এসএমটি পিক অ্যান্ড প্লেস প্রক্রিয়ায় কম্পোনেন্ট শিফটের পরিসংখ্যানগত বিশ্লেষণ

1. ভূমিকা

সারফেস মাউন্ট টেকনোলজি (এসএমটি) হল প্রিন্টেড সার্কিট বোর্ডে (পিসিবি) ইলেকট্রনিক কম্পোনেন্ট সংযোজনের প্রধান পদ্ধতি। পিক-অ্যান্ড-প্লেস (পিএন্ডপি) প্রক্রিয়া, যেখানে কম্পোনেন্টগুলো ভেজা সোল্ডার পেস্টের উপর বসানো হয়, একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ধাপ। এই পর্যায়ে একটি সূক্ষ্ম কিন্তু তাৎপর্যপূর্ণ ঘটনা হল কম্পোনেন্ট শিফট—রিফ্লো সোল্ডারিংয়ের আগে সান্দ্র সোল্ডার পেস্টের উপর একটি কম্পোনেন্টের অনিচ্ছাকৃত নড়াচড়া।

ঐতিহ্যগতভাবে, এই শিফটকে নগণ্য বিবেচনা করা হত, প্রায়শই পরবর্তী রিফ্লো প্রক্রিয়ার "স্ব-সারিবদ্ধকরণ" প্রভাবের উপর নির্ভর করে ছোটখাটো বসানোর ত্রুটি সংশোধন করা হত। তবে, যেহেতু কম্পোনেন্টের আকার সাব-মিলিমিটার স্কেলে ছোট হয়ে আসছে এবং শিল্পে প্রায়-শূন্য ত্রুটি হার বৃদ্ধি পাচ্ছে, তাই এই শিফট বোঝা ও নিয়ন্ত্রণ করা উচ্চ ফলনশীল উৎপাদনের জন্য সর্বাধিক গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠেছে।

এই গবেষণাপত্র একটি গুরুত্বপূর্ণ ফাঁক মেটায়: পূর্ববর্তী গবেষণা থাকলেও, কেউই একটি সম্পূর্ণ, আধুনিক উৎপাদন লাইন থেকে প্রাপ্ত তথ্য ব্যবহার করেনি। এই গবেষণার উদ্দেশ্য হল: ১) কম্পোনেন্ট শিফটের আচরণ চিহ্নিত করা, এবং ২) বাস্তব-বিশ্বের তথ্য ব্যবহার করে প্রধান প্রভাবকগুলিকে পরিসংখ্যানগতভাবে চিহ্নিত ও ক্রমবিন্যাস করা।

2. পদ্ধতি ও তথ্য সংগ্রহ

2.1 পরীক্ষামূলক সেটআপ

তথ্য সংগ্রহ করা হয়েছিল একটি সম্পূর্ণরূপে কার্যকরী এসএমটি অ্যাসেম্বলি লাইন থেকে, যাতে স্টেনসিল প্রিন্টিং (এসপিপি), পিক-অ্যান্ড-প্লেস (পিএন্ডপি), এবং পরিদর্শন স্টেশন (এসপিআই, প্রি-এওআই) অন্তর্ভুক্ত ছিল। গবেষণাটি ছয়টি ভিন্ন ধরনের ইলেকট্রনিক কম্পোনেন্ট এর উপর কেন্দ্রীভূত ছিল যাতে সাধারণীকরণ নিশ্চিত করা যায়।

প্রধান পরিমাপিত ও নিয়ন্ত্রিত চলকসমূহ:

• সোল্ডার পেস্ট বৈশিষ্ট্য: অবস্থান (এক্স, ওয়াই অফসেট), আয়তন, প্যাড এলাকা, উচ্চতা/স্টেনসিল বেধ।
• কম্পোনেন্ট ফ্যাক্টর: ধরন, পিসিবিতে নকশাকৃত কেন্দ্রবিন্দুর অবস্থান।
• প্রক্রিয়া প্যারামিটার: পিএন্ডপি মেশিন হেড থেকে বসানোর চাপ/বল।
• ফলাফল চলক: পরিমাপিত কম্পোনেন্ট শিফট (এক্স ও ওয়াই দিকে সরণ) যা প্রি-এওআই সিস্টেম দ্বারা ধারণ করা হয়েছিল।

