Чести проблеми при SMT машини за позициониране на компоненти (и как да ги отстраните)

SMT pick and place machine : Диагностика и отстраняване на проблеми с точността при поставяне на компоненти

Точността, с която компонентите се поставят, остава един от най-важните фактори при оценката на машини за повърхностно монтиране (SMT). Дори и миниатюрни несъответствия около 50 микрона могат да доведат до сериозни проблеми в сложни проекти на печатни платки. Когато се анализира какво може да се обърка, визуалните системи обикновено откриват три основни проблема. Първо, ъгловото накланяне, при което компонентите се завъртат на плюс или минус 3 градуса, защото сондите не ги задържат правилно. След това се наблюдават отмествания по оси X/Y над 25 микрона, които възникват основно, когато позициониращата система на машината започне да дрейфва. И накрая, вариациите в налягането по оста Z често водят до досадния дефект „гробница“, особено забележим при много малки компоненти с размер 0402. При по-задълбочен анализ защо възникват тези проблеми, износените сонди са отговорни почти за 4 от всеки 10 инцидента. Неправилните механизми за подаване допринасят почти 30%, докато вибрации със сила над 2,5 Gs, които нарушават насоките на IPC-9850, представляват останалата част от проблемните участъци.

Идентифициране на причините за грешките при поставяне и наклона на компонентите

Грешките при поставяне на компоненти обикновено се дължат на проблеми с машинното оборудване и начина на работа. Накрайниците често се износват или деформират, което вероятно обяснява около 40% от всички проблеми с точността, които виждаме на производствената площадка. Тези износени накрайници сериозно нарушават стабилността на хващане при работа с висока скорост. Грешките при калибриране също се натрупват постепенно, тъй като машините просто не остават перфектно настроени завинаги. Промените в температурата и постоянното механично напрежение предизвикват малки отклонения в позицията, които се увеличават с времето. След това има и механизмите за подаване. Когато зъбните колела започнат да показват повреди или пружините загубят еластичността си, компонентите просто няма да се подравнят правилно, още преди да бъдат поставени. И нека не забравяме и вибрациите. Твърде много тресене в цялата система влошава всички тези малки проблеми, което води до това компонентите да попаднат извън пътя си или напълно погрешно на платката.

Методи за калибриране за оптимална точност на машините за монтаж SMT

Правилната калибрация на машините е от съществено значение, за да се използват максимално в продължение на дълго време. Когато става въпрос за лазерно калибриране на височината на накрайниците, всъщност се стремим към поддържане на постоянен натиск по Z-оста. Това има голямо значение при работа с малки компоненти, тъй като в противен случай тези миниатюрни части могат да бъдат повдигнати вертикално по време на сглобяването. При визуалните системи калибровката включва стандартни фидуциални маркери, които помагат за коригиране на позиционните грешки както по X-, така и по Y-ос, обикновено с точност около 10 микрона. Истинското предимство идва от динамичния софтуер за компенсация, който отчита разширението и свиването на материалите при промяна на температурата по време на продължителни производствени цикли. Тези автоматични проверки за калибриране, извършвани между серийните партиди, не само намаляват грешките, допускани от операторите, но и осигуряват постоянна точност ден след ден, без значително да забавят целия производствен процес.

Протоколи за поддръжка за осигуряване на дългосрочна точност при позиционирането

Поддържането на точността с течение на времето изисква редовна поддръжка, включваща както превенция, така и отстраняване на възникнали проблеми. Повечето производители препоръчват проверка на дюзите и тяхната подмяна приблизително всеки 50 хил. монтажа при прецизни операции, въпреки че този интервал може да варира в зависимост от реалните условия на употреба. Месечните проверки трябва да включват контрол на опъването на лентите, проверка за правилното подравняване на релсите и оценка на начина, по който фийдерите работят с компонентите, за да се предотврати превръщането на малки проблеми в по-големи. Важно е и околната среда да е стабилна – опитайте се да поддържате температурата в рамките на около 2 градуса Целзий и влажността между 40 и 60 процента относителна влажност. Това помага да се избегнат досадните промени в калибрирането, които се появяват бавно с времето. И не забравяйте да документирате всичко, направено по време на тези сесии за поддръжка. Добрата документация позволява на техниците да откриват модели на износване навреме, за да се подменят части преди те действително да се повредят, като по този начин се спестява простостояние и разходи за ремонт в бъдеще.

