PCB-Montage-Maschine: Die Präzisionsmaschine der elektronischen Fertigungskette

Der Bestückungsmaschine für Leiterplatten ist die Kernausrüstung in der Herstellung moderner elektronischer Geräte. Sie ist für die präzise Montage von Komponenten wie Widerständen, Kondensatoren und Chips auf der Leiterplatte verantwortlich und erreicht elektrische Verbindungen durch Prozesse wie Löten und Inspektion. Mit der rasanten Entwicklung von 5G-Kommunikation, KI-Chips, Elektrofahrzeugen und anderen Bereichen haben Bestückungsautomaten für Leiterplatten kontinuierlich Durchbrüche in den Bereichen hohe Geschwindigkeit, Miniaturisierung und Intelligenz erzielt. Dieser Artikel wird eine Analyse aus drei Dimensionen durchführen: Kerntechnologiemodule, Herausforderungen und Innovationen der Branche sowie zukünftige Trends.

Der Oberflächenmontagetechnologie (SMT)-Automat ist die Kernausrüstung für die Leiterplattenbestückung. Er erreicht die präzise Platzierung von Komponenten durch ein Hochgeschwindigkeits-Bewegungssteuerungssystem und visuelle Positionierungstechnologie. Zum Beispiel verwendet der Yuanlisheng EM-560 Oberflächenmontagetechnologie (SMT)-Automat ein fliegendes Orientierungsmodul, das die Montage von Komponenten von 0,6 mm * 0,3 mm bis zu 8 mm * 8 mm unterstützt, mit einer Genauigkeit von ±25μm34. Die fortschrittliche Ausrüstung ist auch mit einem KI-Visuellen Kompensationssystem ausgestattet, um den durch die thermische Verformung der Leiterplatte verursachten Versatz in Echtzeit zu korrigieren und die Ausbeute um 6 %.

Reflow-Lötofen: Das traditionelle Verfahren schmilzt das Lotpast durch gleichmäßiges Erhitzen, aber Chips mit hoher Dichte neigen aufgrund von Unterschieden in der Wärmeausdehnung zum Verziehen und Ausfallen. Intel hat das traditionelle Reflow-Löten durch Heißpressbonden (TCB)-Technologie ersetzt und lokale Wärme und Druck angewendet, um den Abstand der Lötstellen auf weniger als 50μm zu reduzieren, wodurch das Brückenrisiko deutlich um 49.

Heißpressbondmaschine (TCB) : Bei der Herstellung von HBM (High Bandwidth Memory) erreicht das TCB-Gerät die Stapelung von 16 Schichten von DRAM-Chips durch präzise Temperaturregelung (±1℃) und Druckregelung (0,05 N Genauigkeit). Die ASMPT Gerät wurde von SK Hynix bei der Herstellung von HBM3E verwendet, da es die Ausbeuteoptimierung von Mehrschichtstapeln unterstützt.

Automatische optische Inspektion (AOI) in Kombination mit Elektrolumineszenz (EL)-Technologie kann Defekte an Lötstellen im Mikrometerbereich identifizieren. Ams Osram führte den Data Matrix QR-Code ein, der die Testdaten jeder Komponente auf der Leiterplattenoberfläche codiert, um eine vollständige Rückverfolgbarkeit des Lebenszyklus zu erreichen 36. Einige High-End-Geräte integrieren auch Laserreparaturmodule, um redundantes Lot direkt abzutragen oder falsche Lötstellen zu reparieren.

MicroLED und KI-Chips erfordern einen Pad-Abstand von weniger als 30μm, was mit herkömmlichen Subtraktionsmethoden schwer zu erreichen ist. Die modifizierte Semiadditionsmethode (mSAP) in Kombination mit Laser-Direktschreib-Belichtungstechnologie (LDI) kann eine Linienbreite von 20μm erreichen und eignet sich für Prozesse unterhalb von 28 nm. Darüber hinaus hat die Verbreitung von Blind- und vergrabenen Durchkontaktierungstechnologien und beliebigen Schichtverbindungsprozessen (ELIC) die HDI-Boards dazu veranlasst, sich in Richtung einer Linienbreite von 40μm.

Die Leiterplatte von Elektrofahrzeugen muss einen Strom von über 100 A tragen. Das Seitenätzungsproblem von dicken Kupferplatten (2-20 oz) wird durch Differenzialätzung gelöst, aber die Kombination aus dicken Kupferschichten und Hochfrequenzmaterialien neigt zur Delamination. Dynamisches Impulsätzen (DPE) und modifiziertes PTFE-Substrat (Dk-Stabilität ±0,03) sind zur Lösung geworden 17. In Bezug auf die Wärmeableitung integrieren 3D-Struktur-PCBS Kühlkörper durch ein Tiefensteuerungs-Slot-Design (mit einer Plattendicke von 50 % - 80 %), um die Auswirkungen hoher Temperaturen auf die Komponenten zu reduzieren.

