Hraði á móti nákvæmni: Að finna rétta jafnvægi í SMT töku-og-settu kerfum

Að skilja valin milli hraða og nákvæmni í SMT taki-og-setja vélum

Grunnlagða valkost milli hraða og nákvæmni í afköstum SMT vélanna

Að jafna á milli hraða og nákvæmni er ein af þeim erfiðu verkefnum sem verkfræðingar stundum standa frammi fyrir í raflagnaverkfræði. Þegar SMT-vélræði keyra á hámarkshraða aukast samþættarhrif (CPH) örugglega, en eitthvað hlýtur að fara fyrir í einhverju öðru lagi. Setning verður minna nákvæm, sérstaklega með mjög litlum hráefnum sem krefjast staðsetningar innan um 20 mikrón eða svo. Hvers vegna gerist þetta? Að mestu vegna þess að vélunum er erfitt við bráðabirgðarupphaf og -stöðvun ásamt öllum virkjunum sem hreyfing á háhraða veldur. Núverandi töku-og-settu kerfi reyna að leysa þetta með betri hreyfistjórnun og myndavélar sem geta lagfært á ferðinni. En samt felur enginn í neinu að lausnirnar leysi allt alveg. Eðlisfræði setur markmið fyrir hvað er hægt núna, sama hversu snjallir verkfræðingarnir eru.

Samþættarhrif á klukkutíma (CPH) sem lykilmetill fyrir framleiðslueffekt

CPH eða component per hour (hlutir á klukkutíma) er í rauninni það sem allir horfa á til að meta hversu árangursrík SMT-montáglína er. Þetta tala segir okkur hversu mörgum hlutum vélin getur sett á stað á einum tíma ef allt gengur fullkomlega. Efni af efstu flokki ná um 120 þúsund hlutum á klukkutíma samkvæmt upplýsingum flestra framleiðenda. En við skulum vera raunhæfir, enginn nær í raun þessum tölum dag fyrir dag. Í raunveruleikanum er framleiðsla venjulega um 30 til 40 prósent fyrir neðan þessar hugbundnu tölur vegna allra stöðva sem koma upp vegna víxlunar á fæðslum, færsla á borðum og unnar sýndarprófa. Framleiðslustjórar verða að finna rétta jafnvægi milli hærra framleiðslutalna og viðhalda gæðastöðum. En hvað gerist þegar þeir keyra vélunum of harðlega yfir bestu rekstrihraða þeirra? Fleiri villur komast fyrir við setningu hluta og að lokum minni fjöldi fullnægjandi vara kemur úr línu í fyrsta skipti.

Nákvæmni undir 20-míkróna kröfur í framúrskarandi rafvöruframleiðslu

Í dag er í raunveruleikanum í rafrænni framleiðslu nauðsynlegt að ná undir-20 mikróna nákvæmni til að vinna með litlir hluti eins og 0201 stærðar chipa og lítil-BGA pakka. Hugsið um þetta: slík nákvæmni er álíka breidd einnar fimmtunda hárstrands. Til að ná slíkri smíðunauðgun þarf framleiðendur á traustan grunnvöllum vélar, mjög nákvæmar sjónkerfi fyrir staðsetningu hluta, ásamt strangri hitastjórnun í gegnum alla framleiðsluna, þar sem jafnvel minnst hitabreyting getur valdið mistökum. Þegar við förum á átt að minni hlutapitch í ýmsum iðgreinum, sérstaklega mikilvægum sviðum eins og rafrænni í ökutækjum, læknisbúnaði og loftfarasýstöfum, þar sem skekkja er ekki möguleg, er mikilvægt að halda svona stöngum leyfimörkum – langt meira en í venjulegri neytendavöruframleiðslu. Og hér liggur raunverulega áskorunin sem verkfræðingar stást frammi fyrir í dag: hvernig halda þeir skrefi við þessar smásmíðilegu kröfur á meðan framleiðsluhraði er ýttur upp? Þessi jafnvægisleikur lýsir mikið af því sem fer í hönnun samtímans MTS (Surface Mount Technology) búnaðar í dag.

