Отговор на изискванията на автомобилната електроника: Надеждност и проследимост в SMT производството

Важността на Производство на SMT в автомобилната електроника

Как технологията SMT поддържа модерната автомобилна електроника

Повърхностното монтиране (SMT) позволява компонентите да се правят по-малки и повишава надеждността на съвременните автомобилни технологии, като например системите ADAS, инфотейнмент устройствата и различните електронни управляващи модули в автомобилите. Когато компонентите се монтират директно върху платката, вместо да се поставят в отвори, този метод намалява теглото и изискванията към заетото пространство. Освен това сигналите се предават по-добре, което е от съществено значение за електрическите и автономните превозни средства, където всяка подробност има значение. Проучване от миналата година е изследвало как автомобилните производители се адаптират към електрическите трансмисии и е открило интересен факт: около четири пети от производителите на електромобили активно използват SMT при проектирането на високоплътни платки. Тези производители се нуждаят от електроника, която да работи добре дори при високи температури или при излагане на пътна сол и други агресивни вещества.

Основни предизвикателства за качеството на SMT в автомобилната индустрия

Процесът на производство на SMT за автомобилната индустрия трябва да издържи на доста сурови условия. Компонентите често се изправят пред екстремни температури, вариращи от -40 градуса по Целзий до 150 градуса, както и постоянни вибрации през целия си живот. Нещата стават още по-сложни, когато компонентите стават по-малки – като онези миниатюрни пакети 01005 с размери само 0.4 мм на 0.2 мм. При такива размери, правилното изработване на ламаринени връзки е почти невъзможно без прецизност на микроскопично ниво. Добрата новина е, че индустриалните технологии от четвърто поколение направиха сериозна разлика напоследък. Водещите производители съобщават за около две трети намаление на грешките при монтиране от 2022 г. насам, благодарение на по-добрите системи за автоматизация. Въпреки това, все още съществуват проблеми с правилното управление на топлината върху различни материали, а създаването на ламаринени връзки, напълно свободни от въздушни джобове, остава постоянен проблем за много производствени цехове.

Регулаторни стандарти (IATF 16949) и тяхното влияние върху SMT производството

IATF 16949 изисква доста строг контрол върху линиите за монтаж на повърхностни компоненти в автомобилната индустрия напоследък. Всяка партида със събрана печатна платка трябва напълно да се проследява от началото до края. Ако дефектите надминат прага от 0.1%, производството просто спира, което обяснява защо толкова много предприятия използват в реално време SPC табла по цялата работна зона. Доставчиците, целящи това труднодостъпно нулево-дефектно ниво, прекарват часове в проверки на неща като еднородност на тинола и че шаблоните остават чисти през цялата смяна. Някои компании дори започнаха да следят температурните колебания в принтерите за тинол като част от качествените си проверки.

Повишаване на надеждността чрез оптимизация на процеса на монтаж на повърхностни компоненти

Най-добрите линии за повърхностно монтиране днес комбинират автоматична оптична инспекция с алгоритми за машинно обучение, които предвиждат дефекти преди те да се появят. Производителите съобщаваха за достигане на добри резултати от първия тест около 99.95% още през 2023 г. по индустрията. Някои компании са постигнали сериозен напредък - рефлуксното лъгане с азот намалява проблемите с оксидацията с около 40%. А когато става въпрос за точно нанасяне на лъг при тези големи производствени серии, 3D SPI системите осигуряват точност от около плюс или минус 5% през повечето време. Всички тези подобрения започват да дават практически резултати. Претенциите по гаранция за електронни управляващи блокове намаляха с почти 30% за пет години, докато фабриките внедряваха тези по-добри практики.

Пълна проследимост на компонентите от начало до край в процесите на SMT

Съвременната автомобилна електроника изисква безупречна производство по технологията за повърхностно монтиране (SMT), където пълната проследимост осигурява съответствие със стандартите за качество и ускорява отстраняването на дефекти. Проследяването на компоненти от произхода им до финалната сглобка помага да се предотвратят фалшиви части и отклонения в процеса, които биха могли да застрашат безопасността на превозното средство.

