SMT คืออะไร?

เทคโนโลยี Mount Surface (SMT) หมายถึงกระบวนการติดตั้งส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ลงบนพื้นผิวของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) โดยตรง ในฐานะที่เป็นวิธีการผลิตกระแสหลักในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย ​​SMT เสนอข้อได้เปรียบมากมายเหนือชุดประกอบแบบดั้งเดิมผ่านหลุม (THT) รวมถึงขนาดส่วนประกอบที่เล็กกว่าน้ำหนักที่ต่ำกว่าความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้นและปริมาณงานที่มากขึ้น ตั้งแต่การยอมรับอย่างกว้างขวางในปี 1980 SMT ได้กลายเป็นวิธีการประกอบหลักสำหรับสมาร์ทโฟนแล็ปท็อปอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์เซ็นเซอร์ IoT และผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ อีกมากมาย

ข้อดีของ SMT

1. ความหนาแน่นของส่วนประกอบสูง

   • ส่วนประกอบสามารถวางไว้ที่ทั้งสองด้านของ PCB เพิ่มความหนาแน่นของวงจรอย่างมีนัยสำคัญ

   • การใช้ขนาดแพ็คเกจขนาดเล็ก (เช่น 0201, 0402) ช่วยให้เค้าโครงบอร์ดขนาดกะทัดรัดมากขึ้น

2. ระบบอัตโนมัติระดับสูง

   • เครื่องหยิบและสถานที่ความเร็วสูงวางส่วนประกอบอย่างแม่นยำและ reflow เตาอบบัดกรีพวกเขาในผ่านเดียว—การเปิดใช้งานปริมาณงานในหลายหมื่นตำแหน่งต่อชั่วโมง

   • ระบบอัตโนมัตินี้ช่วยลดข้อผิดพลาดของมนุษย์และต้นทุนแรงงานได้อย่างมากส่งมอบการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพในประสิทธิภาพการผลิตและความสอดคล้อง

3. ปรับปรุงความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพทางไฟฟ้า

   • อุปกรณ์ที่ติดตั้งบนพื้นผิว (SMDS) มีความยาวตะกั่วที่สั้นกว่าและข้อต่อประสานขนาดเล็กสร้างเส้นทางสัญญาณที่สั้นกว่าบน PCB สิ่งนี้จะช่วยลดการเหนี่ยวนำและความจุของกาฝาก

   • แอสเซมบลี SMT แสดงลักษณะการขยายตัวทางความร้อนที่ดีขึ้นและความต้านทานการสั่นสะเทือนทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

4. ความยืดหยุ่นในการออกแบบที่มากขึ้น

   • นักออกแบบ PCB สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการจัดวางส่วนประกอบและลดความยาวของการติดตามปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณและความเข้ากันได้ของแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC)

   • ประเภทแพ็คเกจที่หลากหลาย (QFP, BGA, CSP ฯลฯ ) รองรับขนาดและความต้องการประสิทธิภาพที่แตกต่างกันเปิดพื้นที่นวัตกรรมมากขึ้นสำหรับผลิตภัณฑ์สุดท้าย

การไหลของกระบวนการ SMT

สายการผลิต SMT ที่สมบูรณ์มักจะประกอบด้วยสี่ขั้นตอนหลัก: การพิมพ์บัดกรีวาง, เลือกและสถานที่, การบัดกรีรีดรีดและการทำความสะอาด/การตรวจสอบ แต่ละขั้นตอนขึ้นอยู่กับเครื่องจักรที่แม่นยำและการควบคุมกระบวนการที่เข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่าคุณภาพของผลิตภัณฑ์และผลผลิต

1. การพิมพ์บัดกรี

• อุปกรณ์

  • เครื่องพิมพ์ stencil: ใช้ stencil โลหะเพื่อใช้บัดกรีวางอย่างแม่นยำกับ PCB’S Pad ที่ตั้ง

• ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ

  • การออกแบบรูรับแสงลายฉลุ : รูปร่างของรูรับแสงและตำแหน่งจะต้องตรงกับ PCB’S Pad Layout ที่มีความอดทนในตำแหน่งภายใน ±0.025 มม.

  • ความดันและความเร็ว : ความดัน Squeegee ความเร็วการพิมพ์และอุณหภูมิวางจะต้องปรับเพื่อให้ได้ความหนาของชั้นวางทั่วไปของ 100–150 µม.

