กระบวนการผลิตพื้นผิว

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเทคโนโลยี Surface Mount

เทคโนโลยี Surface Mount คือพื้นที่ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในการยึดส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เข้ากับผิวของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) เพื่อต่อต้านการแทรกชิ้นส่วนผ่านรูเช่นเดียวกับการประกอบแบบเดิม SMT ได้รับการพัฒนาเพื่อลดต้นทุนการผลิตและเพื่อให้มีการใช้พื้นที่ PCB อย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น อันเป็นผลมาจากการเปิดตัวเทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิวจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความซับซ้อนสูงเป็นชิ้นส่วนขนาดเล็กและขนาดเล็กที่มีการทำซ้ำได้ดีเนื่องจากมีระบบอัตโนมัติที่สูงขึ้น

SMD คืออะไร?

อุปกรณ์ยึดพื้นผิวหรือ SMD เป็นคำที่ใช้สำหรับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในกระบวนการยึดผิวหน้า มีหลากหลายของแพคเกจส่วนประกอบ SMD มีอยู่ในตลาดและมาในหลายรูปทรงและขนาด - การเลือกที่สามารถมองเห็นด้านล่าง:

กระบวนการประกอบชุดติดตั้งพื้นผิว

ขั้นตอนการประกอบติดตั้งบนผิวหน้าจะเริ่มขึ้นในระหว่างขั้นตอนการออกแบบเมื่อมีการเลือกส่วนประกอบที่หลากหลายและ PCB ได้รับการออกแบบโดยใช้ชุดซอฟต์แวร์เช่น OrCAD หรือ Cadstar ( มีให้เลือกใช้ )

เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องตระหนักว่ากระบวนการนี้เริ่มต้นในขั้นตอนนี้เพราะเป็นเวลาที่ดีที่สุดในการรวมคุณสมบัติการออกแบบให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ซึ่งจะทำให้การผลิตตรงไปตรงมาและปวดศีรษะได้ฟรี ค่อนข้างบ่อยวงจรจะถูกนำมาจากขั้นตอนการออกแบบวงจรเพื่อ PCB รูปแบบที่มีการพิจารณาหลักเป็นฟังก์ชันซึ่งแน่นอนมีความสำคัญมาก แต่ การออกแบบสำหรับการผลิต (DFM) ควรจะรวม

เมื่อออกแบบ PCB ได้รับการสรุปและส่วนประกอบที่เลือกในระยะต่อไปคือการส่งข้อมูล PCB ไปยัง บริษัท ผู้ผลิต PCB และส่วนประกอบที่ซื้อด้วยวิธีที่เหมาะสมที่สุดเพื่ออำนวยความสะดวกในระบบอัตโนมัติ การ ออกแบบแผ่น PCB ควรได้รับการพิจารณาและจัดทำข้อกำหนดเพื่อให้แน่ใจว่ารูปแบบที่ได้รับ PCB จะเป็นไปตามที่คาดไว้และเหมาะสมกับเครื่องที่จะนำมาใช้

ส่วนประกอบต่างๆสามารถบรรจุได้หลายวิธีเช่นในวงล้อหลอดหรือในถาดที่สามารถมองเห็นได้ด้านล่าง ส่วนใหญ่มีอยู่ในวงล้อซึ่งเป็นที่ต้องการ แต่บางครั้งเนื่องจาก 'ปริมาณขั้นต่ำสั่งซื้อ (MOQ ของ)' ส่วนประกอบจะค่อนข้างบ่อยในหลอดหรือในแถบเทปสั้น ๆ สามารถใช้ประเภทของบรรจุภัณฑ์ทั้งสองแบบนี้ได้ แต่ต้องใช้ประเภทป้อนอาหารที่เหมาะสม หากเป็นไปได้ให้หลีกเลี่ยงการใส่ชิ้นส่วนที่หลวมในถุงมือเช่นเดียวกับที่อาจนำไปสู่การวางมือหรือความต้องการแผ่นอาหารพิเศษ

ส่วนประกอบทั้งหมดที่มี MSL (Moisture Sensitivity Level) ควรใช้งานร่วมกับ J-STD-033

การเขียนโปรแกรมเครื่อง - Gerber / CAD ไปยังไฟล์ Centroid / Placement / XY

หลังจากได้รับแผ่น PCB และส่วนประกอบแล้วขั้นตอนต่อไปคือการติดตั้งเครื่องจักรต่างๆที่ใช้ในกระบวนการผลิต เครื่องเช่นเครื่องวางตำแหน่งและ AOI (Automated Optical Inspection) จะต้องมีโปรแกรมที่สร้างขึ้นซึ่งสร้างได้ดีที่สุดจากข้อมูล CAD แต่โดยปกติแล้วจะไม่สามารถใช้งานได้ ข้อมูล Gerber มักจะพร้อมใช้งานเนื่องจากข้อมูลนี้จำเป็นสำหรับ PCB เปล่าที่จะผลิต หากข้อมูล Gerber เป็นข้อมูลเดียวที่พร้อมใช้งานแล้วการสร้างไฟล์ centroid / placement / XY อาจใช้เวลานานมากและ Surface Mount Process จะเสนอ บริการนี้เพื่อสร้างไฟล์ นี้

