برآوردن نیازهای الکترونیک خودرو: قابلیت اطمینان و ردیابی در تولید SMT

اهمیت تولید SMT در الکترونیک خودرو

چگونه فناوری SMT از الکترونیک خودرویی مدرن پشتیبانی می‌کند

فناوری نصب سطحی، یا به اختصار SMT، امکان کوچک‌تر کردن قطعات و افزایش قابلیت اطمینان در فناوری‌های خودرویی مدرن مانند سیستم‌های ADAS، دستگاه‌های سرگرمی-اطلاع‌رسانی و انواع واحدهای کنترل الکترونیکی درون خودرو را فراهم می‌کند. وقتی قطعات مستقیماً روی برد مدار چاپی (PCB) نصب می‌شوند به جای استفاده از سوراخ‌ها، این روش باعث کاهش هم وزن و هم فضای مورد نیاز می‌شود. علاوه بر این، سیگنال‌ها بهتر هدایت می‌شوند که در مورد خودروهای برقی و فناوری‌های خودران، جایی که هر بیت اهمیت دارد، بسیار مهم است. بر اساس تحقیقاتی که سال گذشته انجام شد، شرکت‌های سازنده خودرو چگونگی سازگاری خود با تغییر به سیستم‌های برقی را بررسی کردند و چیزی جالب کشف کردند: حدود چهار پنجم تولیدکنندگان خودروهای برقی اخیراً شروع به استفاده گسترده از فناوری SMT در طراحی برد مدارهای متراکم کرده‌اند. این سازندگان به الکترونیک‌هایی نیاز دارند که حتی در شرایط دشوار مانند گرمای زیاد در موتورخانه یا قرار گرفتن در معرض نمک جاده و سایر مواد خورنده، عملکرد خوبی داشته باشند.

چالش‌های کلیدی در کیفیت SMT برای کاربردهای خودرویی

فرآیند تولید SMT خودرویی باید در شرایط بسیار سخت کاری قرار گیرد. قطعات اغلب با دمای بسیار پایین تا 40- درجه سانتی‌گراد و گاهی تا 150 درجه سانتی‌گراد و همچنین ارتعاشات مداوم در طول عمر خود مواجه هستند. امر به‌مراتب پیچیده‌تر زمانی می‌شود که قطعات کوچک‌تر شوند، مانند آن دسته از بسته‌بندی‌های 01005 که تنها 4/0 میلی‌متر در 2/0 میلی‌متر اندازه دارند. در این ابعاد، ایجاد اتصال‌های لحیم‌کاری بدون دقت بسیار بالا و در سطح میکروسکوپی تقریباً غیرممکن می‌شود. خبر خوب این است که فناوری‌های صنعت 4.0 تأثیر قابل‌توجهی در این زمینه داشته‌اند. تولیدکنندگان برجسته از کاهشی حدود دو سومی در اشتباهات قرار دادن قطعات از سال 2022 تاکنون گزارش داده‌اند که این امر مدیون سیستم‌های خودکار بهتر شده است. با این حال، هنوز مشکلاتی در مدیریت مناسب گرما در میان مواد مختلف و ایجاد اتصال‌های لحیم‌کاری بدون حباب هوا وجود دارد که برای بسیاری از کارخانه‌ها چالشی پایدار محسوب می‌شود.

استانداردهای نظارتی (IATF 16949) و تأثیر آن‌ها بر تولید SMT

IATF 16949 امروزه کنترل‌های بسیار سفتی را بر خطوط تکنولوژی نصب سطحی خودرو اعمال می‌کند. هر بچ برد مدار چاپی باید از ابتدا تا انتها به‌طور کامل قابل ردیابی باشد. اگر معیوب‌ها از آستانه 0.1% فراتر روند، تولید کاملا متوقف می‌شود. این موضوع توضیح می‌دهد چرا بسیاری از کارخانه‌ها حالا این داشبوردهای SPC با زمان واقعی را در سراسر خط تولید در حال اجرا دارند. تأمین‌کنندگانی که به دنبال آن هدف گم‌شده صفر معیوب هستند، ساعات زیادی را صرف چک کردن چیزهایی مانند یکنواختی خمیر لحیم و اطمینان از تمیز ماندن صفحات در طول شیفت‌ها می‌کنند. برخی شرکت‌ها حتی شروع به ردیابی نوسانات دمایی در چاپگرهای خمیر خود را به عنوان بخشی از چک‌های کیفیشان کرده‌اند.

