المشاكل الشائعة في ماكينات وضع المكونات في تقنية التركيب السطحي (وطرق إصلاحها)

جهاز اختيار ووضع smt : تشخيص مشكلات دقة وضع المكونات وحلها

تظل دقة وضع المكونات واحدة من أهم العوامل عند تقييم ماكينات التقاط ووضع تقنية التركيب السطحي (SMT). فحتى أصغر اختلالات في المحاذاة، مثل 50 ميكرون، يمكن أن تؤدي إلى مشكلات خطيرة في تصميمات اللوحات الدوائر المطبوعة المعقدة. وعند النظر في الأسباب التي تؤدي إلى حدوث هذه المشكلات، فإن أنظمة الرؤية عادةً ما تكتشف ثلاث مشكلات رئيسية. الأولى هي الانحراف الزاوي، حيث تدور المكونات بزاوية تصل إلى زائد أو ناقص 3 درجات بسبب عدم إمساك الفوهات لها بشكل صحيح. ثم نلاحظ انزياحات في الموضع على محوري X/Y تتجاوز 25 ميكرونًا، وتحدث أساسًا عندما يبدأ نظام تحديد موقع الجهاز في الانجراف. وأخيرًا، تؤدي التغيرات في ضغط المحور Z غالبًا إلى عيوب القبور العمودية (tombstone)، والتي تكون واضحة بوجه خاص مع المكونات الصغيرة جدًا ذات الحجم 0402. وبتحليل أعمق لأسباب حدوث هذه المشكلات، فإن الفوهات البالية تمثل ما يقارب أربعة من كل عشر حالات. كما تسهم آليات التغذية غير الصحيحة بنسبة تقارب 30%، بينما تشكل الاهتزازات الأقوى من 2.5 Gs، والتي تنتهك إرشادات IPC-9850، النسبة المتبقية من مصادر المشاكل.

تحديد أسباب أخطاء التركيب وانحراف المكونات

عادةً ما تُعزى أخطاء تركيب المكونات إلى مشكلات في الآلات وكيفية تشغيلها. فغالبًا ما تتآكل الفوهات أو تشوه، مما يفسر على الأرجح حوالي 40٪ من جميع مشكلات الدقة التي نراها في خطوط الإنتاج. وتؤثر هذه الفوهات البالية سلبًا على ثبات القبض عند التشغيل بسرعات عالية. كما أن الأخطاء في المعايرة تتراكم تدريجيًا أيضًا، لأن الآلات لا تبقى مضبوطة بدقة مثالية إلى الأبد. وتتسبب التغيرات في درجة الحرارة والإجهاد الميكانيكي المنتظم في انحرافات طفيفة في الموقع تتراكم مع مرور الوقت. ثم هناك آليات التغذية. فعندما تبدأ التروس في إظهار علامات تلف أو تفقد النوابض قوتها، لن يتم محاذاة المكونات بشكل صحيح حتى قبل وضعها. ولا ننسَ الاهتزاز أيضًا. فالاهتزاز الزائد عبر النظام يفاقم كل هذه المشكلات الصغيرة، ما يؤدي إلى وضع المكونات خارج المسار أو في أماكن غير صحيحة تمامًا على اللوحة.

تقنيات المعايرة لتحقيق دقة مثلى في آلات تركيب SMT

يظل الحفاظ على ضبط الآلات بشكل صحيح أمرًا أساسيًا للحصول على أفضل أداء منها على المدى الطويل. عندما يتعلق الأمر بمعايرة ارتفاع الفوهات بالليزر، فإن ما نركز عليه فعليًا هو الحفاظ على ضغط ثابت على طول المحور Z. ولهذا أهمية كبيرة عند التعامل مع الأجزاء الصغيرة، لأن هذه المكونات الصغيرة قد تنتهي بوضعية القبر (tombstoned) أثناء التجميع. أما بالنسبة للأنظمة البصرية، فإن المعايرة تتضمن استخدام علامات مرجعية قياسية تساعد في تصحيح مشكلات التموضع في كلا الاتجاهين X وY، وعادةً بدقة تصل إلى حوالي 10 مايكرون. تكمن الحقيقة السحرية في برنامج التعويض الديناميكي الذي يراعي كيفية تمدد المواد وانكماشها مع تغير درجات الحرارة خلال دورات الإنتاج الطويلة. وتُجرى هذه الفحوصات التلقائية للمعايرة بين الدفعات، ليس فقط لتقليل الأخطاء التي قد يرتكبها المشغلون، ولكن أيضًا للحفاظ على الدقة باستمرار من يوم لآخر دون إبطاء العملية التصنيعية برمتها بشكل ملحوظ.

