الحديث عن التقنيات الرئيسية لمعدات التنسيب.

تشمل اتجاهات تطوير صناعة أشباه الموصلات وتطبيقاتها اليوم الأجهزة المحمولة الذكية، والبيانات الضخمة، والذكاء الاصطناعي، وشبكات اتصالات الجيل الخامس، وأجهزة الكمبيوتر عالية الأداء، وإنترنت الأشياء، والسيارات الذكية، والصناعة 4.0، والحوسبة السحابية، وما إلى ذلك. وقد أدت هذه التطبيقات إلى التطور السريع للأجهزة الإلكترونية. تتطلب الرقائق سرعات حوسبة أعلى وحجمًا أصغر ونطاقًا تردديًا أكبر. كما تتطلب أيضًا استهلاكًا منخفضًا للطاقة، وتوليد حرارة منخفضة، وسعة تخزين كبيرة. ويتطلب ذلك تصنيع الرقائق وتغليفها لتلبية متطلبات الأداء العالي. في العصر المعروف باسم ما بعد قانون مور، حظيت عملية تغليف الرقائق باهتمام متزايد، وتُعد آلة التغليف من المعدات المهمة في عملية تغليف الرقائق. يمكن تقسيم ماكينات التثبيت إلى ماكينات تثبيت SMT وماكينات تثبيت التغليف المتقدمة وفقًا لأنواع التطبيقات. تُستخدم هذه الأخيرة بشكل رئيسي في عملية الربط السلكي وعملية رقاقة الوجه التي تطورت بسرعة في السنوات الأخيرة. من بين تقنيات الربط البيني لرقائق الدوائر المتكاملة، التغليف التقليدي ثلاثي المستويات: التغليف على مستوى الرقاقة بشكل أساسي، والتغليف على مستوى الركيزة والتغليف على مستوى الركيزة والتغليف الرئيسي. تم استبدال طريقة التغليف هذه تدريجيًا بالتغليف على مستوى النظام SIP. وبغض النظر عن كيفية تطور طريقة التعبئة والتغليف، هناك عملية مهمة لا يمكن فصلها عن عملية تغليف الرقائق، وهي عملية التركيب. لقد مرت عملية التركيب من التركيب على الخط، والتركيب السطحي SMT، إلى عمليات التغليف المتقدمة اليوم مثل الربط السلكي وربط الرقاقة القابلة للقلب. ويرافق عملية التركيب أيضًا تطور التكنولوجيا، مما يؤكد تغيرات جيل من التكنولوجيا والمعدات. في الوقت الحاضر، من أجل تحقيق التركيب المحسّن وتلبية خصائص الإنتاج واسعة النطاق ومنخفضة التكلفة للمنتجات الإلكترونية، تم اقتراح مؤشرات أداء عالية الدقة وعالية الإنتاجية للجهات المجهزة. في هذه المقالة، نريد مناقشة المزيد حول معدات وتكنولوجيا الرقائق. 

