ลองนึกภาพแผงวงจรพิมพ์เปล่า (PCB) ที่เปลี่ยนรูปผ่านชุดกระบวนการที่แม่นยำและซับซ้อนเป็นโมดูลอิเล็กทรอนิกส์ที่ทรงพลัง หรือแม้แต่ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงที่น่าทึ่งนี้คือสาระสำคัญของการผลิต SMT (Surface Mount Technology) อย่างไรก็ตาม การผลิต SMT นั้นซับซ้อนกว่าการ "วางส่วนประกอบ" แบบง่ายๆ มาก – มันเกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่สำคัญและรายละเอียดทางเทคนิคมากมาย บทความนี้ให้การวิเคราะห์เชิงลึกเกี่ยวกับกระบวนการผลิต SMT ที่สมบูรณ์ เพื่อช่วยให้คุณเข้าใจเทคโนโลยีการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญนี้อย่างถ่องแท้
ก่อนที่จะสำรวจกระบวนการผลิต SMT มาทำความคุ้นเคยกับคำศัพท์หลักบางคำที่จะช่วยในการทำความเข้าใจเนื้อหาในภายหลัง
การผลิต SMT เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและแม่นยำซึ่งเกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่สำคัญหลายขั้นตอน ด้านล่างนี้เราจะอธิบายรายละเอียดแต่ละขั้นตอนของกระบวนการ
ขั้นตอนแรกในสายการผลิต SMT โดยทั่วไปคือการโหลด PCB เครื่องโหลดจะนำ PCB ออกจากสแต็กตามลำดับและป้อนผ่านสายพานลำเลียงไปยังกระบวนการถัดไป – การพิมพ์วางประสาน เครื่องโหลดช่วยให้มั่นใจได้ถึงการจ่าย PCB อย่างต่อเนื่องเพื่อการผลิตที่มีประสิทธิภาพ
การพิมพ์วางประสานเป็นหนึ่งในขั้นตอนที่สำคัญที่สุดในการผลิต SMT วางประสาน – ส่วนผสมของผงบัดกรีและฟลักซ์ – ใช้ในการเชื่อมต่อ SMDs กับ PCBs คุณภาพของการพิมพ์วางประสานมีผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือในการบัดกรี
ในเครื่องพิมพ์วางประสาน PCB จะถูกวางตำแหน่งอย่างแม่นยำบนแท่นพิมพ์ก่อน จากนั้นจะจัดตำแหน่ง SMT stencil (แผ่นโลหะที่มีช่องเปิดที่สอดคล้องกับแผ่น PCB) เหนือพื้นผิว PCB ใบมีดปาดน้ำจะเคลื่อนที่ข้าม stencil กระจายวางประสานอย่างสม่ำเสมอผ่านช่องเปิดบนแผ่น PCB
SPI เป็นขั้นตอนการควบคุมคุณภาพที่สำคัญซึ่งใช้เทคโนโลยีออปติคัลหรือเลเซอร์เพื่อทำการตรวจสอบ 3 มิติของการวางประสานที่พิมพ์ พารามิเตอร์การตรวจสอบที่สำคัญ ได้แก่:
หาก SPI ตรวจพบปัญหาด้านคุณภาพ วิศวกรจะหยุดการผลิตทันทีเพื่อปรับและบำรุงรักษาเครื่องพิมพ์วางประสาน
ขั้นตอนหลักและเป็นอัตโนมัติที่สุดในการผลิต SMT คือการวางส่วนประกอบ เครื่องจักร Pick-and-place ดึง SMDs จากตัวป้อนและติดตั้งลงในตำแหน่ง PCB ที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำ เครื่องจักรเหล่านี้ประกอบด้วย:
สาย SMT ที่ทันสมัยโดยทั่วไปใช้เครื่องวางหลายเครื่อง – หน่วยความเร็วสูงสำหรับส่วนประกอบขนาดเล็กและเครื่องมัลติฟังก์ชันสำหรับอุปกรณ์ขนาดใหญ่
เมื่อ PCBs มีส่วนประกอบ BGA (Ball Grid Array) การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์จะมีความจำเป็นเนื่องจากข้อต่อบัดกรีของพวกมันถูกซ่อนอยู่ใต้แพ็คเกจ ระบบรังสีเอกซ์ตรวจจับ:
การบัดกรีแบบ Reflow เป็นกระบวนการเชื่อมต่อที่สำคัญที่สุดในการผลิต SMT ซึ่งวางประสานจะหลอมละลายเพื่อเชื่อมต่อ SMDs กับแผ่น PCB อย่างถาวร เตาอบ Reflow มีโซนอุณหภูมิหลายโซนพร้อมการควบคุมความร้อนที่แม่นยำผ่านขั้นตอนเหล่านี้:
การกำหนดค่าอุณหภูมิที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ถึงการหลอมละลายของบัดกรีที่เหมาะสมที่สุด ในขณะเดียวกันก็ป้องกันความเสียหายจากความร้อน Reflow ที่ช่วยด้วยไนโตรเจนสามารถลดการเกิดออกซิเดชันเพื่อปรับปรุงคุณภาพได้
ระบบ AOI ใช้การถ่ายภาพด้วยแสงเพื่อตรวจสอบพื้นผิว PCBA อย่างครอบคลุมสำหรับข้อบกพร่องในการบัดกรีและปัญหาการวาง รวมถึง:
ระบบ AOI แบบอินไลน์ที่รวมเข้ากับสาย SMT ให้การตรวจสอบแบบเรียลไทม์ AOI แบบ 3 มิติให้ความสามารถในการตรวจสอบข้อต่อบัดกรีที่ได้รับการปรับปรุง PCBA ที่มีข้อบกพร่องจะถูกแยกออกเพื่อทำการแก้ไข
สำหรับโครงการ PCBA ต้นแบบ ผู้ผลิตมักจะทำการ FAI ในตัวอย่างที่สุ่มเลือก ช่างเทคนิคจะตรวจสอบข้อต่อบัดกรีเพื่อตรวจสอบค่าส่วนประกอบเทียบกับ BOM (Bill of Materials) โดยผลลัพธ์ที่เกินค่าความคลาดเคลื่อนจะทำให้เกิดการตรวจสอบกระบวนการทั้งหมด
หากจำเป็น การประกอบ PTH จะตามหลังการประกอบ SMT กระบวนการนี้จะใส่ส่วนประกอบแบบมีสายผ่านรู PCB และบัดกรีเข้ากับผนังรูที่เคลือบ โดยทั่วไปสำหรับส่วนประกอบขนาดใหญ่หรือการเชื่อมต่อที่มีความน่าเชื่อถือสูง
ผู้ผลิตอาจแนะนำการทดแทนส่วนประกอบด้วยชิ้นส่วนที่ผ่านการรับรองที่เทียบเท่ากันเพื่อลดต้นทุนโดยไม่กระทบต่อคุณภาพหรือการทำงาน
ในขณะที่การผลิต SMT แสดงถึงกระบวนการที่เป็นมาตรฐานภายในบริการการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ (EMS) รายละเอียดกระบวนการมากมายส่งผลกระทบอย่างมากต่อความสำเร็จของโครงการ ผู้ผลิตมืออาชีพที่มีประสบการณ์หลายทศวรรษรักษาการควบคุมอย่างเข้มงวดเหนือพารามิเตอร์การผลิตทุกอย่างเพื่อให้มั่นใจได้ถึงผลลัพธ์ที่มีคุณภาพ
ลองนึกภาพแผงวงจรพิมพ์เปล่า (PCB) ที่เปลี่ยนรูปผ่านชุดกระบวนการที่แม่นยำและซับซ้อนเป็นโมดูลอิเล็กทรอนิกส์ที่ทรงพลัง หรือแม้แต่ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงที่น่าทึ่งนี้คือสาระสำคัญของการผลิต SMT (Surface Mount Technology) อย่างไรก็ตาม การผลิต SMT นั้นซับซ้อนกว่าการ "วางส่วนประกอบ" แบบง่ายๆ มาก – มันเกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่สำคัญและรายละเอียดทางเทคนิคมากมาย บทความนี้ให้การวิเคราะห์เชิงลึกเกี่ยวกับกระบวนการผลิต SMT ที่สมบูรณ์ เพื่อช่วยให้คุณเข้าใจเทคโนโลยีการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญนี้อย่างถ่องแท้
ก่อนที่จะสำรวจกระบวนการผลิต SMT มาทำความคุ้นเคยกับคำศัพท์หลักบางคำที่จะช่วยในการทำความเข้าใจเนื้อหาในภายหลัง
การผลิต SMT เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและแม่นยำซึ่งเกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่สำคัญหลายขั้นตอน ด้านล่างนี้เราจะอธิบายรายละเอียดแต่ละขั้นตอนของกระบวนการ
ขั้นตอนแรกในสายการผลิต SMT โดยทั่วไปคือการโหลด PCB เครื่องโหลดจะนำ PCB ออกจากสแต็กตามลำดับและป้อนผ่านสายพานลำเลียงไปยังกระบวนการถัดไป – การพิมพ์วางประสาน เครื่องโหลดช่วยให้มั่นใจได้ถึงการจ่าย PCB อย่างต่อเนื่องเพื่อการผลิตที่มีประสิทธิภาพ
การพิมพ์วางประสานเป็นหนึ่งในขั้นตอนที่สำคัญที่สุดในการผลิต SMT วางประสาน – ส่วนผสมของผงบัดกรีและฟลักซ์ – ใช้ในการเชื่อมต่อ SMDs กับ PCBs คุณภาพของการพิมพ์วางประสานมีผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือในการบัดกรี
ในเครื่องพิมพ์วางประสาน PCB จะถูกวางตำแหน่งอย่างแม่นยำบนแท่นพิมพ์ก่อน จากนั้นจะจัดตำแหน่ง SMT stencil (แผ่นโลหะที่มีช่องเปิดที่สอดคล้องกับแผ่น PCB) เหนือพื้นผิว PCB ใบมีดปาดน้ำจะเคลื่อนที่ข้าม stencil กระจายวางประสานอย่างสม่ำเสมอผ่านช่องเปิดบนแผ่น PCB
SPI เป็นขั้นตอนการควบคุมคุณภาพที่สำคัญซึ่งใช้เทคโนโลยีออปติคัลหรือเลเซอร์เพื่อทำการตรวจสอบ 3 มิติของการวางประสานที่พิมพ์ พารามิเตอร์การตรวจสอบที่สำคัญ ได้แก่:
หาก SPI ตรวจพบปัญหาด้านคุณภาพ วิศวกรจะหยุดการผลิตทันทีเพื่อปรับและบำรุงรักษาเครื่องพิมพ์วางประสาน
ขั้นตอนหลักและเป็นอัตโนมัติที่สุดในการผลิต SMT คือการวางส่วนประกอบ เครื่องจักร Pick-and-place ดึง SMDs จากตัวป้อนและติดตั้งลงในตำแหน่ง PCB ที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำ เครื่องจักรเหล่านี้ประกอบด้วย:
สาย SMT ที่ทันสมัยโดยทั่วไปใช้เครื่องวางหลายเครื่อง – หน่วยความเร็วสูงสำหรับส่วนประกอบขนาดเล็กและเครื่องมัลติฟังก์ชันสำหรับอุปกรณ์ขนาดใหญ่
เมื่อ PCBs มีส่วนประกอบ BGA (Ball Grid Array) การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์จะมีความจำเป็นเนื่องจากข้อต่อบัดกรีของพวกมันถูกซ่อนอยู่ใต้แพ็คเกจ ระบบรังสีเอกซ์ตรวจจับ:
การบัดกรีแบบ Reflow เป็นกระบวนการเชื่อมต่อที่สำคัญที่สุดในการผลิต SMT ซึ่งวางประสานจะหลอมละลายเพื่อเชื่อมต่อ SMDs กับแผ่น PCB อย่างถาวร เตาอบ Reflow มีโซนอุณหภูมิหลายโซนพร้อมการควบคุมความร้อนที่แม่นยำผ่านขั้นตอนเหล่านี้:
การกำหนดค่าอุณหภูมิที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ถึงการหลอมละลายของบัดกรีที่เหมาะสมที่สุด ในขณะเดียวกันก็ป้องกันความเสียหายจากความร้อน Reflow ที่ช่วยด้วยไนโตรเจนสามารถลดการเกิดออกซิเดชันเพื่อปรับปรุงคุณภาพได้
ระบบ AOI ใช้การถ่ายภาพด้วยแสงเพื่อตรวจสอบพื้นผิว PCBA อย่างครอบคลุมสำหรับข้อบกพร่องในการบัดกรีและปัญหาการวาง รวมถึง:
ระบบ AOI แบบอินไลน์ที่รวมเข้ากับสาย SMT ให้การตรวจสอบแบบเรียลไทม์ AOI แบบ 3 มิติให้ความสามารถในการตรวจสอบข้อต่อบัดกรีที่ได้รับการปรับปรุง PCBA ที่มีข้อบกพร่องจะถูกแยกออกเพื่อทำการแก้ไข
สำหรับโครงการ PCBA ต้นแบบ ผู้ผลิตมักจะทำการ FAI ในตัวอย่างที่สุ่มเลือก ช่างเทคนิคจะตรวจสอบข้อต่อบัดกรีเพื่อตรวจสอบค่าส่วนประกอบเทียบกับ BOM (Bill of Materials) โดยผลลัพธ์ที่เกินค่าความคลาดเคลื่อนจะทำให้เกิดการตรวจสอบกระบวนการทั้งหมด
หากจำเป็น การประกอบ PTH จะตามหลังการประกอบ SMT กระบวนการนี้จะใส่ส่วนประกอบแบบมีสายผ่านรู PCB และบัดกรีเข้ากับผนังรูที่เคลือบ โดยทั่วไปสำหรับส่วนประกอบขนาดใหญ่หรือการเชื่อมต่อที่มีความน่าเชื่อถือสูง
ผู้ผลิตอาจแนะนำการทดแทนส่วนประกอบด้วยชิ้นส่วนที่ผ่านการรับรองที่เทียบเท่ากันเพื่อลดต้นทุนโดยไม่กระทบต่อคุณภาพหรือการทำงาน
ในขณะที่การผลิต SMT แสดงถึงกระบวนการที่เป็นมาตรฐานภายในบริการการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ (EMS) รายละเอียดกระบวนการมากมายส่งผลกระทบอย่างมากต่อความสำเร็จของโครงการ ผู้ผลิตมืออาชีพที่มีประสบการณ์หลายทศวรรษรักษาการควบคุมอย่างเข้มงวดเหนือพารามิเตอร์การผลิตทุกอย่างเพื่อให้มั่นใจได้ถึงผลลัพธ์ที่มีคุณภาพ
