5 ปัญหาเรื่องการจัดการแผงวงจรที่แก้ไขได้ด้วยหัวดูดสุญญากาศแบบบูรณาการของเรา

สำหรับผู้ผลิตแผงวงจร (PCB) แม้เพียงข้อผิดพลาดเล็กน้อยในการจัดการก็อาจทำให้การผลิตสะดุดลงได้ เช่น รอยขีดข่วนบนแผ่นทองแดง แผงวงจรที่มีรูพรุนและไม่สามารถดูดสุญญากาศได้ หรือหัวดูดที่จัดแนวไม่ตรงจนทำให้แผง PCB ที่บางเพียง 0.2 มม. หลุดตก Traditional vacuum grippers แบบเดิม—ที่มีวาล์วแยกชิ้น โครงสร้างใหญ่เตอะตะระ และหัวดูดขนาดเดียวสำหรับทุกการใช้งาน—มักจะทำให้ปัญหาเหล่านี้แย่ลง ส่งผลให้เกิดของเสียในอัตรา 8-12% และการหยุดสายการผลิตที่สร้างความเสียหายทางเศรษฐกิจอย่างมาก

นี่จึงเป็นเหตุผลที่เราพัฒนา แผ่นวงจรพีซีบี (PCB Circuit Board) พร้อมชุดดูดสูญญากาศแบบบูรณาการ —ซึ่งเป็นโซลูชันแบบครบวงจรที่ออกแบบมาเพื่อรับมือกับความท้าทายเฉพาะด้านในการจัดการแผง PCB แบบแข็ง (rigid) แผงยืดหยุ่น (flex) และแผงหลายชั้น (multi-layer) โดยเฉพาะ ในบทความนี้ เราจะอธิบายว่าคุณสมบัตุหลักๆ เช่น วาล์วตรวจสอบแบบรูพรุน (porous check valves) หัวดูดแบบแมทริกซ์ (matrix-style cups) กระบอกสูบอะลูมิเนียมอัลลอย และซิลิโคนที่ไม่ทิ้งรอยขีดข่วน สามารถแก้ไขปัญหา 5 อันดับแรกในการจัดการแผง PCB ได้อย่างไร

ปัญหาที่ 1: การรั่วของสุญญากาศบนแผง PCB ที่มีรูพรุน (เช่น แผง High-Density Interconnect)

แผงวงจรพีซีบีความหนาแน่นสูง (HDI) และแผงวงจรที่มีวายอาณา (รูขนาด 0.1-0.3 มม.) นั้นเป็นฝันร้ายสำหรับการใช้ถ้วยดูดแบบมาตรฐาน เพราะอากาศจะรั่วออกทางรูเหล่านั้น ทำให้คุณต้องเพิ่มแรงดันสุญญากาศให้สูงขึ้น ซึ่งอาจทำให้แผงวงจรบิดงอหรือชิ้นส่วนที่บอบบาง เช่น ชิป SMD เสียหาย หนึ่งในลูกค้าของเรา ซึ่งเป็นผู้ผลิตแผงวงจรสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ พบว่ามีแผง HDI หายไปถึง 9% ต่อเดือน เนื่องจากแผ่นหลุดจากแรงดูดเนื่องจากอากาศรั่ว

ถ้วยดูดของเราประกอบด้วย วาล์วตรวจสอบแบบรูพรุนเฉพาะสำหรับแผงวงจรพีซีบี ซึ่งจะปิดแต่ละห้องของถ้วยดูดโดยอัตโนมัติทันทีที่ตรวจพบการรั่วของอากาศ แต่ละถ้วยในแมทริกซ์ทำงานเป็นหน่วยอิสระ หากถ้วยหนึ่งครอบคลุมวายอาณาหรือรูใด ๆ วาล์วตรวจสอบของถ้วยนั้นจะปิดโดยอัตโนมัติ เพื่อป้องกันไม่ให้อากาศรั่วไหลไปทั่วทั้งอุปกรณ์จับชิ้นงาน ไม่จำเป็นต้องใช้วาล์วภายนอกหรือปรับแรงดันด้วยตนเองเลย ระบบสามารถปรับตัวให้เข้ากับความหนาแน่นของรู (5-20 รู/ซม.²) ได้ภายในเวลาเพียง 0.05 วินาทีเท่านั้น

ลูกค้า PCB ทางการแพทย์เห็นผลลัพธ์ทันที: สามารถลดของเสียที่เกี่ยวข้องกับการรั่วไหลเหลือ 1.2% ภายใน 2 สัปดาห์ ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายวัสดุได้ 36,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อเดือน

