تعرّف على SMT: تحليل عمليات SMT الأساسية

قبل أن نتعرف على تحليل عمليات SMT الأساسية. نناقش أولاً حول تطور تقنية التركيب السطحي (SMT) التي تُعد حاسمة بالنسبة لصناعة الإلكترونيات وما بعدها. تسمح تقنية SMT بتصنيع أجهزة إلكترونية أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأكثر إحكامًا من خلال تمكين استخدام مكونات صغيرة جدًا مثبتة على السطح (SMDs) وهي ضرورية للأجهزة القابلة للارتداء والهواتف الذكية وأجهزة إنترنت الأشياء والزراعات الطبية. تتميز مكونات SMT بأطوال رصاص أقصر، مما يقلل من السعة والحث الطفيلي، مما يؤدي إلى معالجة أسرع للإشارات وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات عالية التردد مثل الجيل الخامس (5G) ورقائق الذكاء الاصطناعي والحوسبة المتقدمة. يمكن لخطوط التجميع المؤتمتة بتقنية التركيب السطحي (SMT) زيادة سرعة الإنتاج وتقليل الأخطاء البشرية، ويمكن أن تتيح إنتاج كميات كبيرة منخفضة التكلفة للوحات الدوائر المطبوعة المعقدة (PCBs). تُعد لوحات الدارات الصغيرة والمتوسطة أقل عرضة للإجهاد الميكانيكي (لا توجد خيوط عبر الفتحات)، مما يحسن من طول العمر، كما أنها أفضل في موثوقية وصلة اللحام في البيئات القاسية (السيارات، والفضاء). تمكّن الوصلات البينية عالية الكثافة (HDI) ومركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعددة الطبقات اللازمة للذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمية والروبوتات المتقدمة وتسهل دمج تقنيات التغليف المتقدمة (مثل الدوائر المتكاملة ثلاثية الأبعاد والتصاميم القائمة على الرقاقات). 

هناك العديد من الجوانب التي تؤثر على عملية وجودة ونتائج مكون الرقاقة المصنعة SMT. ونظرًا لأنها عملية أساسية في تصنيع الإلكترونيات الحديثة، فمن الفعال استغلال تجميع المكونات من خلال المعدات الدقيقة وتحسين العملية. تشتمل سلسلة العمليات الأساسية على أربع مراحل رئيسية: طباعة عجينة اللحام، ووضع المكونات، وإعادة لحام إعادة التدفق، وفحص الهيئة العربية للتصنيع. لكل خطوة غرضها الخاص - الترسيب الدقيق للحام، وتحديد موضع المكون، وتشكيل وصلة لحام موثوقة، وفحص العيوب. ومن المثير للاهتمام أن كل خطوة لها أيضًا متغيرها الرئيسي الذي يمكن أن يؤثر بشكل مباشر على نتيجة التصنيع. سُمك الشبكة الفولاذية وضغط الممسحة، ودقة ماكينة الالتقاط والوضع ونوع الفوهة، ومنحنى منطقة درجة الحرارة ودرجة حرارة الذروة، وخوارزمية الكشف عن الدقة البصرية. تتطلب جميعها الامتثال الصارم لمعايير العملية ومتطلبات دقة المعدات. على سبيل المثال، يؤثر تصميم الشبكة الفولاذية في طباعة عجينة اللحام تأثيرًا مباشرًا على جودة وصلة اللحام، بينما يحدد اختيار الفوهات ودقة ماكينة الالتقاط والموضع في عملية الوضع دقة وضع المكونات. لفهم كيفية عمل التحليل بشكل أفضل، هناك ما مجموعه ثماني خطوات.

الخطوة الأولى-نظرة عامة على مبادئ تقنية تركيب رقاقة SMT. تتيح تقنية SMT التجميع الفعال من خلال تركيب المكونات الإلكترونية مباشرة على سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور. ويكمن مبدأها الأساسي في التخلي عن عمليات التركيب التقليدية من خلال الثقب، وبدلاً من ذلك استخدام مكونات مصغرة ومعدات دقيقة لتحقيق تخطيط عالي الكثافة. وتبدأ العملية بطباعة معجون اللحام، حيث يتم تطبيق معجون اللحام بدقة على وسادات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. بعد ذلك، تستخدم ماكينة الالتقاط والوضع نظام تحديد المواقع بالرؤية لوضع المكونات مثل المقاومات والمكثفات بدقة على مستوى الميكرون في مواضعها المحددة. وأخيرًا، يشكل لحام إعادة التدفق وصلات كهربائية مستقرة. وبالمقارنة مع العمليات التقليدية، توفر تقنية SMT مزايا مثل حجم المكونات الأصغر، وكثافة تجميع أعلى، وقدرات أتمتة أقوى، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص لمتطلبات المنتجات الإلكترونية الحديثة خفيفة الوزن وعالية الأداء. 

