Algeng vandamál í SMT töfrar-og-setja vélum (og hvernig á að leysa þau)

Smt pick and place vél : Greining og leysing á vandamálum tengt nákvæmni í staðsetningu hluta

Hversu nákvæmlega hlutar eru settir á stað sínum er einn af helstu þáttum við mat á SMT-gerðar (surface mount technology) upp-og-setja vélar. Jafnvel litlir misjöfnunartekningar í kringum 50 mikrón geta leitt til alvarlegra vandamála í flóknum hönnunum á prentaðum rakningapöllum. Þegar horft er á hvað fer úrskeiðis, greina sjónkerfi venjulega þrjá aðalvandamála. Fyrst er til hliðrun í horni, þar sem hlutarnir snúast um plús eða mínus 3 gráður vegna þess að dysjurnar halda þeim ekki rétt. Síðan sjáum við færslu í X/Y-stöðu yfir 25 mikrón, sem gerist aðallega þegar stefnunarkerfi vélanna byrjar að drýgla. Og að lokum leiða breytingar á Z-ás ýttinu oft til þeirra pínuliga „tombstone“-defekta, sem sérst rökstuddir með litlu 0402-stærðina. Þegar dregið er í djúpina til að skoða af hverju þessi vandamál koma upp, svo telja slitaðar dysjur fyrir næstum 4 af hverjum 10 atvikum. Rangt settar fæðslubúnaðir bera næstum 30% ábyrgð, en virkningar yfir 2,5 Gs, sem brjóta reglur IPC-9850, standa fyrir restina af vandamálunum.

Greining á orsökum staðsetningarvillna og hlutaskewingu

Villur í hlutastaðsetningu komast venjulega til vegna vandamála við vélar og hvernig verið er að keyra þær. Dúsum er oft að mengjast eða verða brotnar, sem kannski skýrir um 40% af öllum nákvæmni vandamálum sem sjáum á framleiðslusvæðinu. Þessir notnir dúsar rugla mjög mikið í gripstöðugleika við háar hraða. Kalibrunarvillur safnast einnig smám saman, því vélar halda ekki fullkomlega stilltir aldrei. Hitabreytingar og venjuleg vélarás sér um að smáar hliðrunar í stöðu myndist sem búa til vandamál með tímanum. Síðan eru til fæðslumechanismarnir. Þegar tannhjól byrja að sýna skemmdir eða föðrur missa spennu sína, lendast hlutarnir einfaldlega ekki rétt á undan en þeir eru settir. Og ekki skal gleyma virkjuninni heldur. Of mikil skjálfti í allri kerfinu gerir allar þessar litlu vandamál verri, sem leiðir til þess að hlutar enda á rangri stað eða alveg út fyrir á borðinu.

Kölnunaraðferðir fyrir bestu nákvæmni SMT töku-og-setja véla

Að halda vélum rétt kólnaðar er lykilatriði til að nýta þær bestan mögulega á lengri tíma. Þegar kemur að ljósakólnun á dysjum, erum við að tala um að halda fastan ýtti eftir Z-ásnum. Þetta er mjög mikilvægt við vinnslu litillra hluta, vegna þess að annars geta smáhlutarnir orðið „grafsteinnarlagdir“ (tombstoned) við samsetningu. Við sjónkerfis kölnun notast er við staðlaðar tilvísunarpunkta (fiducial markers) sem hjálpa til við að leysa uppsettunarvandamál bæði í X- og Y-ás, oft með nákvæmni innan um 10 mikrón. Sannur gull fundist er í beinlínis móttökuhugbúnaði sem reiknar með úrvíddun og samdráttur materials þegar hitastig breytist í gegnum langar framleidsluferlar. Slíkar sjálfvirkar kölnunarkannanir, sem fara fram á milli pökkva, minnka ekki aðeins villur sem starfsfólk gerir, heldur tryggja einnig varanlega nákvæmni dag eftir dag án þess að mikið hægja á heildarframleiðslunni.

