0201 التجميع ، من الصعب إلى الوضع التقليدي
تشرح هذه المقالة وتناقش المبادئ التوجيهية التي تحكم وضع 0201 في كل من عمليات التجميع عالية الحجم وعالية المزيج.
بقلم مينغ غان ، ming@smthelp.com
على الرغم من اعتبارها بشكل عام تطورًا حديثًا نسبيًا ، إلا أن لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) كانت متوفرة منذ أوائل الخمسينيات من القرن الماضي. منذ ذلك الحين ، دفع الطلب على المنتجات الإلكترونية الأصغر والأخف وزنًا والأسرع تكنولوجيا المكونات الإلكترونية وثنائي الفينيل متعدد الكلور ومعدات التجميع نحو SMT.
حدث أول قبول عام لـ SMT في أوائل الثمانينيات ، عندما دخلت السوق آلات مثل Dynapert MPS-500 و FUJI CP-2. في ذلك الوقت ، كانت المقاومات والمكثفات 1206 (3216) هي أكثر مكونات التنسيب شيوعًا. ومع ذلك ، في عام أو عامين ، أفسح 1206 المجال لـ 0805 (2125) باعتباره حزمة المكونات الأكثر شيوعًا لوضع SMT.
يطرح ظهور التعبئة والتغليف 0402 (1608) مزيدًا من التحديات في جميع جوانب تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور. فيما يتعلق بتطوير الماكينة ، أصبحت فوهات الفراغ أصغر وأكثر هشاشة. يتم التركيز بشكل جديد على وحدة تغذية المكون ، والتي تعمل كوحدة للتحسين ، مما يمنح الماكينة أجزاء أكثر دقة.
مع ظهور مكونات 0402 ، زادت تحديات العملية لتلك التي تحتاج إلى معالجة من أجل وضع مكون ناجح. تصبح طباعة معجون اللحام أكثر أهمية - تعتبر سماكة الاستنسل وشبكة معجون اللحام من الاعتبارات العملية ذات الأهمية المتزايدة. التكنولوجيا المطلوبة لمثل هذا التنسيب تنطوي أيضًا على تكاليف جديدة كبيرة.
يؤدي الجمع بين هذه العوامل إلى إنشاء شكل جديد من العبوات يعتبر أبطأ اعتمادًا في تاريخ صناعة الإلكترونيات. في المجموع ، لما يقرب من خمس سنوات ، تم قبول عبوة 0402 على نطاق واسع في الصناعة - والعديد من مصانع التجميع اليوم لم تضع أبدًا ورقة 0402.
على مدار العام ونصف العام الماضيين ، كان التنسيب 0201 موضوعًا رئيسيًا للمناقشة في جميع أنحاء الصناعة. نظرًا لمتطلبات الحجم والوزن واستهلاك الطاقة ، يحتاج العديد من مجمعي لوحات OEM إلى دمج مكونات وتقنيات أصغر في منتجاتهم. يجب أن يكون لدى الشركات المصنعة للعقود (CM ، الشركة المصنعة للعقد) أيضًا تقنيات جديدة للحفاظ على عملية التجميع محدثة وتزويد العملاء بمجموعة كاملة من الخدمات. بالنسبة لبناة الآلات ، يتمثل التحدي في تطوير معدات تجميع أكثر مقاومة للتلف في عصر التغير التكنولوجي الديناميكي.
تحدي التنسيب 0201
يعتبر وضع المكون 0201 أكثر صعوبة من تدخل المكون أمامه. السبب الرئيسي هو أن الحزمة 0201 هي ما يقرب من ثلث الحجم المقابل 0402.
على الرغم من أن هذه العقبات كبيرة جدًا ، إلا أنها بعيدة كل البعد عن كونها مستعصية على الحل. بالطبع ، يحتاجون إلى كل التصميم ، لأن التكنولوجيا اللازمة لموضع 0201 تتطلب الكثير من المال ووعد الإدارة العليا بالبحث والتطوير (R & D).