Проследимост от доставчика до финалната сглобка на PCB

Проследяването на всяка подробност е от голямо значение в процесите на монтаж на повърхностен монтаж (SMT) в автомобилната индустрия, започвайки от проверка на сертификатите на доставчиците и завършвайки с проследяване на конкретни номера на партиди материали. Всеки компонент получава собствен специален идентификационен номер в наши дни, независимо дали е резистор, кондензатор или интегрална схема. Тези идентификатори помагат за потвърждение на автентични части и предотвратяват загуба или бъркане на компоненти при изграждането на печатни платки. Допълнителното внимание се отплаща, защото проблеми с неправилни сплави за лъгане или стари материали от ролки причиняват около 23 процента от дефектите в процесите на автомобилно SMT, според данни от индустрията. Такъв надзор прави голяма разлика в контрола на качеството за производителите, занимаващи се със сложни електронни съоръжения.

Микро-проследимост чрез записване на данни и мониторинг на процеса в реално време

Съвременните машини за монтаж и рефлуксни фурни са оборудвани с разнообразни сензори, които събират детайлна информация относно количеството прилаген припой, местоположението на компонентите върху платката (обикновено с точност от около 15 микрона) и пълни термични карти през целия процес. Когато нещо се случи неправилно, тези системи изпращат предупреждения незабавно, така че проблемите да могат да се отстранят, преди да се превърнат в по-големи неизправности. Вземете например температурните промени в рефлуксна фурна – всяко отклонение над около 2 градуса по Целзий активира автоматичен коригиращ механизъм. Това помага да се осигурят стабилни връзки в онези критични блокове за управление на двигателя, намиращи се под капака на превозните средства, където надеждността е абсолютно съществена.

Роля на системите за изпълнение на производството (MES) в осигуряването на проследимост

Системите MES служат като основен елемент за проследяване на всички процеси по време на производството, като събират данни от машини, историята на компонентите и проверките за качество на един екран. Вземете случая с намирането на дефектен модул на сензор за въздушна възглавница. С помощта на MES производителите могат да проследят точно коя партида припой е използвана, къде е бил позициониран подавачът и дори да открият конкретния участък на пещта, който го е обработвал. Това намалява времето, необходимо за установяване на причината за проблема, с около 40%, което при ръчна обработка би отнело дни. За ръководители на заводи, занимаващи се с връщане на продукция или проблеми с качеството, такава прозрачност значително улеснява диагностицирането на проблемите.

Гарантиране на съгласувани процеси чрез проследими SMT работни процеси

Стандартизираните работни процеси с вградена проследимост минимизират вариациите в операциите SMT с висок обем. Автоматични уведомления информират инженерите, ако компонент надвишава лимита си за съхранение във влажна среда или ако износването на шаблона засяга нанасянето на припой. Тази затворена система за контрол осигурява постоянство и надеждност на автомобилното ниво дори при непрекъснато производство 24/7.

Разширена гаранция за качество в производството на автомобилни SMT

Съвременната автомобилна електроника изисква почти нулеви проценти на дефекти, което принуждава производството SMT да приема системи за автоматичен контрол на качеството които комбинират прецизен инспекционен контрол с процесен контрол, базиран на данни. Над 92% от производителите на автомобилни печатни платки вече използват многостепенни протоколи за инспекция, за да съответстват на строгите стандарти за надеждност AEC-Q100 (Доклад на Автомобилния електронен съвет, 2024).

Автоматичен оптичен инспекционен (AOI) и рентгенов инспекционен контрол за откриване на дефекти

Системите AOI използват камери с висока разделителна способност, за да сканират спойни връзки и разположението на компоненти с резолюция 15 µm, като засичат дефекти като tombstoning или bridging за няколко милисекунди. За скрити връзки под BGAs или QFNs, рентгеновата инспекция осигурява точност при засичане от 99,7%, като идентифицира вакууми в спойните топки, които са с размер само 5% от обема на връзката.

Инспекция на компонентно ниво в плътни SMT сглобки

Поради все по-честото използване на компоненти с размер 0201 metric (0,2 mm × 0,1 mm), автоматичните системи за поставяне използват лазерна профилометрия, за да проверяват ориентацията на компонентите преди запояването. След процеса на запояване с термичен проход, изображения в напречен разрез потвърждават геометрията на спойния възел според изискванията на IPC-610 Class 3 – което е критично за модули, които се излагат на постоянно вибриране.