Преодоляване на неуспехите при разпознаването на фидуциални маркери и визуални системи

Основни причини за неточно разпознаване на фидуциални маркери при SMT операции

Повечето проблеми с разпознаването на фидуциални маркери се дължат на три основни фактора: непостоянно осветление, промяна в калибрирането на камерата и вариации между печатните платки. Стари или мигащи лампи създават сенки и отблясъци, които просто заличават тези малки референтни маркери. Всички сме го виждали – камерите бавно губят идеалното си подравняване в продължение на месеци експлоатация, което прави веднъж сигурните маркери по-трудни за откриване. След това има и самата платка – деформирани повърхности, слой за лекарство, нанесен прекалено дебел на някои места и тънък на други, както и натрупване на прах и остатъци, които попречват на правилната идентификация. Според актуални отраслови данни от Доклада за технологиите на сглобяване 2024, тези видове визуални предизвикателства отговарят за около една трета от всички грешки при поставяне на компоненти SMT на производствените линии днес.

Оптимизиране на осветителните и камерни системи за надеждно разпознаване

Доброто осветление прави голяма разлика, когато става въпрос за намаляване на досадните сенки и отражения, като в същото време цялото работно пространство остава равномерно осветено. Повечето успешни конфигурации използват няколко регулируеми светлинни източника, за да могат да обработват различни материали и части на различни височини без проблеми. Редовните проверки на камерите също са задължителни, особено при работа със сертифицирани калибрационни цели. Настройките на фокуса, нива на експозицията и коригирането на изкривяванията трябва да бъдат част от рутинното поддържане. Някои производствени площи дори по-нататък развиват автоматизацията, като вграждат тези калибрационни процедури директно в графиките си за поддръжка. Най-добрите постижения достигат около 99,8% процент на разпознаване, като комбинират пръстеново осветление с коаксиални осветителни системи за лъскави повърхности. Тези водещи обекти обикновено планират нова серия преустановяване след около 200 часа производствено време, за да се осигури безпроблемна работа.

Решаване на предизвикателствата от деформация на платката и отразяващата способност на повърхността

Когато платките се деформират, възникват различни проблеми с фокусните равнини, което води до частично замъгляване и затруднява правилното разчитане на изображението от системите за визия. За решаване на този проблем много конфигурации използват техники за фокусиране в няколко равнини, комбинирани с процедури за картиране на височината, които автоматично нагласяват фокуса в деформираните участъци и възстановяват необходимата яснота. Работата с лъскави повърхности представлява напълно отделен предизвикателство. Ключът тук е използването на поляризационни филтри заедно с осветление под по-ниски ъгли, за да се намали досадното отразено блестене и всъщност да се подобри контрастът на изображението. Някои напреднали 3D системи за визия отиват още по-далеч, като заснемат детайлна топографска информация, която им позволява да различават истинските маркери от повърхностни отражения. Според скорошни тестове, публикувани миналата година, тези подходи увеличават надеждността на разпознаването с около 45%, когато се работи с трудни за обработка материали.

Отстраняване на неизправности при вземане и освобождаване на компоненти

Неизправности на вакуумната дюза: запушване, износване и деформация

Когато става въпрос за неуспешни вземания, проблемите с вакуумните дюзи обикновено са сред първите. Основните виновници? Запушвания, причинени от стара оловна паста, натрупан прах или лепкави остатъци от адхезив, които постоянно се натрупват вътре. Тези запушвания нарушават смукателната сила. Не трябва да забравяме и износването. С напредване на възрастта дюзите започват леко да се деформират, което води до вакуумни течове и затруднява постигането на добро уплътнение върху компонентите по време на монтажа. Редовната проверка за пукнатини или други видими повреди е задължителна. Също толкова важно е да се проверява силата на смукане с подходящ измервателен уред. Почистването трябва да се извършва редовно, като се използват разтворители, специално предназначени за тази цел. Според данни от индустрията около 45% от досадните грешки при машинно поставяне на автоматизирани производствени линии всъщност се дължат на проблеми с дюзите.