افزایش قابلیت اطمینان از طریق بهینه‌سازی فرآیند SMT

امروزه بهترین خطوط تکنولوژی نصب روی سطح (SMT) ترکیبی از بازرسی نوری خودکار با الگوریتم‌های یادگیری ماشین هستند که قبل از وقوع، عیوب را پیش‌بینی می‌کنند. تولیدکنندگان در سال 2023 گزارش دادند که بازدهی اولیه (First Pass Yield) در حدود 99.95٪ را در سراسر صنعت به دست آورده‌اند. برخی شرکت‌ها هم پیشرفت‌های قابل توجهی داشته‌اند - لحیم‌کاری بازچرخانی شده با نیتروژن مشکلات اکسیداسیون را تقریباً 40٪ کاهش داده است. و در مورد اعمال دقیق خمیر لحیم در طی آن تولیدهای بزرگ، سیستم‌های SPI سه‌بعدی در بیشتر موارد دقتی در حدود 5٪ مثبت یا منفی حفظ می‌کنند. تمام این به‌روزرسانی‌ها حالا شروع به پرداختن بهره‌های عملی کرده‌اند. شکایات گارانتی برای واحدهای کنترل الکترونیکی در طی پنج سال گذشته حدود 30٪ کاهش یافته است، زمانی که کارخانه‌ها این روش‌های بهتر را اجرا کرده‌اند.

ردیابی کامل اجزا از ابتدا تا انتها در فرآیندهای SMT

الکترونیک خودروی مدرن نیازمند تولید بی‌عیب و نقص از طریق فناوری نصب سطحی (SMT) است، جایی که ردیابی از ابتدا تا انتها باعث تضمین انطباق با استانداردهای کیفیت و تسریع در رفع نقص‌ها می‌شود. ردیابی اجزا از منشأ تا مونتاژ نهایی به پیشگیری از قطعات جعلی و انحرافات فرآیندی که می‌توانند ایمنی خودرو را به خطر بیندازند، کمک می‌کند.

ردیابی از تأمین‌کننده تا مونتاژ نهایی روی برد مدار چاپی (PCB)

در جریان‌های کاری SMT خودرو، پیگیری هر جزئیاتی اهمیت زیادی دارد، از بررسی مدارک تاییدیه تامین‌کنندگان تا ردیابی شماره‌های دسته‌های خاص مواد. امروزه هر قطعه کوچکی مانند مقاومت، خازن یا مدار مجتمع خودش برچسب شناسایی خاصی دارد. این شناسه‌ها به تأیید اصالت قطعات کمک می‌کنند و از گم شدن یا اشتباه شدن قطعات در هنگام ساخت مدارهای چاپی جلوگیری می‌کنند. دقت اضافی به ثمر نشسته است، چرا که مشکلات ناشی از آلیاژهای لحیم اشتباه یا مواد قدیمی سبب حدود 23 درصد از عیوب در فرآیندهای SMT خودرو می‌شوند، طبق داده‌های اخیر صنعتی. این سطح از نظارت تفاوت بزرگی در کنترل کیفیت برای تولیدکنندگانی ایجاد می‌کند که با مونتاژهای الکترونیکی پیچیده سروکار دارند.

ردیابی ریزجزئیات از طریق ثبت داده‌ها و نظارت لحظه‌ای بر فرآیند

دستگاه‌های مدرن pick and place به همراه کوره‌های reflow به‌صورت پیش‌فرض مجهز به انواع حسگرها هستند که اطلاعات بسیار دقیقی از مواردی مانند مقدار خمیر لحیم اعمال‌شده، محل قرارگیری قطعات روی برد (معمولاً در محدوده ۱۵ میکرون)، و نقشه‌های کامل حرارتی در طول فرآیند را جمع‌آوری می‌کنند. زمانی که چیزی اشتباه پیش می‌رود، این سیستم‌ها فوراً هشدارهایی ارسال می‌کنند تا مشکلات قبل از تبدیل‌شدن به مسائل بزرگ‌تر، رفع شوند. به‌عنوان‌مثال در تغییرات دمایی کوره reflow، هر تغییری بالای تقریباً ۲ درجه سانتی‌گراد مکانیسم تصحیح خودکار را فعال می‌کند. این امر به حفظ اتصالات محکم در واحدهای کنترل موتور که در زیر کاپوت خودروها قرار دارند و قابلیت اطمینان در آن‌ها امری ضروری است، کمک می‌کند.