أولاً، دعنا نبدأ بـ‘سنناقش ماكينات التثبيت SMT، والتي تسمى أيضًا ماكينات الالتقاط والوضع. تعد ماكينات التركيب من المعدات الرئيسية في العملية الخلفية لأشباه الموصلات. يمكننا تقسيمها إلى فئتين وفقًا لنوع التركيب: الأولى هي آلة تركيب SMT: إنها تنتمي إلى المعدات الرئيسية لخط إنتاج عملية تركيب السطح. يتم استخدامه بشكل أساسي لتركيب الرقائق المعبأة والمكونات الإلكترونية مثل المقاومات والمكثفات وما إلى ذلك على لوحة PCB. يتميز جهاز التثبيت بسرعة تركيب سريعة، والتي يمكن أن تصل إلى 20000 CPH، وأحيانًا يمكن أن تصل إلى 150000 CPH. دقة التركيب ليست عالية، وعمومًا ما بين 20 و 40 ميكرومتر ؛ والثاني هو التعبئة والتغليف المتقدمة والمضادة: يستخدم بشكل أساسي لتركيب الرقائق العارية أو المكونات الإلكترونية الدقيقة. وهي تقوم بتركيب الرقائق على إطارات الرصاص أو المشتتات الحرارية أو الركائز أو مباشرة على ألواح ثنائي الفينيل متعدد الكلور. ويمكن تقسيمها بشكل عام إلى رقائق ربط الأسلاك ورقائق الرقائق المقلوبة. وهو حاليًا هو التيار الرئيسي لتغليف أشباه الموصلات. يكمل الربط السلكي أولاً التغليف المكدس للرقائق من خلال آلة وضع، ثم يربط نقاط الوسادة على الجانب الأمامي من الرقاقة بالإطار أو الركيزة من خلال آلة ربط الأسلاك. العملية الحالية ناضجة نسبيًا. تركيب الرقاقة المقلوبة هي طريقة لوضع اللحام على وسادة اللحام على سطح الرقاقة ولحامها مباشرةً بكرة اللحام المقابلة على الركيزة بعد التقليب. وبالمقارنة مع الربط السلكي، يمكن أن يحقق كثافة حزمة أعلى، وتوصيل بيني أقصر للخطوط، وتقليل التداخل، وتقليل المعاوقة السعوية، وتوصيلات أكثر استقرارًا وموثوقية. 

نقطة أخرى هي أن معدات التغليف والرقائق المتقدمة تستخدم بشكل أساسي في التجميع الدقيق للأجهزة المنطقية والذواكر وأجهزة MEMS ومصابيح LED والإلكترونيات الضوئية والترددات اللاسلكية والأجهزة ذات التردد المنخفض وغيرها من الأجهزة. تتضمن عملية التجميع حزم C2C وC2W وW2W و2.5D/3D. من بينها، التغليف ثلاثي الأبعاد عالي الكثافة هو اتجاه التطوير المستقبلي. من خلال تقنية السيليكون، يتم تحقيق الربط البيني للرقائق المكدسة. الميزة الأكثر وضوحًا للتغليف ثلاثي الأبعاد عالي الكثافة هي أنه يمكن أن يقلل من حجم وجودة المنتج إلى 1/5 ~ 1/10 من المنتج الأصلي. تشمل تقنيات التركيب الرئيسية المستخدمة اللحام بإعادة التدفق، والترابط بالضغط الساخن، والترابط بالضغط الساخن، والترابط سهل الانصهار، وعملية اللصق، والترابط بالموجات فوق الصوتية، والمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية، وعملية اللصق الموصّل، إلخ.

ثانيًا، نريد التركيز على التكنولوجيا الرئيسية لماكينات الالتقاط والتركيب SMT. ينطوي تطوير معدات ماكينات التغليف والتركيب المتقدمة على هندسة أنظمة متعددة التخصصات. مؤشرات الأداء الرئيسية للمعدات هي دقة التركيب وعائد التركيب. في الوقت الحالي، تلبي معظم ماكينات التركيب إما التركيب عالي الدقة أو التركيب عالي الإنتاجية. إن تلبية كلا المؤشرين هو التحدي الحالي. وتتأثر مؤشرات الأداء الرئيسية لماكينة التركيب بالتقنيات الرئيسية التالية، مثل نظام المحاذاة البصرية الدقيقة والتخطيط الهيكلي المعقول والتحكم الدقيق في الحركة وبرنامج النظام الكامل. 

التقنية الرئيسية الأولى التي نريد مناقشتها هي نظام المحاذاة البصرية. لقد مر نظام المحاذاة الخاص بالمحاذاة بالمحاذاة من المحاذاة الميكانيكية الأولى والمحاذاة بالليزر إلى المحاذاة البصرية، وقد تحسنت دقة المحاذاة تدريجيًا. يتضمن نظام المحاذاة البصرية بشكل عام مصادر الإضاءة، وعدسات التصوير، وكاميرات التحويل الكهروضوئي، وبطاقات الاستحواذ، وبرامج المعالجة لنقل البيانات ومعالجتها. في الوقت الحالي، تتم محاذاة موضع الرقاقة والرقعة المستهدفة بشكل أساسي من خلال المحاذاة البصرية.

