กระบวนการประกอบ SMT อย่างละเอียด: ตั้งแต่แผงวงจรเปล่าจนถึงผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

บทนำ: ความสำคัญของการทำความเข้าใจกระบวนการประกอบ SMT

เทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว (SMT) เป็นรากฐานของการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ช่วยให้สามารถวางชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ลงบนพื้นผิวของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำสูง เนื่องจากอุปกรณ์ต่างๆ มีขนาดกะทัดรัดขึ้น มีประสิทธิภาพมากขึ้น และมีการรวมฟังก์ชันการทำงานมากขึ้น กระบวนการ SMT จึงต้องรับประกันความน่าเชื่อถือที่ไม่ลดทอนลง ความคลาดเคลื่อนที่แคบ และคุณภาพการบัดกรีที่ยอดเยี่ยม

ไม่ว่าคุณจะเป็นวิศวกรออกแบบที่เตรียมพร้อมสำหรับการผลิตจำนวนมาก ผู้เชี่ยวชาญด้านจัดซื้อที่ประเมินผู้จำหน่าย EMS หรือวิศวกรคุณภาพที่ตรวจสอบผลผลิต การทำความเข้าใจกระบวนการ SMT อย่างครบถ้วนนั้นเป็นสิ่งสำคัญ

บทความนี้จะอธิบายขั้นตอนการผลิต SMT อย่างละเอียด ตั้งแต่แผ่นวงจรเปล่าเข้าสู่สายการผลิต จนกระทั่งกลายเป็นแผ่นวงจรพิมพ์ (PCBA) ที่ผ่านการทดสอบอย่างสมบูรณ์และพร้อมสำหรับการจัดส่ง

ขั้นตอนที่ 1: การรับ การอบ และการเตรียมแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB)

ก่อนเข้าสู่สายการผลิต SMT แผงวงจรพิมพ์เปล่าจะต้องได้รับการตรวจสอบด้วยสายตาและขนาด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับแผงวงจรความถี่สูง แผงวงจรหลายชั้น หรือแผงวงจร HDI พารามิเตอร์ที่สำคัญ ได้แก่ การบิดเบี้ยว การเกิดออกซิเดชันบนพื้นผิวแผ่นรอง และความหนาของแผงวงจร

ความไวต่อความชื้น: แผ่นลามิเนตที่มีค่า Tg สูงหรือแผ่นลามิเนตที่ทำจาก PTFE นั้นไวต่อความชื้น การอบก่อนใช้งานที่อุณหภูมิ 105–125°C เป็นเวลา 4–12 ชั่วโมง (ตามแนวทางของ IPC) จะช่วยป้องกันการแยกชั้น รอยแตกขนาดเล็ก และช่องว่างระหว่างกระบวนการรีโฟลว์ได้

ขั้นตอนที่ 2: การพิมพ์วางบัดกรี

สารบัดกรี ซึ่งโดยทั่วไปประกอบด้วยโลหะผสม 90% และฟลักซ์ 10% จะถูกพิมพ์ลงบนแผ่นวงจรพิมพ์ที่เปิดโล่งโดยใช้แม่พิมพ์สแตนเลสที่มีความแม่นยำสูง

• ความหนาของแผ่นสเตนซิล: 100–150 ไมครอน ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างชิ้นส่วน
• การออกแบบแม่พิมพ์: ขนาดช่องเปิด อัตราส่วนการลดขนาดของแผ่นรอง การลดขนาดทีละขั้น
• พารามิเตอร์การพิมพ์: ความเร็วของใบปาดน้ำ, แรงดัน, ความเร็วในการแยก
• ประเภทของเพสต์: ประเภท 3 สำหรับมาตรฐาน ประเภท 4 หรือ 5 สำหรับขั้วต่อแบบละเอียดหรือไมโคร BGA

การพิมพ์วางบัดกรีอย่างแม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำให้บัดกรีเปียกอย่างสม่ำเสมอและป้องกันข้อบกพร่องต่างๆ เช่น การเกิดสะพานเชื่อม การบัดกรีไม่เพียงพอ และการเกิดรูปทรงคล้ายสุสาน

ขั้นตอนที่ 3: การตรวจสอบเนื้อบัดกรี (SPI)

ระบบ SPI อัตโนมัติใช้การวัดด้วยเลเซอร์แบบ 2 มิติหรือ 3 มิติเพื่อวัด:

• วางความสูง
• ความสม่ำเสมอของปริมาตร
• การเยื้องศูนย์และการจัดแนวสเตนซิล
• การตรวจจับสะพานและการประมาณช่องว่าง

