Gyakori problémák az SMT helyező gépekben (és hogyan lehet őket megoldani)

Smt pick and place géphez : Alkatrész elhelyezési pontatlanságok diagnosztizálása és megoldása

A komponensek helyzetének pontossága továbbra is az egyik legfontosabb tényező felületre szerelt technológia (SMT) alkatrészbehelyező gépek értékelésekor. Már a körülbelül 50 mikronnyi elmozdulás is komoly problémákhoz vezethet összetett nyomtatott áramkör-tervezésnél. Amikor azt vizsgáljuk, mi megy félre, a látórendszerek általában három fő problémát észlelnek. Először is van az elfordulás, amikor az alkatrészek kb. plusz-mínusz 3 fokkal elfordulnak, mert a szórófejek nem megfelelően tartják őket. Ezután X/Y irányú eltolódásokat látunk 25 mikron felett, amelyek elsősorban akkor jelentkeznek, amikor a gép pozícionáló rendszere elkezd csúszni. Végül pedig a Z tengely nyomásának változékonysága gyakran eredményezi a bosszantó sírkő hibákat, különösen a pici 0402 méretű alkatrészeknél. Ha mélyebben megvizsgáljuk, miért fordulnak elő ezek a problémák, kiderül, hogy a kopott szórófejek majdnem minden tizedik eset négyét okozzák. A helytelen tápláló mechanizmusok közel 30%-ban járulnak hozzá, míg a 2,5 G-nél erősebb rezgések, amelyek megsértik az IPC-9850 irányelveit, teszik ki a többi problémás területet.

A helyezési hibák és alkatrészferdülések okainak azonosítása

Az alkatrészek helytelen elhelyezésének hibái általában a gépekkel és az üzemeltetéssel kapcsolatos problémákra vezethetők vissza. A szórófejek idővel elkopnak vagy deformálódnak, ami kb. az összes pontossági probléma 40%-át okozza a gyártósoron. Ezek a kopott szórófejek jelentősen rontják a fogás stabilitását nagy sebesség mellett. A kalibrálási hibák is fokozatosan halmozódnak, mivel a gépek nem maradnak örökké tökéletesen beállítva. A hőmérséklet-változások és a rendszeres mechanikai terhelés apró pozícióeltolódásokat okoz, amelyek idővel felhalmozódnak. Az adagoló mechanizmusoknál is előfordulhat probléma. Ha a fogaskerekek sérülést mutatnak, vagy a rugók elvesztik feszességüket, az alkatrészek már az elhelyezésük előtt sem kerülnek megfelelő helyre. Ne feledkezzünk meg a rezgésekről sem. A túlzott rázkódás az egész rendszerben súlyosbítja ezeket a kisebb hibákat, aminek következtében az alkatrészek rossz helyre kerülhetnek, vagy teljesen eltérnek a megfelelő pozíciótól a nyomtatott áramkörön.

Kalibrációs technikák az optimális SMT pick and place gép pontosság eléréséhez

A gépek megfelelő kalibrálása kulcsfontosságú ahhoz, hogy hosszú távon a lehető legtöbbet ki lehessen hozni belőlük. Amikor lézeres kalibrációról van szó a tűmagasságok tekintetében, akkor valójában a Z-tengely menti állandó nyomás fenntartásáról beszélünk. Ez különösen fontos kis alkatrészek esetén, mivel ellenkező esetben ezek a apró komponensek gyakran felülnek az egyik végükre az összeszerelés során. A látórendszerek kalibrálása standard fiducial jelölőket foglal magában, amelyek segítenek a pozícionálási problémák kijavításában az X és Y irányokban egyaránt, általában kb. 10 mikron pontossággal. Az igazi csoda a dinamikus kompenzációs szoftverben rejlik, amely figyelembe veszi, hogyan tágulnak és húzódnak össze az anyagok a hőmérséklet változásakor a hosszú termelési ciklusok során. Ezek az automatikus kalibrációs ellenőrzések kötegek között futnak, és nemcsak csökkentik az operátorok által elkövetett hibákat, hanem napról napra biztosítják a pontosságot anélkül, hogy jelentősen lelassítanák az egész gyártási folyamatot.