مفتاح وضع 0201 الموثوق به
في FUJI ، أنتج برنامج البحث والتطوير القوي القدرة على جعل جميع آلات تجميع الدوائر متوافقة مع 0201 بسرعة 100٪ ، مع الحد الأدنى من موثوقية الشفط 99.90٪ ، وموثوقية الشفط المستهدفة 99.95٪ ، والحد الأدنى موثوقية التنسيب. هي 99.99٪. في البداية ، تم تقييم كل جانب من جوانب التصميم لقدرته على العمل على برنامج 0201 كامل ، وقد ثبت أن الجمع بين العناصر الفردية لمعلمات مكونات الماكينة وثيقة الصلة أمر بالغ الأهمية لتحقيق النجاح. تشمل هذه المعلمات:
الشكل 1 جدول مكون التغذية. خلص برنامج البحث والتطوير إلى أن القدرة على وضع جدول النقل بدقة - وإجراء الحد الأدنى من التعديلات للتعويض عن عدم دقة الشريط - هو عامل رئيسي في تحقيق موثوقية التقاط المكونات فوق 99.95٪.
لتحقيق ذلك ، يجب أن تكون طاولة التغذية آلية دقيقة لضمان تحديد المواقع القابلة للتكرار للمغذيات الفردية ودمجها مع نظام مؤازر ذو دورة شبه مغلقة عالي الدقة باستخدام دليل متحرك خطي ثنائي المسار. يسمح هذا التصميم بإجراء تعديلات طفيفة - بناءً على نتائج دقة الشفط وفقًا لنظام الرؤية. هذا يضمن أن المكون قريب قدر الإمكان من المركز.
وحدة التغذية. يجب تصنيع وحدة التغذية لتفاوتات شديدة للغاية لضمان تكرار موضع الشفط ، بغض النظر عن ارتفاع المكون وعدد كبير من مواضع المكونات الممكنة. يجب أن تكون الآلية المستخدمة في وضع وحدة التغذية وقفلها في الموضع متينة ودقيقة ، ومع ذلك تكون سهلة الاستخدام. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون المواد المستخدمة لصنع وحدة التغذية عالية القوة وخفيفة الوزن للسماح بالتشغيل المريح مع ضمان التسليم الدقيق والمتكرر للشريط الناقل.
المغذي يقود العجلة المسننة. يلعب ضرس محرك الأقراص دورًا رئيسيًا في قدرة الماكينة على وضع شريط المكون. يؤثر شكل الأسنان المسننة في محرك الأقراص واستدقاقها وطولها بشكل كبير على قدرة وحدة التغذية على وضع الشريط. كما تم التحقيق في عوامل أخرى ، مثل قطر ضرس المحرك وعدد الأحزمة الملامسة للعجلة المسننة. أدت التغييرات في تصميم العجلة المسننة الأساسية إلى تحسين دقة تحديد الموقع ، مع زيادة التصميمات السابقة بنسبة 20٪ في الاتجاه X و 50٪ في الاتجاه Y.
الشكل 2 يمتص الرأس. بعد تغذية المكون بشكل صحيح ، فإن الخطوة التالية هي سحب المكون على فوهة الفراغ وإحضاره إلى اللوحة. تتوافق فوهات التفريغ لامتصاص الصدمات أثناء مكونات الالتقاط والوضع ، وتعويض الاختلافات الصغيرة في ارتفاع عجينة اللحام ، وتقليل مخاطر كسر المكونات. لهذه الأسباب ، يجب أن تكون الفوهة قادرة على التحرك داخل تجهيزاتها.
يجب فهم كل من اختيار المواد ، وصلابة المواد ، وتحمل الآلات ، والخصائص الحرارية لبناء رأس شفط موثوق. يجب أن تتحرك الفوهة بحرية داخل حاملها دون التضحية بالدقة (الشكل 1).
