Auswahl- und Platzierungsprozess in der Oberflächenbautechnik (SMT): Grundprinzipien, technische Herausforderungen und Zukunft

Auswahl- und Platzierungsprozess in der Oberflächenbautechnik (SMT): Grundprinzipien, technische Herausforderungen und Zukunft

Entwicklung
Einleitung
Der Prozess Pick and Place (Surface Mount Technology) ist das Kernstück der Surface Mount Technology (SMT).mit einer Leistung von mehr als 50 W und einer Leistung von mehr als 50 W,Dieser Prozess bestimmt direkt die Zuverlässigkeit, die Produktionseffizienz und den Integrationsgrad elektronischer Produkte.Internet der Dinge und AutomobilelektronikDie Pick-and-Place-Technologie hat die Grenzen von Genauigkeit und Geschwindigkeit kontinuierlich durchbrochen und ist zum Eckpfeiler der modernen Elektronikherstellung geworden.In diesem Artikel wird der Betriebsmechanismus und die Entwicklungsrichtung dieses Prozesses aus Aspekten wie der Ausrüstungsstruktur umfassend analysiert, Arbeitsprinzip, wesentliche technische Herausforderungen und künftige Trends.

I. Kernstruktur und Funktionsprinzip des Auf- und Einstellgeräts
Das Pick-and-Place-Gerät (Oberflächenaufbau-Maschine) arbeitet durch mehrere Präzisionsmodule zusammen, und seine Kernstruktur umfasst:

Fütterungssystem
Das Fütterungssystem bringt die Komponenten im Band, im Rohr oder im Tablett durch den Fütterungsgerät in die Pflückposition.Das Band-Feeder verwendet Zahnräder, um das Materialband zu bewegen, um die kontinuierliche Versorgung mit Komponenten zu gewährleistenDer vibrierende Massenfütter regelt den Fütterungsrhythmus nach der Schwingungsfrequenz (200-400 Hz).

Visuelles Positionierungssystem
Die Platziermaschine mit Oberflächenmontage-Technologie (SMT) ist mit hochauflösenden Kameras und Bildverarbeitungsalgorithmen ausgestattet.Durch die Identifizierung von Mark-Punkten und Komponentenmerkmalen auf der Leiterplatte (z. B. Pin-Abstand und Polaritätsmarkierungen), erreicht es eine Positionierungsgenauigkeit unterhalb des Mikrons (unter ± 15 μm). So kann beispielsweise die Flugsicht-Ausrichtungstechnologie die Komponentenidentifizierung während der Bewegung des Roboterarms abschließen,und die Montagegeschwindigkeit kann bis zu 150 erreichen48 Punkte pro Stunde.

Montagekopf und Saugdüse
Der Platzierungskopf hat eine parallele Konstruktion mit mehreren Saugdüsen (in der Regel 2 bis 24 Saugdüsen) und adsorbiert die Bauteile durch Vakuum-Negativdruck (-70 kPa bis -90 kPa).Komponenten unterschiedlicher Größe müssen mit speziellen Saugdüsen versehen werden: 0402 Komponenten verwenden Saugdüsen mit einer Öffnung von 0,3 mm, während größere Komponenten wie QFP größere Saugdüsen benötigen, um die Adsorptionskraft um 79% zu erhöhen.

Bewegungssteuerungssystem
Das dreiachsige Servo-Antriebssystem X-Y-Z ermöglicht in Kombination mit der linearen Schiebebahn eine hohe Geschwindigkeitspräzision (≥ 30.000 CPH).Die Bewegungsgeschwindigkeit wird reduziert, um den Einfluss der Trägheit zu minimieren., während im Bereich der Mikrokomponenten ein Hochgeschwindigkeitswegoptimierungsalgorithmus zur Steigerung der Effizienz 910.

II. Schlüsseltechnische Verbindungen im Prozessfluss
Der Pick and Place-Prozess muss eng mit den Front-End- und Back-End-Prozessen koordiniert werden.

Druck von Lötmasse und SPI-Erkennung
Die Lötmasse wird über das Laser-Stahlnetz (mit einem Öffnungsfehler von ≤ 5%) auf die PCB-Pads gedruckt.Der Druck der Spülmaschine (3-5 kg/cm2) und die Druckgeschwindigkeit (20-50 mm/s) beeinflussen unmittelbar die Dicke der Lötmasse (mit einem Fehler von ±15%)Nach dem Drucken werden Volumen und Form durch 3D-Solder-Paste-Inspektion (SPI) sichergestellt, dass sie dem Standard 410 entsprechen.

Auswahl und Montage von Bauteilen
Nachdem der Platzierungskopf Materialien vom Feida entnommen hat, korrigiert das visuelle System die Winkelverschiebung der Komponenten (θ-Achsenrotationskompensation) und den Platzierungsdruck (0,3-0.5N) muss genau kontrolliert werden, um das Zusammenbrechen der Lötmasse zu vermeiden.Zum Beispiel erfordert der BGA-Chip eine zusätzliche Auspufföffnung, um den Lötwirkungseffekt 410 zu optimieren.