Недостатъчно вакуумно налягане и неговото влияние върху вземането на компоненти

Когато вакуумното налягане падне под необходимите нива, компонентите просто няма да се залепят правилно, което води до различни проблеми, като пропуснати хващания или падане на части по време на движение по производствената линия. Най-често срещаме проблеми с течове на въздух в тръбопроводите, мръсни филтри, които трябва да се почистят, или помпи, които са износени с времето. Винаги проверявайте дали системата достига спецификационните числа от производителя, обикновено около 50 до 70 килопаскала за стандартни компоненти, и правете това с подходящи измервателни инструменти, а не само налучкване. Според доклади от производствените площи, поддържането на вакуумните системи в добро състояние намалява тези провали при хващане наполовина, което прави голяма разлика в общата продуктивност, когато всичко работи гладко, без постоянни спирания поради паднали части.

Проблеми, свързани с подаватели: повреда на предавки, умора на пружини и чужди тела

Начинът, по който частите се подават в машините, има голямо значение за стабилното производство. Когато зъбните колела започнат да показват признаци на износване поради прекалено дълга употреба или не са правилно подредени, цялата система губи синхронизация и частите не напредват, когато трябва. Пружините, които са преминали през безброй цикли, просто губят силата си с времето, което означава, че частите заемат неправилни позиции вместо тези, където трябва да бъдат. Често също така неща се заклинват в системата – парченца лепенка, малки счупени части, дори натрупване на прах могат да блокират пътя и да наруша начинът, по който частите се поставят правилно. Екипите за поддръжка трябва редовно да почистват тези пътеки, да проверяват зъбните колела за признаци на проблеми и да заменят пружините, преди напълно да се повредят. Тези прости стъпки осигуряват точност на процеса на подаване и увеличават показателя Обща ефективност на оборудването, който производителите толкова ценят.

Предотвратяване на дефекти при леене чрез подобрено SMT поставяне

Как неточностите при поставяне водят до явленията 'гробница' и 'свързване на лея'

Точността при поставянето на компонентите има голямо влияние върху качеството на спойването. Проучвания показват, че около 38% от досадните дефекти тип „тombstone“ възникват, когато грешките при поставяне надвишават ±0,1 мм. Когато компонентите не са напълно подравнени, пастата за спояване се разпределя неравномерно по платката. Това създава различни сили на овлажняване, които буквално издърпват едната страна на компонента нагоре по време на загряване. Ако компонентите се изместват странично към съседните контактни площи, значително се увеличава вероятността при стопяването по време на рефлоу процеса да се образуват нежелани спойкови мостове. За щастие, съвременната напреднала техника помага за преодоляване на тези проблеми чрез лазерни коригиращи системи, които могат да поставят компоненти с точност от около 25 микрона. Тези подобрения определено намалиха производствените дефекти, въпреки че за постигане на максимална ефективност все още се изисква правилна настройка и поддръжка на машинното оборудване.

Оптимизиране на параметрите за поставяне, за да се намалят спойните дефекти

Постигането на правилния баланс между скорост и точност помага да се намалят досадните дефекти от лепене. При работа с накрайници обикновено е разумно да се поддържа скорост на спускане под 20 мм/с, за да не подскачат твърде много. Налягането при поставяне трябва да остава между 1,0 и 2,5 Нютона, за да сме сигурни, че не изместваме пастата за лепене. За производствени линии, синхронизирането на принтерите с шаблони с машините за поставяне чрез някаква система за проследяване осигурява непрекъснат ход без задръжки в продължителни цикли. Ако компонентите стоят твърде дълго след печат, обикновено всичко над час започва да увеличава вероятността от проблеми с „гробници“ с около 40%. И когато работим с по-малки компоненти специално, спазването на покритие от около половината площадка изглежда дава най-добри резултати за балансиране на сложните сили на овлажняване и намаляване на вероятността от образуване на „гробници“.

Клинично проучване: Намаляване на ефекта „гробница“ с 68% чрез настройка на машини

Според проучване, проведено наскоро, системната настройка на машините успяла да намали проблемите с „гробниците“ с около 68% специално за малките компонентни пакети 01005 и 0201. Какво даде резултат? Те прецизираха визуалните системи, за да могат да засичат маркерите за подравняване с точност от ±15 микрометра, зададоха налягането на дюзата точно на 1,2 нютона и добавиха функция за реално регулиране на температурата. Екипът също така удължи времето, през което компонентите остават в предварително загряващата зона, до около 90 секунди и поддържа температурите между 150 и 170 градуса по Целзий по време на изравняване, което помогнало всичко да се стопи равномерно преди самото запояване. Освен решаването на досадните проблеми с „гробниците“, тези промени изненадващо намалиха и събитията на запояване в мост, като ги съкратиха почти наполовина по време на същата серийна производство.