Viðhaldsáætlun til að varanlega halda nákvæmni í uppsetningu

Að halda hlutum nákvæmum með tímanum felur í sér reglubundna viðhaldsverk sem hafa bæði forvarnir og lagförun á vandamálum sem koma upp. Flerum framleiðendum er bent á að athuga dysja og skipta um þær umhverfis hverjar 50 þúsund settar í nákvæmri vinnumátt, þó svo að þetta geti breyst eftir notkunaraðstæðum. Mánaðarlegar athuganir ættu að innihalda upplýsingar um bandaþrýsting, að ganga úr skugga um að geislarnir séu rétt stilltir og að athuga hvernig fæður tengjast hlutunum til að koma í veg fyrir að lítil vandamál verði að stærri. Umhverfisheldni mætir einnig. Reyndu að halda hitastigi innan um 2 gráður Celsius og raka á milli 40 til 60 prósent af hlutfallslegum rakastigi. Þetta hjálpar til við að forðast þær pínarlegu stillingarbreytingar sem gerast hægt með tímanum. Og ekki gleyma að skrá allt sem er gert við þessi viðhald. Góð skjalagerð gerir verkfræðingum kleift að greina mynstur í sliti áður en hlutar brotna virkilega, og spara þannig bótunartíma og -kostnað í framtíðinni.

Að takast á við vandamál við staðfestingu á fidúkamerki og sjónkerfisbrot

Rótorsakir rangrar uppgötvunar á fidúkamerki í SMT-aðgerðum

Flestar vandamál tengd uppgötvun fidúkamerkja falla niður á þrjár aðalástæður: ójafn belysing, drífandi myndavélarstillingar og mismunur milli prentaðra rafmagnsborða. Gammal eða blikkandi belysing myndar skugga og glóð sem einfaldlega hvelva út þessi litluská kynningarmerki. Við höfum öll séð þetta gerast – myndavélar missa hægt og smám saman alígeringu sinnar yfir mánuðum í rekstri, sem gerir einu sinnar treyggilegu merkin erfiðari fyrir auga að finna. En svo eru líka borðin sjálf – skeifð yfirborð, leðurplóstra sett of þykkt á sumum stöðum, of þunn á öðrum, auk dulurs og afliðna sem safnast upp og standa í vegi fyrir réttri auðkenningu. Samkvæmt nýjustu iðjuhugbúnaðargögnum úr Assembly Technology Report 2024 telja slík sjónkerfisvandamál um þriðjung allra mistaka við innsetningu SMT-hluta á framleiðslulínur í dag.

Aðlagar lýsingar- og myndavélskerfi fyrir traustar auðkenningar

Góð lýsing gerir allan muninn þegar kemur að að minnka þá irritandi skugga og speglanir og halda samtímis jafnri lýsingu í alla vinnusvæðið. Flest velheppnuð uppsetningar nota nokkrar stillanlegar ljóttildur svo hægt sé að vinna með mismunandi efni og hluta á mismunandi hæðum án vandamála. Venjuleg athugun á myndavélum er einnig nauðsynleg, sérstaklega við notkun staðfestra kalibrunarmarka. Stillingar á sýningu, ljósseigju og lagfæring ámynda ættu að vera hluti af venjulegri viðhaldsáætlun. Sumar verksmiðjur hafa tekið sjálfvirknina a stöðu lengra með því að byggja þessar kalibrunarferlar beint inn í viðhaldsskipulag sitt. Bestu aðilarnir ná um 99,8% auðkenningarhlutfalli með samruni kringluljósa og samás ljóslagskerfa fyrir glerart yfirborð. Þessir bestu aðilar setja venjulega upp nýja umkalibrun eftir um 200 vinnutímum til að halda öllu gangandi slétt.