การพิมพ์แบบลึงค์

เครื่องแรกที่ติดตั้งในกระบวนการผลิตคือเครื่องพิมพ์วางประสานที่ออกแบบมาเพื่อใช้การเชื่อมแบบประสานโดยใช้ลายฉลุและไม้กวาดเพื่อใส่แผ่นรองที่เหมาะสมบน PCB นี่เป็นวิธีการที่ใช้กันอย่างกว้างขวางที่สุดในการใช้วางประสาน แต่การพิมพ์แบบเจ็ทกำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นโดยเฉพาะในภาคธุรกิจย่อยที่ไม่จำเป็นต้องมีการทำฉลุและการปรับเปลี่ยนทำให้ง่ายขึ้น

การควบคุมกระบวนการนี้เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากข้อบกพร่องในการพิมพ์หากตรวจไม่พบจะทำให้เกิดข้อบกพร่องต่อไป กับการประกอบกลายเป็นความซับซ้อนมากขึ้นการ ออกแบบลายฉลุ เป็นกุญแจสำคัญและต้องระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการที่ทำซ้ำได้และมีเสถียรภาพ

การตรวจสอบการทุบบัดกรี (SPI)

เครื่องเชื่อมแบบแท่นวางส่วนใหญ่มีตัวเลือกในการตรวจสอบโดยอัตโนมัติ แต่ขึ้นอยู่กับขนาดของ PCB กระบวนการนี้อาจใช้เวลามากและเป็นที่ต้องการของเครื่องแยกกัน ระบบการตรวจสอบภายในเครื่องพิมพ์วางประสานใช้เทคโนโลยี 2D ในขณะที่เครื่อง SPI เฉพาะใช้เทคโนโลยี 3D เพื่อให้สามารถตรวจสอบได้อย่างละเอียดมากขึ้นรวมถึงปริมาณการวางประสานต่อแผ่นและไม่เพียงแค่พิมพ์พื้นที่เท่านั้น

การจัดตำแหน่งชิ้นส่วน

เมื่อ PCB พิมพ์ได้รับการยืนยันว่ามีจำนวนที่ถูกต้องของการวางประสานจะถูกนำไปใช้ในส่วนถัดไปของกระบวนการผลิตซึ่งเป็นตำแหน่งส่วนประกอบ ส่วนประกอบแต่ละชิ้นถูกหยิบมาจากบรรจุภัณฑ์โดยใช้หัวดูดสูญญากาศหรือหัวจับหัวจับโดยการตรวจสอบด้วยระบบมองเห็นและวางไว้ในตำแหน่งที่ตั้งไว้ด้วยความเร็วสูง

มีเครื่องหลากหลายขนาดสำหรับขั้นตอนนี้และขึ้นอยู่กับธุรกิจที่เลือกใช้เครื่องประเภทใด ตัวอย่างเช่นถ้าธุรกิจมุ่งเน้นไปที่ปริมาณการสร้างขนาดใหญ่อัตราการจัดตำแหน่งจะมีความสำคัญ แต่ถ้าโฟกัสเป็นชุดขนาดเล็ก / ผสมสูงความยืดหยุ่นจะมีความสำคัญมากขึ้น

Pre-Reflow ออปติคัลออพติคอลเซ็นเตอร์ (AOI)

หลังจากขั้นตอนการจัดวางองค์ประกอบเป็นสิ่งสำคัญเพื่อตรวจสอบว่าไม่มีข้อผิดพลาดใด ๆ เกิดขึ้นและชิ้นส่วนทั้งหมดได้รับการวางอย่างถูกต้องก่อนการบัดกรีการบัดกรี วิธีที่ดีที่สุดในการทำเช่นนี้คือการใช้เครื่อง AOI เพื่อทำการตรวจสอบเช่นการปรากฏตัวชิ้นส่วนประเภท / ค่าและขั้ว

การตรวจสอบบทความครั้งแรก (FAI)

หนึ่งในหลาย ๆ ความท้าทายสำหรับผู้ผลิตที่ทำสัญญาย่อยคือการตรวจสอบการชุมนุมครั้งแรกกับข้อมูลลูกค้าหรือการตรวจสอบบทความครั้งแรก (FAI) เนื่องจากอาจใช้เวลานานมาก นี่เป็นขั้นตอนที่สำคัญมากในกระบวนการเนื่องจากข้อผิดพลาดใด ๆ หากตรวจไม่พบอาจทำให้เกิดการทำงานซ้ำได้มาก