الخطوة الثانية-شرح مفصل لعملية طباعة معجون اللحام. تؤثر العملية الأولى وجودة طباعة معجون اللحام بشكل مباشر على موثوقية الوضع واللحام اللاحق. يكمن جوهر هذه العملية في نقل معجون اللحام بدقة إلى وسادات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عبر شبكة فولاذية. هناك ثلاثة مجالات رئيسية تتطلب الاهتمام: تصنيع الشبكة الفولاذية، ومعايرة معدات الطباعة، وتحسين المعلمات. يجب تصميم حجم فتحة فتحة الشبكة الفولاذية لتتناسب مع أبعاد تباعد المكونات وأبعاد اللوحات، وعادةً ما يتم اتباع معيار IPC-7525. يجب التحكم في نسبة العرض إلى السُمك للفتحات في نطاق 1.5:1 إلى 2:1 لضمان أن معدل إطلاق معجون اللحام يفي بالمواصفات. أثناء عملية الطباعة، يجب ضبط زاوية الممسحة (45°-60°) والضغط (3-8 نيوتن/سم²) والسرعة (20-80 مم/ثانية) بشكل ديناميكي بناءً على نوع الاستنسل (الفولاذ المقاوم للصدأ/مغلف بالنانو)، بينما يتم استخدام التحكم في العملية الإحصائية SPC لمراقبة إزاحة الطباعة وسماكة عجينة اللحام (80-150 ميكرومتر) واتساق الشكل في الوقت الحقيقي. بالنسبة لمكونات QFN وBGA ذات الملعب الدقيق، غالبًا ما يتم استخدام منصة شفط الفراغ ونظام تحديد المواقع بالرؤية معًا للتحكم في دقة الطباعة في حدود ± 25 ميكرومتر، مما يمنع عيوب وصلات اللحام الباردة أو التجسير. 

الخطوة الثالثة-تحسين عملية تركيب المكونات. يعد تركيب المكونات حلقة حاسمة في سلسلة إنتاج SMT، وتؤثر كفاءتها ودقتها بشكل مباشر على إنتاجية المنتج. يجب أن يركز تحسين العملية على ثلاثة مجالات: اختيار المعدات وإعدادات المعلمات وتكامل البرامج: أولاً، يجب أن تكون ماكينات التنسيب عالية الدقة مجهزة بأنظمة حركة متعددة المحاور ووحدات تحديد المواقع ذات الرؤية التكيفية لضمان التحكم في انحراف التنسيب للمكونات بحجم 0201 في حدود ± 0.035 مم؛ ثانيًا، من خلال مطابقة استراتيجية اختيار الفوهة مع تردد اهتزاز وحدة التغذية، يمكن زيادة سرعة وضع المكونات غير المنتظمة الشكل بمقدار 15%-20%؛ وأخيرًا، يمكن لوظيفة تخطيط المسار الديناميكي لنظام تنفيذ التصنيع (MES) أن تقلل من الحركة الخاملة لرأس الوضع بأكثر من 30%، وعند دمجها مع نظام التغذية المرتدة للضغط في الوقت الحقيقي، يمكن أن تمنع خطر تلف المكونات. وبناءً على ذلك، يمكن أن يؤدي إنشاء نموذج التحكم الإحصائي في العملية SPC لتحليل الاتجاهات في 12 معلمة رئيسية مثل ضغط الوضع ومستوى التفريغ إلى تحديد أكثر من 85% من التشوهات المحتملة في العملية مسبقًا.

