Aflați mai multe despre SMT: Analiza proceselor de bază SMT

Înainte de a ajunge să cunoaștem analiza proceselor de bază SMT. Vom discuta mai întâi despre evoluția tehnologiei de montare pe suprafață (SMT), care este esențială pentru industria electronică și nu numai. SMT permite realizarea unor dispozitive electronice mai mici, mai ușoare și mai compacte, permițând utilizarea unor componente minuscule de montare pe suprafață (SMD) și este esențială pentru dispozitive portabile, smartphone-uri, dispozitive IoT și implanturi medicale. Componentele SMT au lungimi de plumb mai mici, reducând capacitatea și inductanța parazite, ceea ce duce la o procesare mai rapidă a semnalului și este esențial pentru aplicațiile de înaltă frecvență, cum ar fi 5G, cipurile AI și informatica avansată. Liniile de asamblare automatizate cu tehnologie de montare pe suprafață (SMT) pot crește viteza de producție și pot reduce erorile umane, permițând producția în masă la costuri reduse a plăcilor complexe cu circuite imprimate (PCB). SMD sunt mai puțin predispuse la stres mecanic (nu există conducte prin găuri), îmbunătățind longevitatea și sunt mai fiabile în ceea ce privește îmbinările prin lipire în medii dificile (automobile, industria aerospațială). Permite interconectări de înaltă densitate (HDI) și PCB-uri multistrat necesare pentru inteligența artificială, calculul cuantic și robotica avansată și facilitează integrarea tehnicilor avansate de ambalare (de exemplu, circuite integrate 3D, modele bazate pe ciplete). 

Există multe aspecte care afectează procesul, calitatea și rezultatul componentei cip fabricate SMT. Deoarece este un proces de bază în fabricarea electronică modernă, este eficient să se exploateze asamblarea componentelor prin echipamente de precizie și optimizarea proceselor. Lanțul său de procese de bază cuprinde patru etape-cheie: imprimarea pastei de lipit, plasarea componentelor, lipirea prin reflow și inspecția AOI. Fiecare etapă are propriul său scop - depunerea precisă a lipiciului, poziționarea componentelor, formarea fiabilă a îmbinărilor de lipit, depistarea defectelor. În mod interesant, fiecare etapă are, de asemenea, variabila sa cheie care poate afecta în mod direct rezultatul procesului de fabricație. Grosimea ochiurilor de oțel și presiunea racletei, precizia mașinii pick-and-place și tipul duzei, curba zonei de temperatură și temperatura maximă și algoritmul de detectare a rezoluției optice. Toate acestea necesită respectarea riguroasă a parametrilor procesului și a cerințelor de precizie ale echipamentelor. De exemplu, proiectarea ochiurilor de oțel în imprimarea pastei de lipit are un impact direct asupra calității îmbinărilor de lipit, în timp ce selecția duzelor și precizia mașinii de plasare în procesul de plasare determină precizia poziționării componentelor. Pentru a înțelege mai bine cum funcționează analiza, există un total de opt etape.

Primul pas - prezentare generală a principiilor tehnologiei de montare a cipurilor SMT. SMT permite asamblarea eficientă prin montarea directă a componentelor electronice pe suprafața unui PCB. Principiul său de bază constă în renunțarea la procesele tradiționale de montare prin găuri, utilizând în schimb componente miniaturizate și echipamente de precizie pentru a obține o dispunere de înaltă densitate. Procesul începe cu imprimarea pastei de lipit, unde pasta de lipit este aplicată cu precizie pe plăcuțele PCB. Ulterior, o mașină de preluare și plasare utilizează un sistem de poziționare vizuală pentru a plasa componente precum rezistențe și condensatoare cu o precizie de ordinul micronilor în pozițiile desemnate. În cele din urmă, lipirea prin reflow formează conexiuni electrice stabile. În comparație cu procesele tradiționale, SMT oferă avantaje cum ar fi dimensiuni mai mici ale componentelor, o densitate mai mare de asamblare și capacități de automatizare mai puternice, ceea ce îl face deosebit de potrivit pentru cerințele de greutate redusă și de înaltă performanță ale produselor electronice moderne. 