في معدات التصحيح اليدوية وشبه الآلية، تتم المحاذاة مباشرةً من خلال تداخل الصور. تستخدم معدات التصحيح الأوتوماتيكية بالكامل بشكل أساسي اكتشاف الصور المرئية متعددة الأبعاد. المحاذاة غير المباشرة، والتي تتضمن نظامي تصوير مستقلين على الأقل. تجمع الكاميرا الصور، وتستخرج حواف الصورة، وتحدد موضع مركز الصورة من خلال خوارزميات الصورة. بشكل عام، يتم ترتيب الكاميرات ذات مجال الرؤية العلوي والسفلي للحصول على نقاط الملامح على الرقاقة أو شكل الرقاقة ونقاط الملامح المتعلقة بموضع الرقعة المستهدفة، وبالتالي إنشاء علاقة الإحداثيات بين الرقاقة ونقاط موضع الهدف. في عملية إنشاء مواضع الإحداثيات، تنقسم طرق المحاذاة المستخدمة لموضع الرقعة المستهدفة (الركيزة أو الرقاقة) إلى محاذاة عالمية ومحاذاة محلية وفقًا لدقة الرقعة المختلفة. كفاءة المحاذاة العالمية عالية. الشرط الأساسي لوضع إحداثيات البت المستهدفة في محاذاة واحدة هو أن تكون دقة مساحة سطح الركيزة أو الرقاقة عالية. يمكن للمحاذاة المحلية أن تتكيف مع انحراف مواضع المصفوفات المختلفة. يتم تحديد كل موضع رقعة وتحديد موضعها بشكل فردي. وهي مناسبة للبقع عالية الدقة، ولكن بسبب المحاذاة المتكررة، يكون العائد منخفضًا نسبيًا. تكون معظم عمليات التعرف على الصور في حالة ثابتة. تم تطوير التعرف الديناميكي في السنوات الأخيرة بشكل أساسي لتحسين الإنتاجية وتقليل وقت انتظار الحركة. يُطلق عليه رؤية الطيران. رؤية الطيران تعني التصوير الديناميكي. يحتاج نظام رؤية الطيران الخاص بالمركب إلى إكمال التركيب. عندما يتحرك رأس التركيب فوق كاميرا الرؤية بسرعة معينة، فإنه يجمع صورًا للمكونات المراد تركيبها * بواسطة فوهة الشفط، وفي الوقت نفسه، يتم استخدام تقنية معالجة الرؤية عالية السرعة لإكمال مهمة حوسبة الرؤية.

تعتبر تقنية رؤية الطيران ذات أهمية كبيرة لتحسين كفاءة عمل الماكينة بأكملها. يتطلب التصوير بالطيران التقاط صور عالية السرعة، وتتأثر دقة تحديد المواقع بوقت تعريض الكاميرا ووقت الاتصال وما إلى ذلك. تُستخدم الماكينة التي تستخدم هذه الطريقة لالتقاط الصور بشكل أساسي في معدات التركيب السطحي منخفضة الدقة، مثل دقة التركيب التي تتراوح بين 20 و50 ميكرومتر. ترتبط دقة النظام ارتباطًا مباشرًا بدقة الكاميرا والعدسة، بالإضافة إلى خوارزمية التعرف على الصور. يمكن أن يؤدي تحسين NA للعدسة إلى تحسين دقة العدسة بشكل فعال، مع تقليل مجال رؤية العدسة، مما يتطلب اختيارًا متوازنًا. أيضًا، بالنسبة للكاميرات، تؤدي زيادة دقة الكاميرا أيضًا إلى تحسين قدرات التعرف على الصور. ويتمثل التأثير السلبي في زيادة كمية معالجة البيانات للصورة الواحدة، وزيادة وقت الحصول على الصورة ومعالجتها، والتسبب في تأثير العائد. تتأثر خوارزميات التعرف على الصور بشكل كبير بالعملية. يمكن أن يؤدي استخدام خوارزميات مختلفة لاستخراج ميزات حافة العلامة إلى زيادة قدرة نظام الرؤية على التكيف، وبالتالي توليد أخطاء أقل وتحسين دقة المحاذاة. 