يتم تجميع عمود الفوهة. يعد عمود الفوهة أيضًا عنصرًا رئيسيًا في التصميم - مما يلغي الحاجة إلى زيادة السرعة عن طريق الحفاظ على الفوهة بأكملها في محاذاة مباشرة مع مجموعة العمود. يحدث الضغط الزائد بسبب القصور الذاتي الناتج عن تحريك الرأس لأعلى ولأسفل. إذا لم تكن الفوهة والعمود في خط مستقيم ، فهناك القليل من السوط - أو الضغط الزائد. يؤدي الضغط الزائد إلى حدوث تغيير في دقة تحديد المواقع ، والتي يتم تحديدها من خلال سرعة الحركة ووزن الفوهة ووزن المكون. من خلال القضاء على الضغط الزائد ، تقلل المحاذاة المباشرة من عدد العوامل السلبية المرتبطة بموضع انتقاء المكونات ووضعها (الشكل 2).
الشكل 3 تصميم فوهة. تعد الاختلافات في تصميم الفوهة عاملاً مهمًا في السماح باستقبال مكون 0201. من أجل رسم مكون 0.6 × 0.3 مم ، يجب ألا يزيد قطر الفوهة الخارجي عن 0.40 مم. هذا يشكل عمود فوهة طويل ورفيع وهش ولكن يجب أيضًا الحفاظ على الدقة للحفاظ على موثوقية عالية للشفط. التغييرات من المحور الخطي إلى التصميم المدبب تزيد من قوة الفوهة وتسمح للفوهة بمقاومة الانحناء (الشكل 3).
هيكل المصفوفة. تولد جميع الآلات اهتزازات أثناء التشغيل. يعد تصميم الإطار الأساسي خطوة أولى رئيسية في تقليل تأثيرات السرعة والحركة للاهتزاز والرنين التوافقي. باستخدام إطار قاعدة من الحديد الزهر وأحدث التقنيات الهيكلية ، يمكن تقليل الاهتزاز والرنين التوافقي إلى مستوى يمكن التحكم فيه داخل الماكينة ، بحيث يمكن التعامل مع الآثار السلبية.
وفقًا للمعايير
من خلال جميع العوامل الرئيسية الستة ، تم التخلص من العقبات التي تحول دون وضع 0201 الموثوق به. نتيجة لذلك ، تحول تركيز البحث والتطوير إلى مكونات أحدث وأصغر ، ولم يعد 0201 يعتبر تقنية تعبئة مكونات رائدة.
بالنسبة لوضع المكون 0201 ، تكون نافذة العملية المقبولة حوالي 75 ميكرومتر X و 75 ميكرومتر Y عند 3 。. لتحقيق موثوقية وضع 6 ، يجب تقليل تفاوتات X و Y إلى 50 ميكرومتر. أحدث معدات التنسيب عالية السرعة لها تصنيف 66 ميكرومتر مع انحراف معياري فعلي يبلغ حوالي 35 ~ 45 ميكرومتر. نظرًا لاستخدام المكون 0201 على نطاق واسع وتصبح عملية التصنيع أكثر إحكامًا ، يمكن تحقيق دقة محسنة.
يشكل الاختلاف في حجم المكون بين الموردين تحديًا لـ 0201 التغذية والتنسيب. يتم فتح التغذية السائبة ويجب أن تكون متاحة في عام 2001.
على الرغم من أن الجهاز لديه هذه الإمكانية الآن ، إلا أن نسبة صغيرة فقط من المستخدمين سيكونون مستعدين لأخذ موضع 0201 في 12 إلى 24 شهرًا القادمة. هذا مشابه لإدخال مصفوفة شبكة الكرة (BGA) ومكونات 0402 ، حيث تكون قدرات الآلة متقدمة على حالة العملية.
التحدي في المستقبل
بينما يعد وضع مكونات 0201 الآن ميزة قياسية لمعدات التنسيب الجديدة ، هناك حاجة إلى عمل إضافي لتحسين العملية الإجمالية للمستخدم النهائي. يجب تعزيز العلاقة بين بناة الماكينات وموردي المكونات ومصنعي الألواح ومصانع قوالب الصب ومصنعي معجون اللحام لإنشاء عملية تطوير أكثر سلاسة. ستكون النتيجة النهائية فهمًا موحدًا للعملية وعلاقة عمل أفضل ستفيد المستخدمين النهائيين ، لا سيما من خلال جعل تقنيات الإنتاج الجديدة أسرع وأكثر كفاءة.
بقلم مينغ غان ، ming@smthelp.com