Reflow Soldering

เมื่อตำแหน่งชิ้นส่วนทั้งหมดได้รับการตรวจสอบแล้วชุด PCB จะเคลื่อนย้ายไปที่เครื่องบัดกรีการปรับอุณหภูมิซึ่งจะมีการเชื่อมต่อตัวเชื่อมไฟฟ้าระหว่างส่วนประกอบและ PCB โดยการให้ความร้อนแก่ชุดประกอบกับอุณหภูมิที่เพียงพอ นี้ดูเหมือนจะเป็นหนึ่งในส่วนที่ซับซ้อนน้อยกว่าของกระบวนการประกอบ แต่โปรไฟล์ reflow ที่ถูกต้องเป็นกุญแจสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าข้อต่อบัดกรีได้รับการยอมรับโดยไม่ทำลายชิ้นส่วนหรือประกอบเนื่องจากความร้อนมากเกินไป

เมื่อใช้วัสดุประสานไม่มีตะกั่วการประกอบชิ้นส่วนที่มีความรอบคอบเป็นสิ่งที่สำคัญยิ่งกว่าเนื่องจากอุณหภูมิในการไหลของอากาศที่ต้องการมักจะอยู่ใกล้กับส่วนประกอบของอุณหภูมิสูงสุดที่กำหนดไว้

การตรวจสอบออปติคัลออพติคอลออพติคอล (AOI)

ขั้นตอนสุดท้ายของการประกอบแบบพื้นผิวเป็นการตรวจสอบอีกครั้งว่าไม่มีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นโดยการใช้เครื่อง AOI เพื่อตรวจสอบคุณภาพของรอยเชื่อม

ด้วยการเปิดตัวเทคโนโลยี 3D กระบวนการนี้จึงมีความน่าเชื่อถือมากขึ้นเช่นเดียวกับการตรวจสอบแบบ 2D ซึ่งมีแนวโน้มที่จะมีการโทรผิดพลาดในระดับสูงเนื่องจากการตีความภาพ 2D การตรวจสอบแบบ 3D ช่วยให้สามารถวัดได้แม่นยำมากขึ้นและให้กระบวนการตรวจสอบที่มีเสถียรภาพมากขึ้น

หนึ่งในคุณสมบัติใหม่ล่าสุดในเครื่องตรวจสอบคือสามารถเชื่อมต่อเครือข่ายเข้าด้วยกันเพื่อให้สามารถตอบกลับไปยังเครื่องก่อนหน้านี้โดยอัตโนมัติเพื่อให้สามารถทำการปรับอัตโนมัติได้ ตัวอย่างเช่นเครื่อง AOI สามารถเชื่อมต่อกับเครื่องวางตำแหน่งเพื่อให้สามารถปรับตำแหน่งตำแหน่งของชิ้นส่วนและสามารถเชื่อมต่อเครื่อง SPI เข้ากับเครื่องพิมพ์เพื่อให้สามารถปรับแต่งการจัดตำแหน่งของ PCB ให้เป็นลายฉลุได้

การเพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิผล

เป็นสถิติที่ทำให้ตกตะลึงในการอ่านว่าในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์การดำเนินการติดตั้งพื้นผิวจำนวนมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคการผลิตที่ทำสัญญาย่อยทำงานได้เพียง 20%

มีหลายเหตุผลที่นำไปสู่ตัวเลขนี้ แต่โดยพื้นฐานแล้วหมายความว่ามีการใช้เงินลงทุนเพียง 20% เท่านั้น การพูดทางการเงินจะทำให้ต้นทุนการเป็นเจ้าของที่สูงขึ้นและผลตอบแทนจากการลงทุนที่ลดลง สำหรับลูกค้าอาจทำให้เวลานำสินค้าของพวกเขายาวขึ้นและธุรกิจจะไม่สามารถแข่งขันในตลาดได้

ด้วยประสิทธิภาพการผลิตในระดับนี้จะมีผลกระทบต่อการผลิตจำนวนมากซึ่งจะส่งผลกระทบต่อธุรกิจเช่นขนาดแบทช์ที่ใหญ่ขึ้นส่วนที่มากขึ้นในสต็อกการรวมตัวกันของ WIP (งานที่กำลังดำเนินการอยู่) และเวลาตอบสนองที่ช้าลงตามความต้องการของลูกค้า .

ด้วยเหตุนี้จึงมีแรงจูงใจในการปรับปรุงประสิทธิภาพในขณะที่รักษาคุณภาพ