Lagfæring á borðsveif og áhorfsmótstaðningarskilyrðum

Þegar rafmagnsborð bögunast valda þau ýmsum vandamálum með samskjásplan, sem leidir til hluta óskýrleika sem gerir sjónkerfum erfitt fyrir að lesa rétt hvað er á ferli. Til að leysa þetta vandamál nota margar uppsetningar nú margföld samskjásstillingu í tengingu við hæðarkortleggjubúnað sem stillir sjálfkrafa samskjás yfir bögnuð svæði og endurheimtar mikilvæga skýrleika. Að vinna við glóandi yfirborð gefur aftur á móti annan áherslumál. Lykillinn hér er að nota pólaraðar síur ásamt belysingu í lægri hornum til að minnka erfiðann glóð en jafnframt bæta myndarstefjubreytingu. Sum nýjungarkerfis 3D-sjónkerfi fara enn frekar með því að taka upp nákvæmar upplýsingar um yfirborðsform og geta þannig greint milli raunverulegra merkja og einfaldra speglunar af yfirborðinu. Samkvæmt nýlegum prófum sem birt voru fyrra árið hafa þessar aðferðir aukið traust á auðkenningu um allt að 45% þegar verið er með erfið efni.

Afvíkingar við að taka upp og sleppa hlutum

Vandamál við loftþrýstingarvél: blokkun, slíting og brotthvarf

Þegar kemur að vandamálum við að taka upp hluti, eru algengast vandamál með loftþrýstingarvél. Helstu ástæðurnar? Blokkun vegna gamals löðrunarlims, safnaðs dusts eða klibbigrós sem heldur áfram að safnast inni. Slíkar blokkanir skemma loftrýmið. En ekki skal gleyma slitasjáningu heller. Þegar vélarnar eldast, byrja þær að breytast smám saman, mynda leka og er erfitt að fá gott læs á hlutina við samsetningu. Regluleg athugun á rifjum eða öðrum sjónlegum skemmdum er nauðsynleg. Jafn mikilvægt er að mæla loftrýmisstyrk með viðeigandi mælitæki. Hreinsun ætti einnig að vera reglubundin, með lausavökvi sem eru sérhannaðir til þess. Ef horft er á tölur úr iðjunni, áttu um 45% af þessum erfiðlega villum við að taka upp og setja niður á sjálfvirkum framleiðslulínur að rekast til vandamála með vélinni sjálfa.

Ónógur loftþrýstingur og áhrif hans á upptöku hluta

Þegar loftþrýstingur fellur undir nauðsynlega markgildi, festast hlutarnir ekki rétt og vandamál geta komið upp eins og t.d. að taka ekki á hlut eða að hlutum falli af í hreyfingu eftir framleiðslulínuna. Oftast finnum við vandamál tengd loftleka í rörum, filter sem eru smitsjálf og þurfa hreiningu, eða dælur sem einfaldlega hafa slitnað með tímanum. Athugaðu alltaf hvort kerfið nái til gildanna sem framleiðandinn hefir sett, venjulega um 50 til 70 kilopöskal fyrir venjulega hluti, og gerðu þetta með réttum mælitækjum, ekki bara með ályktunum. Tilvikaskýrslur frá framleiðslusvæðum sýna að vel viðhaldið loftþrýstingskerfi minnkar slík bilun um helming, sem gerir mikinn mun í heildarafköstum þegar allt heldur áfram án endalausra stöðva vegna fallinna hluta.

Vandamál tengd matar: tannhjóla skemmdir, fjöðurþjötung og útlend efni

Hvernig hlutar eru settir inn í vélirnar hefur mikil áhrif á að halda framleiðslunni jafnvel. Þegar tönnum byrjar að slíta af eftir langa notkun eða eru ekki rétt stillt, missir allt samstillingu og hlutum er ekki fært áfram eins og skyldi. Fjöðrar sem hafa verið í mörgum hringjum tapa með tímanum styrk sínum, sem þýðir að hlutir standa í vitlausum stöðum í staðinn fyrir þar sem þeir ættu að vera. Oft er einnig flóð í kerfinu – límhlutar, litlir brotnir bitar, jafnvel dustuppbygging getur lokað vegi og valdið því að hlutir eru ekki gripið rétt upp. Viðhaldshópar verða að hreinsa sporin reglulega, athuga tönn fyrir ábendingar um vandamál og skipta út fjöðrum áður en þeir misskjást alveg. Þessar einfaldu aðgerðir tryggja nákvæma inntökun og bæta Overall Equipment Effectiveness-töluna sem framleiðendur leggja svo mikla áherslu á.

