กระบวนการผลิตหน้าจอ HMI อุตสาหกรรม PCB และ Touch Screen

ที่มาของคลิป

ทีม Factonation ได้ไปเยี่ยมโรงงาน Samkoon ที่เซินเจิน ประเทศจีน และโรงงานอนุญาตให้เผยแพร่เนื้อหานี้ คลิปเล่าว่าหน้าจอ HMI ผลิตขึ้นมาอย่างไร เผื่อเป็นความรู้ให้คนที่ใช้งาน HMI, PLC หรือ Servo อยู่

วัตถุดิบ

ถ้าแกะหน้าจอ HMI ออกมาจะเจอ PCB ซึ่งเริ่มจากวัตถุดิบเหล่านี้

• ชิ้นส่วน SMT — ตัวต้านทาน, Capacitor, Inductor และ IC ต่างๆ
• Processor ที่ประมวลผล เปรียบเหมือนสมองของหน้าจอ
• Touch Screen และเปลือกของหน้าจอ
• Label หรือ Sticker ของหน้าจอ

1. ลง Solder Paste และวางชิ้นส่วน SMT

1. ในห้อง Workshop บอร์ด PCB ต้องลง Solder Paste (น้ำยาบัดกรี เป็นสารพวกตะกั่วและทองแดง) ก่อน เครื่องจะทาน้ำยาลงตามตำแหน่งที่กำหนด แล้วเช็คว่าน้ำยาลงถูกต้องหรือไม่
2. จากนั้นแขนกลหยิบชิ้นส่วนมาวาง — เครื่องไม่กี่ตัวในห้องนี้ผลิตบอร์ด PCB ของ HMI ได้ราว 1,000-2,000 บอร์ดต่อ 8 ชั่วโมง

2. บัดกรีแบบ Reflow และตรวจด้วยเครื่อง

1. บอร์ดที่วางชิ้นส่วน SMT ครบแล้วเข้า เตา Reflow ที่ค่อยๆ เพิ่มอุณหภูมิจนถึงประมาณ 270 องศา ให้น้ำยาประสานหลอมติดกับแผงวงจร
2. จากนั้นเข้าเครื่อง Machine Inspection เช็คว่าชิ้นส่วนวางครบหรือไม่ ถ้าลืมวางชิ้นส่วนไหน (ตัวอย่างในคลิปคือลืมวางพอร์ต I/O) บอร์ดจะถูก Reject ไปแก้ไข

3. ชิ้นส่วนขนาดใหญ่ — บัดกรีแบบคลื่นและบัดกรีด้วยคน

1. วางชิ้นส่วนขนาดใหญ่ เช่น พอร์ต DB9, Power Terminal, RS485, USB รวมถึงชิ้นส่วนที่มองไม่เห็นจากภายนอก เช่น Buzzer และ Battery
2. เข้าเครื่องบัดกรีแบบคลื่น (Wave Soldering) สำหรับชิ้นส่วนที่มีขา
3. บอร์ดไหลเข้าไลน์ที่พนักงานบัดกรีด้วยมือเพิ่มเติม
4. ทดสอบเบื้องต้นด้วยการจ่ายไฟ เพื่อให้แน่ใจว่าหน้าจอทุกตัวที่ออกจากโรงงานเปิดติดเมื่อจ่ายไฟถูกต้อง

รู้ไว้ — หน้าจอ HMI มี Buzzer ในตัว ทำให้ Alarm ติดแล้วส่งเสียงแจ้งได้โดยไม่ต้องใช้ Buzzer จาก PLC ส่วนไฟเลี้ยงที่คุ้นเคยคือ DC 24V แต่จริงๆ จ่ายได้ในช่วงบวกลบประมาณ 20%