Засичане на грешки, анализ на основната причина и диагностика в SMT линии

Спечелете време и ресурси с интелигентни алармени системи, които идентифицират отклонения в процеса още в самото начало. Например, промени в налягането при печат със стенил (±0.02kgf/cm²) се корелират с вариации в обема на приложената лепилна паста, като се активират предупредителни сигнали. Когато възникнат дефекти, проследяемите данни от MES платформите локализират основните причини 63% по-бързо в сравнение с ръчни проверки.

Непрекъснато подобрение, базирано на данни, за надежден SMT изход

Използване на процесни данни за предиктивен контрол на качеството

Съвременните линии за монтаж на повърхностни компоненти разчитат на системи за реално време, които засичат потенциални проблеми с качеството дълго преди те да се превърнат в действителни въпроси. Когато се разглеждат неща като количеството нанесен припой (с допуск от плюс или минус 3%) и къде компонентите попадат на платката (точност от 0,025 мм), повечето фабрики използват т.нар. Статистически контрол на процесите или SPC за кратко. Това им помага да постигнат стандартите Six Sigma, за които всички говорят днес. Според някои нови проучвания от автомобилния сектор през 2023 г., когато заводите инсталират тези механизми за обратна връзка в затворен цикъл, те всъщност намаляват дефектите в производството на модули за контрол на спирачките с около 40%. Секретът? Правейки малки, но умни корекции на параметрите на процеса точно по средата на операциите по рефлуксиране на припоя.

Постоянно подобрение чрез аналитика на производството на SMT

Перфектни аналитични платформи следят повече от 15 метрики за качество едновременно, включително:

• Подобрения в първоначалния добив (FPY) от 88% до 94%
• Увеличения в средното време между дефекти (MTBD) с 22%
• Показатели за успешно изминаване на тестовете за термично циклиране, които надвишават изискванията на IATF 16949

Тези данни позволяват анализ на основната причина за по-малко от 25 минути, което е значително по-бързо в сравнение с традиционните ръчни проверки, които отнемат 4 часа.

Съчетаване на скорост и прецизност при високотомните SMT производствени линии в автомобилната индустрия

Производителите на автомобилна електроника постигат 98,6% ефективност на линията чрез:

Параметър	Стандартна стойност	Автомобилни изисквания
Индекс на точност на монтажа (CPK)	≥ 1,33	≥ 1,67
Спазване на профила на рефлоу съединението	±5°C	±2°C
Съотношение на фалшиви съобщения от AOI	< 2%	<0,8%

Визиите, зададени от изкуствен интелект, поддържат скорости на монтиране от 47 500 компонента/час, като при това откриват запоявания с размер 0,4 мм в модулите на камерите за ADAS. Това съчетание от скорост и прецизност намалява исканията по гаранция с 31% в сравнение с конвенционалните методи.

Често задавани въпроси

Какво представлява технологията за повърхностно монтиране (SMT) в автомобилната електроника?

Технологията за повърхностно монтиране (SMT) е метод за производство на електронни вериги, при който компонентите се монтират директно върху повърхността на печатни платки (PCB). Тя се използва широко в автомобилната електроника за създаване на компактни, надеждни и ефективни компоненти.

Защо проследимостта е важна при SMT производството?

Проследимостта е от съществено значение при SMT производството, за да се осигури контрол върху качеството, да се предотвратят фалшиви компоненти и да се отстранят отклонения в процеса. Тя помага за проследяването на компонентите от доставчика до крайната сглобка, което улеснява бързото решаване на проблеми и съответствието със стандарти като IATF 16949.

Какви предизвикателства са свързани с технологията SMT в автомобилни приложения?

Предизвикателствата при SMT в автомобилната индустрия включват управлението на екстремни температурни условия, поддържането на прецизност на споя в малки пакети и справянето с вибрации. Съществува и необходимостта от внимателно управление на топлината и предотвратяването на въздушни джобове в спойните връзки.

Как автоматизацията е подобрила качеството на SMT производството?

Автоматизацията в SMT производството, чрез технологии на Индустрия 4.0, е намалила значително грешките при монтажа, е подобшила прогнозирането на дефекти и е повишила контрола върху процесите. Системи като автоматична оптическа инспекция (AOI) и алгоритми на машинното обучение имат ключова роля за поддържане на високите стандарти на качество.