Hvernig jafnvægi hraða og nákvæmni áhrifar heildarframleiðslu og gæði

Að finna rétta jafnvægið á milli hraða og nákvæmni er mikilvægt fyrir magn og gæði vöru sem fram kemur. Þegar framleiðendur leita að hærri settningarhraða ná þeir örugglega hærri tölum á pappíri, en þetta leiðir oft til þess að hlutir komast úr stað. Slíkar misröðunir leiða til viðbótarvinnu til að laga þær eða einfaldlega til að henda þeim burt, sem minnkar magnið sem raunverulega fer í gegn í kerfinu. Sum rannsóknir sýna að aukning á hraða um allsherjar 15% getur hugsanlega leitt til aðeins 3 til 5% betri framleiðslugetu ef miðað er við öll gæðavandamál. Bestu niðurstöðurnar koma fram á einhverskonar miðgildi, þar sem vélar ná samt sem áður nákvæmnimörkum en geta samt sett hluti á við á viðeigandi hraða. Þetta „góða punktið“ er hins vegar ekki fast; það breytist eftir því hvaða tegund hluta er verið að nota, hversu flókin plöturnar eru og hvaða geta hver sérstök vél hefur.

Lykilteknólogíur sem gerast kleift nákvæmni í SMT töku-og-settu-vélum

Ítarleg sjónkerfislausnir til að jafna hluti í rauntíma og leiðrétta villur

Núverandi flátasetningartækni (SMT) setja niður vélar sem eru útbúðar með ítarlegum sjónkerfum sem byggja á hálestrar myndavélum í samvinnu við gjörbreytt heimskuleik til myndvinnslu. Þessi kerfi geta náð nákvæmni aðeins undir 20 grömmum við að setja hluti á rafmagnsborð. Það sem gerir þessi kerfi svo áhrifameðferð er hæfni þeirra til að kenna hlutina á meðan ferlið stendur, og gera augnablikshöfðun á hvaða hornvilla eða staðsetningarvandamál sem kemur upp beint við setningu. Framleiðendur hafa komist að því að notkun á sjónstýrri justun minnkar mistök um næstum 90% í samanburði við eldri vélmennishætti. Þetta þýðir færri bortfellingar strax í framleiðslunni, sem er sérstaklega gagnlegt við vinnslu þétt pakkðra PCB-sporbrauta, þar sem jafnvel litlir mistök hafa mikla áhrif.

Sörfostýring og nákvæmni matarspenna: Grunnsteinn endurtekinnar setningar

Að fá hlutana sett á varanlegan hátt felur mikið í aðild að góðum geislastýringarkerfum og nútímalegri tækni til að koma efni fram. Geislar sem hafa hátt snúningsteygni og innihalda lokaða bakslóðarkerfi halda nákvæmni að um því bil 15 grömm upp eða niður. Á meðan greindar geflar styðja upp á sjálfvirkri framförum banda svo að hlutar komi rétt út í einu sinni. Allar þessar tækniaflar í bakgrunni merkja að setning getur endurtekið sig aftur og aftur með yfir 99,95%. Slík endurtekning er algjörlega ákvarðandi við keyrslu stórs verkfræðifyrirtækja þar sem gæði verða að vera varanleg á milli þúsunda eininga.

Gegnumbrudd í hreyfistýringu sem gerir kleift að ná undir-20 grömm nákvæmni við setningu

Nýjustu bætingarnar á hreyfistjórnunartækni hafa raunverulega breytt nákvæmð hliðrunar á hlutum í smárásgrípum fyrir yfirborðsmontage-tækni. Í dag sjáum við línurhreyfla í par sérstökum beindriftarkerfum sem geta hröðuð meira en 2G, en samt halda stöðugleika sem nauðsynlegur er fyrir nákvæma staðsetningu. Í raunvirku lagi þýðir þetta að vélarnar keyra mjög hratt án þess að missa af nákvæmri nøytrun. Besta hlutinn? Þessi kerfi virkja virkilega skammtun á titringi eins og hann kemur upp og stilla fyrir hitabreytingar í flugi. Svo jafnvel á langri framleiðsluskiptingu, þar sem vélar eru að vinna út hluti á hámarkshraða (við erum að tala um hundruð af hlutum á klukkustund), halda þær samt áfram ótrúlega nákvæmri nøytrun undir 20 mikrónum allan tímann.