2.2 পরিসংখ্যানগত পদ্ধতি

একটি বহুমুখী পরিসংখ্যানগত পদ্ধতি প্রয়োগ করা হয়েছিল:

• বর্ণনামূলক পরিসংখ্যান ও ভিজ্যুয়ালাইজেশন: শিফটের বণ্টন ও মাত্রা বোঝার জন্য।
• প্রধান প্রভাব বিশ্লেষণ: প্রতিটি ফ্যাক্টরের (যেমন, পেস্ট আয়তন, কম্পোনেন্ট ধরন) শিফটের মাত্রার উপর পৃথক প্রভাব নির্ধারণের জন্য।
• রিগ্রেশন বিশ্লেষণ: একাধিক ইনপুট ফ্যাক্টর এবং শিফট ফলাফলের মধ্যকার সম্পর্ক মডেল করার জন্য, তাদের সম্মিলিত প্রভাব পরিমাপ করা।
• হাইপোথিসিস টেস্টিং: চিহ্নিত ফ্যাক্টরগুলির পরিসংখ্যানগত তাৎপর্য নিশ্চিত করার জন্য।

3. ফলাফল ও বিশ্লেষণ

3.1 কম্পোনেন্ট শিফটের আচরণ

তথ্য সুনির্দিষ্টভাবে প্রমাণ করেছে যে কম্পোনেন্ট শিফট একটি নগণ্য নয়, বরং পদ্ধতিগত ঘটনা। সমস্ত ধরনের কম্পোনেন্টে শিফট পর্যবেক্ষণ করা গেছে, যার মাত্রা প্রায়শই আধুনিক মাইক্রো-কম্পোনেন্টগুলির সহনশীলতার সীমা অতিক্রম করে। শিফটের বণ্টন সম্পূর্ণরূপে এলোমেলো ছিল না, যা নির্দিষ্ট প্রক্রিয়া প্যারামিটারগুলির প্রভাব নির্দেশ করে।

3.2 প্রভাবক বিশ্লেষণ

পরিসংখ্যানগত বিশ্লেষণ কম্পোনেন্ট শিফটের প্রাথমিক চালকগুলিকে চিহ্নিত করেছে। ফ্যাক্টরগুলিকে তাদের আপেক্ষিক প্রভাব অনুসারে নিচে ক্রমবিন্যাস করা হল:

1. সোল্ডার পেস্ট অবস্থান/জমা অফসেট: একক সর্বাধিক গুরুত্বপূর্ণ ফ্যাক্টর। জমা করা পেস্ট এবং পিসিবি প্যাডের মধ্যে অসারিবদ্ধতা একটি ভারসাম্যহীন ভেজা বল তৈরি করে, যা কম্পোনেন্টকে "টেনে নেয়"।
2. পিসিবিতে নকশাকৃত কম্পোনেন্ট অবস্থান: অবস্থান-নির্ভর প্রভাব, সম্ভবত বোর্ডের নমন, কম্পন নোড, বা প্যানেল জুড়ে টুলিংয়ের তারতম্যের সাথে সম্পর্কিত।
3. কম্পোনেন্ট ধরন: আকার, ওজন, এবং প্যাড জ্যামিতি পেস্টের উপর স্থিতিশীলতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে। ছোট, হালকা কম্পোনেন্টগুলি শিফটের প্রতি বেশি সংবেদনশীল।
4. সোল্ডার পেস্ট আয়তন ও উচ্চতা: অপর্যাপ্ত বা অতিরিক্ত পেস্ট ট্যাক শক্তি এবং স্লাম্প আচরণকে প্রভাবিত করে।
5. বসানোর চাপ: গুরুত্বপূর্ণ হলেও, এই গবেষণার কনফিগারেশনে শীর্ষ তিন ফ্যাক্টরের তুলনায় এর প্রভাব কম স্পষ্ট ছিল।