بروتوكولات الصيانة للحفاظ على دقة التموضع على المدى الطويل

الحفاظ على الدقة بمرور الوقت يتطلب صيانة منتظمة تشمل الوقاية وإصلاح المشكلات عند حدوثها. يوصي معظم المصنّعين بالتحقق من الفوهات واستبدالها كل حوالي 50 ألف عملية تركيب في الأعمال الدقيقة، على الرغم من أن هذا قد يختلف حسب ظروف الاستخدام الفعلية. يجب أن تشمل الفحوصات الشهرية التحقق من شد الحزام، والتأكد من محاذاة السكك بشكل صحيح، وفحص طريقة تفاعل المغذيات مع المكونات لمنع تفاقم المشكلات الصغيرة. كما أن استقرار الظروف البيئية مهم أيضًا. حاول الحفاظ على درجات الحرارة ضمن نطاق درجتين مئويتين والرطوبة بين 40 إلى 60 بالمئة من مستويات الرطوبة النسبية. فهذا يساعد على تجنّب التحولات المزعجة في المعايرة التي تحدث تدريجيًا بمرور الوقت. ولا تنسَ تسجيل كل ما يتم خلال جلسات الصيانة هذه. إن التوثيق الجيد يمكن الفنيين من اكتشاف أنماط البلى والتلف في وقت مبكر كافٍ لاستبدال القطع قبل أن تفشل فعليًا، مما يوفر الوقت الضائع والإصلاحات المكلفة لاحقًا.

التغلب على مشكلات التعرف على العلامات المرجعية وأنظمة الرؤية

الأسباب الجذرية لعدم دقة اكتشاف العلامات المرجعية في عمليات SMT

تنبع معظم مشكلات التعرف على العلامات المرجعية من ثلاثة أسباب رئيسية: تغيرات الإضاءة، وانحراف معايرة الكاميرا، والتباين بين لوحات الدوائر المطبوعة. فتُحدث الإضاءة القديمة أو المتقطعة ظلالاً وانعكاسات تطمس تلك العلامات المرجعية الصغيرة. لقد رأينا جميعًا كيف تفقد الكاميرات بمرور الوقت وبشكل تدريجي محاذاة دقيقها مع استمرار التشغيل لشهور، ما يجعل تلك العلامات التي كانت موثوقة سابقًا أكثر صعوبة في التعرف عليها. ثم تأتي المشكلة من اللوحة نفسها: الأسطح المنحنية، وأقنعة اللحام المطبقة بشكل سميك جدًا في بعض الأماكن ورقيقة في أماكن أخرى، إضافة إلى تراكم الغبار والشوائب الذي يعيق عملية التعرف بدقة. ووفقًا لأحدث البيانات الصناعية من تقرير تقنيات التجميع لعام 2024، فإن هذا النوع من التحديات البصرية يمثل نحو ثلث أخطاء تركيب مكونات SMT على خطوط الإنتاج اليوم.