SPI มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมกระบวนการในระยะเริ่มต้น ซึ่งช่วยลดการแพร่กระจายของข้อบกพร่องในสายการผลิต

ขั้นตอนที่ 4: การหยิบและวางด้วยความเร็วสูง

ระบบหยิบและวาง (pick-and-place) จะติดตั้งชิ้นส่วน SMT ลงบนแผ่นรองที่เคลือบด้วยสารบัดกรี ระบบที่ทันสมัยสามารถรองรับการทำงานได้ดังนี้:

• ส่วนประกอบแบบพาสซีฟที่มีขนาดเล็กถึง 01005
• ไอซีที่มีแพ็คเกจ QFN, LGA และ BGA ระยะห่างระหว่างขาแคบ
• ชิ้นส่วนรูปทรงแปลก ๆ พร้อมอัลกอริธึมการมองเห็นแบบกำหนดเอง
• การวางตำแหน่งด้านบนและด้านล่างพร้อมกัน

ข้อควรพิจารณาในการจัดการชิ้นส่วน:

• ประเภทตัวป้อน: แบบม้วน, แบบถาด, แบบแท่ง
• การตรวจสอบด้วยสายตาเพื่อการหมุนและการจัดแนว
• การควบคุมความสูงและความเรียบของระนาบ
• การป้องกันไฟฟ้าสถิตระหว่างการหยิบจับ

เครื่องจักรอย่างเช่น Yamaha, Panasonic หรือ Juki สามารถทำความเร็วในการวางชิ้นงานได้เกิน 80,000 ชิ้นต่อชั่วโมง โดยมีความแม่นยำดีกว่า ±30 ไมครอน

ขั้นตอนที่ 5: การบัดกรีแบบรีโฟลว์

ขณะนี้แผงวงจรจะเข้าสู่เตาอบรีโฟลว์ ซึ่งมีโซนควบคุมอุณหภูมิได้มากถึง 10 โซน แต่ละโซนจะค่อยๆ เพิ่มอุณหภูมิของแผงวงจรจนถึงจุดหลอมเหลวของตะกั่วบัดกรี จากนั้นจึงค่อยๆ ลดอุณหภูมิลงโดยไม่ก่อให้เกิดความเครียดจากความร้อน

• ช่วงอุณหภูมิอุ่นเครื่อง: 80–150°C
• ช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม: 150–180°C เพื่อกระตุ้นการไหลของฟลักซ์
• ช่วงอุณหภูมิการหลอมสูงสุด: 230–250°C (ขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะบัดกรี)
• โซนทำความเย็น: ลดอุณหภูมิลงอย่างรวดเร็วต่ำกว่า 180 องศาเซลเซียส เพื่อสร้างรอยต่อที่แข็งแรง

การประกอบแผงวงจรพิมพ์แต่ละชุดจะต้องผ่านกระบวนการสร้างโปรไฟล์ความร้อนเพื่อปรับแต่งเส้นโค้งตามโครงสร้างวัสดุ ความหนาแน่นของชิ้นส่วน และการดูดซับความร้อนของวัสดุรองรับ

ขั้นตอนที่ 6: การตรวจสอบด้วยระบบแสงอัตโนมัติ (AOI)

หลังจากทำการรีโฟลว์แล้ว เครื่อง AOI จะเปรียบเทียบภาพแผงวงจรที่บัดกรีแบบเรียลไทม์กับภาพอ้างอิงมาตรฐาน

• ขั้วและการวางแนว
• การมีอยู่และการไม่มีอยู่
• รอยเชื่อมตะกั่ว
• ไฟฟ้าลัดวงจร สายไฟหลุด และจุดต่อสายไฟไม่แน่น

ระบบตรวจจับวัตถุอันตรายสมัยใหม่ใช้กล้องหลายมุม การสร้างแบบจำลอง 3 มิติ และการเรียนรู้ของเครื่องจักร เพื่อปรับปรุงอัตราการตรวจจับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับพื้นที่ที่มีความหนาแน่นสูง

ขั้นตอนที่ 7: การตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์สำหรับบรรจุภัณฑ์ที่ซับซ้อน

ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น BGA, LGA และ QFN มีจุดบัดกรีที่ซ่อนอยู่ใต้ตัวบรรจุภัณฑ์ การตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์ช่วยให้สามารถตรวจสอบได้ดังนี้:

• การตรวจสอบการเปียกของลูกบัดกรี
• การตรวจจับช่องว่างในแผ่นจ่ายไฟและแผ่นกราวด์
• การวิเคราะห์การครอบคลุมของแผ่นระบายความร้อน
• สะพานและการระบุระยะสั้น