التقنية الرئيسية الثانية التي نريد مناقشتها هي التصميم الهيكلي لماكينات الالتقاط والوضع SMT. بالإضافة إلى نظام المحاذاة المرئي الدقيق، يجب أن يضمن الماكينة أيضًا تخطيطًا هيكليًا معقولاً وآلية حركة دقيقة وتصميم حركة متوازية لتحسين الإنتاجية. وفي الوقت نفسه، يجب أن يضمن استقرار النظام وأخطاء التداخل البيئي الصغيرة. وبالنظر إلى عملية تطور المِركبة، يمكن تقسيمها تقريبًا إلى أربعة أنواع وفقًا لطرق عمل المِركبة: نوع ذراع الرافعة ونوع القرص الدوار والنوع المركب والنظام المتوازي الكبير.

الأول هو نوع الذراع المتحرك. ويتميز هذا النوع من العدادات الهيكلية بمرونة عالية ودقة تركيب عالية. يتم ترتيبه بشكل عام على قنطرة رخامية أو مصبوبة، وهو مزود بأذرع تركيب تتحرك ذهابًا وإيابًا. إنه الهيكل الرئيسي لمعظم أجهزة التركيب. ومع ذلك، بالمقارنة مع العديد من الهياكل الأخرى، فإن إنتاجية التصحيح منخفضة نسبيًا، ويستخدم عملاء Nectec عمومًا ذراعين لتحسين الإنتاجية. والثاني هو نوع القرص الدوار، الذي يثبت رأس البُرادة على مغزل دوار. بينما يقوم رأس بُرادة واحد بامتصاص البُرادة في المحطات الأخرى، يمكن لرؤوس البُرادة في المحطات الأخرى تنفيذ إجراءات مثل المحاذاة والتركيب، مما يحسن الإنتاجية بشكل كبير. ونظرًا لوصلة النقل الطويلة والهيكل المعقد، فإن دقة التركيب التي يجلبها هذا الهيكل أقل من دقة التركيب من نوع الذراع المتحرك. يتم استخدامه بشكل أساسي في أجهزة تركيب SMT، ولا تزال أجهزة التغليف والتركيب المتقدمة تستخدم هيكل نوع الذراع المتحرك كجزء رئيسي. النوع الثالث عبارة عن هيكل مركب، والذي يمكنه نقل عدد كبير من الرقائق في وقت واحد والتركيز على الشفط واللصق. وهو يجمع بين مزايا نوع الذراع المتحرك ونوع القرص الدوار، ولكن الهيكل معقد نسبيًا وتكاليف تطويره مرتفعة ويفتقر إلى المرونة. والنوع الرابع هو أن الأنظمة المتوازية واسعة النطاق تعتمد تصميمًا معياريًا، ويتم إعداد مجموعات متعددة من مكونات نقل البُرادة أو تركيبها وفقًا لمحطات الاختناق المحددة لخط الإنتاج لتلبية احتياجات التعبئة والتغليف على دفعات لخطوط الإنتاج واسعة النطاق. 

