Μηχανή συναρμολόγησης PCB: Η μηχανή ακρίβειας της ηλεκτρονικής αλυσίδας βιομηχανίας παραγωγής

Η Μηχανή Συναρμολόγησης Πίνακα Κυκλώματος (PCB)είναι ο βασικός εξοπλισμός στην κατασκευή σύγχρονων ηλεκτρονικών συσκευών. Είναι υπεύθυνη για την ακριβή τοποθέτηση εξαρτημάτων όπως αντιστάτες, πυκνωτές και τσιπς στον πίνακα κυκλώματος και την επίτευξη ηλεκτρικής διασύνδεσης μέσω διεργασιών όπως η συγκόλληση και η επιθεώρηση. Με την ταχεία ανάπτυξη της επικοινωνίας 5G, τσιπ AI, οχημάτων νέας ενέργειας και άλλων πεδίων, οι μηχανές συναρμολόγησης PCB έχουν συνεχώς ξεπεράσει τα όρια προς τις κατευθύνσεις της υψηλής ταχύτητας, της μικρογραφίας και της νοημοσύνης. Αυτό το άρθρο θα πραγματοποιήσει μια ανάλυση από τρεις διαστάσεις: βασικές τεχνολογικές μονάδες, βιομηχανικές προκλήσεις και καινοτομίες και μελλοντικές τάσεις.

Η μηχανή τεχνολογίας επιφανειακής τοποθέτησης (SMT) είναι ο βασικός εξοπλισμός για τη συναρμολόγηση PCB. Επιτυγχάνει την ακριβή τοποθέτηση εξαρτημάτων μέσω ενός συστήματος ελέγχου κίνησης υψηλής ταχύτητας και τεχνολογίας οπτικής τοποθέτησης. Για παράδειγμα, η Yuanlisheng EM-560 μηχανή τεχνολογίας επιφανειακής τοποθέτησης (SMT) υιοθετεί μια μονάδα πτήσης προσανατολισμού, υποστηρίζοντας την τοποθέτηση εξαρτημάτων που κυμαίνονται από 0,6mm*0,3mm έως τις 8mm*8mm, με ακρίβεια ±25μm34. Ο προηγμένος εξοπλισμός είναι επίσης εξοπλισμένος με ένα σύστημα οπτικής αντιστάθμισης AI για τη διόρθωση της μετατόπισης που προκαλείται από τη θερμική παραμόρφωση PCB σε πραγματικό χρόνο, αυξάνοντας την απόδοση κατά 6%.

Φούρνος συγκόλλησης Reflow: Η παραδοσιακή διαδικασία λιώνει την πάστα συγκόλλησης μέσω ομοιόμορφης θέρμανσης, αλλά τα τσιπ υψηλής πυκνότητας είναι επιρρεπή σε στρέβλωση και αστοχία λόγω διαφορών στη θερμική διαστολή. Η Intel έχει αντικαταστήσει την παραδοσιακή συγκόλληση reflow με την τεχνολογία συγκόλλησης θερμής πρέσας (TCB), εφαρμόζοντας τοπική θερμότητα και πίεση για να μειώσει την απόσταση των αρμών συγκόλλησης σε λιγότερο από 50μm, μειώνοντας σημαντικά τον κίνδυνο γεφύρωσης κατά 49.

Μηχανή συγκόλλησης θερμής πρέσας (TCB) : Στην κατασκευή HBM (Μνήμη Υψηλού Εύρους Ζώνης), η συσκευή TCB επιτυγχάνει τη στοίβαξη 16 στρώσεων τσιπ DRAM μέσω ακριβούς ελέγχου θερμοκρασίας (±1℃) και ελέγχου πίεσης (ακρίβεια 0,05N). Ο ASMPT χρησιμοποιήθηκε από την SK Hynix στην παραγωγή HBM3E λόγω της υποστήριξής της για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης της πολυστρωματικής στοίβαξης.