จุดปัญหาที่ 2: รอยขีดข่วนบนพื้นผิว PCB (ลายทองแดง, มาสก์บัดกรี)

แม้แต่ถ้วยดูดลมยางนุ่มก็อาจทิ้งรอยตำหนิไว้บนมาสก์บัดกรี หรือขีดข่วนลายทองแดงที่โผล่ออกมา โดยเฉพาะเมื่อทำการจัดการแผงวงจรยืดหยุ่นที่บาง (0.1-0.3 มม.) ผู้ผลิตสินค้าอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคที่เราทำงานร่วมด้วยแจ้งกับเราว่าพวกเขาต้องทิ้งแผงวงจรถึง 7% เนื่องจากความเสียหายทางรูปลักษณ์โดยแท้—ส่วนใหญ่เกิดจากการเสียดสีของถ้วยดูดลม

เราเปลี่ยนจากยางมาตรฐานเป็น ถ้วยซิลิโคนเนื้อเนียนเป็นพิเศษ เกรดอาหาร ( Shore A 30 ความแข็ง ) เพื่อกำจัดความเสียหายบนพื้นผิว ถ้วยดูดเหล่านี้สามารถปรับตัวให้เข้ากับพื้นผิวของแผงวงจรพีซีบีที่ไม่เรียบได้โดยไม่ต้องใช้แรงกดมากเกินไป ช่วยให้ไม่เกิดรอยขีดข่วนบนแผ่นป้องกันการบัดกรี (solder masks) หรือทองแดง อีกทั้งยังสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงถึง 180°C ทำให้ปลอดภัยในการจัดการหลังการบัดกรี (เช่น หลังเตาอบรีฟโลว์) และทนต่อสารฟลักซ์และสารทำความสะอาดตัวทำละลาย ต่างจากถ้วยยางที่จะแข็งและเสื่อมสภาพภายใน 3 เดือนของการใช้งาน

หลังเปลี่ยนมาใช้ถ้วยซิลิโคนของเรา อัตราการทิ้งสินค้าเนื่องจากตำหนิทางรูปลักษณ์ของลูกค้าในอุตสาหกรรมสินค้าอุปโภคลดลงเหลือ 0.8% ซึ่งดีขึ้นถึง 89%

จุดปัญหาที่ 3: การจัดแนวไม่ตรงกันและแผงวงจรตกหล่น (ขนาดแผงเปลี่ยนแปลง)

สายการผลิตแผงวงจรพีซีบีมักต้องเปลี่ยนระหว่างขนาดต่างๆ เช่น แบตช์หนึ่งเป็นแผงแข็งขนาด 100x150 มม. และอีกแบตช์เป็นแผงฟลีกซ์ขนาด 50x80 มม. ตัวจับแบบมาตรฐานจำเป็นต้องปรับตำแหน่งถ้วยดูดใหม่ด้วยตนเอง ซึ่งใช้เวลาประมาณ 2-3 นาทีต่อการเปลี่ยนแปลงแต่ละครั้ง และเพิ่มความเสี่ยงในการจัดแนวไม่ตรงกัน (รวมถึงแผงตกหล่น) สำหรับผู้ผลิตที่ต้องดำเนินการหลายแบตช์ต่อวัน สิ่งเหล่านี้สะสมจนกลายเป็นเวลาที่เสียไปหลายชั่วโมง

ตัวจับแบบบูรณาการของเราประกอบด้วย เมทริกซ์แบบ 4x6 ที่ปรับตั้งถ้วยได้ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 12 มม. แต่ละชิ้น) ซึ่งกำจัดความจำเป็นในการปรับตั้งค่าใหม่ที่ใช้เวลานาน แมทริกซ์รองรับขนาดแผงตั้งแต่ 50x50 มม. ถึง 200x300 มม. และตัวดูดจะล็อกตำแหน่งไว้ด้วยฐานแม่เหล็กภายในเวลาเพียง 10 วินาที เมื่อเทียบกับตัวจับแบบดั้งเดิมที่ใช้เวลานานถึง 3 นาที นอกจากนี้ ดีไซน์ยังรักษาระดับความแม่นยำในการจัดตำแหน่งที่ 0.1 มม. ซึ่งเป็นรายละเอียดสำคัญสำหรับการจัดแนว PCB เข้ากับเครื่องจักรแบบ pick-and-place และป้องกันการวางผิดตำแหน่ง

ผู้ผลิตตามสัญญาที่ต้องดำเนินการเปลี่ยนแผง PCB 8 ขนาดทุกวัน พบว่าเวลาในการเปลี่ยนอุปกรณ์ลดลงถึง 95%: จากเดิม 24 นาที/วัน เหลือเพียง 1.2 นาที ทำให้พนักงานสามารถไปโฟกัสงานอื่นได้มากขึ้น

