thông qua các nguồn ánh sáng đa góc, với tỷ lệ đánh giá sai dưới 1%.Kiểm tra tia X (AXI) được sử dụng để phân tích khiếm khuyết nội bộ của các khớp hàn ẩn như BGA. Quá trình sửa chữa sử dụng súng không khí nóng và sắt hàn nhiệt độ liên tục. Sau khi sửa chữa, cần kiểm tra lò thứ cấp.

III. Những thách thức kỹ thuật và các giải pháp sáng tạo
Mặc dù công nghệ đã trưởng thành, Pick and Place vẫn phải đối mặt với những thách thức cốt lõi sau:

Độ chính xác lắp đặt của các bộ phận vi mô
Các thành phần 01005 (0,4 mm × 0,2 mm) yêu cầu độ chính xác gắn máy là ± 25μm.Nên áp dụng công nghệ lưới thép quy mô nano (trọng lượng ≤ 50μm) và vòi hút chân không thích nghi để ngăn chặn vật liệu bay hoặc lệch 410.

Các thành phần không đều và kết nối mật độ cao
Đối với bao bì QFN, lưới thép nên được làm mỏng đến 0,1mm và lỗ ống xả nên được thêm vào.,và độ chính xác khoan bằng laser cần phải dưới 0,1mm 410.

Bảo vệ các yếu tố nhạy cảm với nhiệt
Thời gian trào ngược của các thành phần như đèn LED cần phải được rút ngắn 20% để ngăn ngừa màu vàng của các thấu kính.Bảo vệ nitơ (nồng độ oxy ≤ 1000ppm) trong hàn khí nóng có thể làm giảm hàn sai do oxy hóa 47.

IV. Xu hướng phát triển trong tương lai
Tích hợp trí thông minh và AI
Trí tuệ nhân tạo sẽ được tích hợp sâu vào hệ thống AOI và các mẫu lỗi sẽ được xác định thông qua học máy, giảm tỷ lệ đánh giá sai xuống dưới 0,5%.Các hệ thống bảo trì dự đoán có thể đưa ra cảnh báo sớm về sự cố thiết bị, giảm thời gian ngừng hoạt động 30%410.

Sản xuất linh hoạt cao
Máy có công nghệ gắn bề mặt mô-đun (SMT) hỗ trợ chuyển đổi nhanh các nhiệm vụ sản xuất và, kết hợp với hệ thống MES, cho phép sản xuất nhiều loại và lô nhỏ.AGV và hệ thống kho thông minh có thể giảm thời gian chuẩn bị vật liệu 50%.

Công nghệ sản xuất xanh
Việc phổ biến các quy trình hàn không chì và nhiệt độ thấp đã làm giảm tiêu thụ năng lượng 20%. Các chất tẩy rửa dựa trên nước thay thế các dung môi hữu cơ,giảm 90% lượng khí thải VOC310.

Tích hợp khác nhau và đóng gói tiên tiến
Công nghệ 3D-IC cho chip 5G và AI thúc đẩy sự phát triển của các máy công nghệ gắn bề mặt (SMT) hướng tới nền siêu mỏng (≤ 0,2 mm) và xếp chồng chính xác cao (± 5μm),và công nghệ đặt hỗ trợ laser sẽ là chìa khóa.

Kết luận
Quá trình chọn và đặt liên tục thúc đẩy sự tiến bộ của sản xuất điện tử hướng tới mật độ cao và độ tin cậy cao thông qua sự đổi mới hợp tác của máy móc chính xác,thuật toán thông minh và khoa học vật liệuTừ vòi hút ở quy mô nano đến các hệ thống phát hiện AI,Sự phát triển công nghệ không chỉ tăng hiệu quả sản xuất mà còn cung cấp hỗ trợ cốt lõi cho các lĩnh vực mới nổi như điện thoại thông minhTrong tương lai, với sự gia tăng của sản xuất thông minh và xanh,quá trình này sẽ đóng một vai trò quan trọng hơn trong sự đổi mới của ngành công nghiệp điện tử.