EN
Přesnost umisťování součástek zůstává jedním z nejdůležitějších faktorů při hodnocení strojů pro povrchovou montáž (SMT). I malé nesrovnání kolem 50 mikronů může vést k vážným problémům u složitých návrhů tištěných spojů. Při analýze toho, co se děje špatně, optické systémy obvykle identifikují tři hlavní problémy. Prvním je úhlové zkosení, kdy se součástky otáčejí o plus minus 3 stupně, protože trysky je nedrží správně. Dále pak pozorujeme posun v poloze X/Y o více než 25 mikronů, ke kterému dochází hlavně tehdy, začne se polohovací systém stroje posouvat. A nakonec kolísání tlaku na ose Z, které často vede k obtížně odstranitelným defektům známým jako „tombstone“ (hrobkový efekt), zejména patrným u malých součástek velikosti 0402. Hloubější analýza příčin ukazuje, že opotřebované trysky způsobují téměř 4 z každých 10 případů. Nesprávné podavače přispívají téměř o 30 % a vibrace silnější než 2,5 G, které porušují normu IPC-9850, tvoří zbytek problematických míst.
Identifikace příčin chyb umístění a natočení komponent
Chyby při umisťování komponent obvykle vycházejí z problémů s technologií a způsobu provozu. Trysky se často opotřebovávají nebo deformují, což pravděpodobně vysvětluje zhruba 40 % všech problémů s přesností, které pozorujeme na výrobní ploše. Tyto opotřebované trysky vážně narušují stabilitu uchycení při běhu na vysokých rychlostech. Chyby kalibrace se také postupně hromadí, protože stroje prostě nemohou zůstat navždy dokonale nastavené. Teplotní změny a běžné mechanické namáhání způsobují drobné posuny polohy, které se v průběhu času kumulují. Dále tu máme i napájecí mechanismy. Když ozubená kola začnou ukazovat poškození nebo pružiny ztrácejí svou pevnost, komponenty se jednoduše nepřesně zarovnají, ještě než jsou umístěny. A neměli bychom zapomenout ani na vibrace. Příliš mnoho otřesů v celém systému zhoršuje všechny tyto malé problémy, což vede k tomu, že komponenty skončí mimo dráhu nebo úplně špatně umístěné na desce.
Kalibrační techniky pro optimální přesnost strojů SMT pro pick and place
Udržování správné kalibrace strojů je klíčové pro jejich maximální využití v průběhu času. Pokud jde o laserovou kalibraci výšky trysky, jedná se ve skutečnosti o udržování konzistentního tlaku podél osy Z. To má velký význam při práci s malými součástkami, protože jinak mohou být tyto drobné komponenty během montáže postaveny na hranu (tombstoning). U vizuálních systémů zahrnuje kalibrace standardní referenční značky (fiducial markers), které pomáhají opravit problémy s polohováním ve směrech X i Y, obvykle s přesností kolem 10 mikronů. Skutečný pokrok spočívá ve dynamickém kompenzačním softwaru, který zohledňuje roztažnost a smrštění materiálů při změnách teploty během dlouhých výrobních cyklů. Tyto automatické kalibrační kontroly prováděné mezi jednotlivými sériemi nejen snižují chyby způsobené obsluhou, ale také zajišťují stálou přesnost den po dni, aniž by výrazně zpomalily celý výrobní proces.
Protokoly údržby pro udržení dlouhodobé přesnosti umístění
Udržování přesnosti v průběhu času vyžaduje pravidelnou údržbu, která zahrnuje jak prevenci, tak opravy při výskytu problémů. Většina výrobců doporučuje kontrolovat trysky a vyměňovat je přibližně po každých 50 tisících umístěních u přesných prací, i když se tato hodnota může lišit v závislosti na skutečných provozních podmínkách. Měsíční prohlídky by měly zahrnovat kontrolu napnutí řemenů, ověření správného zarovnání kolejnic a kontrolu zapojení dávkovačů s komponenty, aby se zabránilo tomu, že malé problémy se promění v ty větší. Důležitá je také stabilita prostředí. Snažte se udržovat teplotu v rozmezí cca 2 stupňů Celsia a vlhkost mezi 40 až 60 procenty relativní vlhkosti. To pomáhá vyhnout se těm otravným posunům kalibrace, které se postupně objevují v čase. A nezapomeňte zaznamenávat všechny provedené úkony během těchto údržbářských akcí. Kvalitní dokumentace umožňuje technikům včas rozpoznat vzorce opotřebení a vyměnit díly ještě před tím, než dojde k jejich poruše, čímž se ušetří výpadky a náklady na opravy v budoucnu.