Koma í veg fyrir leðrunarvillur með betri SMT-setningu

Hvernig röng setning veldur 'grófasteinanum' og leðrunarsamböndum

Nákvæmni í uppsetningu hluta hefur mikil áhrif á hvernig bretlingar halda saman. Rannsóknir sýna að um 38% af þessum erfiðlega „kistanefndum“ vandamálum koma fram þegar uppsetningarvillur fara yfir plús eða mínus 0,1 mm. Þegar hlutar eru ekki fullkomlega í línunni, dreifist bretlingur ójafnt yfir borðið. Þetta myndar mismunandi blöðrunarafdrif sem reyndar draga annað hvoru hliðina á komponentinum upp meðan hitað er. Ef hlutarnir hliðra til hliðar og nálægt öðrum snertingu, er miklu meiri líkurnar á óæskilegum bretlingarsamböndum þegar allt bráðnar í endurhitaferlinu. Til hamingju hjálpa nútímagönguvélbúnaður við að berjast gegn þessum vandamálum með lasirkendunarkerfi sem geta sett inn hluti með nákvæmni á um 25 mícron. Þessar bætur hafa örugglega minnkað vandamál á framleiðslulínunni, en til að ná fullum ávinningi krefst samt réttri uppsetningar og viðhalds vélarinnar.

Að jákvætt stilla uppsetningarbreytur til að minnka bretlingarvandamál

Að finna réttan jafnvægi milli hraða og nákvæmni hjálpar til við að minnka óþægilegar leðrunarvillur. Þegar unnið er með dysja er almennt ráðlagt að halda niðurförarhraða undir 20 mm/s svo þær hoppist ekki of mikið. Setjastýringin ætti að vera á bilinu 1,0 til 2,5 Newtons til að tryggja að leðrunarleðurinn verði ekki skyldur úr staðnum. Á framleiðslulínurum heldur samstilling stansilprentara og setjivélja í gangi, með einhvers konar sporunarkerfi, sem gerir kleift að halda ferlinu í gangi án langvarandi lykla. Ef hlutar standa of lengi eftir prentun, yfirleitt meira en klukkutíma, hefur það um 40% aukningu á líkum fyrir vandamál tengd kistanefndum (tombstoning). Og þegar komið er að minnihlutum sérstaklega, virkar best að halda sig við um helming af pad-nytjum til að jafnvæga flókin blönduvötn og jafnframt minnka líkurnar á myndun kistanefnda.

Tilvikssaga: Minnkun kistanefndar (tombstoning) um 68% með vélarstillingu

Samkvæmt nýlegri rannsókn gekkst við að stilla vélar á kerfisbundinn hátt og gera þannig ráð fyrir um 68% minni vandamál með „gráfastótun“ sérstaklega hjá litlum component-pakka eins og 01005 og 0201. Hvað virkaði? Þeir drógu úr sjónkerfnum svo þau gætu uppgötvað samsvörunarmörk innan ±15 mikrómetra, stilltu loftþrýsting nummins nákvæmlega á 1,2 Newton og bættu við rauntíma hitastjórnun. Liðurinn lengdi einnig tímann sem hlutarnir stóðu í forskipunarsvæðinu upp í um 90 sekúndur og héldu hitastigi á bilinu 150 til 170 gráður Celsius í gegnsogunni, sem hjálpaði til við jafnt smeltingu áður en raunveruleg löðun átti sér stað. Auk þess að leysa þessi erfiði vandamál tengd „gráfastótun“, minnkuðu breytingarnar óvænt löðubylgju-tilvik, um næstum helming í sama framleiðslubati.

Tryggja heilbrigði hluta og koma í veg fyrir matríkulasýr

Algeng orsök skemmda á hlutum við töku og settu

Þegar hlutar skemmast við notkun á flotshlutarafsetningu (SMT) hefur það áhrif á bæði framleiðslubil og varanleika vara með tímanum. Aðalástæðurnar fyrir þessu eru of mikil þrýstingur frá dysjum, slæm meðhöndlun hluta og rangt stefna þeirra við setningu. Dysjur sem nota mikinn þrýsting hafa í för með sér að brota viðkvæma pakkahylki eða skaða tengipunkta þeirra. Auk þess er ljóst að slæm meðhöndlun býr til alvarleg áhættu vegna rafskemmda (ESD) sem geta brunið viðkvæmar hálfleiðara-chipa beint á borðinu. Enn fremur veldur sett í skáhornum áhlitunar álagi sem gerir upp á samfelldu kerfinu. Þetta álag getur leitt til brota í innri tengingum eða jafnvel orsakað að pakkahylki brotni í framtíðinni.