จุดปัญหาที่ 4: ตัวจับขนาดใหญ่บดบังการทำงานของสายอัตโนมัติ

ตัวยึด PCB แบบดั้งเดิมรวมเอาปั๊มสุญญากาศ วาล์ว และโครงสร้างที่แยกจากกันไว้ด้วยกัน ส่งผลให้เกิดการออกแบบที่มีขนาดใหญ่และไม่สามารถติดตั้งในพื้นที่แคบได้ เช่น พื้นที่ระหว่างเตาอบรีฟโลว์ (reflow ovens) และสถานีตรวจสอบ บริษัทหนึ่งที่ผลิต PCB สำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ที่เราได้พูดคุยด้วย จำเป็นต้องออกแบบไลน์การผลิตใหม่ทั้งหมดเพื่อให้ติดตั้งตัวยึดแบบมาตรฐานได้ ซึ่งเป็นโครงการที่มีค่าใช้จ่ายถึง 120,000 ดอลลาร์ และทำให้การผลิตล่าช้าไปถึง 6 สัปดาห์

เราได้ออกแบบแกนหลักของตัวยึดโดยใช้ กระบอกสูบทำจากโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีน้ำหนักเบา (เกรด 6061-T6) เพื่อแก้ปัญหาเรื่องพื้นที่และน้ำหนัก วัสดุชนิดนี้ช่วยลดน้ำหนักได้ถึง 40% เมื่อเทียบกับโครงสร้างแบบเหล็กกล้า—1.2 กิโลกรัม เทียบกับ 2 กิโลกรัม สำหรับตัวยึดขนาด 200x300 มม.—ทำให้สามารถใช้งานร่วมกับแขนหุ่นยนต์ขนาดเล็กอย่าง Fanuc LR Mate 200iD ได้ นอกจากนี้ โครงสร้างกระบอกสูบแบบอลูมิเนียมยังรวมท่อสุญญากาศ (vacuum manifold) เข้าไว้ภายในโครงสร้างโดยตรง ซึ่งช่วยกำจัดท่อหรือวาล์วภายนอกที่ทำให้สายต่างๆ ยุ่งเหยิง อีกทั้งยังทนต่อการกัดกร่อนจากความชื้นในโรงงานและสารเคมีที่ใช้ทำความสะอาด มีอายุการใช้งานถึง 5 ปี ซึ่งยาวนานกว่าโครงสร้างแบบเหล็กกล้าถึงสองเท่า

ลูกค้าอุตสาหกรรมยานยนต์สามารถหลีกเลี่ยงการปรับปรุงสายการผลิตที่มีค่าใช้จ่ายสูงได้ทั้งหมด โดยปัจจุบันพวกเขาสามารถติดตั้งเกร็ปเปอร์ในพื้นที่แคบเพียง 150 มม. ทำให้กระบวนการผลิตแบบอัตโนมัติดำเนินไปอย่างราบรื่น

จุดปัญหาที่ 5: ระบบสุญญากาศตอบสนองช้า (ทำให้การผลิตล่าช้า)

เมื่อต้องจัดการสายการผลิต PCB ความเร็วสูง (30 แผงขึ้นไปต่อนาที) แม้เพียงแค่ความล่าช้า 0.5 วินาทีในการเปิดใช้งานระบบสุญญากาศก็อาจทำให้เกิดคอขวดได้ ซึ่งเกร็ปเปอร์มาตรฐานทั่วไปต้องใช้เวลา 0.8-1 วินาทีเพื่อสร้างแรงดัน ซึ่งถือว่าช้าเกินไปสำหรับสายการผลิตที่ต้องการความรวดเร็วและประสิทธิภาพในการผลิตอย่างสม่ำเสมอ ผู้ผลิตแผงวงจร PCB สำหรับสมาร์ทโฟนรายหนึ่งได้บอกกับเราว่าความล่าช้านี้ทำให้จำกัดความเร็วสายการผลิตไว้ที่ 32 แผงต่อนาที เท่านั้น ซึ่งต่ำกว่าเป้าหมายที่ตั้งไว้ที่ 40 แผงอย่างมาก