  • วางคุณภาพ : ขนาดอนุภาคของผงบัดกรีจะต้องมีความสม่ำเสมอและองค์ประกอบฟลักซ์จะต้องมีความสมดุลที่ดีเพื่อให้แน่ใจว่าการยึดเกาะที่ดีและการผสมที่เหมาะสมในระหว่างการรีมอน

2. การเลือกและสถานที่

• อุปกรณ์

  • เครื่องเลือกและสถานที่: ใช้ระบบการจัดตำแหน่งวิสัยทัศน์หรือเลเซอร์เพื่อเลือกส่วนประกอบ SMD จากเทปและรีลหรือถาดและวางไว้อย่างแม่นยำลงบนวางบัดกรีที่พิมพ์ออกมา

• ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ

  • การเลือกหัวฉีด : เลือกขนาดและรูปร่างหัวฉีดที่เหมาะสมสำหรับแต่ละประเภทส่วนประกอบ (0201, 0402, 0603, QFP, BGA ฯลฯ ) เพื่อให้แน่ใจว่าการดูดสูญญากาศและพื้นที่สัมผัสที่เหมาะสม

  • การจัดตำแหน่งวิสัยทัศน์ : เครื่อง’ระบบการมองเห็นจัดเรียงการวางแนวส่วนประกอบกับแผ่น PCB ซึ่งโดยทั่วไปจะต้องใช้ความแม่นยำในการจัดวางภายใน ±0.03 มม.

  • ความเร็วในการจัดวางและรอบเวลา : เครื่องความเร็วสูงสามารถวางส่วนประกอบหลายพันรายการต่อชั่วโมง ปริมาณงานของตำแหน่งขึ้นอยู่กับขนาด PCB ส่วนผสมส่วนประกอบและความซับซ้อนในการกำหนดเส้นทาง การเขียนโปรแกรมที่เหมาะสมและการจัดกลุ่มตัวป้อนเพิ่มประสิทธิภาพรอบเวลา

3. การบัดกรี

• อุปกรณ์

  • เตาอบ Reflow: ใช้โซนอุณหภูมิหลายโซน (อุ่น, แช่, reflow และการระบายความร้อน) เพื่อให้ความร้อนทั้งบอร์ดเพื่อให้การวางบัดกรีละลายและรูปแบบข้อต่อประสานที่เชื่อถือได้ระหว่างส่วนประกอบนำและแผ่น PCB

• ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ

  • โปรไฟล์การรีมอน : เส้นโค้งอุณหภูมิสี่ส่วนจะต้องปรับให้เหมาะกับสูตรวางบัดกรีและความไวต่อความร้อนของส่วนประกอบ อุณหภูมิการรีฟวี่สูงสุดโดยทั่วไปมีตั้งแต่ 235°C ถึง 245°C.

  • ความสม่ำเสมอ : เตาอบจะต้องรักษาแต่ละโซน’อุณหภูมิภายใน ±3°C เพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไป (ซึ่งสามารถสร้างความเสียหายส่วนประกอบ) หรือความฮือฮา (นำไปสู่ข้อต่อประสานเย็น)

  • การควบคุมบรรยากาศ : การใช้บรรยากาศไนโตรเจน (N₂) ช่วยลดการเกิดออกซิเดชันและปรับปรุงคุณภาพของข้อต่อ ในสายที่มีความอ่อนไหวค่าใช้จ่ายอาจใช้การรีฟวี่อากาศ แต่ต้องพึ่งพาสูตรฟลักซ์ที่ใช้งานอยู่เพื่อชดเชย

4. การทำความสะอาดและการตรวจสอบ

• การทำความสะอาด

  • ซ้อมบัดกรีบางตัว (โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มีฟลักซ์เปิดใช้งาน) ทิ้งไว้เบื้องหลังสิ่งตกค้างที่ต้องลบออกด้วยเครื่องทำความสะอาดพิเศษ (คลื่นหรือน้ำยาทำความสะอาดอัลตราโซนิก) เพื่อป้องกันการกัดกร่อนหรือรบกวนการเคลือบที่สอดคล้องกัน

  • การบัดกรีที่ไม่มีการทำความสะอาดช่วยขจัดความจำเป็นในการทำความสะอาดแม้ว่าจะต้องตรวจสอบความเสถียรของฟลักซ์ที่เหลือภายใต้อุณหภูมิและความเครียดทางไฟฟ้า