Aðlagning á SMT-aðferðum fyrir jafnvægi milli framleiðsluhraða og gæða

Aðferðir til aðlagunar fyrir framleiðsluumhverfi með marga gerðaskipti og lágan framleiðslutölur

Að fá SMT-aðferðirnar réttar fyrir mikla gerðarávarpa og lítið framleiðslumagn felst í að finna leiðir til að vinna hratt án þess að missa á nákvæmni. Vel heppnað er að jafna upp línu, þar sem við dreifum uppsetningarverkefnum milli margra vélja svo ekkert stackist. Uppsetning á fæðurunum skiptir einnig miklu máli. Þegar hlutar eru skipulagðir eftir notkunarfjölda minnkar það tímann sem dysjan fer um allt. Venjulegar viðhaldsgreiningar halda líka öllu gangandi slétt. Við tryggjum okkur að dysjurnar séu stilltar, að myndavélar séu athugaðar og að fæður verið yfirprófaðar reglulega, svo hlutar lendi ennþá nákvæmlega þar sem átt er von á. Allar þessar aðgerðir hjálpa verkstæðum til að vera traust á meðan vörur breytast stöðugt og lotur eru litlar, sem er í raun staðal í dag í framleiðslu með mikla gerðarávarpa.

Greinargerð: Viðhalld á nákvæmni í uppsetningu á meðan CPH-framleiðsla er aukin

Ein stór raflögreglufyrirtæki náði að hækka framleiðslu eininga á klukkutíma (CPH) um allt að 33% án þess að felldu á nákvæmni viðsetningar undir 20 gröf. Þeim tókst að ná þessu með gríðarlegri aðlögun ferla. Liðið beitti mikilli athygli að aðlagningu á uppsetningu fæðingarfæra og setti í gang rauntíma eftirlitsskipanir á alla vinnustöðvarnar. Þetta hjálpaði til við að minnka vanþarfa vélarasta og draga úr því að setja hluti á rangt stað. Lykillinn að vel heppnuðu verkefninu var að fá SMT (surface mount technology) töku-og-settu-vélarnar til að virka samhætt við öll hin tengd búnaði fyrir framan og aftan í framleiðslulínunni. Kom í ljós að hægt er að bæta framleiðslutölur án þess að reiða sig á lægri gæði, ef rétt er breytt í alla lið framleiðslukeðjunnar.

Falda kostnaður hraða: Þegar há CPH lækkar upphaflega framleiðsluárás vegna nákvæmni sem brotlætist

Ef þú notar efstu hlutar á klukkustund (CPH) getur það í raun skaðað afkomu fyrstu færslu vegna nákvæmnisdrifs og þeir huldu kostir borða í einhverjum hagnaði af hraðari umferð. SMT-vélin fara að gera litla mistök þegar þau eru ofar bestu nákvæmni. Þessi litlu mistök stafla sérlega illa saman með þessum litlu fínum stíflum og boltagrindum. Hvað gerist? Lúsunarvandamál koma upp vinstra og hægri auk alls konar samræmingarvandamála. Vinnustöðin eyðir því meira tíma í að endurvinna eða henda gallaðum spjöldum alveg. Þetta skerðir raunverulega framleiðslu skilvirkni þótt vélin er tæknilega að keyra hraðar samkvæmt útgáfu. Snjallt framleiðendur halda auga á hvernig hraðastillingar hafa áhrif á raunverulegar gæðamælingar í stað þess að bara elta hraðatöl.