3.3 প্রধান পরিসংখ্যানগত ফলাফল

4. প্রযুক্তিগত বিবরণ ও গাণিতিক কাঠামো

কম্পোনেন্ট শিফটকে একটি বলের ভারসাম্যহীনতার সমস্যা হিসেবে মডেল করা যেতে পারে। সোল্ডার পেস্টের পৃষ্ঠটান এবং সান্দ্রতা দ্বারা প্রদত্ত পুনরুদ্ধারকারী বল শিফটিং ফোর্সের (যেমন, কম্পন, পেস্ট স্লাম্প থেকে) বিরোধিতা করে। ভারসাম্যের অবস্থার জন্য একটি সরলীকৃত মডেল নিম্নরূপ প্রকাশ করা যেতে পারে:

$\sum \vec{F}_{\text{restoring}} = \vec{F}_{\text{surface tension}} + \vec{F}_{\text{viscous}}} = \sum \vec{F}_{\text{disturbance}}$

যেখানে পুনরুদ্ধারকারী বল হল পেস্ট জ্যামিতি এবং উপাদান বৈশিষ্ট্যের একটি ফাংশন: $F_{\text{surface tension}} \propto \gamma \cdot P$ (γ হল পৃষ্ঠটান, P হল প্যাড পরিধি), এবং $F_{\text{viscous}} \propto \eta \cdot \frac{dv}{dz} \cdot A$ (η হল সান্দ্রতা, dv/dz হল শিয়ার রেট, A হল এলাকা)। রিগ্রেশন বিশ্লেষণ মূলত পরিমাপ করেছে যে কীভাবে পেস্ট অফসেট (বলের অসমমিতিকে প্রভাবিত করে) এবং আয়তন (A এবং P কে প্রভাবিত করে) এর মতো ফ্যাক্টরগুলো এই সমীকরণের ভারসাম্যহীনতা ঘটায়।

5. পরীক্ষামূলক ফলাফল ও চার্ট বর্ণনা

চার্ট ১: কম্পোনেন্ট শিফটের জন্য প্রধান প্রভাব প্লট। এই চার্টে Y-অক্ষে গড় শিফট মাত্রা এবং X-অক্ষে প্রতিটি ফ্যাক্টরের (পেস্ট অফসেট, কম্পোনেন্ট ধরন ইত্যাদি) বিভিন্ন স্তর দেখানো হবে। "পেস্ট অফসেট" এর জন্য একটি খাড়া ঢাল দৃশ্যত এটিকে সবচেয়ে প্রভাবশালী ফ্যাক্টর হিসেবে নিশ্চিত করবে, যা অফসেট ত্রুটি এবং ফলস্বরূপ শিফটের মধ্যে একটি স্পষ্ট রৈখিক সম্পর্ক দেখাবে।

চার্ট ২: শিফট বনাম পেস্ট অবস্থান ত্রুটির স্ক্যাটার প্লট ও রিগ্রেশন লাইন। পরিমাপিত শিফট (Y-অক্ষ) বনাম পরিমাপিত পেস্ট জমা ত্রুটি (X-অক্ষ) প্লট করা ডেটা পয়েন্টের একটি মেঘ। একটি ধনাত্মক ঢাল এবং উচ্চ R² মান সহ একটি ফিট করা রিগ্রেশন লাইন এই দুটি চলকের মধ্যে সরাসরি, পরিমাপযোগ্য সম্পর্কের শক্তিশালী প্রমাণ দেবে।

চার্ট ৩: কম্পোনেন্ট ধরন অনুযায়ী শিফটের বক্স প্লট। পাশাপাশি ছয়টি বক্স, প্রতিটি একটি কম্পোনেন্ট ধরনের জন্য শিফটের মধ্যমা, চতুর্থাংশ, এবং আউটলায়ার দেখায়। এটি প্রকাশ করবে কোন কম্পোনেন্ট ধরনগুলি সবচেয়ে পরিবর্তনশীল বা বড় শিফটের প্রবণতা রাখে, যা "কম্পোনেন্ট ধরন" ফ্যাক্টর ফলাফলকে সমর্থন করে।

6. বিশ্লেষণ কাঠামো: একটি কেস স্টাডি উদাহরণ

পরিস্থিতি: একটি কারখানা প্যানেলের B12 অবস্থানে একটি নির্দিষ্ট 0402 ক্যাপাসিটরের জন্য পোস্ট-এওআই ব্যর্থতা ০.৫% বৃদ্ধি লক্ষ্য করে।

