บทบาทสำคัญและการประยุกต์ใช้อย่างชาญฉลาดของเทคโนโลยี 3D SPI ในการผลิต SMT: สุดยอดโซลูชันสำหรับการปรับปรุงผลผลิต SMT
บทคัดย่อ
ในอุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากผลิตภัณฑ์มีการพัฒนาไปสู่ความหนาแน่นสูงและการย่อขนาด คุณภาพของการพิมพ์น้ำยาบัดกรีใน SMT (Surface Mount Technology) จึงเป็นตัวกำหนดความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปโดยตรง เทคโนโลยี 3D SPI (Three-dimensional Solder Paste Inspection) ด้วยความสามารถในการตรวจจับที่มีความแม่นยำสูง จึงกลายเป็นวิธีการควบคุมคุณภาพที่ขาดไม่ได้ในกระบวนการ SMT บทความนี้จะเจาะลึกถึงหลักการทางเทคนิค ฟังก์ชันหลัก การประยุกต์ใช้อย่างชาญฉลาดของ 3D SPI รวมถึงการทำงานร่วมกับกระบวนการก่อนหน้าและหลังหน้า เพื่อช่วยให้คุณเข้าใจอย่างครอบคลุมถึงวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและลดต้นทุนการทำงานซ้ำผ่าน 3D SPI นอกจากนี้ยังมองไปข้างหน้าถึงแนวโน้มการพัฒนาในอนาคตของการบูรณาการ AI และ Industry 4.0
1. เทคโนโลยี 3D SPI: ผู้พิทักษ์คุณภาพในการผลิต SMT
ในกระบวนการผลิต SMT ข้อบกพร่อง 74% มาจากปัญหาการพิมพ์น้ำยาบัดกรี 2D SPI แบบดั้งเดิมสามารถตรวจจับข้อบกพร่องแบบระนาบได้เท่านั้น ในขณะที่ 3D SPI ผ่านเทคโนโลยีการสร้างภาพสามมิติ สามารถวัดพารามิเตอร์สำคัญได้อย่างแม่นยำ เช่น ปริมาตร ความสูง และรูปร่างของน้ำยาบัดกรี ซึ่งช่วยปรับปรุงอัตราการตรวจจับข้อบกพร่องได้อย่างมาก
1.1 วิธีการวัดสามเหลี่ยมเลเซอร์
3D SPI รุ่นแรกใช้วิธีการวัดสามเหลี่ยมเลเซอร์ โดยการฉายเลเซอร์ไปยังพื้นผิวน้ำยาบัดกรีและใช้กล้อง CCD เพื่อจับจุดแสงสะท้อน จะคำนวณความสูงโดยใช้ความสัมพันธ์ทางเรขาคณิตแบบสามเหลี่ยม วิธีนี้สามารถวัดความสูงได้เพียงจุดเดียวและมีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ
จากจุดภาพ A และจุดอ้างอิง O ที่ส่องสว่างบนวัตถุ คำนวณระยะทางภาพ 2 มิติ L จากแต่ละจุดบนวัตถุไปยังจุดอ้างอิงนี้ ตามหลักการของตรีโกณมิติ แปลงความสูง H ของวัตถุโดยใช้ระยะทางภาพ 2 มิติ L
1.2 เทคโนโลยีการสแกนเลเซอร์หลายเส้น
เพื่อเพิ่มความเร็วในการตรวจจับ อุตสาหกรรมได้นำเทคโนโลยีการสแกนเลเซอร์หลายเส้นมาใช้ ซึ่งสามารถวัดความสูงของหลายจุดพร้อมกันได้ อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อจำกัดดังต่อไปนี้:
- สามารถวัดได้อย่างแม่นยำเฉพาะจุดฉายแสงเลเซอร์เท่านั้น ในขณะที่ส่วนที่เหลือของพื้นที่ต้องได้รับการติดตั้งและประมาณการ ซึ่งส่งผลต่อความแม่นยำ