Six Sigma DMAIC-Prozessintegration mit IoT-Daten optimiert die Ausbeute der Produktionslinie. Zum Beispiel ist die TCB-Bondmaschine von Hanwha SemiTech mit einem automatisierten System ausgestattet, das einen schnellen Wechsel zwischen 8 und 16 Schichten unterstützt und manuelle Eingriffe reduziert. Das KI-gesteuerte Echtzeit-Abweichungskorrektursystem kann auch Brückenrisiken basierend auf dem Lotpasten-Diffusionsmodell vorhersagen und Schweißparameter dynamisch anpassen.

Faltbare Telefone und TWS-Kopfhörer haben die Nachfrage nach ultradünnen PCBS zu erreichen. Blindloch-/vergrabene Lochtechnologie (50-100μm Mikro-Löcher) und Flexibilitäts-Steifverbundplatten (wie Polyimidmaterialien) sind zum Mainstream geworden und erfordern, dass Oberflächenmontagetechnologie (SMT)-Maschinen hochpräzise gebogene Oberflächenbindungsfähigkeiten aufweisen.

Automobil-PCBS müssen Hochtemperaturbeständigkeit (Hoch-Tg-Materialien) und Vibrationsbeständigkeitstests bestehen. Das ENEPIG (stromloses Nickel-Palladium-Beschichtungsverfahren) ist mit Aluminiumdrahtbonden kompatibel und erhöht die Zuverlässigkeit des ECU-Moduls. Das Tesla 4680 Batteriemanagementsystem verwendet 20 oz dicke Kupferplatten und unterstützt die Hochstromübertragung.

HBM-Speicher basiert auf TCB-Bondmaschinen, um 3D-Stapelung zu erreichen. SK Hynix' MR-MUF-Verfahren füllt die Lücken mit Epoxidharzformmasse, und die Wärmeleitfähigkeit ist doppelt so hoch wie die des traditionellen NCF, was für die hohen Wärmeableitungsanforderungen von KI-Chips.

Die Verbreitung von 3-nm-Chips hat die Nachfrage nach optoelektronischer Co-Verpackung (CPO) ausgelöst. PCBS werden optische Wellenleiter und Silizium-Photonik-Geräte integrieren und die Bestückungsmaschinen dazu veranlassen, in Richtung Laserkopplung und mikrooptische Ausrichtungstechnologien.

Die Förderung von bleifreien Loten und halogenfreien Substraten erfordert, dass Schweißgeräte an Niedertemperaturverfahren angepasst werden (z. B. der Schmelzpunkt von Sn-Bi-Legierung bei 138℃). Die EU-RoHS-3.0-Verordnung wird die Gerätehersteller dazu veranlassen, Module mit geringem Energieverbrauch zu entwickeln. Zum Beispiel kann das Schnellheiz- und Kühlungsdesign von Impulsheizungen den Energieverbrauch um 50 %.

Zukünftige Geräte können Oberflächenmontagetechnologie (SMT), Löten und Inspektion integrieren. Zum Beispiel unterstützt ASMPT's Co-EMIB-Verpackungsgerät die gemischte Verarbeitung auf Wafer-Ebene und Substrat-Ebene und verkürzt den HBM-Produktionszyklus um 49.

Als "präzise Hände" der elektronischen Fertigung definiert die technologische Entwicklung von Bestückungsautomaten für Leiterplatten direkt die Miniaturisierungs- und Leistungsgrenzen elektronischer Produkte. Von der Mikrometer-Positionierung von Oberflächenmontagetechnologie (SMT)-Maschinen bis zur Mehrschichtstapelung von TCB-Bondmaschinen, von KI-Qualitätskontrolle bis zu umweltfreundlichen Prozessen treibt Geräteinnovationen die Industriekette in Richtung hochwertiger Bereiche. Mit den Durchbrüchen von chinesischen Herstellern wie Jialichuang in der 32-Schicht-Mehrschichtplattentechnologie sowie dem Wettbewerb von Südkorea und den Vereinigten Staaten Semiconductor und ASMPT auf dem Bondmaschinenmarkt wird die globale Bestückungsautomatenindustrie für Leiterplatten einen intensiveren technologischen Wettbewerb und eine intensivere Zusammenarbeit sowie eine ökologische Rekonstruktion erleben. 379