ما هي آلة ربط القوالب SMT؟

آلة ربط القوالب SMT (المعروفة أيضًا باسم آلة ربط الرقائق أو آلة ربط القوالب) هي قطعة معدات عالية الدقة تستخدم في تصنيع الإلكترونيات لإرفاق قالب أشباه موصلات عارٍ (شريحة دائرة متكاملة واحدة غير معبأة) مباشرة على الركيزة، مثل لوحة الدوائر المطبوعة أو إطار الرصاص.

في حين أنها غالبًا ما ترتبط بتغليف أشباه الموصلات، يتم تكييف آلات ربط القوالب "SMT" الحديثة لعمليات التثبيت السطحي، مما يتيح تقنيات التغليف المتقدمة مثل النظام في الحزمة (SiP) والرقاقة على اللوحة (CoB) مباشرة على لوحات الدوائر المطبوعة القياسية.

فكر فيها على أنها آلة انتقاء ووضع متخصصة للغاية ودقيقة للغاية مصممة ليس للمكونات المعبأة، ولكن للرقائق السيليكونية الخام والهشة نفسها.

المكونات الأساسية لآلة ربط القوالب

آلة ربط القوالب هي نظام معقد من المكونات الدقيقة:

1.  محمل إطار الرقاقة: يحمل حلقة الرقاقة، والتي تحتوي على رقاقة السيليكون المثبتة على فيلم. يتم تقطيع الرقاقة إلى قوالب فردية.

2.  طاولة الرقاقة ونظام الرؤية: كاميرا عالية الدقة ومرحلة ميكانيكية عالية الدقة تحرك الرقاقة لمحاذاة قالب معين تحت...

3.  إبرة القاذف: تدفع القالب المحدد بلطف لأعلى من فيلم الرقاقة الممتد.

4.  رأس الالتقاط والوضع (كوليت): أداة تعمل بالطاقة الفراغية (تسمى غالبًا كوليت) تلتقط القالب المقذوف. يمكن أن تكون مصنوعة من مواد مثل السيراميك لمنع التلوث وقد تتضمن سخانًا للربط بالضغط الحراري.

5.  نظام التعرف على الأنماط (PRS): نظام كاميرا قوي وعالي التكبير يحدد الموضع الدقيق للقالب على الرقاقة والموقع المستهدف على الركيزة. يضمن هذا دقة وضع على مستوى الميكرون.

6.  موزع (للمادة اللاصقة/الإيبوكسي): نظام حقنة أو نفث يودع بدقة كمية صغيرة ومتحكم فيها من الإيبوكسي أو المادة اللاصقة على الركيزة قبل وضع القالب. ملاحظة: تستخدم بعض العمليات مادة لاصقة مطبقة مسبقًا على القالب.

7.  مشغل قوة الربط: يتحكم بدقة في مقدار القوة التي يطبقها الكوليت أثناء وضع القالب على الركيزة. هذا أمر بالغ الأهمية للحصول على رابطة قوية وموثوقة دون كسر القالب.

8.  نظام معالجة الركيزة: ناقل أو مرحلة يضع بدقة لوحة الدوائر المطبوعة أو إطار الرصاص المستهدف لإرفاق القالب.

الاستخدام وتدفق العملية 

تتبع العملية النموذجية لآلة ربط القوالب هذه الخطوات:

1.  تحميل الرقاقة: يتم تحميل حلقة الرقاقة في الجهاز.

2.  اقتناء القالب: يحدد نظام الرؤية قالبًا جيدًا معينًا. تدفعه إبرة القاذف لأعلى، ويلتقطه الكوليت بالفراغ.

3.  توزيع المادة اللاصقة: يضع الموزع نقطة صغيرة أو نمطًا من الإيبوكسي على الموقع الدقيق على الركيزة.

4.  القلب والفحص: قد يقلب الكوليت القالب إلى الاتجاه الصحيح. غالبًا ما يتم فحص القالب نفسه بحثًا عن العيوب.

