ในฐานะเทคโนโลยีหลักที่ใช้ในธุรกิจการผลิตอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ วัสดุใหม่ เทคโนโลยีใหม่ และอุปกรณ์ใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการประกอบ SMT (Surface Mount Technology) ปรากฏขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยมีความหนาแน่นของการประกอบเพิ่มขึ้น จำนวนขาเพิ่มขึ้น และระยะห่างระหว่างขาลดลง นอกจากนี้ SMD (Surface Mount Devices) จำนวนมากขึ้นยังพึ่งพาขาแบบไม่มีการมองเห็นเป็นลักษณะบรรจุภัณฑ์
การเปลี่ยนแปลงทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้นทำให้เกิดข้อกำหนดที่สูงขึ้นต่อการตรวจสอบและการทดสอบที่นำมาใช้ในกระบวนการประกอบ SMTและการกำหนดขั้นตอนการตรวจสอบและทดสอบ รวมถึงการเลือกใช้เทคโนโลยีการตรวจสอบระหว่างการประกอบ SMT กำลังมีความสำคัญมากยิ่งขึ้น
เทคโนโลยีการตรวจสอบและทดสอบ SMT
ในระหว่างกระบวนการประกอบ SMT การตรวจสอบและการทดสอบหลักที่มักใช้ ได้แก่ การตรวจสอบด้วยสายตา, AOI (การตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติ), การตรวจสอบด้วยเอ็กซเรย์ และ ICT (การทดสอบวงจรในตัว)
a. การตรวจสอบด้วยสายตา
ในแง่ของความหมายตามตัวอักษร การตรวจสอบด้วยสายตาหมายถึงการตรวจสอบที่เจ้าหน้าที่ตัดสินว่าคุณภาพของผลิตภัณฑ์เป็นไปตามมาตรฐานการผลิตหรือไม่โดยตรง ด้วยการสังเกตผลิตภัณฑ์เป้าหมายด้วยตาเปล่า การตรวจสอบด้วยสายตาได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายเนื่องจากการปฏิบัติที่สะดวกและต้นทุนต่ำ แต่การดำเนินการนั้นเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับประสบการณ์และทัศนคติในการทำงานของเจ้าหน้าที่ นอกจากนี้ ยังไม่สามารถใช้ในการตรวจสอบแพ็กเกจ 0603 หรือ 0402 และชิ้นส่วนแบบระยะพิชช์ละเอียดบางประเภทได้เนื่องจากข้อจำกัดทางกายภาพ ตามแนวสายการผลิต SMT การตรวจสอบด้วยสายตามักถูกนำมาใช้หลังการพิมพ์ครีมประสาน ก่อนการรีโฟลว์โซลเดอริง และหลังการรีโฟลว์โซลเดอริง ซึ่งในบรรดานี้ การตรวจสอบด้วยสายตาที่ดำเนินการก่อนการรีโฟลว์โซลเดอริงถือว่ามีความสำคัญมากที่สุดเมื่อกล่าวถึงการรับประกันคุณภาพการประกอบ SMT
b. AOI
มักใช้ทันทีหลังจากการตรวจสอบด้วยสายตาหลังการรีโฟลว์การทดสอบ AOIถูกนำมาใช้เพื่อเปิดเผยข้อบกพร่องด้วยการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีกระบวนการทางแสงความเร็วสูงและความแม่นยำสูง เมื่อเครื่อง AOI ทำงาน กล้องจะจับภาพของวัตถุที่ตรวจสอบอย่างรวดเร็วและเปรียบเทียบกับพารามิเตอร์ที่เหมาะสมซึ่งถูกจัดเก็บไว้ในฐานข้อมูล เพื่อให้สามารถตรวจพบข้อบกพร่องของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และทำการทำเครื่องหมายโดยอัตโนมัติผ่านจอมอนิเตอร์
ข้อดีของอุปกรณ์ AOI ได้แก่ การเขียนโปรแกรมที่เรียนรู้ได้ง่ายและการใช้งานที่ไม่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม AOI ไม่สามารถใช้ในการตรวจสอบโครงสร้างของชิ้นส่วนที่มีข้อต่อบัดกรีซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ เช่น BGA (Ball Grid Array) นอกจากนี้ AOI ยังไม่สามารถแสดงข้อบกพร่องที่ไม่เด่นชัดได้ เช่น การโก่งงอของชิ้นส่วนและแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