Αυτόματη οπτική επιθεώρηση (AOI) σε συνδυασμό με την τεχνολογία ηλεκτροφωταύγειας (EL) μπορεί να εντοπίσει ελαττώματα αρμών συγκόλλησης σε επίπεδο μικρομέτρων. Η Ams Osram εισήγαγε τον κωδικό Data Matrix QR, κωδικοποιώντας τα δεδομένα δοκιμής κάθε εξαρτήματος στην επιφάνεια του PCB για την επίτευξη πλήρους ιχνηλασιμότητας του κύκλου ζωής 36. Ορισμένος εξοπλισμός υψηλής τεχνολογίας ενσωματώνει επίσης μονάδες επισκευής λέιζερ για την άμεση αφαίρεση πλεονάζουσας συγκόλλησης ή την επισκευή ψευδών αρμών συγκόλλησης.

MicroLED και τσιπ AI απαιτούν απόσταση μεταξύ των pads μικρότερη από 30μm, την οποία είναι δύσκολο να επιτευχθεί με παραδοσιακές μεθόδους αφαίρεσης. Η τροποποιημένη μέθοδος ημι-προσθήκης (mSAP) σε συνδυασμό με την τεχνολογία έκθεσης άμεσης γραφής λέιζερ (LDI) μπορεί να επιτύχει πλάτος γραμμής 20μm και είναι κατάλληλη για διεργασίες κάτω από 28nm. Επιπλέον, η διάδοση της τεχνολογίας τυφλών θαμμένων vias και διεργασιών διασύνδεσης αυθαίρετων στρώσεων (ELIC) έχει οδηγήσει τα HDI boards να εξελιχθούν προς ένα πλάτος γραμμής 40μm.

Το PCB των οχημάτων νέας ενέργειας πρέπει να μεταφέρει ρεύμα άνω των 100A. Το πρόβλημα της πλευρικής χάραξης των παχιών πλακών χαλκού (2-20oz) επιλύεται με τη διαφορική χάραξη, αλλά ο συνδυασμός παχιών στρωμάτων χαλκού και υλικών υψηλής συχνότητας είναι επιρρεπής σε απολέπιση. Η δυναμική παλμική χάραξη (DPE) και τροποποιημένο υπόστρωμα PTFE (σταθερότητα Dk ±0,03) έχουν γίνει η λύση 17. Όσον αφορά την απαγωγή θερμότητας, τα PCBS 3D δομής ενσωματώνουν ψύκτρες μέσω ενός σχεδιασμού υποδοχής ελέγχου βάθους (με πάχος πλακέτας 50%-80%) για τη μείωση της επίδρασης των υψηλών θερμοκρασιών στα εξαρτήματα.

Ολοκλήρωση της διαδικασίας Six Sigma DMAIC με δεδομένα IoT βελτιστοποιεί την απόδοση της γραμμής παραγωγής. Για παράδειγμα, η μηχανή συγκόλλησης TCB της Hanwha SemiTech είναι εξοπλισμένη με ένα αυτοματοποιημένο σύστημα που υποστηρίζει τη γρήγορη εναλλαγή μεταξύ 8 και 16 στρώσεων, μειώνοντας την ανθρώπινη παρέμβαση. Το σύστημα διόρθωσης απόκλισης σε πραγματικό χρόνο με τεχνητή νοημοσύνη μπορεί επίσης να προβλέψει κινδύνους γεφύρωσης με βάση το μοντέλο διάχυσης πάστας συγκόλλησης και να προσαρμόσει δυναμικά τις παραμέτρους συγκόλλησης.

Τηλέφωνα με αναδιπλούμενη οθόνη και ακουστικά TWS έχουν οδηγήσει την ζήτηση για εξαιρετικά λεπτά PCBS. Η τεχνολογία τυφλών οπών/θαμμένων οπών (50-100μm μικρο-οπές) και εύκαμπτοι-άκαμπτοι σύνθετοι πίνακες (όπως τα υλικά πολυιμιδίου) έχουν γίνει mainstream, απαιτώντας από τις μηχανών τεχνολογίας επιφανειακής τοποθέτησης (SMT) να έχουν δυνατότητες συγκόλλησης επιφανειών υψηλής ακρίβειας.