مع الأخذ في الاعتبار ثبات الهيكل وتأثير درجة الحرارة المحيطة، في تصميم الإطار الهيكلي للعارضة، حاول اختيار مواد ذات صلابة محددة أفضل، أي نسبة المعامل المرن إلى كثافة المادة. تتمتع هذه المواد بصلابة جيدة ووزن خفيف، مثل الإطارات الرخامية وإطارات الحديد الزهر. تضيف معدات التركيب عالية الدقة نظام تخميد الاهتزاز السلبي أو النشط إلى الجزء السفلي من الإطار لتقليل تداخل اهتزاز الأساس. من من منظور تحليل سلسلة حجم الخطأ، يجب أيضًا مراعاة معامل التمدد الحراري للمادة. كلما كان المعامل أصغر، قل تأثر نظام القياس بدرجة الحرارة المحيطة. وبفضل نضج تكنولوجيا المحاكاة الحاسوبية الحديثة، يمكن تحسين تأثير العوامل البيئية على التصميم الهيكلي المذكور أعلاه من خلال تحليل محاكاة العناصر المحدودة جنبًا إلى جنب مع بيانات الاختبار الفعلية، مثل المحاكاة الساكنة، والمحاكاة النمطية، والمحاكاة الديناميكية، والمحاكاة الديناميكية الحرارية، وما إلى ذلك. فيما يتعلق بتحسين الإنتاجية، يحاول التصميم الهيكلي تقليل العلاقة بين مواقع توريد المواد ومواقع الرقعة المستهدفة، وتقصير المسار، وتقليل وقت نقل المواد، لأن حوالي 701 تيرابايت في 3 تيرابايت من وقت دورة الرقعة الواحدة يستخدم لمناولة المواد. في التصميم الهيكلي، يعتبر رأس الرقعة مكونًا رئيسيًا في التصميم الهيكلي. من أجل التكيف مع عملية وضع الرقاقة، بالإضافة إلى تلبية امتصاص الضغط السلبي الأساسي للرقاقة، فإنه يحتاج أيضًا إلى تلبية التسوية متعددة الحريات لضمان التوافق المحكم والموحد للرقاقة والركيزة أثناء عملية وضع الرقاقة. تتطلب بعض العمليات أيضًا ضغطًا وتسخينًا لتلبية عملية وضع البُرادة سهلة الانصهار. 

التقنية الرئيسية الثالثة التي نريد مناقشتها هي التحكم الدقيق في الحركة. نظرًا لوجود نوعين من نظام الحركة، سنشرح كل نوع على حدة. نظام الحركة الأول هو نظام الطاولة الرياضية. في تطبيق ماكينات التغليف والتعبئة المتقدمة، من أجل تنسيق نقل البُرادة ووضعها، يتم وضع منصات إزاحة متعددة المحاور داخل المعدات. تشمل منصات الحركة هذه حركات المحاور X وY وZ وRz لحامل البُرادة وكذلك الحركة متعددة الأبعاد لرأس البُرادة. في السنوات الأخيرة، تم تحسين آلية النقل تدريجيًا من هيكل لولبي كروي مدفوع بمحركات مؤازرة ومتدرجة إلى هيكل محرك الدفع المباشر. بالنسبة لطاولة التحميل ذات الأحمال الثقيلة، يتم استخدام سكة توجيه عائمة هوائية أو سكة توجيه ماجليف بدلاً من سكة التوجيه الدوارة لناقل الحركة، مما يقلل من النقل الميكانيكي. التآكل، وتقليل أخطاء الحركة، وفي الوقت نفسه زيادة سرعة وتسارع المنصة المتحركة، وبالتالي تحسين إنتاجية النظام. أثناء زيادة سرعة حركة رأس البُرادة المتحركة، غالبًا ما يُحدث النظام بأكمله تأثيرًا. في تصميم الآلية، تستخدم بعض الشركات المصنعة طرقًا مثل زيادة صلابة الإطار أو زيادة الأوزان وجذب الجاذبية لتخفيف قوة رد فعل الحركة وتحقيق التوازن الديناميكي للنظام. يتم استبدال نظام الحلقة شبه المغلقة التقليدي، مثل دقة موضع التغذية المرتدة للمشفر، تدريجيًا بنظام قياس المسطرة الشبكية ذات الحلقة المغلقة بالكامل، مما يؤدي مباشرة إلى رفع دقة الرقاقة من عشرات الميكرون إلى ميكرون أو حتى دقة تركيب دون الميكرون.

