SMD-machines: de belangrijkste drijvende kracht voor de precisie en intelligentie van de elektronische productie

Surface Mount Device (SMD)-technologie is een belangrijk proces in de elektronische productie. De belangrijkste apparatuur - SMD-machines (waaronder surface mount machines, reflow ovens, inspectieapparatuur, enz.) - assembleren micro-componenten nauwkeurig op PCB-substraten door middel van snelle, zeer precieze en geautomatiseerde processen. Met de explosieve groei in gebieden als 5G-communicatie, AIoT-apparaten en draagbare elektronica, hebben SMD-machines continu doorbraken gerealiseerd in montage op microniveau, multi-procesintegratie en intelligente besturing. Dit artikel analyseert vanuit drie dimensies: kerntechnologieën, uitdagingen in de industrie en toekomstige trends.

De surface mount technology (SMT)-machine is de belangrijkste apparatuur van de SMD-productielijn en de prestaties worden gezamenlijk bepaald door bewegingsbesturing, visuele positionering en het voedingssysteem.

• Bewegingsbesturing: lineaire motoren en magnetische levitatietechnologie verhogen de montagesnelheid tot 150.000 CPH (componenten per uur). De Siemens SIPLACE TX-serie maakt bijvoorbeeld gebruik van een parallelle robotarmarchitectuur om ultrasnelle montage van 0,06 seconden per stuk te bereiken.
• Visuele positionering: AI-gestuurde multispectrale beeldvormingstechnologieën (zoals het 3D AOI-systeem van ASMPT) kunnen de polariteitsafwijking van component 01005 (0,4 mm * 0,2 mm) identificeren, met een positioneringsnauwkeurigheid van ±15μm.
• Voedingssysteem: De trilplaat en Tape Feeder ondersteunen het componentgroottebereik van 0201 tot 55 mm * 55 mm. De Panasonic NPM-DX-serie kan zelfs de montage van gebogen oppervlakken van flexibele OLED-schermen aan.

• Reflow soldeerkachel: stikstofbescherming en precieze temperatuurregeling met meerdere temperatuurzones (±1℃) kunnen de oxidatie van soldeerverbindingen verminderen en is geschikt voor loodvrije soldeerpasta (smeltpunt 217-227℃). De 5G-basisstation PCB van Huawei maakt gebruik van vacuüm reflow soldeertechnologie om de bodembellen van BGA-chips te elimineren, met een void-percentage van minder dan 5%.
• Selectief laserlassen (SLS): Voor geminiaturiseerde QFN- en CSP-pakketten bereikt de door IPG Photonics ontwikkelde fiberlaser lokaal lassen door middel van een spotdiameter van 0,2 mm, en de warmte-beïnvloede zone (HAZ) wordt met 60% verminderd in vergelijking met het traditionele proces.

• 3D SPI (Solder Paste Detection): De 3D-meettechnologie van Koh Young detecteert de dikte van soldeerpasta (nauwkeurigheid ±2μm) en volumeverandering door middel van Moire-fringe-projectie om bruggen of vals solderen te voorkomen.
• AXI (Automatic X-ray Inspection): De microfocus-röntgenstralen van YXLON (met een resolutie van 1μm) kunnen meerlaagse PCBS doordringen en verborgen soldeerverbindingdefecten van BGA identificeren. De inspectie-efficiëntie van de ECU-kaart van Tesla Model 3 is met 40% verhoogd.

De 01005-component en het CSP-pakket met een afstand van 0,3 mm vereisen dat de vacuümdrukregelingsnauwkeurigheid van de zuigmond van de surface mount machine ±0,1 kPa bereikt, en tegelijkertijd moet de componentverschuiving veroorzaakt door elektrostatische adsorptie worden overwonnen. De oplossingen omvatten:

• Zuigmonden van composietmateriaal: met keramiek beklede zuigmonden (zoals Fuji NXT IIIc) verminderen de wrijvingscoëfficiënt en verbeteren de stabiliteit van het oppakken van micro-componenten.
• Dynamische drukcompensatie: Het Nordson DIMA-systeem past de montagedruk (0,05-1N) automatisch aan via real-time luchtdrukfeedback om chipbreuk te voorkomen.