ESD-örugg meðhöndlun og stillingar á dysjuthrýstingi

Að vernda þessa viðkvæmu hluta gegn örorkuslys er að lokum að fara eftir nokkrum grunnöryggisreglum. Það ætti að vera sjálfsagt að nota jörðuð vinnustöð, ásamt leiðandi mottum á vinnusvæðum og viðeigandi öntótsspakningu til geymingar og flutnings. Þegar kemur að uppsetningu á súgumunnstykjum er mikilvægt að hafa í huga nokkrar undirliggjandi smáatriði. Léttari hlutar krefjast ákveðnar minni söguorku, annars geta þeir orðið brotnir af suguorkunni. Tyngri hlutar krefjast hins vegar nægilegrar aflmikillar til að halda þeim örugglega gripið án þess að renna úr töku við vinnslu. Viðhaldsfólk ætti að athuga þrýstilmælana að minnsta kosti einu sinni á mánuði til að tryggja nákvæm mælingar. Og ekki gleyma að skoða nánar sjálf sjónauka reglulega. Jafnvel litlar ábendingar um slit eða vöndun geta fyllt sig af villum og valdið mörgum vandræðum síðar á ferlinum.

Forðast skemmdir vegna rangs upptökutækis eða rangs staðsetningarhæðar

Að velja rangt sæti fyrir upptöku eða setningu er enn ein af helstu ástæðunum fyrir matríkulasýnum í framleiðslulínur. Þegar upptökuhæð er stillt of lágt, endar dysjurnar í því að ýta beint á hlutana í matgjafa eða spólasýstöfunum, sem getur brotið viðjarlega hluta úr formi. Öfugt við, ef hæðin er of há, leiða til mistókinnar upptöku sem vélarnar verða síðan að reyna aftur og aftur, og valda aukinni slítingu á viðkvæmum hlutum með tímanum. Við setningarvinnslu er mikilvægt að finna réttan jafnvægi – hlutarnir verða að snerta yfirborðið á leðrunni nógjarlega en samt nógu fast til að halda sér ásamt, án þess að festast í sjálfa plötu (PCB). Nútímavélbúnaður fer oft með hæðamælingarkerfi byggð á ljósgeislum ásamt sjálfvirkri stillaforritun. Slíkar tækni hjálpa til við að halda fastum stillingum jafnvel þegar unnt er við mismunandi stærðir og lögun hluta, sem verður að eftir sem sterkari er orðið umfram iðnbyrjunarmörk.

Spurningar

Hverjar eru helstu orsakir villna við staðsetningu áhluta?

Villur við staðsetningu áhluta komast oft upp vegna notaðra dysja, rangra fæðslubúnaðar og of mikilla kerfisvibrása.

Hvernig getur vélarstilling bætt nákvæmni SMT vöku og settu?

Rétt stilling tryggir jafnt Z-ás álag, leysir vandamál með staðsetningu á fíðkjalmerkjum og notar forrit sem styður við breytingar á hitastigi.

Hvert er hlutverk lýsingarinnar við skilning á fíðkjalmerkjum?

Góð lýsing minnkar skugga og gló, sem tryggir að fíðkjalmerki séu örugglega sýnileg fyrir nákvæma staðsetningu áhluta.

Hvernig er hægt að minnka leðurkladda í SMT-aðgerðum?

Með að jákvætt stilla settihraða, álag, samstillingu milli smeyrufötuskrúfur og settivéla og halda réttri þekkingu yfir kontaktflatum er hægt að minnka leðurkladda.

Af hverju er ESD-öruggur meðferðarmáti mikilvægur fyrir áhlutaintegritet?

ESD-örugg meðferð verndar viðkvæma áhluti gegn rafhleðslusprengingu, koma í veg fyrir skemmdir og tryggja áreiðanleika vara.