الخطوة الرابعة-التحكم في معلمات لحام إعادة التدفق. كعنصر أساسي يحدد جودة وصلة اللحام في عملية تجميع SMT، يجب تكوين معلمات لحام إعادة التدفق بشكل منهجي بناءً على خصائص معجون اللحام وأنواع المكونات ومواد الركيزة. يعد ملف تعريف درجة الحرارة عنصرًا مركزيًا للتحكم في العملية، وينقسم عادةً إلى أربع مراحل: منطقة التسخين المسبق، ومنطقة درجة الحرارة الثابتة، ومنطقة إعادة التدفق، ومنطقة التبريد. يجب تسخين منطقة التسخين المسبق بمعدل 1.5-3 درجة مئوية/ثانية للوصول إلى 150-180 درجة مئوية، وتجنب الإجهاد الحراري الذي قد يؤدي إلى تلف المكونات؛ يجب الحفاظ على منطقة تثبيت درجة الحرارة لمدة 60-120 ثانية لتنشيط التدفق بالكامل وإزالة الأكاسيد؛ يجب التحكم في درجة الحرارة القصوى في منطقة إعادة التدفق عند 20-40 درجة مئوية فوق نقطة انصهار معجون اللحام (عادةً 220-250 درجة مئوية) لمدة 40-90 ثانية لضمان ترطيب اللحام بشكل كافٍ؛ يجب الحفاظ على معدل التبريد عند 2-4 درجات مئوية/ثانية لتشكيل بنية وصلة لحام كثيفة. بالنسبة للمكونات الدقيقة مثل BGAs و QFPs، يجب استخدام المحاكاة الحرارية لتحسين توحيد الحمل الحراري للهواء الساخن، بينما يجب استخدام حماية النيتروجين لتقليل مخاطر الأكسدة. تتميز معدات إعادة اللحام الحديثة عادةً بمعدات لحام إعادة التدفق الحديثة بالتحكم المستقل في درجة الحرارة متعدد المناطق ووظائف التعويض الحراري في الوقت الحقيقي، بالإضافة إلى أنظمة مراقبة الأداء والمراقبة الديناميكية لنوافذ العملية، مما يقلل بشكل فعال من حدوث العيوب مثل وصلات اللحام الباردة ووصلات اللحام غير المكتملة.

الخطوة الخامسة-تحليل تطبيق تكنولوجيا الفحص بالهيئة العربية للتصنيع. في عملية إنتاج تجميع SMT، يعمل الفحص البصري الأوتوماتيكي (AOI) كعنصر أساسي لمراقبة الجودة، باستخدام التقاط صور عالية الدقة وخوارزميات ذكية لإجراء تحليل متعدد الأبعاد لجودة وصلة اللحام وتحديد موضع المكونات والقطبية. توظف هذه التقنية مزيجًا من مصادر الإضاءة متعددة الزوايا وأنظمة الكاميرا عالية السرعة لالتقاط العيوب النموذجية في الوقت الحقيقي مثل توحيد تغطية معجون اللحام وإزاحة المكونات وسد اللحام، مما يحقق دقة كشف دقيقة تصل إلى 0.01 مم. تعمل أنظمة AOI الحديثة باستمرار على تحسين قدرات التعرف على العيوب من خلال نماذج التعلم العميق، مع معدلات إيجابية كاذبة الآن أقل من 2%. كما أنها تدعم أيضًا التغذية الراجعة في الوقت الحقيقي لبيانات مراقبة الأداء في الوقت الحقيقي لأنظمة نظم إدارة التصنيع والتصنيع، مما يتيح التعديل الديناميكي لمعلمات العملية في نظام الحلقة المغلقة. في قطاع الإلكترونيات الاستهلاكية، يجب أن تتكيف معدات الهيئة العربية للتصنيع مع متطلبات الكشف عن المكونات الدقيقة 01005، بينما تركز إلكترونيات السيارات بشكل أكبر على استقرار الكشف عن وصلات اللحام في البيئات ذات درجات الحرارة العالية. ومع تكامل تقنية الكشف ثلاثي الأبعاد والتصوير متعدد الأطياف، تشهد أنظمة الهيئة العربية للتصنيع ترقية تحويلية من الكشف المستوي ثنائي الأبعاد إلى التحليل ثلاثي الأبعاد.

الخطوة السادسة-النقاط الرئيسية لاختيار الآلات والصيانة. في عمليات تجميع SMT، يجب أن يراعي اختيار المعدات بشكل شامل حجم الإنتاج وتعقيد المنتج ومتطلبات دقة العملية. يجب أن تعطي ماكينات الالتقاط والوضع عالية السرعة الأولوية للنماذج ذات التشغيل التعاوني متعدد الفوهات وقدرات تعويض التموضع القائمة على الرؤية لتلبية متطلبات الوضع الدقيق للمكونات الدقيقة مثل 0201 و QFN. يجب أن تركز معدات طباعة معجون اللحام على دقة التحكم في شد الاستنسل ونطاق ضبط ضغط الممسحة لضمان ترسيب معجون اللحام بشكل موحد. عند اختيار فرن إعادة التدفق، من الضروري تقييم عدد مناطق درجة الحرارة وكفاءة دوران الهواء الساخن واستقرار نظام حماية النيتروجين لمنع عيوب اللحام أو التلف الحراري للمكونات الناجم عن انحرافات منحنى درجة الحرارة. يجب أن تتبع صيانة المعدات إجراءات موحدة، بما في ذلك التنظيف اليومي للفوهات لماكينات الوضع، وإدارة دورة التشحيم لمسارات النقل، والمعايرة المنتظمة لأنظمة الفحص البصري. بالإضافة إلى ذلك، يجب تنفيذ الصيانة الوقائية باستخدام أجهزة استشعار الاهتزاز وكاميرات التصوير الحراري لتقليل تأثير الأعطال المفاجئة للمعدات على استمرارية خط الإنتاج.