Opvouwbare telefoonschermen en flexibele sensoren vereisen dat componenten op PI (polyimide) substraten worden gemonteerd. Traditionele starre armaturen zijn gevoelig voor het veroorzaken van vervorming van de substraten. De innovatieve oplossingen omvatten:

• Vacuümadsorptieplatform: De JUKI RX-7 placement machine maakt gebruik van zonale vacuümadsorptie, is compatibel met flexibele substraten van 0,1 mm dik en de buigradius is ≤3 mm.
• Laserondersteunde positionering: De ultraviolette laser van Coherent etst micro-markeringen (met een precisie van 10μm) op het oppervlak van flexibele substraten, waardoor het visionsysteem wordt geholpen bij het corrigeren van thermische vervormingsfouten.

Industrie 4.0 bevordert de ontwikkeling van productielijnen in de richting van snelle modelwisseling (SMED), en apparatuur moet de "one-click switching"-modus ondersteunen:

• Modulaire feeder: De Yamaha YRM20 feeder kan het wisselen van materiaaltape-specificaties binnen 5 minuten voltooien en ondersteunt adaptieve aanpassing van de bandbreedte van 8 mm tot 56 mm.
• Digitale twin-simulatie: Siemens Process Simulate-software optimaliseert het montagepad door virtuele debugging, waardoor de modelwisseltijd met 30% wordt verkort.

• Defectvoorspellingsmodel: Het NVIDIA Metropolis-platform analyseert SPI- en AOI-gegevens om een neuraal netwerk te trainen om soldeerpasta-afdrukdefecten te voorspellen (nauwkeurigheid >95%) en procesparameters vooraf aan te passen.
• Zelflerend kalibratiesysteem: De AI-controller van KUKA kan de montageversnellingscurve optimaliseren op basis van historische gegevens, waardoor het risico op componentvluchtverschuiving wordt verminderd.

• Laagtemperatuur soldeertechnologie: De Sn-Bi-Ag soldeerpasta (smeltpunt 138℃) ontwikkeld door Indium Technology is geschikt voor laagtemperatuur reflow solderen, waardoor het energieverbruik met 40% wordt verminderd.
• Afvalrecyclingsysteem: ASM Eco Feed recyclet kunststoffen en metalen in de afvalband, met een materiaalhergebruikpercentage van maximaal 90%.

CPO (Co-packaged Optics)-apparaten vereisen de gelijktijdige montage van de optische engine en de elektrische chip. Nieuwe apparatuur moet integreren:

• Nanoschaal uitlijningsmodule: Het Zeiss Laser Alignment System bereikt uitlijning op submicronniveau van optische golfgeleiders en silicium fotonische chips door middel van een interferometer.
• Contactloos lassen: Laser-geïnduceerde forward transfer (LIFT)-technologie kan fotonische kristalcomponenten nauwkeurig plaatsen, waardoor mechanische spanningsschade wordt voorkomen.

Als het centrale zenuwstelsel van de elektronische productie definieert de technologische evolutie van SMD-machines direct de grens tussen miniaturisatie en hoge prestaties van elektronische producten. Van de montage op microniveau van 01005-componenten tot AI-gestuurde intelligente productielijnen, van aanpassing van flexibele substraten tot foto-elektrische hybride integratie, apparatuurinnovatie doorbreekt fysieke grenzen en procesknelpunten. Met de doorbraken van Chinese fabrikanten zoals Huawei en Han's Laser op het gebied van precisiebewegingsbesturing en laserlassen, zal de wereldwijde SMD-industrie haar iteratie versnellen in de richting van hoge precisie, hoge flexibiliteit en lage carbonisatie, en daarmee de productiebasis leggen voor de volgende generatie elektronische apparaten.