تعتبر عملية الالتقاط والوضع (تقنية التركيب السطحي) هي الرابط الأساسي لتقنية التركيب السطحي (SMT)، والتي تقوم بتركيب المكونات الإلكترونية الدقيقة بدقة في المواقع المحددة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) من خلال معدات آلية عالية الدقة. تحدد هذه العملية بشكل مباشر موثوقية المنتجات الإلكترونية وكفاءة الإنتاج ودرجة التكامل. مع تطور اتصالات الجيل الخامس، وإنترنت الأشياء، وإلكترونيات السيارات، استمرت تقنية الالتقاط والوضع في تجاوز حدود الدقة والسرعة، لتصبح حجر الزاوية في التصنيع الإلكتروني الحديث. ستعمل هذه المقالة على تحليل شامل لآلية التشغيل واتجاه التنمية لهذه العملية من جوانب مثل هيكل المعدات، ومبدأ العمل، والتحديات التقنية الرئيسية والاتجاهات المستقبلية.
يعمل جهاز الالتقاط والوضع (آلة التركيب السطحي) بشكل تعاوني بواسطة وحدات دقيقة متعددة، ويتضمن هيكله الأساسي:
يقوم نظام التغذية بنقل المكونات الموجودة في الشريط أو الأنبوب أو الدرج إلى موضع الالتقاط من خلال وحدة التغذية. تستخدم وحدة تغذية الشريط التروس لدفع شريط المواد لضمان الإمداد المستمر للمكونات. تقوم وحدة التغذية الاهتزازية بتعديل إيقاع التغذية عن طريق تردد الاهتزاز (200-400 هرتز).
تم تجهيز آلة وضع تقنية التركيب السطحي (SMT) بكاميرات عالية الدقة وخوارزميات معالجة الصور. من خلال تحديد نقاط العلامات وميزات المكونات على لوحة الدوائر المطبوعة (مثل تباعد الدبابيس وعلامات القطبية)، فإنها تحقق دقة تحديد المواقع دون الميكرون (أقل من ±15 ميكرومتر). على سبيل المثال، يمكن لتقنية محاذاة الرؤية أثناء الطيران إكمال تحديد المكونات أثناء حركة الذراع الآلية، ويمكن أن تصل سرعة التركيب إلى 15048 نقطة في الساعة.
يعتمد رأس الوضع تصميمًا متوازيًا لفوهات شفط متعددة (عادةً من 2 إلى 24 فوهة شفط)، ويمتص المكونات من خلال الضغط السلبي للفراغ (-70 كيلو باسكال إلى -90 كيلو باسكال). يجب مطابقة المكونات ذات الأحجام المختلفة بفوهات شفط مخصصة: تستخدم المكونات 0402 فوهات شفط بفتحة 0.3 مم، بينما تتطلب المكونات الأكبر حجمًا مثل QFP فوهات شفط أكبر لزيادة قوة الامتصاص بنسبة 79.
يحقق نظام محرك سيرفو ثلاثي المحاور X-Y-Z، بالاشتراك مع السكة المنزلقة الخطية، حركة دقيقة عالية السرعة (≥30000CPH). على سبيل المثال، في منطقة المكونات كبيرة الحجم، يتم تقليل سرعة الحركة لتقليل تأثير القصور الذاتي، بينما في منطقة المكونات الدقيقة، يتم اعتماد خوارزمية تحسين المسار عالية السرعة لتعزيز الكفاءة 910.
تحتاج عملية الالتقاط والوضع إلى التنسيق الوثيق مع العمليات الأمامية والخلفية. تشمل الخطوات الرئيسية:
يتم طباعة معجون اللحام على وسادات لوحة الدوائر المطبوعة من خلال شبكة الفولاذ بالليزر (مع خطأ فتحة ≤5%). يؤثر ضغط الممسحة (3-5 كجم/سم²) وسرعة الطباعة (20-50 مم/ثانية) بشكل مباشر على سمك معجون اللحام (مع خطأ ±15%). بعد الطباعة، يتم ضمان الحجم والشكل لتلبية معيار 410 من خلال فحص معجون اللحام ثلاثي الأبعاد (SPI).
بعد أن يأخذ رأس الوضع المواد من Feida، يقوم النظام المرئي بتصحيح الإزاحة الزاوية للمكونات (تعويض دوران المحور θ)، ويجب التحكم بدقة في ضغط الوضع (0.3-0.5 نيوتن) لتجنب انهيار معجون اللحام. على سبيل المثال، تتطلب شريحة BGA تصميم فتحة عادم إضافية لتحسين تأثير اللحام 410.