Karbantartási protokollok a hosszú távú elhelyezési pontosság fenntartásához

Az idővel történő pontosság fenntartása rendszeres karbantartást igényel, amely mind a megelőzést, mind a problémák kijavítását magában foglalja. A legtöbb gyártó ajánlása az, hogy pontos munkák esetén kb. minden 50 ezer elhelyezés után ellenőrizzék és cseréljék le a fúvókákat, bár ez az érték a tényleges használati feltételektől függően változhat. Havi ellenőrzéseknek ki kell terjedniük a szíjak feszességére, a sínrendszerek megfelelő igazítására, valamint arra, hogyan kapcsolódnak a tápláló egységek az alkatrészekhez, hogy megakadályozzák a kisebb hibák nagyobb problémákká válását. Fontos még a környezeti stabilitás is. Próbálja meg a hőmérsékletet körülbelül 2 Celsius-fokon belül tartani, a páratartalmat pedig 40–60 százalék közötti relatív páratartalom szinten. Ez segít elkerülni azokat a bosszantó kalibrációs eltolódásokat, amelyek lassan, az idő múlásával jelentkeznek. Ne feledje továbbá rögzíteni az összes karbantartási tevékenységet. A jó dokumentáció lehetővé teszi a technikusok számára, hogy korai stádiumban felismerjék a kopás mintázatait, és időben lecseréljék az alkatrészeket, mielőtt azok ténylegesen meghibásodnának, így csökkentve a leállási időt és a jövőbeli javítási költségeket.

A fiduciális felismerési és látórendszer-hibák leküzdése

A pontatlan fiduciális észlelés okai az SMT műveletek során

A fiduciális felismeréssel kapcsolatos problémák többsége három fő okra vezethető vissza: megvilágítási inkonzisztenciák, a kamera kalibrációjának eltolódása, valamint a nyomtatott áramkörök közötti eltérések. A régi vagy villogó lámpák árnyékokat és tükröződést hoznak létre, amely egyszerűen eltakarja ezeket a apró referenciapontokat. Mindenki tapasztalta már: a kamerák hónapok működés után fokozatosan elveszítik tökéletes igazításukat, így az egykor megbízható jelölések nehezebben ismertek fel. Az alaplapokkal kapcsolatos problémák pedig a torzult felületek, egyes helyeken túl vastagon, másokon túl vékonyan felvitt forrasztási maszkok, valamint a por és maradékanyagok felhalmozódása, amely akadályozza a megfelelő azonosítást. A 2024-es Gyártástechnológiai Jelentés legfrissebb iparági adatai szerint ezek a látórendszerrel kapcsolatos kihívások jelenleg az összes SMT alkatrészbehelyezési hiba körülbelül harmadát teszik ki a gyártósorokon.

A megvilágítási és kamerarendszerek optimalizálása megbízható felismerés érdekében

A megfelelő megvilágítás mindenben eltér, amikor a bosszantó árnyékokat és tükröződéseket csökkenteni kell, miközben az egész munkaterületen egyenletesen világos marad. A legtöbb sikeres beállítás több állítható fényforrást használ, így különböző anyagokkal és különböző magasságban lévő alkatrészekkel is hibamentesen tudnak dolgozni. Rendszeres kamerakarbantartás is elengedhetetlen, különösen akkor, ha hitelesített kalibrációs céltárgyakkal dolgoznak. A fókuszbeállítások, expozíciós szintek és torzítások javítása rutinkarbantartás részét képezi. Egyes gyárak az automatizálást tovább vitték, és ezeket a kalibrációs eljárásokat közvetlenül a karbantartási ütemtervükbe építették. A legjobb eredményt elérő létesítmények körülbelül 99,8%-os felismerési arányt érnek el, amelyet gyűrűs fények és koaxiális megvilágítási rendszerek kombinálásával érnek el fényes felületeken. Ezek a legjobb teljesítményt nyújtó létesítmények általában körülbelül 200 óra termelési idő után terveznek újabb kalibrációs ciklust, hogy a működés zavartalan maradjon.

A lapvetemedés és a felületi visszaverődés kihívásainak kezelése

Amikor az áramkörök deformálódnak, különféle problémákat okoznak a fókuszsíkokkal, aminek következtében részleges elmosódás lép fel, és ez megnehezíti a látórendszerek számára, hogy megfelelően értelmezzék a történéseket. Ennek a problémának az orvoslására sok beállítás mára többsíkú fókuszálási technikákat alkalmaz, amelyeket magasság-leképezési eljárásokkal egészítenek ki, így automatikusan állítva a fókuszt a torzult szakaszokon, ami visszaállítja a szükséges élességet. A csillogó felületek kezelése teljesen más jellegű kihívást jelent. Az itt alkalmazott módszer a polarizált szűrők használata alacsonyabb szögben elhelyezett megvilágítással együtt, amely csökkenti a zavaró tükröződést, miközben valójában javítja a képkontrasztot. Néhány fejlett 3D látórendszer ennél is tovább megy, részletes topográfiai információkat rögzítve, így képes megkülönböztetni a valódi jelölőket a felületről visszaverődő képtükörképektől. A tavaly közzétett legfrissebb tesztek szerint ezek a módszerek körülbelül 45%-kal növelték a felismerés megbízhatóságát nehezen kezelhető anyagok esetén.

