Машины SMD: основной двигатель для точности и интеллекта электронного производства

Технология монтажа на поверхность (SMD) является ключевым процессом в области электронного производства. Ее основное оборудование - SMD-машины (включая машины для поверхностного монтажа, печи оплавления, оборудование для контроля и т. д.) - точно монтируют микрокомпоненты на подложки печатных плат с помощью высокоскоростных, высокоточных и автоматизированных процессов. С взрывным ростом в таких областях, как связь 5G, устройства AIoT и носимая электроника, SMD-машины постоянно совершают прорывы в монтаже на микронном уровне, интеграции нескольких процессов и интеллектуальном управлении. В этой статье проводится анализ с трех позиций: основные технологии, отраслевые вызовы и будущие тенденции.

Машина для технологии поверхностного монтажа (SMT) является основным оборудованием производственной линии SMD, и ее производительность совместно определяется управлением движением, визуальным позиционированием и системой подачи.

• Управление движением: линейные двигатели и технология магнитной левитации увеличивают скорость монтажа до 150 000 CPH (компонентов в час). Например, серия Siemens SIPLACE TX использует архитектуру параллельного роботизированного манипулятора для достижения сверхвысокой скорости монтажа 0,06 секунды на деталь.
• Визуальное позиционирование: технологии многоспектральной визуализации на основе ИИ (например, система 3D AOI от ASMPT) могут идентифицировать отклонение полярности компонента 01005 (0,4 мм * 0,2 мм) с точностью позиционирования ±15 мкм.
• Система подачи: вибропитатель и ленточный питатель поддерживают диапазон размеров компонентов от 0201 до 55 мм * 55 мм. Серия Panasonic NPM-DX может даже обрабатывать монтаж на изогнутую поверхность гибких OLED-экранов.

• Печь оплавления припоя: защита азотом и точный контроль температуры в нескольких температурных зонах (±1⁰C) могут уменьшить окисление паяных соединений и подходят для бессвинцовой паяльной пасты (температура плавления 217-227⁰C). PCB базовой станции Huawei 5G использует технологию вакуумной пайки оплавлением для устранения пузырьков в нижней части микросхем BGA, с коэффициентом пустот менее 5%.
• Селективная лазерная сварка (SLS): для миниатюрных корпусов QFN и CSP волоконный лазер, разработанный IPG Photonics, обеспечивает локальную сварку через пятно диаметром 0,2 мм, а зона термического влияния (HAZ) уменьшается на 60% по сравнению с традиционным процессом.

• 3D SPI (обнаружение паяльной пасты): технология 3D-измерения Koh Young обнаруживает толщину паяльной пасты (точность ±2 мкм) и отклонение объема с помощью проекции муаровых полос для предотвращения мостиков или ложной пайки.
• AXI (автоматический рентгеновский контроль): микрофокусные рентгеновские лучи YXLON (с разрешением 1 мкм) могут проникать через многослойные печатные платы и идентифицировать скрытые дефекты паяных соединений BGA. Эффективность контроля платы ECU Tesla Model 3 увеличена на 40%.

Компонент 01005 и корпус CSP с шагом 0,3 мм требуют, чтобы точность управления вакуумным давлением в всасывающей насадке машины для поверхностного монтажа достигала ±0,1 кПа, и в то же время необходимо преодолеть смещение компонента, вызванное электростатической адсорбцией. Решения включают:

• Всасывающие насадки из композитных материалов: всасывающие насадки с керамическим покрытием (например, Fuji NXT IIIc) уменьшают коэффициент трения и повышают стабильность захвата микрокомпонентов.
• Динамическая компенсация давления: система Nordson DIMA автоматически регулирует давление монтажа (0,05-1 Н) посредством обратной связи по давлению воздуха в реальном времени для предотвращения поломки микросхем.

Телефоны с гибкими экранами и гибкие датчики требуют, чтобы компоненты монтировались на подложки PI (полиимид). Традиционные жесткие приспособления склонны вызывать деформацию подложек. Инновационные решения включают:

• Платформа вакуумной адсорбции: машина для установки компонентов JUKI RX-7 использует зональную вакуумную адсорбцию, совместима с гибкими подложками толщиной 0,1 мм, а радиус изгиба ≤3 мм.
• Лазерное позиционирование: ультрафиолетовый лазер Coherent вытравливает микро-метки (с точностью 10 мкм) на поверхности гибких подложек, помогая системе технического зрения корректировать ошибки термической деформации.

Индустрия 4.0 способствует развитию производственных линий в направлении быстрой смены моделей (SMED), и оборудование должно поддерживать режим «переключения в один клик»:

• Модульный питатель: питатель Yamaha YRM20 может завершить переключение спецификаций ленты материала в течение 5 минут и поддерживает адаптивную регулировку ширины от 8 мм до 56 мм.
• Цифровое двойное моделирование: программное обеспечение Siemens Process Simulate оптимизирует траекторию монтажа посредством виртуальной отладки, сокращая время смены модели на 30%.

• Модель прогнозирования дефектов: платформа NVIDIA Metropolis анализирует данные SPI и AOI для обучения нейронной сети для прогнозирования дефектов печати паяльной пасты (коэффициент точности >95%) и заблаговременной корректировки параметров процесса.
• Самообучающаяся система калибровки: контроллер ИИ KUKA может оптимизировать кривую ускорения монтажа на основе исторических данных, снижая риск смещения компонентов.

• Низкотемпературная технология пайки: паяльная паста Sn-Bi-Ag (температура плавления 138⁰C), разработанная Indium Technology, подходит для низкотемпературной пайки оплавлением, снижая энергопотребление на 40%.
• Система переработки отходов: ASM Eco Feed перерабатывает пластмассы и металлы в отходах ленты, с коэффициентом повторного использования материала до 90%.

Устройства CPO (Co-packaged Optics) требуют одновременного монтажа оптического двигателя и электрической микросхемы. Новое оборудование должно интегрировать:

• Модуль выравнивания наноразмерности: система лазерного выравнивания Zeiss обеспечивает выравнивание оптических волноводов и кремниевых фотонных микросхем на субмикронном уровне с помощью интерферометра.
• Бесконтактная сварка: технология лазерного индуцированного прямого переноса (LIFT) может точно размещать компоненты фотонных кристаллов, избегая повреждений от механических напряжений.

Являясь центральной нервной системой электронного производства, технологическая эволюция SMD-машин напрямую определяет границу между миниатюризацией и высокой производительностью электронных изделий. От монтажа компонентов 01005 на микронном уровне до интеллектуальных производственных линий на основе ИИ, от адаптации к гибким подложкам до фотоэлектрической гибридной интеграции, инновации в оборудовании преодолевают физические ограничения и узкие места процессов. Благодаря прорывам, достигнутым китайскими производителями, такими как Huawei и Han's Laser, в области прецизионного управления движением и лазерной сварки, мировая индустрия SMD ускорит свою итерацию в направлении высокой точности, высокой гибкости и низкого уровня выбросов углерода, закладывая производственную основу для следующего поколения электронных устройств.