จากมุมมองด้านเทคโนโลยีและคุณภาพ ความสามารถทั้งหมดของผู้ประกอบการ SMT (Surface Mount Technology) สามารถสังเกตและค้นพบได้เมื่อคุณพิจารณาองค์ประกอบสำคัญต่าง ๆ ในกระบวนการประกอบ SMT ท้ายที่สุดแล้ว เมื่อเผชิญกับกระบวนการที่ซับซ้อนเช่นนี้ แทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจสอบรายละเอียดการผลิตทุกจุด และจะมีความเสี่ยงหากจะประเมินความสามารถของผู้รับจ้างผลิตของคุณจากเพียงแค่ผลิตภัณฑ์ปลายทาง ดังนั้น บทความนี้จะถ่ายทอดความรู้ที่เพียงพอในการประเมินคุณภาพ SMT ของผู้ประกอบแผงวงจร PCB ซึ่งจะช่วยให้คุณทดสอบได้ว่าแผงวงจรของคุณที่ประกอบในโรงงานนั้นเป็นไปตามมาตรฐานที่คุณต้องการหรือไม่
องค์ประกอบสำคัญในการประเมินคุณภาพการประกอบ SMT ได้แก่ คุณภาพการพิมพ์ครีมประสาน คุณภาพการรีโฟลว์ การวางตำแหน่งชิ้นส่วน วิธีการหลีกเลี่ยงการวางชิ้นส่วนด้วยมือ ความสามารถในการคำนวณและปรับความหนาของสเตนซิล ขนาดของช่องเปิด และความทันสมัยของอุปกรณ์หรือเครื่องมือ ในบรรดาองค์ประกอบเหล่านี้ การควบคุมคุณภาพของการพิมพ์ครีมประสานเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุด หากครีมประสานถูกพิมพ์ได้ไม่ดี แผงวงจรของคุณจะมีคุณภาพต่ำอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ แม้ว่าการติดตั้งชิ้นส่วนจะทำได้อย่างแม่นยำและอุณหภูมิรีโฟลว์จะถูกปรับอย่างเหมาะสมก็ตาม ท้ายที่สุดแล้ว ปริมาณครีมประสานที่พิมพ์ไม่เป็นมาตรฐานมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับคุณภาพของการบัดกรี เมื่อกล่าวถึงองค์ประกอบอื่น ๆ ในการประเมินความสามารถของผู้ประกอบ SMT ความแม่นยำของเครื่องวางชิ้นส่วนมักจะถูกกำหนดตายตัว และการปรับเส้นโค้งอุณหภูมิรีโฟลว์จะเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับความรู้และประสบการณ์การผลิตของวิศวกร ปัจจุบันแทบไม่จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนพิเศษใด ๆ เนื่องจากมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้แล้วถึงอันตรายที่เกิดจากอุณหภูมิการหลอมของครีมประสานและความร้อนส่วนเกินที่ส่งผลต่อวัสดุ
จากนั้นจึงเป็นวิธีการประเมินและรับประกันความเข้ากันได้ของคุณภาพการพิมพ์ครีมประสาน ความสามารถหลักของการพิมพ์ครีมประสานมีอยู่สองด้าน ได้แก่ ความสามารถในการบริหารจัดการคุณภาพครีมประสาน และความสามารถในการพิมพ์ครีมประสาน
การบริหารจัดการคุณภาพของครีมประสาน (Solder Paste)