ด้วยการรวมวาล์วเช็ค ท่อร่วมสุญญากาศ และถ้วยดูดเข้าด้วยกันในหน่วยเดียว เราจึงสามารถกำจัดข้อจำกัดการไหลของอากาศที่ทำให้เครื่องดูดแบบดั้งเดิมทำงานช้าลง ผลลัพธ์ที่ได้คือการสร้างสุญญากาศภายในเวลาเพียง 0.15 วินาที ซึ่งเร็วพอที่จะรองรับสายการผลิตที่ทำงานได้ถึง 45 แผงต่อนาที นอกจากนี้ กระบอกอลูมิเนียมยังมีบทบาทสำคัญในเรื่องนี้อีกด้วย เพราะช่วยระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มั่นใจได้ว่าจะไม่มีการลดลงของแรงดันแม้จะใช้งานต่อเนื่องเป็นเวลานานถึง 8 ชั่วโมง

หลังจากนำเครื่องดูดแบบบูรณาการของเราไปใช้งานจริง ผู้ผลิตแผงวงจรแบบพีซีบีสำหรับสมาร์ทโฟนสามารถบรรลุเป้าหมายที่ตั้งไว้ และยังเพิ่มประสิทธิภาพเกินเป้าหมาย โดยเพิ่มความเร็วสายการผลิตได้ถึง 25% จากเดิม 32 แผงต่อนาที เป็น 40 แผงต่อนาที โดยไม่ต้องเพิ่มเวลาการหยุดทำงานแม้แต่นาทีเดียว

วิธีเลือกถ้วยดูดสุญญากาศแบบบูรณาการที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแผงวงจรพีซีบีของคุณ

ไม่ใช่ PCB ทุกชนิดที่ต้องการวิธีการจัดการแบบเดียวกัน — นี่คือวิธีการเลือกใช้หุ่นยนต์เกร็ปเปอร์ของเราให้เหมาะสมกับความต้องการเฉพาะของคุณ สำหรับ PCB แบบ HDI หรือ PCB ที่มีรูพรุน ควรเลือกรุ่นที่มีวาล์วตรวจสอบรูพรุนขั้นสูง เช่นรุ่น PCB-VAC-46P ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงในการปิดผนึกการรั่วของอากาศจากวายาส (vias) หากคุณต้องทำงานกับ PCB แบบฟเล็กซ์หรือ PCB บาง (มีความหนาน้อยกว่า 0.3 มม.) ควรเลือกรุ่นที่มีถ้วยยางซิลิโคนเกรดอาหารและโหมดแรงดันต่ำ เช่นรุ่น PCB-VAC-46S เพื่อปกป้องพื้นผิวที่บอบบาง

สำหรับสายการผลิตที่ต้องเปลี่ยนขนาด PCB หลายขนาดในแต่ละวัน รุ่น PCB-VAC-46M เหมาะสมที่สุด — ด้วยการออกแบบการจัดวางถ้วยแบบแมทริกซ์พร้อมล็อกแม่เหล็กที่ช่วยให้ปรับตำแหน่งได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือ และหากคุณให้ความสำคัญกับการผลิตที่ความเร็วสูง รุ่น PCB-VAC-46H มีการตอบสนองระบบสุญญากาศที่เร็วที่สุด ช่วยให้สายการผลิตของคุณสามารถบรรลุเป้าหมายกำลังการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ชมการทำงานจริง: ขอทดสอบ PCB ฟรี

อย่าเพียงแค่เชื่อคำพูดของเรา—ส่งตัวอย่าง PCB ที่เป็นความท้าทายที่สุดของคุณ (แบบแข็ง, แบบยืดหยุ่น หรือแบบพรุน) มาให้เรา และเราจะทำการทดสอบด้วยชุดดูดสุญญากาศแบบบูรณาการของเรา จากนั้นเราจะส่งวิดีโอการทดสอบ พร้อมรายงานประสิทธิภาพเฉพาะที่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าคุณจะสามารถประหยัดเศษวัสดุและลดเวลาที่ไม่ได้ใช้งานได้มากแค่ไหน หากคุณเปลี่ยนมาใช้ระบบของเรา

? ขอรับการทดสอบ PCB ฟรี

? ดูข้อมูลทางเทคนิค

? ชมวิดีโอสาธิต: การจัดการ PCB แบบ HDI

“ก่อนหน้านี้เราต้องใช้เวลา 2 ชั่วโมงต่อวันในการคัดแยก PCB ที่เป็นรอยขีดข่วนหรือตกหล่น ตอนนี้ไม่ต้องใช้เวลาตรงนั้นอีกแล้ว—ขอบคุณถ้วยซิลิโคนและวาล์วตรวจสอบที่ช่วยได้ มันคือหุ่นยนต์เกร็ปเปอร์ชิ้นแรกที่เข้าใจจริงๆ ว่าการจัดการ PCB ต้องทำอย่างไร” — มาร์ค เฉิน ผู้จัดการฝ่ายผลิต บริษัทผู้ผลิต PCB ระดับโลก