تحسين أنظمة الإضاءة والكاميرات للحصول على التعرف الموثوق

تُحدث الإضاءة الجيدة فرقًا كبيرًا عندما يتعلق الأمر بتقليل الظلال والانعكاسات المزعجة مع الحفاظ على إضاءة موحدة في جميع أنحاء مكان العمل. تستخدم معظم الأنظمة الناجحة عدة أضواء قابلة للتعديل بحيث يمكنها التعامل مع مواد وأجزاء مختلفة عند ارتفاعات متفاوتة دون مشكلة. كما أن الفحص المنتظم للكاميرات أمر ضروري أيضًا، خاصة عند العمل باستخدام أهداف معايرة معتمدة. ويجب أن تشمل الصيانة الروتينية ضبط البؤرة، ومستويات التعريض، وإصلاح أي تشوهات. وقد ذهبت بعض المصانع خطوة أبعد في الأتمتة من خلال دمج هذه الإجراءات المعيارية مباشرةً في جداول صيانتها. وتصل أفضل المرافق أداءً إلى معدلات تعرف تبلغ حوالي 99.8٪ من خلال الجمع بين الأضواء الحلزونية وأنظمة الإضاءة المحورية للأسطح اللامعة. وعادةً ما تُجدول هذه المرافق ذات الأداء العالي جولة أخرى من إعادة المعايرة بعد حوالي 200 ساعة من وقت الإنتاج للحفاظ على سير العمليات بسلاسة.

معالجة مشكلات تقوس اللوحة وانعكاسية السطح

عندما تنحني لوحات الدوائر، تنشأ مجموعة من المشكلات مع مستويات البؤرة، مما يؤدي إلى ضبابية جزئية تجعل من الصعب على أنظمة الرؤية قراءة ما يحدث بشكل دقيق. ولحل هذه المشكلة، تعتمد العديد من الأنظمة الآن تقنيات تركيز متعددة المستويات جنبًا إلى جنب مع إجراءات رسم الخرائط العلوية التي تقوم تلقائيًا بتعديل البؤرة عبر الأجزاء المنحنية، ما يعيد الوضوح الضروري بشدة. ويمثل التعامل مع الأسطح اللامعة تحديًا مختلفًا تمامًا. والحل هنا هو استخدام مرشحات مستقطبة مع إضاءة بزوايا منخفضة لتقليل الوهج المزعج، وفي الوقت نفسه تحسين تباين الصورة فعليًا. وتذهب بعض أنظمة الرؤية ثلاثية الأبعاد المتقدمة خطوة أبعد من ذلك من خلال التقاط معلومات طبوغرافية مفصلة، ما يمكنها من التمييز بين العلامات الحقيقية وانعكاسات الضوء فقط على السطح. ووفقًا لاختبارات حديثة نُشرت العام الماضي، فقد عززت هذه الأساليب موثوقية التعرف بنسبة حوالي 45٪ عند العمل مع المواد الصعبة.

استكشاف أخطاء عمليات التقاط المكونات وإطلاقها وإصلاحها

أعطال فوهة الشفط: الانسداد، التآكل، والتشوه

عند حدوث أعطال في التقاط المكونات، فإن مشاكل فوهة الشفط تكون في العادة من الأسباب الرئيسية. ما هي الأسباب الرئيسية؟ الانسدادات الناتجة عن معجون اللحام القديم، أو تراكم الغبار، أو بقايا المواد اللاصقة اللزجة التي تتراكم تدريجياً داخل الفوهة. هذه الانسدادات تؤثر على قوة الشفط. ولا يجب أن ننسى أيضاً التآكل الناتج عن الاستخدام الطويل. فمع تقدم الفوهات في العمر، تبدأ بالتشوه البسيط، مما يؤدي إلى تسرب الهواء ويُضعف إحكام الإغلاق عند التقاط المكونات أثناء عملية التجميع. لذا يُعد الفحص المنتظم للشقوق أو أي تلف مرئي أمراً ضرورياً. كما أن فحص شدة الشفط باستخدام أداة قياس مناسبة أمر مهم أيضاً. ويجب تنظيف الفوهات بشكل دوري باستخدام مذيبات مخصصة لهذا الغرض. ووفقاً للإحصائيات الصناعية، فإن نحو 45% من أخطاء انتقاء ووضع المكونات المحبطة في خطوط الإنتاج الآلية تعود فعلياً إلى مشاكل في الفوهات نفسها.