Etapa a doua - explicarea detaliată a procesului de imprimare a pastei de lipit. Primul proces și calitatea imprimării pastei de lipit afectează în mod direct fiabilitatea plasării și lipirii ulterioare. Nucleul acestui proces constă în transferul precis al pastei de lipit pe plăcuțele PCB prin intermediul unei plase de oțel. Trei domenii cheie necesită atenție: fabricarea ochiurilor de oțel, calibrarea echipamentului de imprimare și optimizarea parametrilor. Dimensiunea deschiderii ochiului de oțel trebuie să fie proiectată astfel încât să corespundă distanței dintre conductoarele componentelor și dimensiunilor plăcuțelor, respectând de obicei standardul IPC-7525. Raportul dintre lățime și grosime al deschiderilor trebuie controlat în intervalul 1,5:1 - 2:1 pentru a se asigura că rata de eliberare a pastei de lipit respectă specificațiile. În timpul procesului de imprimare, unghiul racletei (45°-60°), presiunea (3-8 N/cm²) și viteza (20-80 mm/s) trebuie să fie ajustate dinamic în funcție de tipul de stencil (oțel inoxidabil/nano-revopsit), în timp ce controlul statistic al procesului SPC este utilizat pentru a monitoriza offset-ul de imprimare, grosimea pastei de lipit (80-150 μm) și consistența formei în timp real. Pentru componentele QFN și BGA cu pas fin, o platformă de aspirație în vid și un sistem de poziționare prin vizionare sunt adesea utilizate împreună pentru a controla precizia imprimării cu ±25 μm, prevenind defectele de punte sau de îmbinare prin lipire la rece. 

Etapa a treia - optimizarea procesului de montare a componentelor. Plasarea componentelor este o verigă critică în lanțul de producție SMT, iar eficiența și precizia acesteia afectează în mod direct randamentul produsului. Optimizarea procesului trebuie să se concentreze pe trei domenii: selectarea echipamentului, setările parametrilor și integrarea software-ului: În primul rând, mașinile de plasare de înaltă precizie trebuie să fie echipate cu sisteme de mișcare pe mai multe axe și cu module de poziționare prin viziune adaptivă pentru a se asigura că abaterea de plasare a componentelor de dimensiunea 0201 este controlată în limitele de ±0.035 mm; în al doilea rând, prin adaptarea strategiei de selecție a duzei la frecvența de vibrație a alimentatorului, viteza de plasare a componentelor de formă neregulată poate fi mărită cu 15%-20%; în cele din urmă, funcția de planificare dinamică a traiectoriei a sistemului de execuție a producției (MES) poate reduce deplasarea în gol a capului de plasare cu peste 30% și, atunci când este combinată cu un sistem de feedback al presiunii în timp real, poate preveni riscul deteriorării componentelor. Pe această bază, stabilirea unui model de control statistic al procesului SPC pentru a analiza tendințele în 12 parametri cheie, cum ar fi presiunea de plasare și nivelul de vid, poate identifica în avans peste 85% de potențiale anomalii ale procesului.