4. ลงกาวและเคลือบ UV

• ชิ้นส่วนที่มีโอกาสสั่นแล้วหลุด เช่น แบตเตอรี่ จะลงกาวยึดไว้ ขนส่งหรือใช้งานในเครื่องที่สั่นสะเทือนจะได้ไม่หลุด
• แผงวงจรถูกเคลือบด้วยกาว โดยเฉพาะบอร์ดที่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีการรบกวนสูง เช่นบอร์ด Servo จะผ่านเครื่องฉีด กาว UV แล้วนำไปอบ
• ตรวจได้ด้วยแสงสีม่วง — บอร์ดที่เคลือบ UV แล้วจะเรืองสีต่างจากบอร์ดที่ไม่ได้เคลือบ เป็นการป้องกันแผงวงจรจากสภาพแวดล้อมและสิ่งสกปรก

5. ประกอบเป็นสินค้ากึ่งสำเร็จ

1. ก่อนเข้าห้องประกอบต้องเป่าลมไล่ฝุ่นออกให้หมด เพราะในห้องนี้ห้ามมีฝุ่น ไม่อย่างนั้นอาจเกิดไฟฟ้าสถิตกับแผงวงจร
2. ใส่แผง Touch Screen เข้ากับกรอบ แล้วลง LED Backlight ด้านหลัง ซึ่งให้แสงสว่างกับหน้าจอ
3. พนักงานใส่ PCB ที่เสร็จแล้วเข้ากับหน้าจอ และต่อสาย Connection ต่างๆ
4. ปิดเทปกันสั่น เพื่อให้แผงหน้าจอไม่หลุดออกจาก PCB เวลาขนส่งหรือใช้ในเครื่องที่สั่นสะเทือน
5. ขันสกรูปิดเปลือกด้านหลังและแปะ Label
6. รุ่นที่ต้องกันน้ำมากขึ้น เช่นหน้าจอ Handheld สำหรับหุ่นยนต์ จะลงซีลกันน้ำอีกชั้น

6. ลง Firmware และทำ Aging

1. พนักงานอัปโหลด Firmware เข้าหน้าจอ
2. นำไปทำ Aging คืออุ่นที่อุณหภูมิประมาณ 40 องศา เป็นเวลา 8-12 ชั่วโมง เพื่อเช็คว่าชิ้นส่วนที่ประกอบแล้วยังทำงานปกติและหน้าจอยังติดอยู่

7. Calibration Test

ระหว่าง Calibration จะทดสอบไฟและพอร์ตต่างๆ เช่น COM, USB Type-A, USB Type-B, Type-C เพื่อให้แน่ใจว่าหน้าจอทุกตัวที่ออกจากโรงงานต่อไฟแล้วติดและใช้พอร์ตได้ไม่มีปัญหา

PLC และ Servo ทดสอบอย่างไร

• PLC — ขั้นตอนผลิตคล้ายกัน แต่ตอน QC จะใช้เครื่อง I/O Test เช็คว่า PLC หรือโมดูลขยายทำงานปกติ และอาจทดสอบโปรแกรมของ PLC ด้วย
• Servo — โรงงานทดลองขับ Servo ด้วยหน้าจอ เช็คว่ามอเตอร์ปกติและเปลี่ยน Parameter ได้

8. แพ็คลงกล่อง

เมื่อทดสอบผ่านทั้งหมด จะติดสติกเกอร์ Mask ที่หน้าจอด้านหน้าสุด แล้วใส่กล่องเตรียมจำหน่าย

สรุป

ขั้นตอนผลิต HMI ไม่ได้ซับซ้อนมาก แต่มีจุดสำคัญหลายจุดเรื่องการควบคุมคุณภาพ โรงงานเช็คทุกตัว ทั้งการจ่ายไฟและพอร์ตต่างๆ จึงมั่นใจได้ว่าจ่ายไฟแล้วหน้าจอติดและใช้งานได้ และอาจเป็นเหตุผลที่หน้าจอทนทาน — บางตัวที่ใช้งานอยู่ที่ทีมงานมา 7-8 ปีแล้วก็ยังทำงานปกติ