Rücklauflöten und Temperaturregelung
Der Rückflusslöterherd ist in vier Phasen unterteilt: Vorwärmen, Eintauchen, Rückfluss und Kühlen.Die Spitzentemperatur (235-245°C bei bleifreiem Verfahren) muss 40-90 Sekunden lang genau gehalten werden.. Die Kühlgeschwindigkeit (4-6°C/s) wird verwendet, um zu verhindern, dass die Lötverbindung zerbrechlich wird. Die Motordrehzahl mit heißem Luftluft (1500-2500rpm) sorgt für Temperaturgleichheit (±5°C) 410.

Qualitätskontrolle und Reparatur
Automatische optische Inspektion (AOI) ermittelt Fehler wie Verschiebenheit und falsches Löt durch mehrwinklige Lichtquellen mit einer Fehleinschätzung von weniger als 1%.Röntgenuntersuchung (AXI) wird für die interne Defektanalyse von versteckten Lötverbindungen wie BGA verwendetBei der Reparatur werden mit Heißluftpistolen und Festtemperatur-Lötfedern gearbeitet.

III. Technische Herausforderungen und innovative Lösungen
Trotz der Reife der Technologie steht Pick and Place immer noch vor folgenden Kernproblemen:

Montagegenauigkeit von Mikrokomponenten
Komponente 01005 (0,4 mm × 0,2 mm) erfordert eine Montagegenauigkeit von ± 25 μm.Um Materialflucht oder Abweichungen zu verhindern, sollten nanotechnische Stahlnetze (Stärke ≤ 50 μm) und eine adaptive Vakuumaufsaugdüsentechnologie angewendet werden 410.

Unregelmäßige Komponenten und Hochdichteverbindungen
Für QFN-Verpackungen sollte das Stahlnetz auf 0,1 mm verdünnt und Abgaslöcher hinzugefügt werden.,und die Laserbohrgenauigkeit muss weniger als 0,1 mm 410 sein.

Schutz von wärmeempfindlichen Elementen
Die Rückflusszeit von Komponenten wie LEDs muss um 20% verkürzt werden, um eine Gelbfärbung der Linsen zu verhindern.Der Stickstoffschutz (Sauerstoffgehalt ≤ 1000 ppm) beim Heißluftschweißen kann das durch Oxidation verursachte falsche Schweißen verringern 47.

IV. Zukunftsentwicklungstrends
Integration von Intelligenz und KI
Künstliche Intelligenz wird tief in das AOI-System integriert und durch maschinelles Lernen werden Defektmuster erkannt, wodurch die Fehlerquote auf weniger als 0,5% gesenkt wird.Vorhersagende Wartungssysteme können bei Ausfall von Geräten frühzeitig warnen, die Ausfallzeiten um 30% reduzieren410.

Hohe Flexibilität bei der Herstellung
Die Maschine mit modularer Oberflächenbefestigungstechnologie (SMT) unterstützt den schnellen Wechsel von Produktionsaufgaben und ermöglicht in Kombination mit dem MES-System die Produktion von mehreren Sorten und kleinen Chargen.AGV und intelligente Lagersysteme können die Materialvorbereitungszeit um 50% verkürzen.

Grüne Fertigungstechnik
Durch die Verbreitung von bleifreiem Lötwerk (Sn-Ag-Cu-Legierung) und Niedertemperaturschweißverfahren konnte der Energieverbrauch um 20% reduziert werden.Verringerung der VOC-Emissionen um 90%310.

Heterogene Integration und fortschrittliche Verpackung
Die 3D-IC-Technologie für 5G-Chips und KI-Chips treibt die Entwicklung von Maschinen mit Oberflächenmontage-Technologie (SMT) in Richtung ultradünner Substrate (≤ 0,2 mm) und hochpräzises Stapeln (± 5 μm) voran.und lasergestützte Platzierungstechnologie wird der Schlüssel sein.

Schlussfolgerung
Der Pick and Place-Prozess fördert kontinuierlich die Weiterentwicklung der elektronischen Fertigung in Richtung hoher Dichte und hoher Zuverlässigkeit durch die gemeinsame Innovation von Präzisionsmaschinen.intelligente Algorithmen und MaterialwissenschaftenVon nanoskaligen Saugdüsen bis hin zu KI-gesteuerten Detektionssystemen,Die technologische Entwicklung hat nicht nur die Produktionseffizienz verbessert, sondern auch die Entwicklung neuer Bereiche wie Smartphones unterstützt.In Zukunft, mit der Vertiefung der intelligenten und grünen Fertigung, werden dieDieser Prozess wird eine entscheidende Rolle bei der Innovation der Elektronikindustrie spielen..