نقش سیستم‌های اجرای تولید (MES) در فراهم کردن ردیابی

سیستم‌های MES به عنوان نقطه اصلی برای ردیابی تمام موارد در طول فرآیند تولید عمل می‌کنند و داده‌های ماشین‌ها، تاریخچه قطعات و بررسی‌های کیفی را همگی در یک صفحه گرد هم می‌آورند. به عنوان مثال، پیدا کردن یک ماژول سنسور کیسه هوا با مشکل. با استفاده از MES، تولیدکنندگان می‌توانند دقیقاً مشخص کنند که چه دسته‌ای از خمیر لحیم استفاده شده، فیدر در چه موقعیتی قرار داشته و حتی بخش خاصی از کوره که آن را پردازش کرده است را شناسایی کنند. این امر زمان لازم برای درک اینکه چه چیزی اشتباه بوده است را حدود 40 درصد کاهش می‌دهد، در حالی که انجام این کار به صورت دستی چندین روز زمان می‌برد. برای مدیران کارخانه‌ای که با بازگشت کالا یا مشکلات کیفی مواجه هستند، این سطح از دیداری‌سازی، فرآیند عیب‌یابی را بسیار ساده‌تر می‌کند.

تضمین یکسانی فرآیند از طریق جریان‌های کاری SMT قابل ردیابی

دستگاه‌های استاندارد شده با ردیابی درون‌ریز، متغیرهای موجود در عملیات SMT با حجم بالا را به حداقل می‌رسانند. هشدارهای خودکار مهندسان را در صورتی که یک قطعه از حد مجاز خود در معرض حساسیت رطوبتی قرار گرفت یا فرسایش قالب، نصب سolder را تحت تأثیر قرار داد، مطلع می‌کنند. این کنترل حلقه بسته، قابلیت اطمینان استاندارد خودرویی را حتی در تولید مداوم 24 ساعته در سطح ثابت حفظ می‌کند.

تضمین کیفیت پیشرفته در تولید SMT خودرویی

الکترونیک خودروهای مدرن تقاضای نرخ عیب نزدیک به صفر را دارند، که باعث می‌شود تولید SMT روی سیستم‌های تضمین کیفیت خودکار سوانح دقیق با کنترل فرآیند مبتنی بر داده ترکیب شوند. بیش از 92 درصد از تولیدکنندگان مدارهای چاپی خودرویی اکنون پروتکل‌های چندمرحله‌ای بازرسی را برای رعایت استانداردهای سختگیرانه AEC-Q100 اجرا می‌کنند (گزارش شورای الکترونیک خودرویی 2024).

بازرسی نوری خودکار (AOI) و بازرسی با اشعه ایکس برای تشخیص عیوب

سیستم‌های AOI از دوربین‌های با وضوح بالا برای اسکن اتصالات لحیم‌کاری و محل قرارگیری قطعات با وضوح 15 میکرون استفاده می‌کنند و قادرند نقص‌هایی مانند tombstoning یا bridging را در میلی‌ثانیه تشخیص دهند. برای اتصالات پنهان در زیر BGAs یا QFNs، بازرسی با اشعه X با تشخیص حفره‌های لحیم به اندازه 5 درصد از حجم اتصال، دقت تشخیص 99.7 درصدی دارد.

بازرسی در سطح قطعات در مونتاژهای SMT با چگالی بالا

با رایج‌تر شدن قطعات متریک 0201 (0.2 میلی‌متر × 0.1 میلی‌متر)، سیستم‌های اتوماتیک pick-and-place از پروفیلومتری لیزری برای تأیید جهت‌گیری قطعه قبل از لحیم‌کاری استفاده می‌کنند. پس از فرآیند reflow، تصویربرداری از مقطع عرضی هندسه فیله لحیم را با استاندارد IPC-610 Class 3 اعتبارسنجی می‌کند - که برای ماژول‌های تحت ارتعاش مداوم بحرانی است.

تشخیص خطا، تحلیل ریشه‌ای و اشکال‌زدایی در خطوط SMT

در نمودارهای SPC به‌روز، انحرافات کوچک مانند تغییرات فشار چاپ استنسیل (±0.02kgf/cm²) با تغییرات در حجم خمیر لحیم مرتبط می‌شود و باعث فعال‌شدن هشدارهای پیشگیرانه می‌گردد. هنگامی که نقصی رخ می‌دهد، داده‌های قابل‌ردیابی فرآیند از پلتفرم‌های MES، عامل اصلی را 63% سریع‌تر از بازبینی دستی سوابق مشخص می‌کنند.