Alkatrész-felvételi és -leadási hibák hibaelhárítása

Vákuumcsőhibák: eldugulás, kopás és deformáció

Amikor a felvételi hibákról van szó, a vákuumcsövek problémái gyakran az első helyen állnak. A fő okok? Az elöregedett forrasztópaszta, a felhalmozódott por vagy a ragadós ragasztómaradékok által okozott eldugulások, amelyek folyamatosan felhalmozódnak belül. Ezek az eldugulások zavarják a szívóerőt. Ne felejtsük el említésre kerülni a kopást és a használatból eredő igénybevételt sem. Ahogy a csövek öregednek, kissé deformálódnak, vákuumszivárgásokat okozva, ami megnehezíti az alkatrészek megfelelő rögzítését az összeszerelés során. Rendszeres ellenőrzés szükséges repedésekre vagy más látható sérülésekre. Fontos továbbá a szívóerő ellenőrzése megfelelő mérőeszközzel. A tisztítás is rendszeresen elvégzendő, ehhez kifejezetten erre a célra tervezett oldószereket kell használni. A szakmai statisztikák szerint körülbelül a gépesített gyártósorokon fellépő bosszantó pick-and-place hibák 45%-a valójában közvetlenül a csövekkel kapcsolatos problémákra vezethető vissza.

Elégtelen vákuumnyomás és hatása az alkatrészfelvételre

Ha a vákuumnyomás az előírt szint alá csökken, az alkatrészek egyszerűen nem tapadnak megfelelően, ami különféle problémákhoz vezethet, például elmaradó fogásokhoz vagy alkatrészek leeséséhez a termelési sor mentén történő mozgatás közben. Leggyakrabban a csövek levegőszivárgását, a szennyeződött, tisztításra szoruló szűrőket vagy az idővel egyszerűen elkopott szivattyúkat találjuk hibásnak. Mindig ellenőrizze, hogy a rendszer eléri-e a gyártó által megadott specifikációs értékeket, amelyek általában 50 és 70 kilopascal között vannak a normál alkatrészek esetében, és ezt megfelelő mérőeszközökkel végezze, ne találgatással. A gyári jelentések azt mutatják, hogy a jól karbantartott vákuumrendszerek kb. felére csökkentik ezeket a fogási hibákat, ami óriási különbséget jelent az összesített termelékenység szempontjából, ha minden zavartalanul fut, folyamatos leállások nélkül elejtett alkatrészek miatt.

Táplálóberendezéssel kapcsolatos problémák: fogaskerék-sérülés, rugófáradtság és idegen beépülések

Az alkatrészek gépekbe történő betáplálásának módja döntő fontosságú a termelés folyamatosságának fenntartásában. Amikor a fogaskerekek túl hosszú használat vagy helytelen igazítás miatt elkezdenek kopni, minden kiesik a szinkronból, és az alkatrészek nem haladnak előre ott, ahol kellene. A rugók, amelyek számtalan cikluson estek át, idővel elveszítik eredeti feszességüket, emiatt az alkatrészek nem megfelelő pozícióban maradnak, hanem furcsa helyzetben rögzülnek. Rendszeresen előfordul, hogy leragadások lépnek fel: ragasztószálak, apró töredezett darabkák, sőt a porfelhalmozódás is eltorlaszolhatja az utat, és megnehezítheti az alkatrészek megfelelő felvételét. A karbantartó csapatoknak rendszeresen tisztítaniuk kell ezeket a pályákat, ellenőrizniük kell a fogaskerekeket hibajelek szempontjából, és ki kell cserélniük a rugókat, mielőtt teljesen tönkremennek. Ezek az egyszerű lépések biztosítják a pontos betáplálást, és növelik az Overall Equipment Effectiveness (OEE) mutatót, amelyre a gyártók nagy hangsúlyt fektetnek.