คุณภาพของครีมประสานบัดกรีขึ้นอยู่กับยี่ห้อและระดับความสดใหม่ สำหรับระดับความสดใหม่ของครีมประสานบัดกรี จำเป็นต้องมีการติดตามตั้งแต่เวลาที่เริ่มอุ่น การเปิดกระปุก และการกวน ครีมประสานบัดกรีจากผู้ผลิตต่างรายกันจะปฏิบัติตามข้อกำหนดที่แตกต่างกัน ซึ่งระบุว่าครีมประสานบัดกรีต้องถูกใช้ให้หมดภายในระยะเวลาที่กำหนด มิฉะนั้นจะเกิดการออกซิไดซ์ ส่งผลให้การบัดกรีไม่เพียงพอในกระบวนการรีโฟลว์บัดกรี นอกจากนี้ ยังต้องมีการบริหารจัดการอย่างเข้มงวดกับครีมประสานบัดกรีที่ใช้บนสเตนซิลด้วย
แนะนำให้เก็บรักษาบัดกรีแบบครีมไว้ในที่เก็บอุณหภูมิต่ำเพื่อคงสภาพความไวต่อการทำงาน และต้องอุ่นให้ได้อุณหภูมิที่เหมาะสม (โดยทั่วไปใช้เวลา 4 ชั่วโมงขึ้นไป) ก่อนนำไปใช้งาน เพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิของบัดกรีแบบครีมไม่สอดคล้องกับอุณหภูมิห้อง เมื่ออุณหภูมิมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรง จะเกิดหยดน้ำบนผิวหน้าของบัดกรีแบบครีม ซึ่งจะทำให้เกิดการกระเด็นระหว่างกระบวนการบัดกรีแบบรีโฟลว์ที่อุณหภูมิสูง
นอกจากนี้ คุณยังควรตรวจสอบประเด็นต่าง ๆ เช่น วิธีการประมวลผลบัดกรีแบบครีมที่ถูกทาลงบนสเตนซิล วิธีการกำหนดเวลาใช้งานบัดกรีแบบครีม และวิธีการจัดการและควบคุมบัดกรีแบบครีมที่ได้ทาลงบนสเตนซิลเดิมไว้แล้วเมื่อมีการปรับเปลี่ยนสเตนซิล
อีกประเด็นหนึ่งที่ต้องศึกษาอย่างรอบคอบคือเวลาที่อุ่นชุดแรกของครีมประสาน โดยเฉพาะสำหรับผู้ประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB – Printed Circuit Board) ที่ไม่ได้เดินเครื่องตลอด 24 ชั่วโมงต่อวัน เนื่องจากไลน์ SMT จะเริ่มทำงานได้ก็ต่อเมื่อครีมประสานถูกอุ่นจนได้อุณหภูมิที่เหมาะสมแล้ว โรงงานบางแห่งจึงเริ่มอุ่นครีมประสานล่วงหน้า 4 ชั่วโมง หรือแม้กระทั่งล่วงหน้าหนึ่งวัน เพื่อประหยัดเวลาและเพิ่มประสิทธิภาพของไลน์ SMT จำเป็นต้องทราบว่าความไวในการทำปฏิกิริยาของครีมประสานจะลดลงอย่างมากหากกระบวนการอุ่นเกิดขึ้นก่อนการใช้งานหนึ่งวัน ในทางปฏิบัติ ผู้ประกอบแผงวงจรพิมพ์มืออาชีพจะทิ้งครีมประสานทันที หากการอุ่นเกิดขึ้นก่อนเวลานำไปใช้งานเกินกว่า 12 ชั่วโมง
ความสามารถในการพิมพ์ครีมประสาน
ในการตรวจสอบความสามารถในการพิมพ์ครีมประสาน ควรเลือกใช้แผ่น PCB ที่มี BGA ระยะพิชช์ละเอียด (0.4 มม. หรือ 0.5 มม.) สำหรับการตรวจสอบ ควรทำการพิมพ์ครีมประสานซ้ำบนแผ่น PCB แผ่นเดียวกันประมาณห้าถึงสิบครั้ง และตรวจสอบผลการพิมพ์แต่ละครั้งด้วยกล้องจุลทรรศน์เพื่อดูว่ามีปัญหาเช่นการลัดวงจรระหว่างขา (bridging) หรือการเยื้องตำแหน่ง (displacement) เกิดขึ้นหรือไม่
สำหรับผู้ผลิต SMTด้วยการมีเครื่อง SPI (Solder Paste Inspector) สามารถนำมาใช้วัดปริมาณ (ปริมาตร) ของครีมประสานได้