الخطوة السابعة-تحليل مراقبة الجودة في المراحل الرئيسية. في عملية إنتاج تجميع SMT، يتم دمج مراقبة الجودة في جميع مراحل العملية، مع التركيز بشكل أساسي على تقليل معدلات العيوب وضمان اتساق المنتج من خلال تدابير منهجية. أولاً، يُعد فحص المواد الخام خطوة أساسية تتطلب التحقق الصارم من لزوجة معجون اللحام وتركيبة سبيكة اللحام ومواصفات تغليف المكونات لضمان الامتثال لمعيار IPC-A-610. ثانيًا، تعتبر المراقبة في الوقت الحقيقي لمعلمات العملية أمرًا بالغ الأهمية. على سبيل المثال، أثناء مرحلة طباعة معجون اللحام، يجب ضبط ضغط الممسحة ودقة محاذاة الاستنسل بشكل ديناميكي من خلال نظام SPC (التحكم في العمليات الإحصائية) لمنع حدوث اختلال أو انهيار. أثناء مرحلة إعادة اللحام بإعادة التدفق، يجب أن يتطابق منحنى درجة الحرارة بدقة مع خصائص معجون اللحام ومقاومة درجة حرارة المكوّن. يتم جمع البيانات عبر جهاز اختبار درجة حرارة الفرن لتحسين معلمات منطقة التسخين. يعمل فحص الهيئة العربية للتصنيع كطريقة الفحص النهائي، باستخدام تقنية التصوير متعدد الأطياف لتحديد العيوب مثل وصلات اللحام الباردة والمحاذاة الخاطئة وأخطاء القطبية، والجمع بين فحص الأشعة السينية للتحليل المخترق لوصلات اللحام المخفية في BGAs. وبالإضافة إلى ذلك، تُعد معايرة دورة صيانة المعدات وتدريب مهارات المشغل من العوامل الحاسمة أيضًا في ضمان الاستقرار على المدى الطويل. ومن خلال تكامل البيانات متعدد الأبعاد وآلية التغذية المرتدة ذات الحلقة المغلقة، يتم إنشاء نظام شامل لمراقبة الجودة، يمتد من الوقاية إلى التصحيح. 

الخطوة الثامنة-التطبيق والتقدم في صناعة SMT. مع استمرار تطور المنتجات الإلكترونية نحو التصغير والتكامل العالي، أصبحت تكنولوجيا التركيب السطحي (SMT) عملية تصنيع أساسية في صناعات مثل الإلكترونيات الاستهلاكية وإلكترونيات السيارات ومعدات الاتصالات. في المنتجات الاستهلاكية مثل الهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء، تتيح تقنية SMT الاستخدام الفعال لمساحة اللوحة الأم من خلال وضع مكونات مصغرة. في قطاع إلكترونيات السيارات، تستفيد تقنية SMT من موثوقيتها العالية لتلبية المتطلبات الصارمة لأنظمة التحكم داخل السيارة لمقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة الاهتزازات. في الوقت الحالي، يؤدي الاعتماد الواسع النطاق لمحطات اتصالات الجيل الخامس الأساسية وأجهزة إنترنت الأشياء الطرفية إلى زيادة تطور عمليات SMT نحو وضع فائق السرعة وإنتاج خطوط مختلطة لأنواع متعددة من المنتجات. وفي الوقت نفسه، يعمل التكامل العميق بين التصنيع الذكي والصناعة 4.0 على تسريع اعتماد التقنيات المتقدمة مثل فحص الرؤية بالذكاء الاصطناعي والتوائم الرقمية على خطوط إنتاج SMT لتحقيق التحسين الديناميكي لمعلمات العملية والتنبؤ بالعيوب. في المستقبل، مع توسع الأسواق الناشئة مثل أنظمة التحكم في السيارات الكهربائية والأجهزة الإلكترونية الطبية، ستستمر تكنولوجيا SMT في تحقيق إنجازات كبيرة من حيث توافق المواد والعمليات الصديقة للبيئة والتحكم الدقيق على مستوى الميكرون، مما يوفر دعمًا تكنولوجيًا بالغ الأهمية للتطوير عالي الجودة لصناعة الإلكترونيات.