• การตรวจสอบ

  • การตรวจสอบแสงอัตโนมัติ (AOI) : ใช้กล้องและอัลกอริธึมการจดจำภาพเพื่อตรวจจับข้อบกพร่องเช่นการประสานไม่เพียงพอการเชื่อมโยงการเยื้องศูนย์หรือชิ้นส่วนที่หายไป

  • การตรวจสอบ X-ray (AXI/3D SPI) : จำเป็นสำหรับแพ็คเกจเช่น BGA หรือ QFN ซึ่งจะต้องตรวจสอบข้อต่อประสานที่ซ่อนอยู่สำหรับช่องว่างรอยแตกหรือลูกบอลที่หายไป

  • การทดสอบในวงจร (ICT) และการทดสอบการทำงาน : การทดสอบตามโพรบตรวจสอบความต่อเนื่องความต้านทานความจุแรงดันไฟฟ้าและความสมบูรณ์ของสัญญาณเพื่อให้แน่ใจว่าวงจรทำงานตามที่ตั้งใจไว้ก่อนที่จะย้ายไปยังกระบวนการดาวน์สตรีม

ภาพรวมของอุปกรณ์ SMT

การบรรลุคุณภาพสูงและผลผลิตใน SMT นั้นจำเป็นต้องมีการประสานงานของเครื่องจักรพิเศษในทุกขั้นตอนกระบวนการ:

1. เครื่องพิมพ์ลายฉลุ

   • แบรนด์ชั้นนำ: Dek, Ekra, Speedline (Nordson), MPM

   • คุณสมบัติ: การควบคุมแรงดึงแรงดันอากาศที่มีความแม่นยำสูง, การจัดตำแหน่ง fiducial อัตโนมัติ, ลายฉลุที่เปลี่ยนได้และ squeegees

2. เครื่องเลือกและสถานที่

   • แบรนด์ชั้นนำ: Yamaha, Juki, Panasonic, Fuji, ASM

   • ประเภท:

     • เครื่องจักรหลายหัวความเร็วสูง : มีความสามารถ 20,000–60,000 Cph (ชิปต่อชั่วโมง) สำหรับชิปขนาดเล็ก

     • เครื่องป้อนประเภทอาร์เรย์ (ATF) : เปิดใช้งานการเปลี่ยนแปลงรีลอย่างรวดเร็วเหมาะสำหรับการผลิตแบบผสมและปริมาณต่ำ

     • ประเภทตัวป้อนต่างๆ : เทป & รีล, ถาด, เทปตัด ฯลฯ สามารถกำหนดค่าได้ตามต้องการ

3. เตาอบรีด

   • แบรนด์ชั้นนำ: BTU, Rehm, Heller, Vitronics Soltec, Manncorp

   • คุณสมบัติหลัก: การควบคุมอุณหภูมิหลายโซนอิสระ, ความสามารถในการบรรยากาศไนโตรเจน, การทำโปรไฟล์อุณหภูมิที่ตั้งโปรแกรมได้

4. เครื่องทำความสะอาด

   • แบรนด์ชั้นนำ: Kyzen, Metcal, Speedline

   • กระบวนการ: การทำความสะอาดคลื่นการทำความสะอาดน้ำธรรมดาการทำความสะอาดด้วยอัลตราโซนิกช่วย—เลือกตามเคมีฟลักซ์

5. อุปกรณ์ตรวจสอบ

   • AOI (การตรวจสอบแสงอัตโนมัติ) : Saki, Vitrox, Omron, Koh Young

   • AXI (การตรวจสอบรังสีเอกซ์อัตโนมัติ) : Nordson Dage, Yxlon, Viscom

   • SPI (การตรวจสอบการวางบัดกรี) : Kyzen, Orbotech, Koh Young

   • ICT (การทดสอบในวงจร) / การทดสอบโพรบบิน : Keysight, Teradyne, GöPel Electronic

การควบคุมและทดสอบคุณภาพ SMT

การควบคุมคุณภาพดำเนินการผ่านทุกขั้นตอนของการผลิต SMT โดยมุ่งเน้นไปที่:

1. การควบคุมคุณภาพวัตถุดิบ

   • บัดกรี : ตรวจสอบองค์ประกอบโลหะผสม (ตะกั่วปลอดสารพิษต่ำ), การเปิดใช้งานฟลักซ์ (ไม่มีการทำความสะอาดเทียบกับ ละลายน้ำได้) และการไหลเพื่อให้แน่ใจว่ามีการทำให้เปียกและการก่อตัวของโลหะผสมที่เหมาะสม

   • PCB : ตรวจสอบน้ำหนักทองแดง, ความแม่นยำของรูรับแสงในการประสานและเครื่องหมาย fiducial ที่ชัดเจน

   • ส่วนประกอบ : ตรวจสอบให้แน่ใจว่าชิ้นส่วน SMD มีโอกาสในการขายที่ดีความยาวตะกั่วที่สอดคล้องกันและบรรจุภัณฑ์ที่ไม่เสียหาย (ไม่มีการออกซิเดชั่นหรือความผิดปกติ)

2. จุดควบคุมกระบวนการ

   • การตรวจสอบหลังการพิมพ์ : ใช้ SPI เพื่อวัดปริมาตรวางพื้นที่และความสูงของการสะสม การวางไม่เพียงพอนำไปสู่ข้อต่อเย็น วางมากเกินไปทำให้เกิดการเชื่อม

   • รีวิวการเขียนโปรแกรมแบบเลือกและสถานที่ : ยืนยันข้อมูล PCB CAD/CAM ตรงกับไฟล์ Gerber ตรวจสอบรายการไลบรารีส่วนประกอบการปฐมนิเทศและพิกัดตำแหน่งเพื่อป้องกันไม่ให้มีการวางตำแหน่งที่ผิดพลาดหรือชิ้นส่วนที่ขาดหายไป

   • การตรวจสอบโปรไฟล์ Reflow : ใช้เทอร์โมคับเปิลหรือบอร์ดโปรไฟล์เพื่อยืนยันเส้นโค้งอุณหภูมิของบอร์ดจริงตรงกับผู้ผลิตวางบัดกรี’โปรไฟล์ที่แนะนำ

   • ข้อเสนอแนะแบบเรียลไทม์ : ในระหว่างการตรวจสอบ AOI/AXI ให้มีการตั้งค่าสถานะของการตั้งค่าสถานะทันทีเพื่อให้ชิ้นส่วนสามารถทำใหม่หรือ reflowed ลดค่าใช้จ่ายเศษและค่าใช้จ่ายใหม่

3. กลยุทธ์การปรับปรุงผลตอบแทน

   • การฝึกอบรมผู้ประกอบการ : ฝึกอบรมการพิมพ์สถานที่การรีมอนและบุคลากรการตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอใน SOPS เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องได้รับการดูแลอย่างเหมาะสมและทำตามขั้นตอนกระบวนการอย่างเคร่งครัด

   • แผนการบำรุงรักษาอุปกรณ์ : สร้างการทำความสะอาดการสอบเทียบและการบำรุงรักษาตามกำหนดเวลา—เปลี่ยนหัวฉีดทำความสะอาดท่ออากาศรีโมตและเลนส์กล้องทำความสะอาดในช่วงเวลาปกติ

   • การปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง (Kaizen) : ดำเนินการทบทวนคุณภาพเป็นระยะเพื่อวิเคราะห์สาเหตุของข้อบกพร่อง (เช่น Tombstoning, การเชื่อมโยง, การเยื้องศูนย์) จากนั้นปรับพารามิเตอร์กระบวนการให้เหมาะสม

สถานะปัจจุบันของอุตสาหกรรม SMT และแนวโน้มในอนาคต

1. สถานะปัจจุบัน

   • การเติบโตของตลาดอย่างยั่งยืน : ขับเคลื่อนด้วย 5G, IoT, ยานพาหนะไฟฟ้าและอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้ตลาด SMT ทั่วโลกเติบโตขึ้น 6%–8% ต่อปี

   • ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี : แพ็คเกจพิเศษขนาดเล็ก (0201 และเล็กกว่า, Micro BGA, WLCSP) กำลังเพิ่มขึ้นเพิ่มข้อกำหนดความแม่นยำสำหรับเครื่องหยิบและสถานที่และระบบตรวจสอบ

   • การผลิตสีเขียว & ความยั่งยืน : การประสานที่ปราศจากตะกั่วและฟลักซ์ที่ไม่สะอาดได้กลายเป็นมาตรฐาน การรีดกลับของไนโตรเจนช่วยและเตาอบประหยัดพลังงานเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นเพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