انخفاض ضغط الشفط وأثره على التقاط المكونات

عندما تنخفض ضغوط الفراغ عن المستويات المطلوبة، فإن المكونات ببساطة لن تلتصق بشكل صحيح، مما يؤدي إلى حدوث مشكلات عديدة مثل فشل الالتقاط أو سقوط الأجزاء أثناء الحركة على طول خط الإنتاج. في معظم الأحيان، نجد مشكلات تتعلق بتسرب الهواء في الأنابيب، أو مرشحات متسخة تحتاج إلى تنظيف، أو مضخات أصبحت مستهلكة مع مرور الوقت. يجب دائمًا التحقق من أن النظام يصل إلى القيم المحددة من قبل الشركة المصنعة، والتي تكون عادةً بين 50 و70 كيلوباسكال للمكونات العادية، ويجب إجراء هذا الفحص باستخدام أدوات قياس مناسبة وليس بالتخمين. تُظهر التقارير من أرضية المصنع أن صيانة أنظمة الفراغ بشكل جيد تقلل من حالات فشل الالتقاط بنحو النصف، مما يحدث فرقًا كبيرًا في معدلات الإنتاجية الكلية عندما يعمل كل شيء بسلاسة دون توقفات متكررة بسبب سقوط الأجزاء.

مشكلات تتعلق بالمدخلات: تلف التروس، إرهاق الزنبرك، والشوائب الأجنبية

الطريقة التي تُغذى بها الأجزاء في الآلات تُعد أمراً بالغ الأهمية للحفاظ على استقرار الإنتاج. عندما تبدأ التروس في الظهور علامات البلى بسبب الاستخدام الطويل أو لا تكون محاذاة بشكل صحيح، يختل التزامن في كل شيء ولا تتقدم الأجزاء عند الحاجة إليها. مع الوقت، تفقد الزنبركات التي خضعت لدورات لا تحصى قوتها، ما يؤدي إلى بقاء الأجزاء في مواضع غير صحيحة بدلاً من أن تكون في أماكنها المطلوبة. كما أن الأشياء تعلق في النظام باستمرار — مثل شظايا الشريط، أو القطع الصغيرة المكسورة، وحتى تراكم الغبار — مما يمكن أن يسد المسار ويؤثر على التقاط الأجزاء بشكل سليم. يحتاج فريق الصيانة إلى تنظيف هذه المسارات بانتظام، والتحقق من التروس للبحث عن أي علامات مشاكل، واستبدال الزنبركات قبل أن تفشل تماماً. هذه الخطوات البسيطة تحافظ على دقة عملية التغذية وتعزز مؤشر الكفاءة الشاملة للمعدات الذي يهتم به المصنعون كثيراً.

الوقاية من عيوب اللحام من خلال تحسين وضعية SMT

كيف تؤدي أخطاء الوضعية إلى ظاهرة القبور (tombstoning) والجسور اللحامية (solder bridging)

يؤثر دقة وضع المكونات تأثيرًا كبيرًا على جودة وصلات اللحام. تُظهر الدراسات أن حوالي 38٪ من عيوب "الشواهد القبرية" المزعجة تحدث عندما تتعدى أخطاء التركيب حدود ±0.1 مم. وعندما لا تكون المكونات محاذاة بشكل مثالي، فإن معجون اللحام ينتشر بشكل غير متساوٍ على اللوحة، مما يؤدي إلى قوى ترطيب مختلفة تسحب إحدى جهتي المكون لأعلى أثناء التسخين. وإذا تحركت المكونات جانبًا نحو الوسادات المجاورة، تزداد احتمالية تكوّن جسور لحام غير مرغوبة عند انصهار كل شيء خلال عملية إعادة التدفق. لحسن الحظ، تساعد المعدات المتقدمة اليوم في مواجهة هذه المشكلات من خلال أنظمة تصحيح بالليزر يمكنها تركيب المكونات بدقة تبلغ حوالي 25 ميكرونًا. وقد ساهمت هذه التحسينات بلا شك في تقليل العيوب في خط الإنتاج، رغم أن الاستفادة الكاملة منها تتطلب إعدادًا صحيحًا وصيانة منتظمة للآلات.