Nákvæm staðsetningu hlutar og áreiðanleiki PCB-samsetningar til lengri tíma

Hvernig nákvæmni SMT-svæðis hefur áhrif á heilbrigði lúsastöðva og endurvinnslu

Hversu nákvæmlega hlutarnir eru settir hefur mikinn áhrif á bæði gæði löðunarfuga og hve skilvirk samsetning fer. Þegar SMT töku-og-settu vélar ná sinni nákvæmni undir 20 grömmum, svona allt passar vel yfir löðusmurnin, svo að fáist góð blöndun og föst tengingasköpun. En jafnvel litlir mistök teljast mikið. Eitthvað sem er aðeins 50 grömm frá réttu getur leitt til vandamála eins og slæmri löðun, þeim erfiðu „kistanefndu“ villa þar sem hlutar standa upprétt í staðinn fyrir að liggja flatir, eða löðubrýr sem tengjast þar sem þeir ætti ekki að vera. Slík vandamál draga niður upphaflegan framleiðsluperfóma okkar um 15%. Og þegar borð þurfa að vera lagð með höndum, kemur það á um 45 dollara í kostnað fyrir hverja einingu. Verri enn, allt hitunin frá handvirkri viðgerð veikir raunverulega plöturnar með tímanum. Þegar horft er á hvernig rangsetningar leiða til gjalda fyrir viðgerð er ljóst að nákvæmni er mikilvæg ekki bara til að fá hlutina rétt í fyrsta skiptið, heldur spilar hún stórt hlutverk í að halda framleiðslukostnaði í höndum á meðan varanlegt gæði er viðhaldið.

Misalignment hættur við smásteypuhluta og kúlurustykkjur (BGAs): Rótorsakir og kynningarmöguleikar

Smásteypuhlutir og kúlurustykkjur (BGAs) leiða til sérstaklega erfiðra samrýmingarátaka, þar sem jafnvel litlum frávikum get fylgt alvarlegar misslykill. Smásteypuhlutar með minni en 0,4 mm steypu krefjast setningarinnar með nákvæmni innan 15–20 mikrómetra til að tryggja rétta samrýmingu milli kúlu og pöddu. Algengar rótorsakir misplacement eru:

• Takmarkanir sjónkerfis : Ónóg tæring eða ónóg ljósmyndavél sem ekki nær að greina litlar breytingar á hlutum
• Vélbundin hreyfing (mechanical drift) : Slit á efni eins og dús eða matvörutækjum sem heyrnist yfir framleidsluferli
• Umhverfisatriði : Hitabreytingar sem áhrif hafa á vélkalibrun
• Sprettur af löðrunarsmörinu : Smörinu dreifist áður en hluturinn er settur, sem breytir markstöðum

Kynningaraðferðir innihalda öflug kerfi til að greina staðsetningamerki (fiducial recognition), reglulegar kalibrunarferðir og umhverfishorfur til að halda fastri árangri í setningu í gegnum allt framleidsluferlið.

Áhrif á trúverðugleika vegna takmörkuðrar staðsetningar í lykilatriðum PCB

Þegar hlutar eru settir aðeins út fyrir áætlaða staðsetningu þeirra, myndast oft vandamál sem haldast falin under grunn próf en birtast síðar þegar búnaður er notaður í raunverulegum aðstæðum, sérstaklega við hitabreytingar eða varanlega hreyfingu. Fyrir mikilvæg tæki eins og hjartaeftirlit eða ökumannötryggiskerfi hafa slíkar falnar villur reynst valda bilunum sem geta hækkað til um þrefalda upphafsgildisins innan um fimmtán ára samkvæmt sumum atvinnugreinarannsóknum. Slík trúverðugleikavandamál leiða til alvarlegra hættu fyrir framleiðendur sem krefjast algjörrar trausts af vörunum sínum.