2. แนวโน้มในอนาคต

   • ความแม่นยำสูงขึ้น & การย่อขนาดเล็ก : เมื่อขนาดแพ็คเกจยังคงหดตัวลงและ BGAS/QFNs กลายเป็นที่แพร่หลายกระบวนการ SMT จะต้องรองรับตำแหน่งที่ดี หัวฉีดระบบวิสัยทัศน์และการควบคุมการรีฟลอว์จะเห็นการปรับแต่งอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองความต้องการเหล่านี้

   • การผลิตอัจฉริยะ & อุตสาหกรรม 4.0 : การรวม MES (ระบบการดำเนินการผลิต), IIOT (อินเทอร์เน็ตอุตสาหกรรมของสิ่งต่าง ๆ ) และการวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่จะช่วยให้การตรวจสอบแบบเรียลไทม์การบำรุงรักษาระยะไกลและการปรับปรุงการทำนาย

   • การผลิตที่ยืดหยุ่น & การปรับแต่ง : การเพิ่มขึ้นของชุดคำสั่งซื้อแบบหลายรุ่นที่เพิ่มขึ้นนั้นต้องการเส้นที่สามารถปรับได้มากขึ้น เครื่องป้อน ATF และระบบการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วจะกลายเป็นที่แพร่หลาย

   • สีเขียว & แนวปฏิบัติที่ยั่งยืน : กระบวนการที่ไม่มีตะกั่วไม่มีการทำความสะอาดจะขยายตัวต่อไป ซากบัดกรีวางและกระบวนการรีไซเคิลขยะ PCB จะเติบโตขึ้นรองรับการผลิตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

บทสรุป

ในฐานะที่เป็นวิธีการประกอบหลักในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย ​​SMT ให้ประสิทธิภาพสูงความแม่นยำและความน่าเชื่อถือและมีอุตสาหกรรมที่มีการแทรกซึมอย่างลึกล้ำเช่นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภคอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์อุปกรณ์การแพทย์และการบินและอวกาศ ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพการไหลของกระบวนการอุปกรณ์อัพเกรดเสริมสร้างการควบคุมคุณภาพและการใช้วิธีปฏิบัติที่ชาญฉลาดของโรงงานผู้ผลิตสามารถปรับปรุงผลผลิตลดต้นทุนและเร่งเวลาในการตลาด

เมื่อมองไปข้างหน้าแนวโน้มอย่างต่อเนื่องไปสู่ส่วนประกอบที่มีขนาดเล็กลงและมีความหนาแน่นสูงขึ้นพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของการผลิตที่ชาญฉลาดและสีเขียวจะช่วยยกระดับอุปสรรคทางเทคนิคและโอกาสทางการตลาดในอุตสาหกรรม SMT บริษัท ใด ๆ ที่มีเป้าหมายที่จะแข่งขันในตลาดอิเล็กทรอนิกส์ที่รวดเร็วควรจับตาดูเทคโนโลยี SMT วัสดุและอุปกรณ์ที่เกิดขึ้นใหม่อย่างใกล้ชิด—และรวมเข้ากับระบบนิเวศการผลิตเพื่อสร้างคุณค่าที่มากขึ้นสำหรับลูกค้า

ประเด็นสำคัญที่ควรทราบ:

• บทความ’โครงสร้างที่ชัดเจนและการไหลแบบตรรกะช่วยให้ผู้อ่านค้นหาจุดที่น่าสนใจได้อย่างรวดเร็ว

• มันสมดุลคำอธิบายเบื้องต้นด้วยรายละเอียดทางเทคนิคเชิงลึกซึ่งดึงดูดทั้งวิศวกรมือใหม่และผู้จัดการด้านเทคนิค

• คำหลักเช่น “กระบวนการประกอบ SMT” “หัวฉีดแบบเลือกและสถานที่” “reflow บัดกรี” และ “การตรวจสอบ AOI” มีการถักทอตลอดเวลาเพื่อช่วยในการจัดทำดัชนีและทัศนวิสัยของเครื่องมือค้นหา

• รวมถึงแนวโน้มของอุตสาหกรรมและมุมมองที่คาดการณ์ล่วงหน้าช่วยเพิ่มบทความ’อำนาจและความเกี่ยวข้อง