تحسين معايير التركيب لتقليل عيوب اللحام

إن التوصل إلى التوازن الصحيح بين السرعة والدقة يساعد في تقليل عيوب اللحام المزعجة. عند العمل مع الفوهات، من الأفضل عمومًا الحفاظ على سرعة الهبوط أقل من 20 مم/ثانية لتجنب ارتدادها بشكل مفرط. ويجب أن تبقى ضغط التركيب ضمن نطاق يتراوح بين 1.0 و2.5 نيوتن للتأكد من أننا لا ندفع معجون اللحام خارج مكانه. وفي خطوط الإنتاج، يؤدي تنسيق طابعات القوالب مع آلات التركيب من خلال نظام تتبع ما بينهما إلى استمرارية الحركة ومنع الوقوع في دورات طويلة. وإذا بقيت المكونات دون تحريك لفترة طويلة بعد الطباعة، فإن تجاوز الساعة واحدة عادةً يزيد من احتمال حدوث مشكلة الوقوف الرأسي بنسبة تصل إلى 40%. وعند التعامل مع المكونات الصغيرة تحديدًا، فإن الالتزام بتغطية نحو نصف الوصلة يبدو أنه الحل الأمثل لتوازن قوى الترطيب الصعبة وتقليل احتمال تشكل ظاهرة الوقوف الرأسي.

دراسة حالة: تقليل ظاهرة الوقوف الرأسي بنسبة 68% من خلال ضبط الآلات

وفقًا لدراسة أُجريت مؤخرًا، نجحت الآلات المعدّة بشكل منهجي في تقليل مشكلات ظاهرة القبر (tombstoning) بنسبة تقارب 68٪ خصوصًا بالنسبة لحزم المكونات الصغيرة جدًا مثل 01005 و0201. ما الذي حقق النتيجة؟ قام الفريق بضبط أنظمة الرؤية بدقة لاكتشاف علامات المحاذاة ضمن هامش ±15 ميكرومتر، وضبط ضغط الفوهة عند 1.2 نيوتن بالضبط، وأضاف ميزة التعديل الحراري اللحظي. كما قام الفريق أيضًا بتمديد مدة بقاء المكونات في منطقة التسخين المسبق إلى حوالي 90 ثانية، والحفاظ على درجات الحرارة بين 150 و170 درجة مئوية أثناء مرحلة التسخين الأولي، مما ساعد على انصهار المواد بشكل متساوٍ قبل حدوث عملية التلحيم الفعلية. وبجانب معالجة مشكلات القبر المزعجة، أدت هذه التغييرات بشكل مفاجئ إلى تقليل حالات تشكل الجسور اللحامية (solder bridge) أيضًا، حيث انخفضت بنسبة تقارب النصف خلال نفس دفعة الإنتاج.

ضمان سلامة المكونات ومنع تلف المواد

الأسباب الشائعة لتلف المكونات أثناء عملية التقاطها ووضعها

عندما تتعرض المكونات للتلف أثناء عمليات تقنية تركيب السطح، فإن ذلك يؤثر فعليًا على عوامل إنتاج الوحدات وعلى مدى موثوقية المنتجات مع مرور الوقت. الأسباب الرئيسية وراء هذه المشكلة تشمل أشياء مثل الضغط الزائد من الفوهات، وعدم التعامل مع المكونات بشكل سليم، وتركيبها بزاوية خاطئة. غالبًا ما تؤدي الفوهات ذات القوة العالية إلى تشقق حزم المكونات الحساسة أو إتلاف نقاط الاتصال الخاصة بها. وبالتأكيد، فإن سوء التعامل يُعدّ عامل خطر كبير لتفريغ الشحنات الكهروستاتيكية (ESD) التي قد تحترق بسببها رقائق أشباه الموصلات الحساسة مباشرة على خط الإنتاج. ثم هناك مشكلة تركيب المكونات بزوايا غير صحيحة مما يُحدث إجهادًا ميكانيكيًا على جميع الأجزاء. ويمكن أن يؤدي هذا الإجهاد في الواقع إلى حدوث كسور في الروابط الداخلية أو حتى تفكك هياكل الحزم بالكامل لاحقًا.