ينقسم فرن اللحام بالتدفق الحراري إلى أربع مراحل: التسخين المسبق، والانغماس، والتدفق الحراري، والتبريد. يجب الحفاظ على درجة الحرارة القصوى (235-245 درجة مئوية لعملية خالية من الرصاص) بدقة لمدة 40-90 ثانية. يتم استخدام معدل التبريد (4-6 درجات مئوية/ثانية) لمنع تقصف وصلة اللحام. تضمن سرعة محرك الهواء الساخن (1500-2500 دورة في الدقيقة) تجانس درجة الحرارة (±5 درجات مئوية) 410.
تحدد عملية الفحص البصري التلقائي (AOI) العيوب مثل الإزاحة واللحام الزائف من خلال مصادر ضوء متعددة الزوايا، بمعدل سوء تقدير يقل عن 1%. يتم استخدام فحص الأشعة السينية (AXI) لتحليل العيوب الداخلية لوصلات اللحام المخفية مثل BGA. تستخدم عملية الإصلاح مسدسات الهواء الساخن ومكاوي اللحام ذات درجة الحرارة الثابتة. بعد الإصلاح، يلزم إجراء تحقق من الفرن الثانوي.
على الرغم من نضج التكنولوجيا، لا تزال عملية الالتقاط والوضع تواجه التحديات الأساسية التالية:
يتطلب المكون 01005 (0.4 مم * 0.2 مم) دقة تركيب تبلغ ±25 ميكرومتر. يجب اعتماد شبكة فولاذية نانوية (سمك ≤50 ميكرومتر) وتقنية فوهة الشفط بالفراغ التكيفية لمنع تطاير المواد أو انحرافها 410.
بالنسبة لتغليف QFN، يجب ترقيق شبكة الفولاذ إلى 0.1 مم وإضافة فتحات عادم. يتطلب التغليف المكدس ثلاثي الأبعاد (مثل SiP) من آلة التركيب السطحي دعم محاذاة متعددة الطبقات، ويجب أن تكون دقة الحفر بالليزر أقل من 0.1 مم 410.
يجب تقصير وقت التدفق العكسي للمكونات مثل مصابيح LED بنسبة 20% لمنع اصفرار العدسات. يمكن أن تقلل حماية النيتروجين (محتوى الأكسجين ≤1000 جزء في المليون) في اللحام بالهواء الساخن من اللحام الزائف الناتج عن الأكسدة 47.
سيتم دمج الذكاء الاصطناعي بعمق في نظام AOI، وسيتم تحديد أنماط العيوب من خلال التعلم الآلي، مما يقلل من معدل سوء التقدير إلى أقل من 0.5%. يمكن لأنظمة الصيانة التنبؤية إصدار تحذيرات مبكرة من أعطال المعدات، مما يقلل من وقت التوقف عن العمل بنسبة 30%410.
تدعم آلة تقنية التركيب السطحي (SMT) المعيارية التبديل السريع لمهام الإنتاج، وبالاقتران مع نظام MES، فإنها تمكن من إنتاج أنواع متعددة ودفعات صغيرة. يمكن لنظام AGV وأنظمة التخزين الذكية تقليل وقت إعداد المواد بنسبة 50%.
أدى انتشار اللحام الخالي من الرصاص (سبيكة Sn-Ag-Cu) وعمليات اللحام ذات درجة الحرارة المنخفضة إلى تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 20%. تحل عوامل التنظيف المائية محل المذيبات العضوية، مما يقلل من انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة بنسبة 90%310.
تدفع تقنية 3D-IC لشرائح الجيل الخامس والذكاء الاصطناعي تطوير آلات تقنية التركيب السطحي (SMT) نحو الركائز فائقة النحافة (≤0.2 مم) والتكديس عالي الدقة (±5 ميكرومتر)، وستكون تقنية الوضع بمساعدة الليزر هي المفتاح.
تعمل عملية الالتقاط والوضع باستمرار على تعزيز تقدم التصنيع الإلكتروني نحو الكثافة العالية والموثوقية العالية من خلال الابتكار التعاوني للآلات الدقيقة والخوارزميات الذكية وعلوم المواد. من فوهات الشفط النانوية إلى أنظمة الكشف المدعومة بالذكاء الاصطناعي، لم يؤد التطور التكنولوجي إلى تعزيز كفاءة الإنتاج فحسب، بل وفر أيضًا الدعم الأساسي للمجالات الناشئة مثل الهواتف الذكية والقيادة الذاتية والأجهزة القابلة للارتداء. في المستقبل، مع تعميق التصنيع الذكي والأخضر، ستلعب هذه العملية دورًا أكثر أهمية في الابتكار في صناعة الإلكترونيات.