นอกจากนี้ การทำความสะอาดสเตนซิลยังเป็นปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อคุณภาพของการพิมพ์ครีมบัดกรี เนื่องจากการรั่วไหลของครีมบัดกรีมักเกิดจากการพิมพ์เป็นเวลานาน ซึ่งเป็นสาเหตุของการลัดวงจรระหว่างขา จึงควรทำความสะอาดสเตนซิลด้วยผ้าไม่เป็นขุยตามช่วงเวลาที่กำหนด หรือใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาช่องรูอุดตัน
การบริหารคุณภาพของครีมประสานและความสามารถในการพิมพ์ครีมประสานเป็นจุดสำคัญหลักของการตรวจสอบกระบวนการประกอบ SMT แน่นอนว่าเทคนิคการพิมพ์ครีมประสานที่แท้จริงนั้นประกอบด้วยองค์ประกอบมากมาย ซึ่งจะสรุปได้ในแง่มุมต่อไปนี้:
a.ครีมประสานบัดกรี
ครีมประสานบัดกรีประกอบด้วยผงดีบุกเป็นหลัก (ผงโลหะผสมที่มี Sn, Ag, Cu, Bi) และฟลักซ์ โดยมีสัดส่วนปริมาตรอย่างละ 50% จำเป็นต้องเลือกชนิดของครีมประสานบัดกรีที่เหมาะสมให้สอดคล้องกับข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ของคุณ นอกจากนี้ ผงดีบุกยังสามารถแบ่งเกรดด้วยตัวเลขต่าง ๆ ได้ โดยยิ่งหมายเลขมาก อนุภาคจะยิ่งมีขนาดเล็ก โดยทั่วไป ผงดีบุกเบอร์ 3 จะใช้สำหรับ SMT ในขณะที่ผงดีบุกเบอร์ 4 จะใช้สำหรับการบัดกรีระยะพิชช์ละเอียดหรือแผ่นรองบัดกรีขนาดเล็ก
ข.สเตนซิล
เหล็กมักถูกใช้เป็นวัสดุสำหรับทำสเตนซิลเนื่องจากมีข้อดีคือไม่ยุบตัวและมีความแข็งแรงสูง ช่องเปิดของเหล็กโดยทั่วไปจะถูกสร้างขึ้นจากสามวิธีหลักที่แตกต่างกัน ได้แก่ การกัดกรด การตัดด้วยเลเซอร์ และการอิเล็กโทรไทป์ ซึ่งมีค่าใช้จ่ายต่างกัน สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีไอซีระยะพิชช์ละเอียดแผ่นลายฉลุเลเซอร์มีการแนะนำให้ใช้ เนื่องจากผนังของรูเปิดที่ตัดด้วยเลเซอร์มีความตรงและเรียบร้อยมากกว่า แม้ว่าสเตนซิลแบบอิเล็กโทรไทป์จะมีประสิทธิภาพยอดเยี่ยม แต่ก็มีผลลัพธ์ที่จำกัดและมีราคาค่อนข้างสูง
ความหนาของสเตนซิลและขนาดของช่องเปิดมีผลอย่างมากต่อคุณภาพการพิมพ์ครีมบัดกรีและคุณภาพการรีโฟลว์บัดกรี ตามหลักการแล้ว จุดสำคัญในการควบคุมอยู่ที่ปริมาณดีบุก เนื่องจากปริมาณครีมบัดกรีจะต้องสอดคล้องกับปริมาณการบัดกรีที่ต้องการในขั้นสุดท้าย ตามทฤษฎีแล้ว ยิ่งชิ้นส่วน SMD มีขนาดเล็กเท่าใด สเตนซิลก็ยิ่งต้องมีความหนามากขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ต้องคำนึงไว้ว่า ยิ่งครีมบัดกรีมีความบางมากเท่าใด การควบคุมปริมาณดีบุกก็จะยิ่งทำได้ยากขึ้น โดยทั่วไป ความหนาของสเตนซิลมาตรฐานจะอยู่ในช่วง 0.12 มม. ถึง 0.15 มม. สำหรับชิ้นส่วนฟายน์พิตช์ (0201 หรือ 01005) จำเป็นต้องใช้สเตนซิลที่มีความหนาต่ำกว่า 0.1 มม.