এই গবেষণার কাঠামোর প্রয়োগ:

1. তথ্য ট্রায়াজ: B12 অবস্থানের পেস্টের জন্য এসপিআই ডেটা এবং B12 অবস্থানে 0402 কম্পোনেন্টের জন্য প্রি-এওআই ডেটা আলাদা করুন।
2. ফ্যাক্টর চেক - পেস্ট অবস্থান: B12-এ প্যাডগুলির জন্য পেস্ট অফসেট (X,Y) এর গড় এবং আদর্শ বিচ্যুতি গণনা করুন। প্যানেল গড়ের সাথে তুলনা করুন। একটি পদ্ধতিগত অফসেট প্রধান সন্দেহভাজন হবে।
3. ফ্যাক্টর চেক - অবস্থান ও কম্পোনেন্ট ধরন: নিশ্চিত করুন যে প্যানেলের অন্য কোথাও অন্যান্য 0402 কম্পোনেন্ট ব্যর্থ হচ্ছে কিনা। যদি না হয়, তাহলে "কম্পোনেন্ট ধরন (0402)" এবং "নকশাকৃত অবস্থান (B12)" এর মিথস্ক্রিয়া—সম্ভবত একটি কম্পন হটস্পট—জড়িত।
4. মূল কারণ ও পদক্ষেপ: যদি পেস্ট অফসেট কারণ হয়, তাহলে সেই নির্দিষ্ট অবস্থানের জন্য স্টেনসিল প্রিন্টার ক্যালিব্রেট করুন। যদি এটি অবস্থান-নির্দিষ্ট কম্পন হয়, তাহলে সেই প্যানেল জোনের জন্য ড্যাম্পিং প্রয়োগ করুন বা কনভেয়র গতি সামঞ্জস্য করুন।

এই কাঠামোবদ্ধ, তথ্য-চালিত পদ্ধতিটি লক্ষণ থেকে মূল কারণের দিকে দক্ষতার সাথে অগ্রসর হয়, তদন্ত গাইড হিসেবে ক্রমবিন্যাসিত ফ্যাক্টর তালিকাটিকে কাজে লাগায়।

7. শিল্প বিশ্লেষকের দৃষ্টিভঙ্গি

মূল অন্তর্দৃষ্টি: এই গবেষণাপত্র একটি গুরুত্বপূর্ণ, তথ্য-সমর্থিত বাস্তবতা পরীক্ষা প্রদান করে: উন্নত এসএমটির জন্য রিফ্লোতে "স্ব-সারিবদ্ধকরণ সেফটি নেট" ভেঙে গেছে। লেখকরা বিশ্বাসযোগ্যভাবে গুণমানের দৃষ্টান্তকে ঊর্ধ্বমুখী করে তোলেন, প্রমাণ করেন যে পিএন্ডপি শিফট একটি প্রাথমিক ত্রুটি উৎপাদক, নগণ্য আর্টিফ্যাক্ট নয়। ল্যাব সিমুলেশন নয়, বাস্তব উৎপাদন তথ্য ব্যবহার করে তাদের ফলাফলগুলিকে তাৎক্ষণিক বিশ্বাসযোগ্যতা এবং কার্যকরী জরুরিতা দেয়।

যুক্তিসঙ্গত প্রবাহ: গবেষণার যুক্তি শক্তিশালী। এটি একটি শিল্প ধারণাকে চ্যালেঞ্জ করে শুরু করে, সবচেয়ে প্রাসঙ্গিক পরিবেশ (কারখানার মেঝে) থেকে প্রমাণ সংগ্রহ করে, জটিলতা ডিকোড করার জন্য উপযুক্ত পরিসংখ্যানগত সরঞ্জাম প্রয়োগ করে, এবং দোষীদের একটি স্পষ্ট, ক্রমবিন্যাসিত তালিকা প্রদান করে। একাধিক কম্পোনেন্ট ধরনের উপর ফোকাস একটি একক কেস থেকে অতিসাধারণীকরণ রোধ করে।