بهبود مداوم مبتنی بر داده برای دستیابی به خروجی SMT مطمئن

استفاده از داده‌های فرآیند برای کنترل پیش‌بینی‌کننده کیفیت

خطوط تکنولوژی مونتاژ سطحی امروزه به سیستم‌های نظارت در زمان واقعی متکی هستند که مشکلات احتمالی کیفیتی را بسیار قبل از اینکه به مشکلات واقعی تبدیل شوند، شناسایی می‌کنند. هنگام بررسی مواردی مانند مقدار خمیر لحیم اعمال‌شده (با یک محدوده تحمل به میزان مثبت و منفی 3 درصد) و محل قرارگیری قطعات روی برد (دقت در حد 0.025 میلی‌متر)، بیشتر کارخانه‌ها از چیزی استفاده می‌کنند که به کنترل آماری فرآیند یا به اختصار SPC معروف است. این امر به آن‌ها کمک می‌کند تا به استانداردهای شش سیگما (Six Sigma) برسند که امروزه زیاد از آن سخن به میان می‌آید. بر اساس یک تحقیق اخیر در بخش تولید خودرو در سال 2023، زمانی که کارخانه‌ها این گونه مکانیسم‌های بازخورد حلقه بسته را نصب می‌کنند، در واقع عیوب موجود در تولید ماژول کنترل ترمز را به میزان تقریبی 40 درصد کاهش می‌دهند. راز چیست؟ انجام تغییرات کوچک اما هوشمندانه در پارامترهای فرآیند دقیقاً در میانه عملیات لحیم‌کاری.

بهبود مستمر از طریق تحلیل تولید SMT

پلتفرم‌های تحلیلی پیشرفته به‌صورت هم‌زمان بیش از 15 معیار کیفیتی را ردیابی می‌کنند، از جمله:

• بهبود بازده اولیه (FPY) از 88٪ به 94٪
• افزایش میانگین زمان بین خرابی‌ها (MTBD) به میزان 22٪
• نرخ گذر تست چرخه حرارتی بیشتر از الزامات IATF 16949

این بینش‌ها امکان انجام تحلیل علت اصلی را در کمتر از 25 دقیقه فراهم می‌کنند، که به طور قابل توجهی سریع‌تر از بازرسی‌های دستی سنتی چهارساعته است.

تعادل بین سرعت و دقت در تولید حجم بالای SMT خودرویی

تولیدکنندگان الکترونیک خودرویی به راندمان 98.6٪ خط تولید دست می‌یابند از طریق:

پارامتر	مقدار استاندارد	نیازمندی خودرویی
شاخص توانایی فرآیند قرارگیری (CPK)	≥1.33	≥1.67
پیروی از پروفایل ریفلاو	±5°C	±2°C
نرخ خطا در فراخوانی AOI	<2٪	<0.8%

سیستم‌های بینایی مبتنی بر هوش مصنوعی سرعت قرارگذاری 47,500 قطعه در ساعت را حفظ می‌کنند و در عین حال قادر به تشخیص جریان‌های لحیم‌کاری با ضخامت 0.4 میلی‌متر در ماژول‌های دوربین سیستم‌های پیشرفته کمک به راننده (ADAS) هستند. این تعادل بین سرعت و دقت منجر به کاهش 31%‌ای در شکایات گارانتی نسبت به روش‌های معمولی می‌شود.

‫سوالات متداول‬

تکنولوژی نصب سطحی (SMT) در الکترونیک خودرو چیست؟

تکنولوژی نصب سطحی (SMT) روشی برای تولید مدارهای الکترونیکی است که در آن قطعات مستقیماً روی سطح برد مدار چاپی (PCB) نصب می‌شوند. این روش به‌طور گسترده در الکترونیک خودرو برای ایجاد قطعات کوچک، قابل اعتماد و کارآمد استفاده می‌شود.

ردیابی در تولید SMT چرا مهم است؟

ردیابی در تولید SMT برای اطمینان از کنترل کیفیت، جلوگیری از قطعات جعلی و مقابله با انحرافات فرآیندی ضروری است. این امر امکان ردیابی قطعات را از تأمین‌کننده تا مونتاژ نهایی فراهم کرده و حل سریع مشکلات و انطباق با استانداردهایی مانند IATF 16949 را تسهیل می‌کند.

چالش‌های مرتبط با SMT در کاربردهای خودرویی چیستند؟

چالش‌های مونتاژ سطحی (SMT) در صنعت خودرو شامل مدیریت شرایط دمایی شدید، حفظ دقت اتصالات لحیم‌کاری در بسته‌بندی‌های کوچک و مقابله با ارتعاشات است. همچنین نیاز به مدیریت دقیق گرما و جلوگیری از ایجاد حباب هوا در اتصالات لحیم‌کاری نیز وجود دارد.

خودکارسازی چگونه کیفیت تولید SMT را بهبود بخشیده است؟

خودکارسازی در تولید SMT، از طریق فناوری‌های صنعت 4.0، به‌طور قابل‌توجهی خطاهای قرارگیری را کاهش داده، پیش‌بینی نقص‌ها را بهبود بخشیده و کنترل فرآیند را افزایش داده است. سیستم‌هایی مانند بازرسی نوری خودکار (AOI) و الگوریتم‌های یادگیری ماشین نقش کلیدی در حفظ استانداردهای بالای کیفی دارند.