เทคโนโลยีติดตั้งบนพื้นผิว (SMT) ซึ่งเป็นกระบวนการหลักของการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ได้เปลี่ยนแปลงข้อจำกัดของเทคโนโลยีการติดตั้งแบบทะลุรู (THT) แบบดั้งเดิมโดยสิ้นเชิง ด้วยการติดตั้งส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์โดยตรงโดยไม่มีสายไฟหรือมีสายไฟสั้นๆ บนพื้นผิวของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) SMT ทำให้ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์มีความหนาแน่นสูง ประสิทธิภาพสูง และมีขนาดเล็กลง บทความนี้จะวิเคราะห์การประยุกต์ใช้ SMT ในการผลิต PCB อย่างครอบคลุมจากแง่มุมต่างๆ เช่น ขั้นตอนการทำงาน ข้อได้เปรียบทางเทคนิค ความท้าทาย และแนวโน้มในอนาคต
กระบวนการหลักของ SMT รวมถึงขั้นตอนต่างๆ เช่น การเตรียมวัสดุ การพิมพ์น้ำยาบัดกรี การติดตั้งส่วนประกอบ การบัดกรีแบบ Reflow และการตรวจสอบและซ่อมแซม ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นลิงก์สำคัญดังต่อไปนี้:
ใช้ตาข่ายเหล็กและเครื่องพิมพ์สกรีนเพื่อพิมพ์น้ำยาบัดกรีลงบนแผ่น PCB อย่างแม่นยำ ความสม่ำเสมอของน้ำยาบัดกรีมีผลโดยตรงต่อคุณภาพการเชื่อม จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีการพิมพ์พลาดหรือการยึดติดผ่านการตรวจสอบด้วยแสง (SPI) 136
เครื่องติดตั้งเทคโนโลยีติดตั้งบนพื้นผิว (SMT) วางส่วนประกอบติดตั้งบนพื้นผิว (SMD) ที่ตำแหน่งน้ำยาบัดกรีผ่านระบบวิสัยทัศน์ความแม่นยำสูงและแขนกล สำหรับบอร์ดแบบสองด้าน จำเป็นต้องแยกแยะระหว่างด้าน A และ B และอาจใช้น้ำยาบัดกรีที่มีจุดหลอมเหลวต่างกันหรือกาวสีแดงสำหรับการยึด 35
ในเตาอบบัดกรีแบบ Reflow น้ำยาบัดกรีจะสร้างข้อต่อบัดกรีหลังจากอุ่นล่วงหน้า หลอมเหลว และเย็นลง การควบคุมที่แม่นยำของเส้นโค้งอุณหภูมิเป็นกุญแจสำคัญในการหลีกเลี่ยงการบัดกรีที่ไม่ถูกต้องหรือความเสียหายจากความร้อนต่อส่วนประกอบ 68
คุณภาพการเชื่อมจะถูกตรวจสอบโดยวิธีการตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติ (AOI), การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์ ฯลฯ และจุดเชื่อมที่มีข้อบกพร่องจะได้รับการซ่อมแซม วงจรที่ซับซ้อนยังคงต้องมีการทดสอบการทำงานเพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือ 68
สำหรับกระบวนการประกอบแบบผสม (SMT รวมกับส่วนประกอบแบบทะลุรู) ควรใช้การบัดกรีแบบคลื่นหรือการบัดกรีด้วยมือ เช่น การติดตั้งบนพื้นผิวก่อนแล้วจึงทะลุรู หรือการรวมกันของการบัดกรีแบบ Reflow สองด้านและการบัดกรีแบบคลื่น 69
ความนิยมของ SMT ได้รับประโยชน์จากข้อดีที่ครอบคลุมในหลายๆ ด้าน:
ปริมาตรของส่วนประกอบ SMD เล็กกว่าส่วนประกอบแบบทะลุรู 60% และน้ำหนักลดลง 75% ซึ่งช่วยเพิ่มความหนาแน่นของการเดินสาย PCB อย่างมาก รองรับการติดตั้งแบบสองด้านและลดความจำเป็นในการเจาะ 2410