শক্তি ও ত্রুটি: প্রধান শক্তি হল অপরিহার্য—বাস্তব-বিশ্বের বৈধতা। এটি তাত্ত্বিক নয়; এটি সামনের সারি থেকে একটি ডায়াগনস্টিক রিপোর্ট। ফ্যাক্টরগুলির ক্রমবিন্যাস প্রক্রিয়া প্রকৌশলীদের জন্য একটি তাৎক্ষণিক কর্মপরিকল্পনা প্রদান করে। প্রধান ত্রুটি, এই ধরনের গবেষণায় সাধারণ, হল "মেশিন ফ্যাক্টর" এর ব্ল্যাক-বক্স প্রকৃতি। কম্পন বা কনভেয়র অস্থিরতা উল্লেখ করা হলেও, এগুলি অ্যাক্সিলেরোমিটার ডেটা বা অনুরূপ দিয়ে পরিমাপ করা হয়নি। গবেষণাটি পর্যবেক্ষিত শিফটগুলিকে পরিমাপযোগ্য প্যারামিটার (পেস্ট, অবস্থান) এর সাথে সম্পর্কিত করে কিন্তু বিস্তৃত মেশিন স্বাস্থ্যকে পরিমাপের পরিবর্তে অনুমিত অবদানকারী হিসেবে রেখে দেয়। সরঞ্জাম আইওটি ডেটার সাথে গভীর একীকরণ পরবর্তী যৌক্তিক পদক্ষেপ হবে।

কার্যকরী অন্তর্দৃষ্টি: এসএমটি লাইন ম্যানেজার এবং প্রক্রিয়া প্রকৌশলীদের জন্য, এই গবেষণা তিনটি কর্মের নির্দেশ দেয়: ১) এসপিআই এবং প্রি-এওআই ডেটা কে প্যাসিভ মনিটরিং থেকে সক্রিয় প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ ইনপুটে উন্নীত করুন। পেস্ট অফসেট এবং শিফটের মধ্যে সম্পর্ক সরাসরি এবং কার্যকরী। ২) অবস্থান-নির্দিষ্ট প্রক্রিয়া রেসিপি বাস্তবায়ন করুন। যদি প্যানেলে কম্পোনেন্ট অবস্থান গুরুত্বপূর্ণ হয়, তাহলে ক্যালিব্রেশন এবং পরিদর্শন পরিকল্পনায় তা প্রতিফলিত হওয়া উচিত, এক-আকার-সব-এর প্যানেল পদ্ধতি থেকে সরে আসা। ৩) এই ফলাফলের আলোকে, বিশেষ করে মাইক্রো-কম্পোনেন্টগুলির জন্য, পেস্ট জমা এবং বসানোর নির্ভুলতার জন্য "গ্রহণযোগ্য" থ্রেশহোল্ড পুনর্মূল্যায়ন করুন। সহনশীলতা ব্যান্ডগুলিকে সম্ভবত শক্ত করার প্রয়োজন হবে।

এই কাজ স্মার্ট ম্যানুফ্যাকচারিং এবং ইন্ডাস্ট্রি ৪.০ এর বিস্তৃত প্রবণতার সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যেখানে "এসএমটি অ্যাসেম্বলি গুণমান পূর্বাভাসের জন্য একটি সাইবার-ফিজিক্যাল সিস্টেম পদ্ধতি" (ঝাং এট আল., আইইইই ট্রানজেকশনস অন ইন্ডাস্ট্রিয়াল ইনফরমেটিক্স, ২০২১) এর মতো গবেষণা পরিদর্শন স্টেশন এবং প্রক্রিয়া সরঞ্জামগুলির মধ্যে ক্লোজড-লুপ ফিডব্যাকের পক্ষে সমর্থন করে। এই গবেষণাপত্র সেই বুদ্ধিমান লুপগুলি তৈরি করার জন্য প্রয়োজনীয় নির্দিষ্ট কারণ-ও-প্রভাব সম্পর্ক প্রদান করে।

8. ভবিষ্যত প্রয়োগ ও গবেষণা দিকনির্দেশনা

ফলাফলগুলি উদ্ভাবনের জন্য বেশ কয়েকটি পথ উন্মুক্ত করে:

• ভবিষ্যদ্বাণীমূলক প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ: রিগ্রেশন মডেলগুলিকে একটি রিয়েল-টাইম সিস্টেমে একীভূত করা। এসপিআই ডেটা প্রতিটি কম্পোনেন্টের জন্য সম্ভাব্য শিফট ভবিষ্যদ্বাণী করতে পারে, যা পিএন্ডপি মেশিনকে প্রত্যাশিত নড়াচড়ার জন্য পূর্ব-ক্ষতিপূরণ দিতে বসানোর স্থানাঙ্ক গতিশীলভাবে সামঞ্জস্য করতে দেয়।
• মূল কারণ বিশ্লেষণের জন্য এআই/এমএল: ডেটাসেটকে মেশিন স্বাস্থ্য প্যারামিটার (কম্পন স্পেকট্রা, সার্ভো মোটর কারেন্ট) অন্তর্ভুক্ত করতে প্রসারিত করা এবং মেশিন লার্নিং (যেমন, র্যান্ডম ফরেস্ট, গ্রেডিয়েন্ট বুস্টিং) ব্যবহার করে ঐতিহ্যগত রিগ্রেশনের সুযোগের বাইরে অ-রৈখিক মিথস্ক্রিয়া এবং লুকানো ফ্যাক্টরগুলি আবিষ্কার করা।
• উন্নত উপকরণ ও সোল্ডার পেস্ট ফর্মুলেশন: উচ্চতর "ট্যাক শক্তি" বা উপযোগী রিওলজিকাল বৈশিষ্ট্যযুক্ত সোল্ডার পেস্টগুলিতে গবেষণা, যাতে বসানোর পরে কম্পোনেন্টগুলিকে আরও ভালভাবে স্থির করা যায়, যা চিহ্নিত বলের ভারসাম্যহীনতাকে সরাসরি সমাধান করে।
• মান উন্নয়ন: এই কাজ আইপিসির মতো শিল্প কনসোর্টিয়ামগুলিকে রিফ্লোর আগে কম্পোনেন্ট বসানোর জন্য আরও কঠোর, তথ্য-চালিত গ্রহণযোগ্যতার মানদণ্ড সহ মান (যেমন, আইপিসি-এ-৬১০) আপডেট করার জন্য একটি অভিজ্ঞতামূলক ভিত্তি প্রদান করে।

9. তথ্যসূত্র

1. চিত্র ১ আদর্শ এসএমটি প্রক্রিয়া প্রবাহ সাহিত্য থেকে অভিযোজিত।
2. লাউ, জে. এইচ. (২০১৬)। ইলেকট্রনিক্স প্যাকেজিংয়ে সোল্ডার পেস্ট। স্প্রিংগার। (সোল্ডার পেস্ট উপাদান বৈশিষ্ট্যের জন্য)।
3. হোয়ালি, ডি. সি. (১৯৯২)। সারফেস মাউন্ট কম্পোনেন্টগুলির জন্য অ্যাসেম্বলি প্রক্রিয়ার একটি সরলীকৃত মডেল। সার্কিট ওয়ার্ল্ড। (বসানোর সময় বল সম্পর্কে প্রাথমিক কাজ)।
4. লি, সি. (২০১৯)। এসএমটি রিফ্লো সোল্ডারিংয়ের একটি বৈজ্ঞানিক নির্দেশিকা। ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পাবলিকেশনস। (স্ব-সারিবদ্ধকরণের সীমা নিয়ে আলোচনা)।
5. মন্টগোমারি, ডি. সি. (২০১৭)। পরীক্ষার নকশা ও বিশ্লেষণ। উইলি। (ব্যবহৃত পরিসংখ্যানগত পদ্ধতির ভিত্তি)।
6. ঝাং, ওয়াই., এট আল. (২০২১)। এসএমটি অ্যাসেম্বলি গুণমান পূর্বাভাসের জন্য একটি সাইবার-ফিজিক্যাল সিস্টেম পদ্ধতি। আইইইই ট্রানজেকশনস অন ইন্ডাস্ট্রিয়াল ইনফরমেটিক্স। (ভবিষ্যতের স্মার্ট ম্যানুফ্যাকচারিং প্রসঙ্গের জন্য)।
7. আইপিসি-এ-৬১০এইচ (২০২০)। ইলেকট্রনিক অ্যাসেম্বলির গ্রহণযোগ্যতা। আইপিসি অ্যাসোসিয়েশন।