Forrasztási hibák megelőzése a javított SMT-elhelyezéssel

Hogyan vezetnek az elhelyezési pontatlanságok a sírkövesedéshez és a forraszhidak kialakulásához

Az alkatrészek elhelyezésének pontossága jelentős hatással van a forrasztott kapcsolatok minőségére. Tanulmányok szerint körülbelül 38% annak a bosszantó sírkő-hibának az oka abban áll, hogy az elhelyezési hiba meghaladja a plusz-mínusz 0,1 mm-t. Amikor az alkatrészek nincsenek tökéletesen igazítva, a forrasztópaszta egyenetlenül terül szét a nyomtatott áramkörön. Ez különböző nedvesedési erőket hoz létre, amelyek szó szerint felfelé húzzák az alkatrész egyik oldalát a hevítés során. Ha az alkatrészek oldalirányban elcsúsznak a szomszédos padok felé, jóval nagyobb az esélye annak, hogy nem kívánt forraszhidak keletkezzenek, amikor minden olvad a reflow forrasztás során. Szerencsére a mai fejlett berendezések segítenek ezekkel a problémákkal szemben lézeres korrekciós rendszerekkel, amelyek körülbelül 25 mikronos pontossággal helyezhetik el az alkatrészeket. Ezek a fejlesztések biztosan csökkentették a gyártósori hibákat, bár a teljes előnyök kihasználásához továbbra is szükséges a gépek megfelelő beállítása és karbantartása.

Elhelyezési paraméterek optimalizálása a forraszhibák csökkentése érdekében

A megfelelő egyensúly kialakítása a sebesség és a pontosság között segít csökkenteni a bosszantó forrasztási hibákat. Tüskék használata esetén általában célszerű a leszállási sebességet 20 mm/s alatt tartani, hogy ne ugráljanak túl sokat. A helyezési nyomásnak valahol 1,0 és 2,5 Newton között kell lennie, hogy biztosítsuk, ne toljuk el a forrasztópasztát. Termelővonalaknál a sablonnyomtatók és a helyezőgépek összehangolása valamilyen követési rendszeren keresztül folyamatos mozgást tesz lehetővé hosszú ciklusok nélkül. Ha az alkatrészek túl sokáig maradnak a nyomtatás után, általában bármi, ami egy órán túl érhető el, körülbelül 40%-kal növeli a sírkőhatás (tombstoning) problémájának esélyét. Kisebb alkatrészekkel dolgozva pedig körülbelül a félpárnás fedettség tartása tűnik a legjobb megoldásnak a nedvesedési erők kiegyensúlyozásához, miközben csökkenti a sírkövek kialakulásának valószínűségét.

Esettanulmány: Sírkőhatás csökkentése 68%-kal gépbeállításokon keresztül

Egy nemrég végzett tanulmány szerint a gépek szisztematikus beállítása körülbelül 68%-kal csökkentette a tombstoning problémákat, különösen az apró 01005 és 0201-es komponenscsomagok esetében. Mi működött? Pontosították a látórendszereket, hogy 15 mikrométeren belüli pontossággal ismerjék fel az illesztési jelöléseket, a tű nyomását pontosan 1,2 Newtonra állították be, valamint hozzáadtak egy valós idejű hőmérséklet-szabályozási funkciót. A csapat emellett meghosszabbította az alkatrészek előmelegítési területen tartózkodásának idejét körülbelül 90 másodpercre, és a beázási fázisban a hőmérsékletet 150 és 170 °C között tartották, ami segített az egyenletes olvadásban a forrasztás megkezdése előtt. Ezek a változtatások nemcsak az idegesítő tombstone problémákat oldották meg, hanem meglepő módon a forrasztási hidak előfordulását is csökkentették, ugyanezen gyártási sorozat alatt majdnem felére csökkentve azokat.

Az alkatrészek épségének biztosítása és az anyagkárosodás megelőzése

Gyakori okok az alkatrészek sérülésére a pick-and-place folyamat során

Amikor az alkatrészek sérülnek a felületre szerelési technológia alkalmazása során, az jelentősen befolyásolja a gyártási kibocsátást és a termékek hosszú távú megbízhatóságát. A probléma fő okai többek között a túl nagy nyomás a fúvókákon keresztül, az alkatrészek helytelen kezelése, valamint a rossz illesztési orientáció. A nagy erővel dolgozó fúvókák gyakran repesztik meg a finom alkatrészcsomagokat, vagy tönkreteszik azok csatlakozási pontjait. Ezenkívül a helytelen kezelés komoly sztatikus kisülési veszélyt jelent, amely képes az érzékeny félvezető chipeket még a gyártósoron is tönkretenni. Emellett ott van az alkatrészek ferde szögben történő elhelyezésének problémája is, ami mechanikai feszültséget okoz minden alkatrészben. Ez a feszültség később töréseket okozhat a belső kötésekben, sőt akár teljes csomagstruktúrák széthasadásához is vezethet.