- เนื่องจากการสะท้อนบนพื้นผิวของวัตถุ PCB จึงต้องถูกพ่นทราย (ซึ่งไม่สามารถทำได้ในการผลิตจริง)
1.3 เทคโนโลยี 3D Structured Light (PMP) ของ ALeader จาก Shenzhou Vision
ปัจจุบัน 3D SPI หลักใช้ Phase Measurement Profilometry (PMP) หรือที่เรียกว่าเทคโนโลยี 3D structured light หลักการมีดังนี้:
- การฉาย grating (sinusoidal grating) จะส่องสว่างพื้นผิวของ PCB ทำให้เกิดแถบแสงและเงาที่สลับกัน
- กล้องจะจับแถบที่ผิดรูปและคำนวณข้อมูลความสูงผ่านการเปลี่ยนแปลงเฟส
- เทคโนโลยีการฉาย grating คู่ถูกนำมาใช้เพื่อขจัดข้อผิดพลาดในพื้นที่เงาและปรับปรุงความแม่นยำในการวัด
(การฉายเดี่ยวพร้อมเงาเทียบกับการฉายคู่สามารถเสริมซึ่งกันและกัน)
เมื่อเทียบกับการสแกนด้วยเลเซอร์ เทคโนโลยี PMP มีข้อดีดังต่อไปนี้:
- ✔ ครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมด ไม่มีการตรวจจับจุดบอด
- ✔ ทนต่อสี PCB และการรบกวนการสะท้อน
- ✔ เหมาะสำหรับแผ่นรองที่มีความหนาแน่นสูงและขนาดเล็ก (เช่น ส่วนประกอบ 01005)
2. ฟังก์ชันหลักและการประยุกต์ใช้ ALeader 3D SPI
2.1 ความสามารถในการตรวจจับที่มีความแม่นยำสูง
- การวัดปริมาตร พื้นที่ และความสูง: ปริมาตร พื้นที่ ความสูง ออฟเซ็ต ดีบุกไม่เพียงพอ ดีบุกมากเกินไป ดีบุกต่อเนื่อง ปลายดีบุก นิ้วทองคำ การปนเปื้อน กระบวนการกาวสีแดง และข้อบกพร่องลักษณะอื่นๆ
- ความสามารถในการป้องกันการรบกวน: ชดเชยการบิดงอของ PCB โดยอัตโนมัติและปรับให้เข้ากับ PCB ที่มีสีต่างๆ (เขียว แดง ดำ ฯลฯ)
3D SPI ควรมีฟังก์ชันในการชดเชยการงอของบอร์ดโดยอัตโนมัติโดยไม่ต้องดำเนินการเพิ่มเติมใดๆ
3D SPI ควรรับประกันระดับประสิทธิภาพเดียวกันบน PCB ทุกสี
- การจดจำจุด MARK หลายจุด: รองรับการวางตำแหน่งจุด MARK ที่ไม่ได้มาตรฐาน เช่น วงกลม รูปกากบาท และรูปสี่เหลี่ยม
2.2 การวิเคราะห์ข้อมูลอัจฉริยะและการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ
- แผนภาพการกระจายความสูง: แสดงภาพการกระจายความสูงของน้ำยาบัดกรีและระบุพื้นที่ที่มีข้อบกพร่องอย่างรวดเร็ว (เช่น แรงกดของที่ปาดน้ำไม่สม่ำเสมอ ปัญหาตาข่ายเหล็ก ฯลฯ)
- การตรวจสอบแนวโน้ม Cpk: การควบคุมกระบวนการทางสถิติ (SPC) แบบเรียลไทม์ วิเคราะห์ความเสถียรในการพิมพ์
- ฟังก์ชันเตือนภัยล่วงหน้า: แจ้งเตือนโดยอัตโนมัติเมื่อเกิดข้อบกพร่องที่สำคัญอย่างต่อเนื่อง และปรับพารามิเตอร์กระบวนการล่วงหน้า เมื่อจุดควบคุมปรากฏขึ้นอย่างต่อเนื่องในด้านเดียวกันของช่วงค่าที่ตั้งไว้ สามารถพิจารณาได้ว่าข้อบกพร่องในการพิมพ์น้ำยาบัดกรีกำลังจะเกิดขึ้น ในขั้นตอนนี้ 3D SPI ควรเริ่มแจ้งและเตือน
