Proceso de selección y colocación en la tecnología de montaje de superficie (SMT): principios básicos, retos técnicos y futuro

Proceso de selección y colocación en la tecnología de montaje de superficie (SMT): principios básicos, retos técnicos y futuro

Evolución
Introducción
El proceso de selección y colocación (tecnología de montaje superficial) es el eslabón central de la tecnología de montaje superficial (SMT),que monta con precisión los componentes microelectrónicos en las posiciones designadas en la placa de circuito impreso (PCB) mediante equipos automatizados de alta precisiónEste proceso determina directamente la fiabilidad, la eficiencia de producción y el grado de integración de los productos electrónicos.Internet de las cosas y electrónica automotrizLa tecnología Pick and Place ha roto continuamente los límites de precisión y velocidad, convirtiéndose en la piedra angular de la fabricación electrónica moderna.Este artículo analizará de manera exhaustiva el mecanismo de operación y la dirección de desarrollo de este proceso desde aspectos como la estructura del equipo, principio de trabajo, retos técnicos clave y tendencias futuras.

I. Estructura central y principio de funcionamiento del dispositivo de recogida y colocación
El dispositivo Pick and Place (máquina de montaje superficial) trabaja en colaboración mediante múltiples módulos de precisión, y su estructura central incluye:

Sistema de alimentación
El sistema de alimentación transporta los componentes en la cinta, tubo o bandeja a la posición de recogida a través del alimentador.El alimentador de cinta utiliza engranajes para conducir la cinta de material para garantizar el suministro continuo de componentesEl alimentador de grano vibrante ajusta el ritmo de alimentación por la frecuencia de vibración (200-400 Hz).

Sistema de posicionamiento visual
La máquina de colocación con tecnología de montaje en superficie (SMT) está equipada con cámaras de alta resolución y algoritmos de procesamiento de imágenes.Identificando los puntos de marca y las características de los componentes en la PCB (como el espaciamiento de los pines y las marcas de polaridad)Por ejemplo, la tecnología de alineación de visión de vuelo puede completar la identificación de componentes durante el movimiento del brazo robótico,y la velocidad de montaje puede alcanzar hasta 15048 puntos por hora.

Cabeza de montaje y boquilla de succión
La cabeza de colocación adopta un diseño paralelo de múltiples boquillas de succión (generalmente de 2 a 24 boquillas de succión) y adsorbe los componentes a través de la presión negativa del vacío (-70 kPa a -90 kPa).Los componentes de diferentes tamaños deben combinarse con boquillas de succión específicas.: Los componentes 0402 utilizan boquillas de succión con una apertura de 0,3 mm, mientras que los componentes más grandes como los QFP requieren boquillas de succión más grandes para aumentar la fuerza de adsorción en 79.

Sistema de control de movimiento
El sistema de servoacción de tres ejes X-Y-Z, en combinación con el carril lineal de deslizamiento, logra un movimiento preciso de alta velocidad (≥ 30.000 CPH).la velocidad de movimiento se reduce para minimizar la influencia de la inercia, mientras que en el área de microcomponentes, se adopta un algoritmo de optimización de trayectoria de alta velocidad para mejorar la eficiencia 910.

II. Enlaces técnicos clave en el flujo del proceso
El proceso de selección y colocación debe estar estrechamente coordinado con los procesos de front-end y back-end.

Impresión de pasta de soldadura y detección de SPI
La pasta de soldadura se imprime en las pastillas de PCB a través de la malla de acero láser (con un error de apertura de ≤ 5%).La presión del exprimidor (3-5 kg/cm2) y la velocidad de impresión (20-50 mm/s) afectan directamente al grosor de la pasta de soldadura (con un error del ±15%)Después de la impresión, el volumen y la forma se aseguran de cumplir con el estándar 410 a través de la inspección de pasta de soldadura en 3D (SPI).

Selección y montaje de componentes
Después de que la cabeza de colocación toma materiales del Feida, el sistema visual corrige el desplazamiento angular de los componentes (compensación de rotación del eje θ) y la presión de colocación (0,3-0.5N) debe controlarse con precisión para evitar el colapso de la pasta de soldadura.Por ejemplo, el chip BGA requiere un diseño adicional del orificio de escape para optimizar el efecto de soldadura 410.