Pasul patru - controlul parametrilor de lipire prin refulare. Fiind o componentă de bază care determină calitatea îmbinărilor de lipit în procesul de asamblare SMT, parametrii de lipire prin reflow trebuie configurați sistematic în funcție de caracteristicile pastei de lipit, tipurile de componente și materialele substratului. Profilul de temperatură este un element central al controlului procesului, împărțit de obicei în patru etape: zona de preîncălzire, zona de temperatură constantă, zona de refulare și zona de răcire. Zona de preîncălzire trebuie încălzită la o rată de 1,5-3°C/secundă pentru a ajunge la 150-180°C, evitând stresul termic care ar putea deteriora componentele; zona de menținere a temperaturii trebuie menținută timp de 60-120 de secunde pentru a activa complet fluxul și a îndepărta oxizii; temperatura maximă din zona de refulare trebuie controlată la 20-40°C peste punctul de topire a pastei de lipit (de obicei 220-250°C) timp de 40-90 de secunde pentru a asigura umezirea adecvată a lipiturii; rata de răcire trebuie menținută la 2-4°C/secundă pentru a forma o structură densă a îmbinării lipite. Pentru componentele de precizie, cum ar fi BGA și QFP, trebuie utilizată simularea termică pentru a optimiza uniformitatea convecției aerului cald, în timp ce protecția cu azot trebuie utilizată pentru a reduce riscurile de oxidare. Echipamentele moderne de lipire prin reflow dispun de obicei de funcții de control independent al temperaturii în mai multe zone și de compensare termică în timp real, combinate cu sisteme SPC pentru monitorizarea dinamică a ferestrelor procesului, reducând în mod eficient incidența defectelor, cum ar fi îmbinările de lipire reci și îmbinările de lipire incomplete.

Etapa a cincea - Analiza aplicării tehnologiei de inspecție AOI. În procesul de producție de asamblare SMT, inspecția optică automată (AOI) servește drept componentă de bază a controlului calității, utilizând captarea de imagini de înaltă precizie și algoritmi inteligenți pentru a efectua o analiză multidimensională a calității îmbinărilor de lipit, a poziționării componentelor și a polarității. Această tehnologie utilizează o combinație de surse de iluminare cu unghiuri multiple și sisteme de camere de mare viteză pentru a surprinde în timp real defectele tipice, cum ar fi uniformitatea acoperirii cu pastă de lipit, deplasarea componentelor și punțile de lipit, atingând o precizie de detecție de 0,01 mm. Sistemele AOI moderne optimizează continuu capacitățile de recunoaștere a defectelor prin modele de învățare profundă, cu rate de fals pozitive în prezent sub 2%. De asemenea, acestea suportă feedback în timp real al datelor SPC către sistemele MES, permițând ajustarea dinamică a parametrilor de proces într-un sistem în buclă închisă. În sectorul electronicelor de larg consum, echipamentele AOI trebuie să se adapteze la cerințele de detecție ale microcomponentelor 01005, în timp ce electronicele auto pun un accent mai mare pe stabilitatea detectării îmbinărilor de lipire în medii cu temperaturi ridicate. Odată cu integrarea tehnologiei de detecție 3D și a imagisticii multispectrale, sistemele AOI suferă o transformare de la detecția plană bidimensională la analiza tridimensională.

Pasul șase - Selectarea mașinilor și punctele cheie ale întreținerii. În procesele de asamblare SMT, selectarea echipamentului trebuie să ia în considerare în mod cuprinzător scara de producție, complexitatea produsului și cerințele de precizie ale procesului. Mașinile de preluare și plasare de mare viteză ar trebui să acorde prioritate modelelor cu funcționare colaborativă cu mai multe duze și capacități de compensare a poziționării bazate pe viziune pentru a răspunde cerințelor de plasare precisă a microcomponentelor precum 0201 și QFN. Echipamentele de imprimare a pastei de lipit ar trebui să se concentreze pe precizia controlului tensiunii stencilului și pe intervalul de reglare a presiunii racletei pentru a asigura depunerea uniformă a pastei de lipit. Atunci când se selectează un cuptor de reflow, este esențial să se evalueze numărul de zone de temperatură, eficiența circulației aerului cald și stabilitatea sistemului de protecție cu azot pentru a preveni defectele de lipire sau deteriorarea termică a componentelor cauzate de deviațiile curbei de temperatură. Întreținerea echipamentelor trebuie să urmeze proceduri standardizate, inclusiv curățarea zilnică a duzelor pentru mașinile de plasare, gestionarea ciclului de lubrifiere pentru benzile transportoare și calibrarea periodică a sistemelor de inspecție optică. În plus, ar trebui implementată întreținerea preventivă folosind senzori de vibrații și camere de termoviziune pentru a minimiza impactul defecțiunilor bruște ale echipamentelor asupra continuității liniei de producție.

