Yleisimmät SMT-asennusongelmat ja miten automaatio ratkaisee ne

Pääsyyt suuriin Smt pick and place -kone Vikoihin: siltautuminen, hautakiviongelma ja kylmät liitokset

Pohjalevyn virheellinen sijoittaminen ja tinanliitospastan irtoamisongelmat aiheuttavat siltautumista ja hautakiviongelmaa

Pinnallisesti kiinnitettävien komponenttien (SMT) kokoonpanoissa yleisimmät ongelmat, kuten liitosjäytteen muodostuminen (solder bridging) ja komponenttien kallistuminen (tombstoning), alkavat yleensä jo liitosjäytteen tulostusvaiheessa. Jopa pieni pohjalevyn (stencil) epäsuuntaisuus, joka on alle 50 mikrometriä, voi häiritä jäytteen jakautumista piirilevyn (PCB) liitosalustoille, mikä aiheuttaa epätasaisen kastuvuuden liitosprosessin aikana. Jos tämä yhdistetään ongelmiin, joissa liitosjäyte ei irrota asianmukaisesti tukossa olevista pohjalevyn rei’istä tai sen konsistenssi on väärä, syntyy nuo ärsyttävät liitosjäytteen muodostumat komponenttien jalkojen välille. Komponenttien kallistuminen tapahtuu, kun jäytteen määrässä on epätasapainoa, mikä aiheuttaa erilaisia pinnajännityksiä ja saa pienet komponentit, kuten 0201-resistanssit, nostumaan kokonaan yhdestä päästä. Myös liitosjäytteen metallipitoisuuden tulee olla juuri oikea: yleensä se tulisi olla noin 88–92 % kiintoaineita, ja huonot pohjalevyjen suunnittelut vain pahentavat tilannetta. Tietenkin SMT:n nosta- ja asetuskoneiden tarkkuus vaikuttaa lopulliseen komponenttien sijoittamiseen silloin, kun jäytteen jakautuminen ei ole täydellistä, mutta varsinaisen ongelman ydin on kuitenkin siinä, kuinka hyvin pohjalevyprosessia valvotaan. Valmistajien on tarkastettava pohjalevyjään huolellisesti oikean suuntaisuuden varmistamiseksi, tutkittava niiden aukkojen muotoja sekä testattava jäytteen virtaominaisuuksia, jos he haluavat välttää myöhempää kalliista uudelleentyöstöä.

Uudelleenkuumennusprofiilin vaihtelu pääsyynä kylmille liitoksille ja tinapalloille

Siitä, kuinka hallitsemme lämpöä liitoslautaprosessin aikana, riippuu kaikki, kun kyseessä on kylmien liitosten ja tinapallojen välttäminen. Jos esilämmityksen lämpötilan nousu on liian nopea, esimerkiksi yli 2–3 astetta sekunnissa, tai jos lämpötilassa esiintyy vaihtelua yli ±5 astetta eri kohdissa piirilevyä, liimosiirtimen aktivoituminen ei tapahdu tasaisesti kaikkialla. Mitä silloin tapahtuu? Syntyy nämä ärsyttävät kylmät liitokset, joissa sulanut tina ei tartu riittävän hyvin komponenttien johdinpäihin, mikä johtaa heikoihin liitoksiin, jotka usein epäonnistuvat varhain. Tinapallot ovat taas kokonaan eri ongelma. Ne muodostuvat, kun korkeissa huippulämpötiloissa (noin 220–250 °C) esiintyy liian voimakasta lämpöshokkia. Liimosiirtimen höyrystyminen tapahtuu niin nopeasti, että se sinkouttaa pieniä tinasfäärejä levyn laminaatin pinnalle. Ja jos komponentit viipyvät liian lyhyen ajan yläpuolella sulamispisteen (liquidus) yläpuolella – yleensä 40–90 sekuntia – myös tinaosaset eivät kohtaa täysin toisiaan. Oikean liitosprofiilin saaminen on erinomaisen tärkeää. Hyvät profiilit tulee sovittaa liimosiirtetehdasvalmistajien suositusten mukaisiksi, ja niiden tarkistaminen termopareilla auttaa varmistamaan tasaisen lämmityksen koko prosessin ajan ilman näitä haitallisiksi osoittautuneita lämpötilaeroja.

