Processo de selecção e colocação na tecnologia de montagem de superfície (SMT): princípios fundamentais, desafios técnicos e futuro

Processo de selecção e colocação na tecnologia de montagem de superfície (SMT): princípios fundamentais, desafios técnicos e futuro

Evolução
Introdução
O processo de seleção e colocação (tecnologia de montagem de superfície) é o elo central da tecnologia de montagem de superfície (SMT),que monta com precisão componentes microeletrônicos nas posições designadas na placa de circuito impresso (PCB) através de equipamentos automatizados de alta precisãoEste processo determina directamente a fiabilidade, a eficiência de produção e o grau de integração dos produtos electrónicos.a Internet das Coisas e a electrónica automotiva, a tecnologia Pick and Place tem continuamente quebrado os limites de precisão e velocidade, tornando-se a pedra angular da fabricação de eletrônicos modernos.Este artigo irá analisar de forma abrangente o mecanismo de operação e direção de desenvolvimento deste processo a partir de aspectos como a estrutura do equipamento, princípio de trabalho, principais desafios técnicos e tendências futuras.

I. Estrutura básica e princípio de funcionamento do dispositivo de recolha e colocação
O dispositivo Pick and Place (máquina de montagem de superfície) trabalha em colaboração por múltiplos módulos de precisão, e sua estrutura central inclui:

Sistema de alimentação
O sistema de alimentação transporta os componentes da fita, tubo ou bandeja para a posição de recolha através do alimentador.O alimentador de fita utiliza engrenagens para conduzir a fita de material para garantir o fornecimento contínuo de componentesO alimentador a granel vibratório ajusta o ritmo de alimentação pela frequência de vibração (200-400 Hz).

Sistema de posicionamento visual
A máquina de colocação com tecnologia de montagem de superfície (SMT) está equipada com câmaras de alta resolução e algoritmos de processamento de imagem.Identificando pontos de marcação e características dos componentes na PCB (tais como espaçamento de pinos e marcas de polaridade)Por exemplo, a tecnologia de alinhamento de visão de voo pode completar a identificação de componentes durante o movimento do braço robótico,e a velocidade de montagem pode atingir até 15048 pontos por hora.

Cabeça de montagem e bocal de sucção
A cabeça de colocação adota um projeto paralelo de vários bicos de sucção (geralmente de 2 a 24 bicos de sucção) e adsorve os componentes através de pressão negativa no vácuo (-70 kPa a -90 kPa).Os componentes de tamanhos diferentes devem ser equipados com bocas de sucção específicas: 0402 componentes utilizam bocas de aspiração com uma abertura de 0,3 mm, enquanto os componentes maiores, como QFP, exigem bocas de aspiração maiores para aumentar a força de adsorção em 79.

Sistema de controlo de movimento
O sistema de servoacionamento de três eixos X-Y-Z, em combinação com o trilho de deslizamento linear, permite um movimento preciso de alta velocidade (≥ 30.000 cph).A velocidade de movimento é reduzida para minimizar a influência da inércia, enquanto na área de micro-componentes, um algoritmo de otimização de caminho de alta velocidade é adotado para melhorar a eficiência 910.

II. Principais ligações técnicas no fluxo do processo
O processo de seleção e colocação deve ser coordenado com os processos front-end e back-end.

Impressão de pasta de solda e detecção de SPI
A pasta de solda é impressa nas pastilhas de PCB através da malha de aço a laser (com um erro de abertura de ≤ 5%).A pressão do espremedor (3-5 kg/cm2) e a velocidade de impressão (20-50 mm/s) afectam directamente a espessura da pasta de solda (com um erro de ±15%)Após a impressão, o volume e a forma são assegurados para atender ao padrão 410 através da inspecção de pasta de solda 3D (SPI).

Selecção e montagem de componentes
Após a cabeça de colocação tomar materiais da Feida, o sistema visual corrige o deslocamento angular dos componentes (compensação de rotação do eixo θ) e a pressão de colocação (0,3-0.5N) deve ser controlada com precisão para evitar o colapso da pasta de soldaPor exemplo, o chip BGA requer um projeto de furo de escape adicional para otimizar o efeito de solda 410.