Etapa a șaptea - analiza controlului calității în etapele cheie. În procesul de producție al asamblării SMT, controlul calității este integrat în toate etapele procesului, accentul fiind pus pe reducerea ratelor de defecte și pe asigurarea consecvenței produselor prin măsuri sistematice. În primul rând, inspecția materiilor prime este o etapă fundamentală, care necesită verificarea strictă a vâscozității pastei de lipit, a compoziției aliajului de lipit și a specificațiilor de ambalare a componentelor pentru a asigura conformitatea cu standardul IPC-A-610. În al doilea rând, monitorizarea în timp real a parametrilor procesului este esențială. De exemplu, în timpul etapei de imprimare a pastei de lipit, presiunea racletei și precizia alinierii șablonului trebuie să fie ajustate dinamic prin intermediul unui sistem SPC (Statistical Process Control) pentru a preveni dezalinierea sau prăbușirea. În timpul etapei de lipire prin reflow, curba de temperatură trebuie să corespundă exact caracteristicilor pastei de lipit și rezistenței la temperatură a componentelor. Datele sunt colectate prin intermediul unui tester de temperatură al cuptorului pentru a optimiza parametrii zonei de încălzire. Inspecția AOI servește ca metodă finală de inspecție, folosind tehnologia de imagistică multispectrală pentru a identifica defecte precum îmbinările de lipit reci, alinierea greșită și erorile de polaritate și combinând inspecția cu raze X pentru analiza penetrantă a îmbinărilor de lipit ascunse în BGA-uri. În plus, calibrarea ciclului de întreținere a echipamentelor și formarea profesională a operatorilor sunt, de asemenea, factori critici în asigurarea stabilității pe termen lung. Prin integrarea datelor multidimensionale și un mecanism de feedback în buclă închisă, se stabilește un sistem cuprinzător de control al calității, de la prevenire la corecție. 

Etapa a opta - aplicarea și evoluția industriei SMT. Pe măsură ce produsele electronice continuă să evolueze către miniaturizare și integrare ridicată, tehnologia de montare pe suprafață (SMT) a devenit un proces de fabricație de bază în industrii precum electronica de consum, electronica auto și echipamentele de comunicații. În cazul produselor de larg consum, cum ar fi smartphone-urile și dispozitivele portabile, tehnologia SMT permite utilizarea eficientă a spațiului de pe placa de bază prin amplasarea de componente miniaturale. În sectorul electronicii auto, SMT își valorifică fiabilitatea ridicată pentru a îndeplini cerințele stricte ale sistemelor de control de la bordul vehiculelor privind rezistența la temperaturi ridicate și la vibrații. În prezent, adoptarea pe scară largă a stațiilor de bază de comunicații 5G și a dispozitivelor terminale IoT determină în continuare evoluția proceselor SMT către plasarea la viteze ultra-rapide și producția în linii mixte a mai multor varietăți de produse. Concomitent, integrarea profundă a producției inteligente și a Industriei 4.0 accelerează adoptarea de tehnologii avansate, cum ar fi inspecția prin viziune AI și gemenii digitali pe liniile de producție SMT pentru a realiza optimizarea dinamică a parametrilor de proces și predicția defectelor. În viitor, odată cu extinderea piețelor emergente, cum ar fi sistemele de control ale vehiculelor electrice și dispozitivele electronice medicale, tehnologia SMT va continua să facă progrese în ceea ce privește compatibilitatea materialelor, procesele ecologice și controlul de precizie la nivel de microni, oferind un sprijin tehnologic esențial pentru dezvoltarea de înaltă calitate a industriei de producție electronică.