ESD-biztos kezelés és optimalizált fúvókanyomás-beállítások

Az érzékeny alkatrészek védelme az elektrosztatikus károk ellen valójában néhány alapvető biztonsági gyakorlat követésére redukálódik. A földelt munkaállomásoknak szabványos felszerelésnek kell lenniük, vezetőképes szőnyegekkel a munkaterületeken, valamint megfelelő antisztatikus csomagolással a tároláshoz és szállításhoz. Amikor a szórófejek beállításáról van szó, valójában meglehetősen sok finomság jön képbe. A könnyebb alkatrészekhez határozottan kevesebb vákuumerő szükséges, különben a szívóhatás összenyomja őket. A nehezebb alkatrészek esetében ez más tészta – elég nagy erőt igényelnek ahhoz, hogy biztosan megragadva maradjanak, és ne csússzanak el a kezelés során. A karbantartó személyzetnek legalább havonta egyszer ellenőriznie kell a nyomásérzékelőket, hogy a mérések pontosak maradjanak. És ne feledkezzünk meg arról sem, hogy időnként alaposan megvizsgáljuk magukat a szórófejeket. Már a kopás vagy sérülés legkisebb jelei is felboríthatják az egész műveletet, ami később rengeteg problémához vezethet.

Sérülések elkerülése helytelen felvételi vagy elhelyezési magasság miatt

A felvételi vagy helyezési magasság helytelen beállítása továbbra is az egyik leggyakoribb okozója az anyagkárosodásnak a gyártósorokon. Amikor a felvételi magasságot túl alacsonyra állítják, a szórófejek közvetlenül nyomják az alkatrészeket az adagolókba vagy szalagrendszerekbe, ami törékeny alkatrészeket deformálhat. Másrészről, ha ezeket a magasságokat túl magasra állítják, sikertelen felvételek következnek be, amelyek miatt a gépek újra és újra megpróbálják a felvételt, idővel extra elhasználódást okozva érzékeny alkatrészeken. A helyezési műveleteknél nagyon fontos a megfelelő egyensúly megtalálása – az alkatrészeknek kellő óvatossággal és elég határozottan kell érinteniük az ónötvözet felületét ahhoz, hogy megfelelően rátapadjanak, de ne ütközzenek bele a nyomtatott áramkörbe (PCB). A modern berendezések gyakran lézeres magasságérzékelő rendszerekkel és automatikus kalibrációs funkciókkal vannak felszerelve. Ezek a technológiák segítenek a konzisztens beállítások fenntartásában akkor is, ha különböző méretű és formájú alkatrészekkel dolgoznak, ami egyre fontosabbá válik, mivel az iparágakban folyamatosan szigorodnak a gyártási tűrések.

GYIK szekció

Mik a komponens elhelyezési hibák fő okai?

A komponens elhelyezési hibák gyakran a kopott szórófejekből, helytelen adagoló mechanizmusokból és túlzott rendszerrezgésekből erednek.

Hogyan javíthatja a gép kalibrálása az SMT pick-and-place pontosságát?

A megfelelő kalibrálás biztosítja a Z-tengely nyomásának konzisztenciáját, kijavítja a fiduciális markerekkel kapcsolatos pozícionálási problémákat, és dinamikus kompenzációs szoftvert alkalmaz hőmérsékletváltozások esetén.

Milyen szerepet játszik a világítás a fiduciális felismerésben?

A megfelelő világítás csökkenti az árnyékokat és a tükröződést, így biztosítva, hogy a fiduciális markerek jól láthatók legyenek a pontos komponens elhelyezéshez.

Hogyan csökkenthetők az ónhibák az SMT műveletek során?

Az elhelyezési sebesség, nyomás, a sablonos nyomtatók és elhelyező gépek közötti szinkronizáció optimalizálása, valamint a megfelelő pad lefedettség fenntartása csökkentheti az ónhibákat.

Miért fontos az ESD-biztos kezelés a komponensek épsége szempontjából?

Az ESD-biztos kezelés védetté teszi az érzékeny komponenseket az elektrosztatikus kisüléssel szemben, megelőzve a sérüléseket és biztosítva a termék megbízhatóságát.