Soldadura por reflujo y control de temperatura
El horno de soldadura de reflujo se divide en cuatro fases: precalentamiento, inmersión, reflujo y enfriamiento.La temperatura máxima (235-245 °C para el proceso sin plomo) debe mantenerse con precisión durante 40-90 segundosLa velocidad de enfriamiento (4-6°C/s) se utiliza para evitar la fragilidad de la unión de soldadura. La velocidad del motor de aire caliente (1500-2500 rpm) asegura la uniformidad de la temperatura (± 5°C) 410.

Inspección y reparación de la calidad
La inspección óptica automática (AOI, por sus siglas en inglés) identifica defectos tales como desplazamiento y soldadura falsa a través de fuentes de luz de múltiples ángulos, con una tasa de error de menos del 1%.La inspección por rayos X (AXI) se utiliza para el análisis de defectos internos de juntas de soldadura ocultas como BGAEl proceso de reparación utiliza pistolas de aire caliente y soldadores a temperatura constante.

Iii. Desafíos técnicos y soluciones innovadoras
A pesar de la madurez de la tecnología, Pick and Place todavía se enfrenta a los siguientes desafíos fundamentales:

Precisión de montaje de los micro componentes
El componente 01005 (0,4 mm × 0,2 mm) requiere una precisión de montaje de ± 25 μm.Se debe adoptar una malla de acero a nanoescala (de espesor ≤ 50 μm) y una tecnología de boquilla de succión adaptativa al vacío para evitar que el material vuele o se desvíe 410.

Componentes irregulares y interconexión de alta densidad
Para el embalaje QFN, la malla de acero debe adelgazarse a 0,1 mm y se deben agregar agujeros de escape.,y la precisión de la perforación con láser debe ser inferior a 0,1 mm 410.

Protección de los elementos sensibles al calor
El tiempo de reflujo de componentes como los LED debe reducirse en un 20% para evitar el amarilleamiento de las lentes.La protección del nitrógeno (contenido de oxígeno ≤ 1000 ppm) en la soldadura con aire caliente puede reducir la soldadura falsa causada por la oxidación 47.

IV. Tendencias futuras de desarrollo
Integración de la inteligencia y la IA
La inteligencia artificial se integrará profundamente en el sistema de AOI, y los patrones de defectos se identificarán a través del aprendizaje automático, reduciendo la tasa de errores de juicio a menos del 0,5%.Los sistemas de mantenimiento predictivo pueden emitir alertas tempranas de fallas de los equipos, reduciendo el tiempo de inactividad en un 30%410.

Fabricación de alta flexibilidad
La máquina con tecnología de montaje de superficie modular (SMT, por sus siglas en inglés) admite el cambio rápido de tareas de producción y, en combinación con el sistema MES, permite la producción de varias variedades y lotes pequeños.Los AGV y los sistemas de almacenamiento inteligentes pueden reducir el tiempo de preparación del material en un 50%.

Tecnología de fabricación ecológica
La popularización de la soldadura libre de plomo (aleación Sn-Ag-Cu) y los procesos de soldadura a baja temperatura han reducido el consumo de energía en un 20%.reducción de las emisiones de COV en un 90%310.

Integración heterogénea y embalaje avanzado
La tecnología 3D-IC para chips 5G e IA impulsa el desarrollo de máquinas de tecnología de montaje superficial (SMT) hacia sustratos ultrafinos (≤ 0,2 mm) y apilamiento de alta precisión (± 5 μm),y la tecnología de colocación asistida por láser será la clave.

Conclusión
El proceso Pick and Place promueve continuamente el avance de la fabricación electrónica hacia una alta densidad y alta fiabilidad a través de la innovación colaborativa de maquinaria de precisión,algoritmos inteligentes y ciencia de materialesDesde boquillas de succión a nanoescala hasta sistemas de detección impulsados por IA,La evolución tecnológica no solo ha mejorado la eficiencia de la producción, sino que también ha proporcionado un apoyo fundamental a campos emergentes como los teléfonos inteligentes.En el futuro, con la profundización de la fabricación inteligente y verde,Este proceso desempeñará un papel más crucial en la innovación de la industria electrónica.