Překonávání problémů s rozpoznáním fiduciálních značek a selhávání vizuálních systémů
Hlavní příčiny nepřesné detekce fiduciálních značek při SMT výrobě
Většina problémů s rozpoznáním fiduciálních značek se dá přičíst třem hlavním příčinám: nekonzistentnímu osvětlení, posunutí kalibrace kamery a variacím mezi jednotlivými tištěnými spoji. Staré nebo blikající světlo vytváří stíny a odlesky, které jednoduše „přebelí“ ty malé referenční značky. Všichni to už viděli – kamery postupně ztrácejí dokonalé zarovnání během měsíců provozu, takže dříve spolehlivé značky jsou stále obtížněji rozeznatelné. Pak tu máme samotné desky plošných spojů – problémy jako deformované povrchy, lakování pájení příliš silné na některých místech, tenké na jiných, a navíc hromadění prachu a nečistot, které brání správné identifikaci. Podle nedávných průmyslových dat z Ročenky montážních technologií za rok 2024 tyto vizuální problémy způsobují zhruba jednu třetinu všech chyb umisťování SMT součástek na výrobních linkách dnes.
Optimalizace osvětlení a kamerových systémů pro spolehlivé rozpoznávání
Kvalitní osvětlení zásadně pomáhá při potlačování obtížných stínů a odlesků a zajišťuje rovnoměrné osvětlení celé pracovní plochy. Nejúspěšnější uspořádání využívají několik nastavitelných světel, aby mohla bez problémů zpracovávat různé materiály a díly ve všech výškách. Pravidelné kontroly kamer jsou také nezbytné, zejména při práci s certifikovanými kalibračními cíli. Nastavení zaostření, expozice a oprava zkreslení by měly být součástí běžné údržby. Některé provozy pokročily v automatizaci ještě dále tím, že tyto kalibrační rutiny přímo začlenily do svých plánů údržby. Nejlepší provozy dosahují úrovně rozpoznávání kolem 99,8 % kombinací kruhových světel a koaxiálních osvětlovacích systémů pro lesklé povrchy. Tyto nejlepší provozy obvykle naplánují další kalibraci po přibližně 200 hodinách provozního času, aby vše fungovalo hladce.
Řešení problémů s deformací desek a odrazivostí povrchu
Když se desky plošných spojů deformují, vznikají různé problémy s ohniskovými rovinami, což má za následek částečné rozmazání a ztěžuje tak systémům strojového vidění správné rozpoznání děje. K vyřešení tohoto problému mnohé soustavy využívají techniky vícerovinného zaostřování ve spojení s rutinami mapování výšek, které automaticky upravují zaostření napříč těmito deformovanými oblastmi a obnovují tak potřebnou ostrost. Zpracování lesklých povrchů představuje další výzvu. Zde klíč spočívá ve využití polarizačních filtrů spolu s osvětlením pod nízkými úhly, čímž se potlačí obtěžující odlesky a skutečně se zlepší kontrast obrazu. Některé pokročilé 3D systémy strojového vidění dokonce dále postupují tím, že zachycují detailní topografické informace, díky nimž dokážou rozlišit skutečné značky od odrazů odrážejících se na povrchu. Podle nedávných testů publikovaných minulý rok tyto přístupy zvýšily spolehlivost rozpoznávání o přibližně 45 % při práci s problematickými materiály.
Řešení problémů s uchycením a uvolněním komponent
Poruchy vakuové trysky: ucpání, opotřebení a deformace
Pokud jde o selhání při zachycení součástek, problémy s vakuovou tryskou jsou často na samém vrcholu seznamu. Hlavními viníky jsou ucpání způsobená starým pájecím pastou, nahromaděným prachem nebo lepkavými zbytky lepidla, které se postupně hromadí uvnitř. Tato ucpání narušují sací sílu. Neměli bychom však zapomínat ani na opotřebení. Vzhledem k tomu, že trysky stárnou, začnou se mírně deformovat, což způsobuje únik vakuového podtlaku a ztěžuje dosažení těsného spojení se součástkami během montáže. Pravidelné kontroly trhlin nebo jiného viditelného poškození jsou nezbytné. Stejně důležité je ověřování sací síly pomocí vhodného měřicího přístroje. Čištění by mělo probíhat pravidelně, pomocí rozpouštědel speciálně určených pro tento účel. Podle statistik z průmyslu se přibližně 45 % frustrujících chyb při umisťování součástek na automatických výrobních linkách ve skutečnosti vrací k problémům s trysekami samotnými.