Осигуряване цялостността на компонентите и предпазване от повреди на материала

Чести причини за повреди на компоненти по време на пик-енд-плейс

Когато компонентите се повредят по време на операциите с технология за повърхностно монтиране, това сериозно влияе както върху добива при производството, така и върху надеждността на продуктите в дългосрочен план. Основните причини за този проблем са прекомерното налягане от накрайниците, неправилното обращение с компонентите и грешната им ориентация при поставяне. Високото налягане от накрайниците често предизвиква пукнатини в крехките корпуси на компонентите или поврежда точките им за свързване. Да не забравяме, че неправилното обращение създава сериозни рискове от електростатичен разряд, които могат да изгорят чувствителни полупроводникови чипове още на производствената линия. Съществува и проблемът с компонентите, поставени под неправилен ъгъл, което оказва механично напрежение върху цялата конструкция. Това напрежение може да доведе до пукнатини във вътрешните връзки или дори до разрушаване на цели структури от корпуси в бъдеще.

Обращане, безопасно за ЕСР, и оптимизирани настройки за налягане на накрайниците

Защитата на тези чувствителни компоненти от повреди вследствие електростатично разрядване всъщност се свежда до спазването на някои основни правила за безопасност. Заземени работни станции трябва да са стандартно оборудване, заедно с проводими матове, разпрострени в работните зони, и подходящо антистатично опаковане за съхранение и транспортиране. Когато става въпрос за настройването на соплата, има доста нюанси. По-леките компоненти определено се нуждаят от по-малко вакуумно налягане, иначе ще бъдат смачкани от смукателната сила. По-тежките части обаче изискват достатъчно сила, за да бъдат здраво уловени, без да се изплъзват по време на работа. Персоналът по поддръжка трябва да проверява датчиците за налягане поне веднъж месечно, за да се гарантира точността на измерванията. И не забравяйте от време на време да проверявате внимателно самите сопла. Дори малки признаци на износване или повреда могат да нарушат цялата операция и да доведат до различни проблеми по-късно.

Предотвратяване на повреди вследствие неправилна височина при вземане или поставяне

Грешката във височината при вземане или поставяне остава една от основните причини за повреди на материали в производствените линии. Когато височината за вземане е зададена твърде ниско, сондите притискат компонентите директно в подавачите или лентовите системи, което може да деформира крехки части. От друга страна, ако височината е твърде висока, операциите по вземане не успяват, поради което машините трябва да опитват отново и отново, което води до допълнителен износ на чувствителни компоненти с течение на времето. При операциите по поставяне намирането на правилния баланс има голямо значение – компонентите трябва да докосват повърхността на лепилото за лекарство достатъчно нежно, но здраво, за да се закрепят правилно, без да се забиват в самата платка. Съвременното оборудване често разполага с лазерни системи за измерване на височина и функции за автоматична калибрация. Тези технологии помагат за поддържане на постоянни настройки, дори и при работа с различни по размер и форма компоненти, което става все по-важно, тъй като производствените допуски продължават да се затегнат в различните индустрии.

Часто задавани въпроси

Какви са основните причини за грешки при поставяне на компоненти?

Грешките при поставяне на компоненти често се дължат на износени сопла, неправилни механизми за подаване и прекомерни вибрации в системата.

Как калибрирането на машината може да подобри точността при вземане и поставяне в SMT?

Правилното калибриране осигурява постоянно налягане по Z-ос, отстранява проблеми с позиционирането на фидуциални маркери и използва динамичен софтуер за компенсация при промени в температурата.

Каква е ролята на осветлението при разпознаването на фидуциални маркери?

Доброто осветление помага за намаляване на сенките и отблясъците, като осигурява ясна видимост на фидуциалните маркери за точно поставяне на компоненти.

Как могат да се намалят дефектите в лепенката при SMT операциите?

Оптимизирането на скоростта на поставяне, налягането, синхронизацията между принтерите за шаблони и машините за поставяне, както и поддържането на правилното покритие на контактните площи, може да намали дефектите в лепенката.

Защо е важно обработването с предпазни мерки срещу статично електричество за цялостността на компонентите?

Обработването с предпазни мерки срещу статично електричество защитава чувствителните компоненти от електростатичен разряд, предотвратява повреди и осигурява надеждност на продукта.