2.3 การเขียนโปรแกรมอัตโนมัติและการเปลี่ยนสายการผลิตอย่างรวดเร็ว
- การนำเข้า Gerber/CAD: การเขียนโปรแกรมอัตโนมัติเสร็จสิ้นภายใน 5 นาที ลดการพึ่งพาผู้ปฏิบัติงาน
- การตรวจสอบตาข่ายเหล็กแบบขั้นตอน: รองรับการตั้งค่าพารามิเตอร์อิสระสำหรับแผ่นรองพิเศษ (เช่น BGA)
3. การเชื่อมโยงข้อมูลระหว่าง ALeasder 3D SPI และการผลิตอัจฉริยะ
3.1 การป้อนกลับแบบวงปิดกับเครื่องพิมพ์
- เมื่อตรวจพบการพิมพ์ที่พลาดไปหรือดีบุกมากเกินไป จะป้อนกลับไปยังเครื่องพิมพ์โดยอัตโนมัติเพื่อปรับแรงดันของที่ปาดน้ำหรือทำความสะอาดตาข่ายเหล็ก
- ระบุบอร์ด Bad Mark แจ้งให้เครื่อง Surface Mount Technology (SMT) ข้ามตำแหน่งบอร์ดที่มีข้อบกพร่อง และปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต
3.2 การตรวจจับร่วมกับ AOI
- ข้อมูลสำคัญของ 3D SPI สามารถส่งไปยัง AOI ก่อนหรือหลังเตาเผาเพื่อให้ทำการตรวจสอบซ้ำที่สำคัญ
- ฟังก์ชันการจัดตำแหน่งสามจุด (3D SPI + AOI ก่อนเตาเผา + AOI หลังเตาเผา) ช่วยในการติดตามสาเหตุของข้อบกพร่อง
ระบบ SPC ในตัวสามารถรวมข้อมูลและภาพที่ตรวจพบในสามขั้นตอน ซึ่งอำนวยความสะดวกในการสื่อสารกับวิศวกรเพื่อพิจารณาว่าขั้นตอนใดผิดพลาดและอะไรเป็นสาเหตุของปัญหา
3.3 ปฏิบัติตามมาตรฐาน IPC-CFX
ตามโปรโตคอลการสื่อสาร IPC-CFX การสื่อสารข้อมูลระหว่างอุปกรณ์จึงเกิดขึ้น ซึ่งอำนวยความสะดวกในการสร้างโรงงานอัจฉริยะ
4. แนวโน้มการพัฒนาในอนาคต
- การตรวจจับอัจฉริยะที่ขับเคลื่อนด้วย Ai: การรวมการเรียนรู้เชิงลึกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการจำแนกข้อบกพร่องและลดอัตราการแจ้งเตือนเท็จ
- การปรับเปลี่ยนแบบเรียลไทม์: สร้างการควบคุมแบบวงปิดแบบไดนามิกกับเครื่องพิมพ์และการบัดกรีแบบรีโฟลว์
- 5G + Industrial Internet: เปิดใช้งานการตรวจสอบระยะไกลและการวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่ และเพิ่มขีดความสามารถในการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์
บทสรุป
เทคโนโลยี 3D SPI ได้กลายเป็นลิงก์หลักในการผลิตอัจฉริยะ SMT ALeader จาก Shenzhou Vision ได้ปรับปรุงผลผลิตและประสิทธิภาพการผลิตอย่างมากด้วยอัลกอริธึมการตรวจจับที่มีความแม่นยำสูง การวิเคราะห์ข้อมูลอัจฉริยะ และความสามารถในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ ในอนาคต ด้วยการบูรณาการอย่างลึกซึ้งของ AI และ Industry 4.0 3D SPI จะขับเคลื่อนการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไปสู่เป้าหมาย "ปราศจากข้อบกพร่อง" และช่วยให้องค์กรบรรลุการอัปเกรดอัจฉริยะ