SMT:n kokoelma- ja asennuskoneen tarkkuus: sijoitukseen liittyvien vikojen ehkäisy

Alle 25 μm:n sijoitustarkkuus, joka poistaa suuntausvirheet ja vähentää korjauskiertoja

Nykyiset SMT:n kokoelma- ja asennuskoneet voivat saavuttaa sijoitustarkkuuden alle 25 mikrometriä, mikä tarkoittaa komponenttien erinomaista tarkkuutta piirilevyillä. Tämä käytännössä estää ne ärsyttävät suuntausongelmat, jotka aiheuttavat myöhempänä vikoja. Todellinen taikuus tapahtuu niissä reaaliaikaisissa kuvantamisjärjestelmissä, jotka havaitsevat ongelmat heti niiden ilmetessä ja tekevät tarvittavat säädöt välittömästi, joten kone säilyttää tarkkuutensa jopa huippunopeudella toimiessaan. Teollisuuden tilastojen mukaan vuoden 2023 Electronics Manufacturing -tutkimuksesta tehtyjen laskelmien perusteella tehtaat, jotka käyttävät tätä tarkkuustasoa, havaitsevat noin 40 % vähemmän korjauskiertoja sarjatuotannossa. Entä vielä parempaa: kokonaisten vikojen määrä laskee noin 55 % verrattuna vanhaan laitteistoon, mikä vaikuttaa merkittävästi sekä laatuun että kokonaiskustannuksiin.

Viitepisteiden perustein toimiva suljetun silmukan korjaus, joka parantaa prosessikykyä (Cpk 1,67 komponenteille 0201)

Viitepisteiden perustein toimiva suljetun silmukan korjausjärjestelmä mahdollistaa koneiden havaita asennusvirheet reaaliajassa ja korjata ne automaattisesti. Tällaisen järjestelmän avulla valmistajat voivat saavuttaa Cpk-arvon yli 1,67 käsiteltäessä 0201-komponentteja, mikä tarkoittaa viallisten osien osuuden laskemista alle 0,1 %. Kiinnitysliitokset säilyvät ehjinä jopa tuotantoprosessin aikana näissä pienissä passiivikomponenteissa. Nämä automatisoidut takaisinkytkentäjärjestelmät hoitavat kaikki säädöt taustalla, eikä kukaan tarvitse puuttua manuaalisesti prosessiin. Tämä toimii erinomaisesti erilaisia asetteluita ja monimutkaisia komponenttiyhdistelmiä sisältävillä piirilevyillä, mikä pitää hyötyosuuden korkeana haastavista olosuhteista huolimatta.

Integroitu automatisoitu tarkastus: SPI, AOI ja kiinnityskuumennuksen seuranta

Reaaliaikainen tinanpastatarkastus (SPI), joka vähentää siltausriskejä enintään 68 %

Tina-tahnan tarkastusjärjestelmät toimivat reaaliajassa käyttäen 3D-kuvantamisteknologiaa piirilevyjen tarkastamiseen juuri ennen komponenttien asettamista. Nämä järjestelmät havaitsevat ongelmia, kuten epätasaisia tina-tahnan määriä, keskittämättömiä tahnauspisteitä ja mahdollisia siltausongelmia melko suurella tarkkuudella. Kun yritykset noudattavat säännöllisiä SPI-tarkastuksia, he huomaavat merkittävän parannuksen tuotantolinjoillaan. Yhdessä tehtaassa vialliset tuotteet laskivat dramaattisesti 12 prosentista vain 0,3 prosenttiin, kun tämä teknologia otettiin säännölliseen käyttöön. Todellinen arvo syntyy siitä, että ongelmat korjataan jo silloin, kun piirilevy on edelleen tulostimessa, eikä jouduta käsittelemään kalliita hukkaan menneitä tuotteita myöhemmin reflow-prosessin jälkeen. Tämä tekee SPI:stä vahvan laatuvalvonnan tarkastuspisteen varhaisessa vaiheessa valmistusprosessia, erityisesti kun se yhdistetään tarkkoihin ruutuihin ja luotettaviin komponenttien asennuslaitteisiin.