5.  الوضع والربط:يقوم نظام الرؤية بمحاذاة وسادة الهدف الفرعية. ثم يضع الكوليت القالب على المادة اللاصقة بقوة خاضعة للرقابة. بالنسبة لبعض العمليات، يتم تسخين الكوليت لعلاج المادة اللاصقة على الفور (الربط بالضغط الحراري).

6.  المعالجة: ثم تنتقل اللوحة عادةً إلى فرن غير متصل بالإنترنت لعلاج الإيبوكسي بالكامل وإكمال الرابطة، ما لم يتم الربط بعملية ضغط حراري.

المزايا الرئيسية

² دقة فائقة: قادرة على تحقيق دقة وضع تبلغ ±10-25 ميكرون (µm) أو حتى أدق، وهو أمر ضروري للتعامل مع القوالب الصغيرة ذات عدد الإدخال/الإخراج المرتفع.

² إنتاجية عالية: يمكن للأنظمة الآلية وضع آلاف القوالب في الساعة (DPH).

² التصغير:يتيح إنشاء حزم إلكترونية صغيرة وكثيفة للغاية (مثل SiP، وأجهزة الاستشعار القابلة للارتداء) والتي لا يمكن تحقيقها باستخدام المكونات المعبأة مسبقًا.

² تحسين الأداء:عن طريق إزالة حزمة الدوائر المتكاملة التقليدية، يتم تحسين الأداء الكهربائي بسبب مسارات الربط البيني الأقصر، مما يقلل من الحث والسعة.

² المرونة: يمكن برمجتها للتعامل مع مجموعة واسعة من أحجام القوالب وأنواع الركائز.

² موثوقية عالية: ينشئ رابطة ميكانيكية قوية ومسارًا حراريًا ممتازًا بين القالب والركيزة، وهو أمر بالغ الأهمية لتبديد الحرارة وطول عمر المنتج.

التطبيقات الأساسية

تعتبر آلات ربط القوالب بالغة الأهمية في تصنيع مجموعة واسعة من المنتجات الإلكترونية المتقدمة:

1.  تصنيع LED: التطبيق الأكثر شيوعًا المتعلق بـ SMT. تُستخدم آلات ربط القوالب لوضع رقائق أشباه موصلات LED الصغيرة (مثل شاشات micro-LED) مباشرة على اللوحات أو الركائز.

2.  الرقاقة على اللوحة (CoB): إرفاق قالب عارٍ مباشرة بلوحة الدوائر المطبوعة ثم توصيله بربط الأسلاك قبل حمايته بكتلة من الإيبوكسي. شائع في وحدات الذاكرة والآلات الحاسبة وعلامات RFID.

3.  النظام في الحزمة (SiP) ووحدات متعددة الرقائق (MCM): تجميع أو وضع قوالب متعددة مختلفة (مثل المعالج والذاكرة والمستشعر) في حزمة واحدة متكاملة.

4.  أجهزة الترددات اللاسلكية والميكروويف: للتطبيقات عالية التردد في الاتصالات السلكية واللاسلكية حيث يكون الأداء هو الأهم.

5.  إلكترونيات الطاقة: إرفاق قوالب أشباه موصلات الطاقة الكبيرة (مثل IGBTs و MOSFETs) بالركائز ذات الموصلية الحرارية العالية لتبديد الحرارة الممتاز في العاكسات وأجهزة التحكم في المحركات.

6.  الأجهزة الطبية: تستخدم في عمليات الزرع المصغرة، وأجهزة المختبر على الرقاقة، وأجهزة الاستشعار المتقدمة.

7.  إلكترونيات السيارات: لوحدات التحكم وأجهزة الاستشعار وأنظمة الرادار القوية والمدمجة.

8.  تغليف أشباه الموصلات:حالة الاستخدام التقليدية، حيث يتم إرفاق القوالب بإطارات الرصاص قبل ربط الأسلاك وتغليفها في حزمة دوائر متكاملة قياسية (مثل QFN و BGA).

تعد آلة ربط القوالب SMT تقنية أساسية للتصغير والتكامل الإلكتروني المتقدم، مما يتيح الإرفاق المباشر لقوالب أشباه الموصلات العارية بالركائز بدقة وموثوقية لا مثيل لها.