ค. ไอซีที
อุปกรณ์สำหรับการใช้งาน ICT ได้แก่ เครื่องทดสอบแบบโพรบบิน (flying probe tester) และเครื่องทดสอบแบบเข็ม (bed of nails tester) และเป้าหมายการทดสอบมักเป็นโมดูลที่ผ่านกระบวนการประกอบ SMT ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของชิ้นส่วนบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สามารถทดสอบได้ด้วย ICT และข้อบกพร่องรวมถึงชิ้นส่วนที่หายไป ชิ้นส่วนที่ไม่ถูกต้อง ชิ้นส่วนที่ชำรุด การลัดวงจร การเปิดวงจร และการประกอบที่บกพร่อง เป็นต้น
d. การตรวจสอบด้วยเอกซเรย์
การตรวจสอบด้วยเอกซเรย์ใช้สำหรับตรวจสอบคุณภาพของจุดบัดกรีโดยการสแกนบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) คุณภาพการบัดกรีสามารถสะท้อนได้อย่างชัดเจนด้วยการทะลุผ่านของรังสีเอกซ์ เมื่อเปรียบเทียบกับ AOI การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์สามารถแสดงมิติของจุดบัดกรีได้หลากหลายมากกว่า แต่มีต้นทุนที่สูงกว่า
การตรวจสอบที่กล่าวถึงข้างต้นมีคุณลักษณะเฉพาะของตนเอง และควรได้รับการเลือกใช้อย่างเหมาะสมให้สอดคล้องกับเป้าหมายเฉพาะที่ต้องตรวจสอบระหว่างกระบวนการประกอบ SMT การประยุกต์ใช้วิธีการตรวจสอบหลายรูปแบบร่วมกันอย่างครอบคลุมช่วยลดต้นทุนการทำงานแก้ไขและช่วยเพิ่มอัตราผ่านมาตรฐาน
การตั้งค่าการวางตำแหน่งการตรวจสอบ SMT
การตรวจสอบส่วนใหญ่ดำเนินการตามขั้นตอนต่อไปนี้ตลอดกระบวนการประกอบ SMT ตั้งแต่การรับวัตถุดิบจนถึงการประกอบเสร็จสมบูรณ์
a. การตรวจสอบขาเข้าก่อนการประกอบ
ภารกิจหลักของการตรวจสอบขาเข้า มีเป้าหมายเพื่อดำเนินการเฝ้าระวังคุณภาพของวัสดุทั้งหมดที่ใช้ในกระบวนการประกอบ SMT รวมถึงแผ่น PCB เปล่าลายฉลุ, ส่วนประกอบ, ครีมประสานบัดกรี เป็นต้น
b. การตรวจสอบกระบวนการระหว่างการประกอบ SMT
การตรวจสอบกระบวนการระหว่างการประกอบ SMT ใช้สำหรับทดสอบประสิทธิภาพ วิเคราะห์และจัดการกับข้อบกพร่อง รวมถึงการพิมพ์ครีมประสาน การติดตั้งชิป และการบัดกรีแบบรีโฟลว์
c. การตรวจสอบโมดูลและการทำงานซ่อมแซมหลังการบัดกรีแบบรีโฟลว์
คุณภาพการประกอบและการทำงานของโมดูลที่ประกอบแล้วจะถูกตรวจสอบหลังจากการบัดกรีแบบรีโฟลว์ และสามารถดำเนินการแก้ไขซ่อมแซมได้ทันท่วงทีเพื่อแก้ไขข้อบกพร่อง
การตรวจสอบขาเข้า
โดยปกติการตรวจสอบขาเข้าจะดำเนินการด้วยการมองด้วยตาเปล่า กล่าวคือ การตรวจสอบด้วยสายตา และวัตถุที่ทำการตรวจสอบได้แก่ แผ่น PCB เปล่า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และครีมประสาน (solder paste)
a. การตรวจสอบแผ่น PCB เปล่าเมื่อรับเข้า
การตรวจสอบขนาดและลักษณะภายนอก
รายการตรวจสอบขนาดบอร์ดเปล่ารวมถึงอัตราส่วนกว้างยาว ระยะห่างและค่าความเผื่อ และขนาดขอบ PCB ลักษณะภายนอกของมันสามารถตรวจสอบได้โดยผู้ตรวจสอบ PCB โดยมีเป้าหมายการตรวจสอบที่มีชั้นใน/ชั้นนอกของแผงวงจรพิมพ์หลายชั้นแผ่น PCB หน้าเดียว/สองหน้า และรายการตรวจสอบ ได้แก่ การเปิดวงจร การลัดวงจร รอยขีดข่วน ความกว้างของลายวงจร การเดินลาย และข้อบกพร่องอื่น ๆ