AOI-ohjattu korjaustyön priorisoiminen vähensi keskimääräistä vikojen korjausaikaa 41 %

AOI-järjestelmät ottavat yksityiskohtaisia kuvia reflow-prosessin jälkeen, jotta voidaan havaita ongelmia, kuten tombstoning-ilmiötä, tyhjiöitä, virheellisesti sijoitettuja komponentteja ja kaikenlaisia muuta juottamiseen liittyviä ongelmia, jotka voivat tuhota piirilevyn. Nykyaikaisemmat järjestelmät käyttävät itse asiassa tekoälyä arvioidakseen kunkin vian vakavuutta ja lähettääkseen piirilevyt suoraan korjauspaikalle. Tämä älykäs lajittelu vähentää odotusaikaa, joka muuten aiheutuisi manuaalisesta tarkastuksesta, ja säästää tehtaissa, joissa olen keskustellut, noin 40 prosenttia tavallisesta vikojen korjaamiseen kuluvasta ajasta. Merkittävät viat korjataan välittömästi. Hyvän näköiset piirilevyt jatkavat liikettään tuotantolinjalla pysähtymättä, mikä edistää sujuvaa tuotantoprosessia myös pienissä erissä valmistettavien erilaisten tuotteiden käsittelyssä.

Automaation tuotto SMT-linjoilla: tuottosuhteen parantuminen, työvoimatehokkuuden kasvu ja laajennettavuus

Kun yritykset automatisoivat pintamontaasijä (SMT) -kokoonpanoprosessinsa, ne saavuttavat yleensä hyötyjä kolmesta pääalueesta: paremmat tuotantotulokset, vähentyneet työvoimatarpeet ja suurempi mahdollisuus laajentaa tuotantoa. Nykyaikaisten SMT:n koko- ja asetuskoneiden korkea tarkkuus vähentää yleisiä liitosvirheitä, kuten siltautumista ja hautakivieffektiä, noin 60 prosenttia viimeisimmän vuoden 2024 teollisuustietojen mukaan. Tämän seurauksena ensimmäisen läpimenon tuottavuus nousee 15–25 prosenttiyksikköä. Vähemmän virheitä tarkoittaa vähemmän aikaa virheiden korjaamiseen ja materiaalien hukkaamiseen, mikä alentaa kunkin yksikön kokoonpanokustannusta noin 30–50 senttiä. Samalla automatisoidut tuotantolinjat vaativat vain noin viisi työntekijää verrattuna manuaalisessa toiminnassa tarvittaviin kymmeneen tai niin paljoon. Tämä säästää joka vuosi satoja tuhansia dollareita palkkoja, samalla kun tehdas voi toimia jatkuvasti päivän ja yön yli. Toinen merkittävä etu on skaalautuvuus. Automatisoidut SMT-linjat voivat nostaa tuotantoa 40–70 prosenttia ilman lisähenkilökuntaa, mikä tekee valmistajien helpommaksi käsitellä äkkinäisiä kysynnän nousuja. Työvaihdokset kestävät yleensä alle kaksi tuntia. Useimmat tehtaat huomaavat, että kaikki nämä tehokkuushyödyt maksavat itsensä takaisin 12–18 kuukauden sisällä asennuksesta.

UKK

Mitä aiheuttaa tinan yhdistymisen ja hautakivieffektin SMT-asennuksissa?

Tinan yhdistyminen ja hautakivieffekti johtuvat pääasiassa stensilin virheellisestä sijoituksesta ja epäasianmukaisesta tinahihnan irtoamisesta tulostusvaiheessa.

Miten kylmät liitokset ja tinasulat voidaan välttää uudelleentinattavassa liittämisessä?

Kylmiä liitoksia ja tinasuloja voidaan välttää hallitsemalla lämpöä tehokkaasti uudelleentinattavassa liittämisessä ja varmistamalla, että uudelleentinattava profiili vastaa valmistajan suosituksia.

Miten automaatio parantaa SMT-linjan tehokkuutta?

Automaatio lisää tuotantotuloksia, vähentää työvoiman tarvetta ja parantaa laajennettavuutta, mikä hyödyttää valmistajia merkittävästi.

Mitä etuja nykyaikaiset SMT-nouda-ja-laita-koneet tarjolla?

Nykyaikaiset SMT:n nappuloiden asennuskoneet tarjoavat alle 25 μm:n asennustarkkuuden, mikä vähentää korjauskiertoja ja alentaa kokonaissuureista viallisuusasteikkoa.