PCBS αυτοκινήτων πρέπει να περάσουν δοκιμές αντοχής σε υψηλή θερμοκρασία (υλικά υψηλής Tg) και αντοχής σε κραδασμούς. Η διαδικασία επιφανειακής επεξεργασίας ENEPIG (Επιμετάλλωση νικελίου παλλαδίου χωρίς ηλεκτρόλυση) είναι συμβατή με την συγκόλληση καλωδίων αλουμινίου, ενισχύοντας την αξιοπιστία της μονάδας ECU. Το σύστημα διαχείρισης μπαταρίας Tesla 4680 χρησιμοποιεί πλάκες χαλκού πάχους 20oz και υποστηρίζει τη μετάδοση υψηλού ρεύματος.

Η μνήμη HBM βασίζεται στις μηχανών συγκόλλησης TCB για την επίτευξη 3D στοίβαξης. Η διαδικασία MR-MUF της SK Hynix γεμίζει τα κενά με σύνθετο καλούπι εποξειδίου, και η θερμική αγωγιμότητα είναι διπλάσια από αυτή του παραδοσιακού NCF, η οποία είναι κατάλληλη για τις απαιτήσεις υψηλής απαγωγής θερμότητας των τσιπ AI.

Η διάδοση των τσιπ 3nm έχει δημιουργήσει τη ζήτηση για συσκευασία οπτοηλεκτρονικών (CPO). Τα PCBS θα ενσωματώσουν οπτικούς κυματοδηγούς και συσκευές πυριτίου φωτονίων, οδηγώντας τις μηχανές συναρμολόγησης να αναβαθμιστούν προς σύζευξη λέιζερ και τεχνολογίες μικρο-οπτικής ευθυγράμμισης.

Η προώθηση των συγκολλητικών χωρίς μόλυβδο και υποστρωμάτων χωρίς αλογόνο απαιτεί από τον εξοπλισμό συγκόλλησης να προσαρμοστεί σε διεργασίες χαμηλής θερμοκρασίας (όπως το σημείο τήξης του κράματος Sn-Bi στους 138℃). Ο κανονισμός EU RoHS 3.0 θα ωθήσει τους κατασκευαστές εξοπλισμού να αναπτύξουν μονάδες χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Για παράδειγμα, ο σχεδιασμός ταχείας θέρμανσης και ψύξης των θερμαντήρων παλμού μπορεί να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας κατά 50%.

Ο μελλοντικός εξοπλισμός μπορεί να ενσωματώσει τεχνολογία επιφανειακής τοποθέτησης (SMT), συγκόλληση και επιθεώρηση. Για παράδειγμα, ο εξοπλισμός συσκευασίας Co-EMIB της ASMPT υποστηρίζει μικτή επεξεργασία σε επίπεδο γκοφρέτας και επίπεδο υποστρώματος, μειώνοντας τον κύκλο παραγωγής HBM κατά 49.

Ως τα "ακριβή χέρια" της ηλεκτρονικής κατασκευής, η τεχνολογική εξέλιξη των μηχανών συναρμολόγησης PCB καθορίζει άμεσα τα όρια μικρογραφίας και απόδοσης των ηλεκτρονικών προϊόντων. Από την τοποθέτηση σε επίπεδο μικρομέτρων των μηχανών τεχνολογίας επιφανειακής τοποθέτησης (SMT) έως την πολυστρωματική στοίβαξη των μηχανών συγκόλλησης TCB, από την επιθεώρηση ποιότητας AI έως τις πράσινες διεργασίες, η καινοτομία του εξοπλισμού οδηγεί την βιομηχανική αλυσίδα να ανέβει προς πεδία υψηλής προστιθέμενης αξίας. Με τις ανακαλύψεις των Κινέζων κατασκευαστών όπως η Jialichuang στην τεχνολογία πολυστρωματικών πλακών 32 στρώσεων, καθώς και τον ανταγωνισμό από τη Νότια Κορέα και τις Ηνωμένες Πολιτείες Semiconductor και ASMPT στην αγορά μηχανών συγκόλλησης, η παγκόσμια βιομηχανία μηχανών συναρμολόγησης PCB θα είναι μάρτυρας πιο έντονου τεχνολογικού ανταγωνισμού και συνεργασίας καθώς και οικολογικής ανακατασκευής. 379