การตรวจสอบการบิดงอ
วิธีการวัดการโก่งตัวของแผ่น PCB แบบแมนนวลคือการวัดระยะห่างจากมุมที่สี่ลงถึงพื้นผิวโต๊ะ ขณะที่กดมุมอื่น ๆ ของแผ่นให้แนบชิดกับพื้นผิวโต๊ะอย่างแน่นหนา
การตรวจสอบความสามารถในการบัดกรี
จุดสำคัญของการตรวจสอบความสามารถในการบัดกรีของ SMT อยู่ที่การตรวจสอบแผ่นรองบัดกรีและรูทะลุชุบไฟฟ้า รวมถึงการทดสอบจุ่มขอบต่อขอบ การทดสอบจุ่มแบบหมุน การทดสอบจุ่มแบบคลื่น และการทดสอบลูกประสาน
การตรวจสอบข้อบกพร่องภายใน
เทคโนโลยีไมโครเซกชันมักถูกนำมาใช้สำหรับการตรวจสอบข้อบกพร่องภายในของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) โดยมีรายการตรวจสอบครอบคลุมถึงความหนาของทองแดงที่มีโลหะผสมดีบุก-ตะกั่ว การจัดแนวระหว่างชั้นตัวนำ การอัดซ้อนชั้นลามิเนต เป็นต้น
b. การตรวจสอบชิ้นส่วนที่เข้ามา
ประการแรก ควรมีการตรวจสอบขาเข้า (incoming inspection) ของชิ้นส่วนให้เป็นไปตามมาตรฐานและข้อกำหนดที่เกี่ยวข้อง รายการที่เกี่ยวข้องกับการตรวจสอบชิ้นส่วนประกอบด้วยประเด็นต่อไปนี้: สมรรถนะของชิ้นส่วน ข้อกำหนดจำเพาะ และบรรจุภัณฑ์ สอดคล้องกับข้อกำหนดของคำสั่งซื้อหรือไม่ สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านความเชื่อถือได้ของผลิตภัณฑ์หรือไม่ สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านเทคโนโลยีการประกอบและอุปกรณ์การประกอบหรือไม่ สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านการจัดเก็บหรือไม่ นอกจากการตรวจสอบทั่วไปข้างต้นแล้ว ควรตรวจสอบความราบในระนาบเดียวกันของขา (lead coplanarity) และความหนาของชั้นเคลือบขา เพื่อให้มั่นใจว่าสอดคล้องกับข้อกำหนดทางเทคโนโลยีและสามารถทนต่อการให้ความร้อน 10 รอบได้
c. การตรวจสอบขาเข้าเกี่ยวกับครีมประสาน (Solder Paste)
เนื้อโลหะของครีมประสานที่ได้มาตรฐานควรอยู่ในช่วง 85% ถึง 92% โดยมีความแข็งแรงของรอยบัดกรีหลังการแข็งตัวที่ได้มาตรฐาน และมีความหนืดอยู่ในช่วง 200Pa·s ถึง 800Pa·s เป็นต้น
การตรวจสอบระหว่างกระบวนการ
การผลิตการประกอบ SMT ครอบคลุมกระบวนการหลักดังต่อไปนี้: การพิมพ์ครีมประสาน การวางชิ้นส่วน และการบัดกรีแบบรีโฟลว์ เพื่อปรับปรุงอัตราผ่านมาตรฐาน จำเป็นต้องมีการตรวจสอบตลอดทั้งกระบวนการผลิตการประกอบ SMT ดังนั้นจึงต้องมีการควบคุมคุณภาพหลังจากแต่ละขั้นตอนสำคัญ เพื่อให้สามารถตรวจพบข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นในขั้นตอนก่อนหน้าได้ทันท่วงที และป้องกันไม่ให้ผลิตภัณฑ์ที่ไม่ได้มาตรฐานเข้าสู่ขั้นตอนถัดไป
a. การตรวจสอบการพิมพ์ครีมประสาน
มาตรฐานการตรวจสอบการพิมพ์ครีมประสานประกอบด้วยประเด็นต่อไปนี้:
•ควรพิมพ์ครีมประสานให้สม่ำเสมอ
•ภาพครีมประสานควรสอดคล้องกับแผ่นรองทั้งในด้านขนาดและรูปทรง;
•ปริมาณและความหนาของครีมประสานต้องสอดคล้องกับข้อกำหนด
• ควรปั้นครีมประสานให้เป็นรูปทรงโดยไม่ยุบตัวหรือแตกร้าว;
•พื้นที่แผ่นรองที่ถูกปกคลุมด้วยครีมประสานควรเป็นไปตามมาตรฐาน