التعامل الآمن ضد التفريغ الكهروستاتيكي وإعدادات ضغط الفوهة المُحسّنة

إن حماية تلك المكونات الحساسة من التلف الناتج عن الشحنات الكهروستاتيكية (ESD) تتوقف فعليًا على اتباع بعض الممارسات الأساسية للسلامة. يجب أن تكون محطات العمل المأرضة معدات قياسية، إلى جانب سجاد موصل يتم فرشه عبر مناطق العمل، واستخدام تغليف مضاد للكهرباء الساكنة بشكل مناسب أثناء التخزين والنقل. أما بالنسبة لإعداد الفوهات، فهناك في الواقع العديد من التفاصيل الدقيقة التي يجب أخذها بعين الاعتبار. فالمكونات الأخف وزنًا بالتأكيد تحتاج إلى قوة شفط أقل، وإلا فإنها قد تنضغط أو تتحطم بسبب الشفط الزائد. أما القطع الأثقل فهي تحكي قصة مختلفة، إذ تتطلب قوة كافية لالتقاطها بإحكام ومنع انزلاقها أثناء المناورة. ويجب على فرق الصيانة فحص مستشعرات الضغط مرة واحدة على الأقل كل شهر للتأكد من دقة القراءات. ولا تنسَ أيضًا فحص الفوهات نفسها عن كثب بين الحين والآخر. فحتى علامات البلى البسيطة أو التلف يمكن أن تعطل العملية بأكملها، مما يؤدي إلى مشكلات متعددة في المراحل اللاحقة.

تجنب التلف الناتج عن ارتفاع غير صحيح لالتقاط أو وضع المكونات

لا يزال الخطأ في تحديد ارتفاع التقاط المكونات أو وضعها من الأسباب الرئيسية للتلف في خطوط الإنتاج. عندما يتم ضبط ارتفاعات التقاط المكونات منخفضةً جداً، فإن الفوهات تضغط في النهاية على المكونات مباشرةً داخل وحدات التغذية أو أنظمة الشريط، مما قد يؤدي إلى ثني الأجزاء الحساسة وتغيير شكلها. ومن ناحية أخرى، يؤدي ضبط هذه الارتفاعات مرتفعةً جداً إلى فشل عمليات التقاط المكونات، ما يجبر الآلات على إعادة المحاولة مراراً وتكراراً، ما يتسبب في تآكل إضافي للمكونات الحساسة مع مرور الوقت. وفي عمليات التركيب، فإن إيجاد التوازن الصحيح أمر بالغ الأهمية – إذ يجب أن تلامس المكونات سطح معجون اللحام بلطف ولكن بقوة كافية لتثبت بشكل صحيح دون أن تنغرس في لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) نفسها. وغالباً ما تكون المعدات الحديثة مزودة بأنظمة استشعار للارتفاع تعتمد على الليزر، بالإضافة إلى خصائص المعايرة التلقائية. وتساعد هذه التقنيات في الحفاظ على إعدادات متسقة حتى عند التعامل مع أحجام وأشكال مختلفة من المكونات، وهي نقطة تكتسب أهمية متزايدة مع استمرار تشديد التسامحات التصنيعية عبر الصناعات المختلفة.

قسم الأسئلة الشائعة

ما الأسباب الرئيسية لأخطاء وضع المكونات؟

غالبًا ما تنتج أخطاء وضع المكونات عن فوهات مستهلكة، وآليات تغذية غير صحيحة، واهتزازات زائدة في النظام.

كيف يمكن أن يحسن معايرة الجهاز دقة التقاط المكونات ووضعها في تقنية SMT؟

تضمن المعايرة السليمة ضغطًا ثابتًا على المحور Z، وتحل مشكلات التموضع مع العلامات المرجعية، وتستخدم برنامج تعويض ديناميكي للتغيرات في درجة الحرارة.

ما الدور الذي تلعبه الإضاءة في التعرف على العلامات المرجعية؟

تساعد الإضاءة الجيدة في تقليل الظلال والوهج، مما يضمن وضوح رؤية العلامات المرجعية لوضع المكونات بدقة.

كيف يمكن تقليل عيوب اللحام في عمليات SMT؟

يمكن تقليل عيوب اللحام من خلال تحسين سرعة الوضع، والضغط، والتناسق بين طابعات القوالب وأجهزة الوضع، والحفاظ على تغطية مناسبة للمساحات الموصلة.

لماذا تعد المعالجة الآمنة من التفريغ الكهروستاتيكي مهمة لسلامة المكونات؟

تحمي المعالجة الآمنة من التفريغ الكهروستاتيكي المكونات الحساسة من التفريغ الكهربائي، وتحvented التلف وتكفل موثوقية المنتج.