Soldadura por refluxo e controlo de temperatura
O forno de solda de refluxo divide-se em quatro fases: pré-aquecimento, imersão, refluxo e arrefecimento.A temperatura máxima (235-245°C para o processo sem chumbo) deve ser mantida com precisão durante 40 a 90 segundosA velocidade de arrefecimento (4-6°C/s) é utilizada para evitar a fragilidade da junção de solda. A velocidade do motor de ar quente (1500-2500rpm) garante a uniformidade da temperatura (±5°C) 410.

Inspecção e reparação da qualidade
A inspeção óptica automática (AOI) identifica defeitos como deslocamento e falsas soldas através de fontes de luz multi-ângulos, com uma taxa de erro de julgamento inferior a 1%.A inspecção por raios-X (AXI) é utilizada para a análise de defeitos internos de juntas de solda ocultas, tais como BGAO processo de reparação utiliza pistolas de ar quente e soldadores a temperatura constante.

III. Desafios técnicos e soluções inovadoras
Apesar da maturidade da tecnologia, a Pick and Place ainda enfrenta os seguintes desafios fundamentais:

Precisão de montagem dos microcomponentes
O componente 01005 (0,4 mm × 0,2 mm) requer uma precisão de montagem de ± 25 μm.Devem ser adotadas malhas de aço em nanoescala (espessura ≤ 50 μm) e tecnologia adaptativa de bocal de sucção a vácuo para evitar a fuga ou desvio do material 410.

Componentes irregulares e interconexão de alta densidade
Para embalagens QFN, a malha de aço deve ser diluída para 0,1 mm e furos de escape devem ser adicionados.,e a precisão de perfuração a laser precisa ser inferior a 0,1 mm 410.

Proteção dos elementos sensíveis ao calor
O tempo de refluxo de componentes como os LEDs deve ser reduzido em 20% para evitar o amarelamento das lentes.A proteção do nitrogénio (conteúdo de oxigénio ≤ 1000 ppm) na soldadura a ar quente pode reduzir a falsa soldadura causada pela oxidação 47.

IV. Tendências futuras de desenvolvimento
Integração da inteligência e da IA
A inteligência artificial será profundamente integrada no sistema AOI e os padrões de defeito serão identificados através da aprendizagem automática, reduzindo a taxa de erro de julgamento para menos de 0,5%.Os sistemas de manutenção preditivos podem emitir alertas precoces de falhas de equipamentos, reduzindo o tempo de inatividade em 30%410.

Fabricação de alta flexibilidade
A máquina com tecnologia de montagem de superfície modular (SMT) suporta a mudança rápida de tarefas de produção e, em combinação com o sistema MES, permite a produção de várias variedades e de pequenos lotes.Os AGV e os sistemas de armazenagem inteligentes podem reduzir o tempo de preparação de materiais em 50%.

Tecnologia verde de fabrico
A popularização da solda sem chumbo (liga de Sn-Ag-Cu) e dos processos de solda a baixa temperatura reduziram o consumo de energia em 20%.Redução de 90% das emissões de COV310.

Integração heterogénea e embalagens avançadas
A tecnologia 3D-IC para chips 5G e IA impulsiona o desenvolvimento de máquinas de tecnologia de montagem superficial (SMT) para substratos ultrafinos (≤ 0,2 mm) e empilhamento de alta precisão (± 5 μm),e a tecnologia de colocação assistida por laser será a chave.

Conclusão
O processo Pick and Place promove continuamente o avanço da fabricação eletrônica em direção a alta densidade e alta confiabilidade através da inovação colaborativa de máquinas de precisão,Algoritmos inteligentes e ciência dos materiaisDesde bicos de sucção em nanoescala até sistemas de detecção baseados em IA,A evolução tecnológica não só aumentou a eficiência da produção, mas também proporcionou um apoio fundamental para campos emergentes, como os smartphonesNo futuro, com o aprofundamento da fabricação inteligente e verde,Este processo desempenhará um papel mais crucial na inovação da indústria electrónica.