การตั้งค่าและการปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์การพิมพ์ซิลค์สกรีน
a.แรงกดใบมีดขูด
การปรับแรงกดใบมีดปาดเพียงเล็กน้อยอาจทำให้การพิมพ์ครีมประสานเปลี่ยนแปลงอย่างมาก หากแรงกดใบมีดต่ำเกินไป ครีมประสานจะไม่สามารถตกลงไปที่ก้นรูเปิดของสเตนซิลและไม่สามารถถ่ายโอนไปยังแผ่นรองได้อย่างมีประสิทธิภาพ หากแรงกดใบมีดสูงเกินไป ครีมประสานจะบางเกินไปหรือแม้แต่ทำให้สเตนซิลเสียหาย สถานการณ์ที่เหมาะสมที่สุดคือครีมประสานถูกปาดออกจากผิวหน้าของสเตนซิลอย่างหมดจด
ข.ความหนาการพิมพ์
ความหนาของการพิมพ์ขึ้นอยู่กับความหนาของสเตนซิลเป็นหลัก การปรับความหนาของการพิมพ์ครีมประสานเล็กน้อยสามารถทำได้โดยการปรับความเร็วของใบมีดและแรงกดของใบมีด การลดความเร็วการพิมพ์ของใบมีดอย่างเหมาะสมยังทำให้ปริมาณครีมประสานบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) เพิ่มขึ้นด้วย
ค.การทำความสะอาดสเตนซิล
ในกระบวนการพิมพ์ครีมประสาน ควรทำความสะอาดสเตนซิลทุกครั้งหลังจากพิมพ์แผ่น PCB สำเร็จทุก ๆ 10 แผ่น เพื่อกำจัดคราบสะสมที่ด้านล่างของสเตนซิลและครีมประสานส่วนเกิน โดยทั่วไปจะใช้แอลกอฮอล์ชนิดไม่มีน้ำเป็นสารทำความสะอาด
เพื่อให้ได้คุณภาพการผลิต SMT ที่แท้จริงในระดับสูง จำเป็นต้องดำเนินการตรวจสอบและวิเคราะห์ในแต่ละขั้นตอนการผลิตและองค์ประกอบสำคัญ เพื่อให้สามารถจับวิธีการควบคุมที่มีประสิทธิภาพได้ ในบรรดาขั้นตอนสำคัญในกระบวนการประกอบ SMTการพิมพ์ครีมประสานเป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุด ตราบใดที่มีการตั้งค่าพารามิเตอร์อย่างเหมาะสมและเข้าใจกฎความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์เหล่านั้น ก็จะสามารถทำการพิมพ์ครีมประสานที่มีคุณภาพสูงได้ในที่สุด
PCBCart ได้ให้บริการบริการประกอบแผงวงจรพิมพ์แบบครบวงจร turnkeyให้บริการแก่บริษัทต่าง ๆ ทั่วโลกมานานกว่ายี่สิบปี เรามีความสามารถในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี SMT ในกระบวนการประกอบแผงวงจรพิมพ์ คุณสามารถส่งคำขอใบเสนอราคาสำหรับโครงการประกอบ PCB ของคุณได้โดยคลิกที่ปุ่มด้านล่าง ใบเสนอราคาจะถูกส่งถึงคุณภายใน 1-2 วันทำการ
คำขอใบเสนอราคาประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ฟรี
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•การแนะนำโดยครอบคลุมเกี่ยวกับ PCBA
•การออกแบบเพื่อการผลิตและการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และกฎทั่วไปที่เกี่ยวข้อง
•ข้อกำหนดของไฟล์สำหรับการขอใบเสนอราคา PCB Assembly
•วิธีสร้าง BOM ที่มีคุณภาพ
•กระบวนการประกอบแผงวงจรพิมพ์
•วิธีการขอใบเสนอราคาและสั่งบริการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB Assembly)
•วิธีการที่มีประโยชน์บางประการในการประเมินความสามารถของเครื่องประกอบชิ้นส่วนแบบ SMT
•วิธีประเมินผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) หรือผู้ประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
บทความเขียนโดย Dora Yang วิศวกรจาก PCBCart ตีพิมพ์ครั้งแรกในนิตยสาร SMT ฉบับเดือนมีนาคม 2017