การสแกน CT แบบ 3 มิติ สามารถนำมาใช้ในการวิเคราะห์สาเหตุที่แท้จริงและการตรวจสอบความล้มเหลวขั้นสูงได้

ขั้นตอนที่ 8: การตรวจสอบและแก้ไขด้วยตนเอง

แม้แต่ในสายการผลิตอัตโนมัติ ก็ยังจำเป็นต้องมีการแทรกแซงจากมนุษย์ในกรณีต่อไปนี้:

• การตรวจสอบด้วยสายตาภายใต้กล้องจุลทรรศน์
• การบัดกรีเก็บรายละเอียด
• การเปลี่ยนชิ้นส่วนที่ชำรุดหรือวางไม่ตรงแนว
• การซ่อมแซม BGA โดยใช้เครื่องซ่อมด้วยลมร้อน

งานที่แก้ไขแล้วต้องเป็นไปตามมาตรฐาน IPC-7711/21 และบันทึกไว้ในระบบตรวจสอบย้อนกลับ

ขั้นตอนที่ 9: การทดสอบในวงจร (ICT) และการทดสอบการทำงาน (FCT)

การทดสอบช่วยให้มั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์ใช้งานได้และเชื่อถือได้ก่อนส่งมอบ

คุณสมบัติด้านไอซีที:

• วัดค่าความต้านทาน ความจุ และแรงดันไฟฟ้า
• ตรวจจับส่วนประกอบที่ขาดหาย ลัดวงจร หรือไม่ถูกต้อง
• ติดตั้งโดยใช้ตัวยึดแบบแผ่นตะปู

คุณสมบัติของ FCT:

• จำลองพฤติกรรมของผลิตภัณฑ์ในโลกแห่งความเป็นจริง
• สื่อสารกับไมโครคอนโทรลเลอร์หรือเซ็นเซอร์
• อาจรวมถึงการทดสอบอินเทอร์เฟซ UART, I2C, SPI หรือ CAN

ขั้นตอนที่ 10: การประกอบขั้นสุดท้าย การติดฉลาก และการบรรจุภัณฑ์

เมื่อการทดสอบทางไฟฟ้าผ่านแล้ว คณะกรรมการจะดำเนินการขั้นตอนสุดท้ายต่อไป:

• การติดตั้งคอนเนคเตอร์และการจัดสายเคเบิล
• การติดตั้งตู้หุ้มหรือการเคลือบป้องกัน
• การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิคหรือตัวทำละลาย (ไม่จำเป็นต้องทำความสะอาดเพิ่มเติม)
• การทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์หรือการติดฉลากบาร์โค้ด
• บรรจุภัณฑ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตและการติดฉลากแบบกำหนดเอง

ผู้ให้บริการ EMS ขั้นสูงนำเสนอการตรวจสอบย้อนกลับได้อย่างครบถ้วน ไม่ว่าจะเป็นต่อล็อต ต่อหมายเลขซีเรียล หรือต่อหน่วย ขึ้นอยู่กับมาตรฐานอุตสาหกรรม

การประกอบ SMT คือสะพานเชื่อมจากขั้นตอนการออกแบบสู่การใช้งานจริง

การประกอบ SMT เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งต้องอาศัยการควบคุมที่แม่นยำ การตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง และความเชี่ยวชาญจากหลายฝ่าย ในแต่ละขั้นตอน ตั้งแต่การวางวางสารประกอบ การตรวจสอบ ไปจนถึงการบรรจุภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุดเพื่อรับประกันความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพ

ที่ Rich Full Joy เราสนับสนุนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ความถี่สูง ความเร็วสูง หลายชั้น และมีความสำคัญต่อภารกิจ ด้วย:

• อุปกรณ์ SMT ขั้นสูงและการกำหนดโปรไฟล์การหลอมใหม่
• มีประสบการณ์ด้าน BGA, QFN และโมดูล RF
• มีเครื่องเอ็กซ์เรย์, AOI, SPI และ ICT/FCT ไว้ให้บริการภายในองค์กร
• ระยะเวลานำส่งสั้นและต้นแบบจำนวนน้อย
• ความร่วมมือระยะยาวในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ โทรคมนาคม การแพทย์ และยานยนต์

กำลังมองหาพันธมิตร SMT มืออาชีพสำหรับผลิตภัณฑ์ใหม่ของคุณอยู่ใช่ไหม? ติดต่อทีมวิศวกรของเราได้เลยวันนี้เพื่อรับการตรวจสอบ DFM ฟรีและใบเสนอราคาที่รวดเร็ว