b. การตรวจสอบการติดตั้งชิป
ข้อบกพร่องในการติดตั้งชิปประกอบด้วย การวางผิดตำแหน่ง การขาดหายของชิ้นส่วน กาวมากเกินไป ชิ้นส่วนผิดประเภท ทิศทางผิด การลอยตัว และการหมุนทันทีที่เกิดข้อบกพร่องข้างต้นขึ้น ควรปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องให้ทันท่วงทีเพื่อให้ได้ผลลัพธ์การติดตั้งชิปที่เหมาะสม
c. การตรวจสอบการบัดกรีแบบรีโฟลว์
ข้อบกพร่องในการบัดกรีที่เกิดขึ้นบ่อย ได้แก่ การล้มตั้ง (tombstone), ปริมาณตะกั่วบัดกรีไม่เพียงพอ, การเกิดออกซิเดชัน, การบัดกรีเป็นโพรง (void soldering), ลูกบอลตะกั่วบัดกรี, การบัดกรีเย็น เป็นต้น การล้มตั้ง (tombstone) หมายถึงปรากฏการณ์ที่ชิ้นส่วนตั้งขึ้นหลังการบัดกรี; ปริมาณตะกั่วบัดกรีไม่เพียงพอ หมายถึงปรากฏการณ์ที่ความหนาของครีมประสาน (solder paste) น้อยกว่าหนึ่งในสี่ของความหนาชิ้นส่วน; การเกิดออกซิเดชัน หมายถึงปรากฏการณ์ที่รูปทรงของครีมประสานผิดปกติ; การบัดกรีเป็นโพรง หมายถึงปรากฏการณ์ที่ไม่มีครีมประสานระหว่างชิ้นส่วนกับแผ่นรองบัดกรี (pad); ลูกบอลตะกั่วบัดกรี หมายถึงลูกบอลตะกั่วบัดกรีขนาดเล็กหรือมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอที่เกิดจากการหลอมละลายของตะกั่วบัดกรีในระหว่างขั้นตอนของการบัดกรีแบบรีโฟลว์; การบัดกรีเย็นหมายถึงปรากฏการณ์ที่ไม่มีการเกิด IMC ที่เชื่อถือได้ระหว่างพื้นผิวบัดกรีกับแผ่นรองบัดกรี และเมื่อมีการใช้แรงภายนอก อุปกรณ์อาจหลวมได้
การตรวจสอบและการแก้ไขผลิตภัณฑ์
a. การตรวจสอบสินค้า
หลังจากการผลิตการประกอบ SMT เสร็จสิ้นแล้ว ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการรับรองจะเข้าสู่ขั้นตอนการทดสอบถัดไป: การทดสอบ ICT และการทดสอบการทำงาน
จนถึงปัจจุบัน อุปกรณ์ ICT ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือเครื่องทดสอบแบบโพรบบิน ซึ่งใช้โพรบแทนฟิกซ์เจอร์ตะปูบนเครื่องทดสอบแบบเตียงตะปู การทดสอบดำเนินการด้วยโพรบที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง และขั้นตอนการทดสอบสามารถดึงมาจากซอฟต์แวร์ CAD ได้โดยตรง ขณะที่เครื่องทดสอบแบบโพรบบินกำลังทำงาน การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างชิ้นส่วนและแผงวงจรจะถูกทดสอบตามตำแหน่งพิกัด โดยมีการทำเครื่องหมายตำแหน่งเฉพาะไว้ เพื่อให้สามารถค้นหาข้อบกพร่องที่มองไม่เห็นทุกชนิดได้อย่างแม่นยำ
หลังจากการทดสอบ ICT แล้ว จะเป็นการทดสอบการทำงาน (Function Test) ซึ่งใช้ประเมินระบบทั้งหมดเพื่อรับประกันว่าระบบสามารถดำเนินการฟังก์ชันต่าง ๆ ได้ตามเป้าหมายการออกแบบ ระหว่างกระบวนการทดสอบการทำงาน จะจ่ายพลังงานและสัญญาณอินพุตให้กับโมดูลฟังก์ชันบางส่วนบนผลิตภัณฑ์ที่ประกอบเสร็จแล้ว เพื่อตรวจสอบว่าสัญญาณเอาต์พุตสามารถบรรลุค่าดัชนีฟังก์ชันหรือเพื่อสังเกตฟังก์ชันบางอย่างได้หรือไม่
b. ทำงานใหม่