Nedostatečný vakuový tlak a jeho dopad na zachycení součástek
Když tlak podtlaku klesne pod požadované úrovně, komponenty se prostě nepřichytí správně, což vede k různým problémům, jako jsou neúspěšné zachycení nebo spadnutí dílů během pohybu po výrobní lince. Nejčastěji nacházíme problémy s únikem vzduchu v hadicích, znečištěnými filtry, které je třeba vyčistit, nebo čerpadly, která se postupem času jednoduše opotřebila. Vždy zkontrolujte, zda systém dosahuje specifikačních hodnot od výrobce, obvykle kolem 50 až 70 kilopascalů pro běžné komponenty, a proveďte to pomocí vhodných měřicích nástrojů, nikoli odhadem. Zprávy z výrobních hal ukazují, že pravidelná údržba vakuových systémů snižuje výskyt selhání uchopení přibližně na polovinu, což znamená obrovský rozdíl v celkové produktivitě, když vše funguje hladce bez nutnosti neustálých zastavení kvůli upuštěným dílům.
Problémy související s dávkovači: poškození ozubení, únava pružin a cizí nečistoty
Způsob, jakým jsou díly přiváděny do strojů, má velký vliv na stabilitu výroby. Když ozubená kola začnou opotřebovávat kvůli dlouhé době provozu nebo nejsou správně seřízená, celý proces se rozběhne a díly se neposunují, když by měly. Pružiny, které prošly bezpočtem cyklů, postupně ztrácejí svou sílu, což znamená, že díly zůstávají ve špatných pozicích místo těch správných. Do systému se také často dostávají různé překážky – kousky lepicí pásky, malé zlomené části nebo dokonce nános prachu – ty mohou blokovat dráhu a narušit správné zachycení dílů. Servisní týmy musí tyto dráhy pravidelně čistit, kontrolovat ozubená kola na příznaky problémů a vyměňovat pružiny ještě před tím, než úplně selžou. Tyto jednoduché kroky zajišťují přesnost procesu přívodu dílů a zvyšují ukazatel OEE (Overall Equipment Effectiveness), na kterém výrobci tak závisí.
Prevence vad pájení prostřednictvím vylepšeného SMT umisťování
Jak nepřesnosti při umisťování vedou k efektu hrobky a můstkování pájení
Přesnost umístění součástek má významný vliv na kvalitu spojů pájením. Studie ukazují, že přibližně 38 % obtížných defektů typu „hrobka“ vzniká, když chyby při umisťování překročí hodnotu plus nebo mínus 0,1 mm. Pokud součástky nejsou dokonale zarovnány, pájecí pasta se nerovnoměrně rozprostře po desce plošných spojů. To vytváří různé síly smáčení, které během ohřevu doslova zvedají jednu stranu součástky nahoru. Pokud se součástky posunou do strany směrem ke sousedním ploškám, vzniká mnohem vyšší pravděpodobnost vytvoření nežádoucích můstků mezi spoji, když se během reflow pájení vše roztaví. Naštěstí dnešní pokročilá zařízení pomáhají tyto problémy řešit pomocí laserových korekčních systémů, které dokážou umisťovat součástky s přesností kolem 25 mikronů. Tyto vylepšení rozhodně snížily počet výrobních vad, i když pro plné využití jejich výhod je stále nutná správná úprava a údržba strojního zařízení.
Optimalizace parametrů umístění za účelem snížení vad při pájení
Zachování správné rovnováhy mezi rychlostí a přesností pomáhá snížit obtížné vady pájení. Při práci s tryskami je obecně rozumné udržovat rychlost jejich sestupu pod 20 mm/s, aby nebyly nadměrně kmitavé. Tlak při umisťování by měl být v rozmezí 1,0 až 2,5 newtonů, abychom zajistili, že neposuneme pájivou pastu z požadované polohy. V provozních linkách pomáhá synchronizace stencilek s umisťovacími stroji prostřednictvím určitého systému sledování udržet chod bez zbytečných zpoždění a dlouhých cyklů. Pokud součástky po vytištění dlouho leží, obvykle již po více než hodině se zvyšuje riziko problémů s tzv. hrobkovým efektem (tombstoning) přibližně o 40 %. A pokud jde o menší součástky, osvědčilo se udržovat pokrytí plošky kolem poloviny, což nejlépe vyvažuje obtížné síly smáčení a snižuje pravděpodobnost vzniku hrobkového efektu.
Studie případu: Snížení hrobkového efektu (tombstoning) o 68 % optimalizací nastavení strojů
Podle nedávné studie se systematickou úpravou strojů podařilo snížit problémy s „tombstoningem“ o přibližně 68 %, a to speciálně u malých součástek typu 01005 a 0201. Co pomohlo? Tým doladil systémy videní tak, aby dokázaly rozpoznat značky pro zarovnání s přesností ±15 mikrometrů, nastavil tlak trysky přesně na 1,2 newtonu a přidal funkci reálného sledování teploty. Dále byla prodloužena doba setrvání součástek v předehřívací zóně na přibližně 90 sekund a během fáze vyrovnání teploty byla udržována teplota mezi 150 a 170 stupni Celsia, čímž se zajistilo rovnoměrné roztavení před samotným pájením. Tyto změny nejenže odstranily obtížné problémy s tombstoningem, ale překvapivě také snížily výskyt můstků při pájení, a to téměř o polovinu během stejné sériové výroby.