أثناء عملية القيادة لطاولة الحركة، يتم استخدام طريقة القيادة المكدسة للمحورين X و Y بشكل عام. ونظرًا للحمل الثقيل على المحور Y في الطبقة السفلية، يمكن أن تزيد سكة التوجيه المزدوجة وتقنية القيادة ذات الشعاع المزدوج من سرعة حركة المحور Y وتقلل من الاهتزاز الأيسر والأيمن. في هذا الوقت، تتطلب أعمدة القيادة اليمنى واليسرى مزامنة صارمة وتتطلب تحكمًا متزامنًا في الحركة. ثم، نظام الحركة الثاني هو نظام التحكم. ينقسم نظام التحكم إلى أجهزة تحكم وبرمجيات تحكم. تعتمد بنية الأجهزة على وحدة التحكم الرئيسية. هناك بشكل عام الأنواع التالية: نظام الحواسيب الصغيرة أحادية الرقاقة، ونظام PLC الرياضي الاحترافي، والكمبيوتر الشخصي بالإضافة إلى بطاقة التحكم الرياضية الاحترافية. من بينها، يتم استخدام الحواسيب الصغيرة أحادية الرقاقة ونظام PLC بشكل أساسي في المعدات ذات هياكل الحركة البسيطة ومسارات الحركة الثابتة، بينما يمكن للكمبيوتر الشخصي بالإضافة إلى البطاقات الرياضية الاحترافية تحقيق حركات منحنى معقدة وخوارزميات حركة معقدة. بالنسبة لأنظمة التحكم المعقدة الأوتوماتيكية بالكامل، يمكن أيضًا استبدال الكمبيوتر الشخصي بالإضافة إلى البطاقة الرياضية الاحترافية بخادم بالإضافة إلى وحدة تحكم رياضية احترافية. ينقسم برنامج النظام إلى برنامج التحكم الرئيسي للكمبيوتر العلوي، وبرنامج الواجهة التفاعلية بين الإنسان والكمبيوتر وبرنامج التحكم في الحركة متعدد المحاور للكمبيوتر السفلي والحصول على الصور وتحليلها، والتحكم في الإدخال/الإخراج، والحصول على الكمية التناظرية، وبرنامج معايرة دقة النظام. يتم تحسين جزء من تحسين دقة المعداد من خلال تعويض محاذاة نظام الرؤية. عادةً ما يكون الكمبيوتر العلوي عبارة عن كمبيوتر صناعي أو خادم، والذي يكمل التفاعل بين الإنسان والكمبيوتر، وعرض الصور، وإدارة تقسيم المهام ووظائف الاتصال.

عادةً ما يكون الكمبيوتر السفلي عبارة عن وحدة مستقلة للتحكم في الحركة أو معالج دقيق أو PLC، وما إلى ذلك، والتي تتطلب أداءً عاليًا في الوقت الحقيقي وتنسيق مختلف محاور الحركة وأجهزة الاستشعار والحصول على الصور والتحكم في الإدخال/الإخراج وغيرها من الإجراءات. بالنسبة للوصلات ذات المتطلبات العالية للإجراءات في الوقت الحقيقي، يتم استخدام طرق التشغيل الصلبة بشكل عام لتقليل وقت تنفيذ التعليمات البرمجية وتحسين الإنتاجية. 

وختامًا، مع تطور رقائق الدوائر المتكاملة نحو الكثافة العالية والموثوقية العالية والتكلفة المنخفضة في صناعة الدوائر المتكاملة، يتم طرح متطلبات أعلى لمركب المعدات الرئيسية في مجال التغليف، وتتزايد دقة التركيب وعائد التركيب عامًا بعد عام. مع الاستثمار المستمر في صناعة الدوائر المتكاملة في السنوات الأخيرة، سيواجه موردو المعدات أيضًا فرصًا وتحديات جديدة. نشعر أنه في المستقبل، تحتاج معدات التعبئة والتغليف ومعدات الرقائق المتقدمة إلى خصائص متعددة الوظائف، ووحدات معيارية، ومرنة، وذكية. ولا يمكننا أن نكون متفردين في المنافسة في السوق إلا من خلال الاستثمار المستمر في البحث والتطوير للتقنيات الرئيسية.