การแก้ไขงานมีสองประเภทเมื่อพูดถึงโมดูลที่ไม่ได้มาตรฐาน: การแก้ไขงานแบบแมนนวลและการแก้ไขงานที่สถานี การแก้ไขงานแบบแมนนวลต้องการข้อกำหนดที่สูงมากทั้งในด้านเครื่องมือสำหรับการแก้ไขงานและระดับทักษะการปฏิบัติงานของพนักงานที่ทำการแก้ไขงาน เมื่อเป็นการแก้ไขงานบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่มีความหนาแน่นของชิ้นส่วนสูง เช่นQFP หรือ BGAมักใช้สถานีซ่อมแซมแบบมืออาชีพ
การซ่อมแซมชิ้นส่วนชิป
ข้อบกพร่องในการบัดกรีของชิปคอมโพเนนต์มักประกอบด้วยอาการตั้งฉาก (tombstone), ปริมาณครีมประสานไม่เพียงพอ, การลัดวงจร, การเลื่อนตำแหน่ง, การแตกร้าว เป็นต้น คอมโพเนนต์ที่มีข้อบกพร่องแบบตั้งฉากควรถูกถอดออกด้วยหัวแร้งไฟฟ้าแล้วบัดกรีกลับเข้าไปใหม่ คอมโพเนนต์ที่มีปริมาณครีมประสานไม่เพียงพอควรแก้ไขโดยการเติมครีมประสานด้วยหัวแร้งไฟฟ้า คอมโพเนนต์ที่เกิดการลัดวงจรควรถูกแยกออกจากกันด้วยการใช้หัวแร้งไฟฟ้า และคอมโพเนนต์ที่แตกร้าวควรถูกเปลี่ยนใหม่
การซ่อมแซมชิ้นส่วน IC
ข้อบกพร่องในการบัดกรีของชิ้นส่วน IC โดยทั่วไปได้แก่ การลัดวงจรจากสะพานบัดกรี การขาดดีบุก และการวางตำแหน่งคลาดเคลื่อน การลัดวงจรจากสะพานบัดกรีสามารถแก้ไขได้โดยใช้หัวแร้งไฟฟ้าแบ่งแยกออกจากกัน; การมีครีมประสานไม่เพียงพอสามารถแก้ไขได้โดยการเติมครีมประสานเพิ่ม; ชิ้นส่วน IC ที่มีการคลาดเคลื่อนของตำแหน่งมากควรถอดออกแล้วบัดกรีกลับเข้าไปใหม่ด้วยวิธีการบัดกรีด้วยมือ
อุตสาหกรรมการผลิตอิเล็กทรอนิกส์มีการขยายตัวอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการประกอบอิเล็กทรอนิกส์แบบ SMT ซึ่งต้องการวัสดุและเทคนิคใหม่ ๆ สำหรับการติดตั้งที่มีความหนาแน่นสูงและการแก้ปัญหาขาเชื่อมต่อที่มองไม่เห็น การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการตรวจสอบที่มีความแม่นยำสูง เช่น การตรวจสอบด้วยสายตา AOI การตรวจสอบด้วยเอกซเรย์ และ ICT มีความสำคัญอย่างยิ่ง เครื่องมือเหล่านี้ช่วยให้มีการเฝ้าติดตามที่จำเป็นตลอดกระบวนการ SMT ตั้งแต่การตรวจสอบวัสดุเริ่มต้นไปจนถึงการทดสอบผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เพื่อลดข้อบกพร่องและรับประกันให้ความเชื่อถือได้ของผลิตภัณฑ์อยู่ในระดับสูงสุด
PCBCart โดดเด่นด้วยความสามารถในการประกอบ PCB SMT ชั้นยอด อันมีพื้นฐานมาจากวิธีการตรวจสอบที่เหนือกว่า เพื่อรับประกันคุณภาพและความเชื่อถือได้ในระดับสูงสุด ขั้นตอนการตรวจสอบคุณภาพทั้งหมดของเราถูกออกแบบมาอย่างเหมาะสมเพื่อตอบสนองความต้องการของการประกอบ SMT สมัยใหม่ที่ซับซ้อน เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการทำงานที่ดีที่สุด ความเป็นเลิศจะถูกส่งมอบไปยังทุกผลิตภัณฑ์ผ่าน PCBCart
ขอใบเสนอราคาที่ปรับให้เหมาะกับคุณสำหรับการประกอบ SMT
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์:
•กระบวนการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCBA) - PCBCart
•กระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) – คู่มือทีละขั้นตอน
•บริการประกอบแผงวงจรพิมพ์แบบเทิร์นคีย์ขั้นสูง - ตัวเลือกเสริมมูลค่าหลากหลาย
•เคล็ดลับการออกแบบ PCB เพื่อใช้ประโยชน์จากความสามารถในการประกอบของ PCBCart ให้ดียิ่งขึ้นและประหยัดต้นทุน
•บริการประกอบต้นแบบ PCB