Zajištění integrity součástek a prevence poškození materiálu
Běžné příčiny poškození součástek během procesu pick and place
Když se během operací povrchové montáže poškodí součástky, negativně to ovlivňuje jak výtěžnost výroby, tak spolehlivost produktů v průběhu času. Hlavními viníky tohoto problému jsou například nadměrný tlak trysky, nesprávné zacházení se součástkami a chybná orientace při jejich umisťování. Vysokotlaké trysky často způsobují praskliny v křehkých pouzdrech součástek nebo poškozují jejich připojovací body. A nepopiratelné je, že nesprávné zacházení vytváří vážné riziko elektrostatického výboje, který může na místě zničit citlivé polovodičové čipy přímo na výrobní lince. Dále existuje problém s umisťováním součástek pod nesprávným úhlem, což způsobuje mechanické namáhání celého systému. Toto namáhání může postupem času skutečně vést ke vzniku trhlin ve vnitřních spojích nebo dokonce k rozpadu celých struktur pouzder.
ESD-bezpečné zacházení a optimalizovaná nastavení tlaku trysek
Ochrana citlivých součástek před poškozením způsobeným elektrostatickou výbojovou (ESD) skutečně spočívá v dodržování několika základních bezpečnostních postupů. Uzemněná pracoviště by měla být standardní výbavou, stejně jako vodivé podložky rozprostřené po pracovních plochách a vhodné antistatické obaly pro skladování a přepravu. Pokud jde o nastavení trysky, existuje zde docela dost nuancí. Lehčí součástky rozhodně potřebují méně sací síly, jinak mohou být při sání rozdrceny. Těžší díly vyžadují opačný přístup – musí být použita dostatečná síla, aby je bylo možné pevně uchytit a zabránit jejich sklouznutí během manipulace. Údržbáři by měli kontrolovat tlakové senzory alespoň jednou za měsíc, aby zajistili přesnost měření. A nezapomeňte občas důkladně prohlédnout samotné trysky. I malé známky opotřebení nebo poškození mohou narušit celý provoz a vést k různým problémům později.
Předcházení poškození způsobenému nesprávnou výškou sejmutí nebo umístění
Nesprávné nastavení výšky sejmutí nebo umístění zůstává jednou z hlavních příčin poškození materiálu na výrobních linkách. Pokud jsou výšky sejmutí nastaveny příliš nízko, trysky tlačí součástky přímo do zásobníků nebo páskových systémů, čímž mohou ohnout křehké díly mimo tvar. Na druhou stranu, pokud jsou tyto výšky nastaveny příliš vysoko, dochází k selhání sejmutí, což donutí stroje opakovat pokus znovu a znovu, a tím v průběhu času způsobuje nadměrné opotřebení citlivých komponent. U operací umisťování je velmi důležité najít správnou rovnováhu – součástky musí jemně, ale dostatečně pevně dosednout na povrch pájecí pasty, aby se správně přichytily, aniž by byly zaseknuty přímo do desky plošných spojů (PCB). Moderní zařízení často disponuje laserovými systémy pro snímání výšky spolu s automatickými kalibračními funkcemi. Tyto technologie pomáhají udržovat konzistentní nastavení i při práci s různými velikostmi a tvary součástek, což získává stále větší význam, jak se výrobní tolerance v průmyslu neustále zužují.
Sekce Často kladené otázky
Jaké jsou hlavní příčiny chyb při umisťování komponent?
Chyby při umisťování komponent často vznikají opotřebovanými tryskami, nesprávnými mechanizmy podavačů a nadměrnými vibracemi systému.
Jak může kalibrace stroje zlepšit přesnost SMT pick and place?
Správná kalibrace zajišťuje konzistentní tlak na ose Z, odstraňuje problémy s polohováním pomocí fiduciálních značek a využívá softwaru pro dynamickou kompenzaci změn teploty.
Jakou roli hraje osvětlení při rozpoznávání fiduciálních značek?
Dobré osvětlení pomáhá snižovat stíny a odlesky, čímž zajišťuje jasnou viditelnost fiduciálních značek pro přesné umístění komponent.
Jak lze snížit pájecí vady v provozu SMT?
Optimalizací rychlosti umisťování, tlaku, synchronizace mezi tiskařskými stencily a umisťovacími stroji a udržováním správného pokrytí pájecích plošek lze snížit pájecí vady.
Proč je ESD-bezpečná manipulace důležitá pro integritu komponent?
ESD-bezpečná manipulace chrání citlivé komponenty před elektrostatickým výbojem, zabraňuje jejich poškození a zajišťuje spolehlivost výrobku.