การออกแบบสายไฟสั้นช่วยลดการเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุแบบปรสิต และปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งสัญญาณ อัตราการผ่านครั้งแรกของข้อต่อบัดกรีสูง ประสิทธิภาพการป้องกันการสั่นสะเทือนแข็งแกร่ง และเวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลว (MTBF) ขยายออกไปอย่างมาก 27
ลดจำนวนชั้นและพื้นที่ PCB เพื่อลดต้นทุนวัสดุและการขนส่ง การผลิตอัตโนมัติช่วยลดการป้อนข้อมูลของมนุษย์ และต้นทุนโดยรวมสามารถลดลงได้ 30% ถึง 50%410
กระบวนการอัตโนมัติเต็มรูปแบบ (เช่น เครื่องติดตั้งที่ปรับให้เข้ากับส่วนประกอบหลายรายการ) ช่วยลดเวลาในการเตรียมการผลิตและรองรับเอาต์พุตที่มีประสิทธิภาพสูงในปริมาณมาก
แม้จะมีข้อดีที่สำคัญ SMT ยังมีข้อจำกัดทางเทคนิคดังต่อไปนี้:
ขนาดข้อต่อบัดกรีค่อนข้างเล็กและมีแนวโน้มที่จะล้มเหลวในสภาพแวดล้อมที่มีการเสียบและถอดปลั๊กบ่อยครั้งหรือมีการสั่นสะเทือนรุนแรง จำเป็นต้องเสริมความแข็งแรงของการเชื่อมต่อ 710 ร่วมกับเทคโนโลยีแบบทะลุรู
ส่วนประกอบกำลังไฟสูง (เช่น หม้อแปลงไฟฟ้า) มีข้อกำหนดในการกระจายความร้อนสูง และมักจะต้องใช้การออกแบบแบบทะลุรูร่วมกัน ซึ่งเพิ่มความซับซ้อนของกระบวนการ 79
ข้อกำหนดความแม่นยำในการจัดตำแหน่งระหว่างชั้นสำหรับ PCBS หลายชั้นนั้นสูง หากเกิดการเบี่ยงเบนในการจัดตำแหน่ง อาจทำให้ส่วนประกอบเบี่ยงเบนและเพิ่มอัตราการทำงานซ้ำ 9%
ด้วยความนิยมของแพ็คเกจ 01005 และส่วนประกอบที่เล็กกว่า SMT จะขับเคลื่อนการย่อขนาดของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ต่อไป ในขณะเดียวกันก็จัดการกับความท้าทายในการพิมพ์น้ำยาบัดกรีและความแม่นยำในการติดตั้ง 810
ปัญญาประดิษฐ์และการเรียนรู้ของเครื่องจะช่วยเพิ่มความสามารถในการจดจำข้อบกพร่องของระบบ AOI ลดการแทรกแซงด้วยตนเอง และปรับปรุงประสิทธิภาพการตรวจจับ
การรวมกันของ SMT, เทคโนโลยีแบบทะลุรู และการพิมพ์ 3 มิติสามารถตอบสนองความต้องการของโครงสร้างกำลังไฟสูงและซับซ้อน เช่น การออกแบบแผงวงจรไฮบริดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ 79
การส่งเสริมน้ำยาบัดกรีปราศจากสารตะกั่วและกระบวนการเชื่อมที่อุณหภูมิต่ำตอบสนองความต้องการด้านการปกป้องสิ่งแวดล้อมในขณะที่ลดการใช้พลังงานลง 8%
เทคโนโลยี SMT ด้วยประสิทธิภาพสูง ความน่าเชื่อถือสูง และข้อได้เปรียบด้านต้นทุน ได้กลายเป็นรากฐานสำคัญของอุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แม้จะมีข้อท้าทาย เช่น ความแข็งแรงทางกลและการกระจายความร้อน SMT จะยังคงนำผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ไปสู่ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและขนาดที่เล็กลงผ่านนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ ในอนาคต ความชาญฉลาดและความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจะเป็นทิศทางการพัฒนาหลัก ซึ่งให้การสนับสนุนทางเทคนิคที่สำคัญสำหรับสาขาเกิดใหม่ เช่น 5G และ Internet of Things