• Millibilssambönd : Að hlutum sem eru að hluta tengdir, myndist óspádregin bilun
• Tengnubrot fatnaðar : Misrödd tengsl sem verða fyrir ójöfnu álagi við hitaviðbólgun
• Niðurgangur í rafrænni frammistaða : Vandræði með stöðugleika rafrásar í háfrekvens rása vegna rangs jörðunar
• Átækni fyrir rost : Ílátt yfirborð af kopar vegna ónógar loddekengingar

Þessi áhrif á áreiðanleika sýna fram á hvers vegna nákvæmni við setningu fer ekki bara út yfir strax myndandi framleiðslumælingar heldur ákveður í grunni lifslíkorn frammistaða vöru, sérstaklega í notkunum þar sem skegg hefði veruleg öryggis- eða fjárhagsleg áhrif.

Metun raunverulegrar frammistaða SMT töku-og-setja véla

Framan fyrir tilvitnanir: Metun raunverulegs hraða og nákvæmni í framleiðsluskilningi

Framleiðendur kveða oft upp á hámarks afköst fyrir SMT vöku og settu vélar, einu sinni allt að 200.000 component á klukkutíma samkvæmt tilgreiningum. En þegar þessar vélir komast á framleiðslusvæði er venjulega nokkuð munur á því sem er lofað og því sem raunverulega er framleitt. Þættir eins og að skipta út hlutum, halda fæðslum í gangi á traustan hátt og vel stilla sjónkerfislausnirnar reka í gegnum þessar áhrifríku tölur og draga niður raunveruleg afköst um allt að 15 til 30 prósent frá því sem bókarnar fullyrða. Tölurnar verða enn áhugaverðari ef horft er á nákvæmni. Að halda sig innan nanar markgrensa undir 20 mýkrómetrum verður mjög erfitt við þessar lofuðu hraða. Jafnvel bestu búnaðurinn missir yfirleitt nákvæmni eftir langvarandi óaftengdar keyrslu. Vegna þessa prófa snjallir framleiðendur þessar vélir í raunverulegum framleiðsluskilmálum í stað þess að bara fara yfir tilgreiningalistan áður en kaupakostnaður er tekin ákvarðun.

Sviðajákvæmd: Leiðandi framleiðandi á móti alþjóðlegum samkeppendum

Reyndar á sviði frá sjálfstæðum matgjöfum sem kanna stórt kínverskt framleiðslufyrirtæki í samanburði við vel þekkta alþjóðlega vörumerki benda á nokkuð veruleg bil áreiðanleika og samræmis í raunverulegri notkun. Vist er, að búnaður sem framleiddur er í Kína lítur oft vel út á blaði með lægra upphafleg kostnað og fullnægjandi hraða eiginleika, en þegar hann er settur í raunverulegar framleidsluskilyrði, fellur hann venjulega á bak við. Prófanir sýna um 12 til 18 prósent minni nákvæmni yfir langar framleidsluferðir í samanburði við vinsælin alþjóðlegu vörumerki. Hvað býr til muninn? Alþjóðlegir framleiðendur hafa yfirleitt betri hitastjórnun í hreyfihlútum sínum og traðskalabritingarkerfi. Tækibúnaður þeirra heldur staðfestingu nákvamlega innan 1 til 2 mikrómetra af réttum stað, jafnvel eftir klukkutímum óaftrekaðrar keyrslu. Þetta er mjög mikilvægt á sviðum eins og PCB-montunarlínum, þar sem minnstar villa geta eyðilegð heilar lotur af rafhlöðum.

Algengar spurningar

Af hverju eru hraði og nákvæmni mikilvæg í SMT völu-og-setja vélar?

Hraði og nákvæmni eru mikilvæg því að jafnvel sem hröð setning aukar framleiðslugetu, svikur oft nákvæmni, sem leiðir til fleiri villna og lægri upphafsútkomu í rafrænni framleiðslu.

Hvaða aðferðir bæta nákvæmni component setningar undir 20 grömmum?

Nýjungar í sjónkerfum, servostýring og framfarir í hreyfistýringartækni hjálpa til við að ná nákvæmni undir 20 grömmum, með notkun háupplausnar myndavéla, gervigreindar og stöðugra hreyfikerfa.

Hvernig geta framleiðendur koma í veg fyrir misröðun í Fíngerðum Componentum og BGAs?

Til að koma í veg fyrir misröðun geta framleiðendur sett upp nýjungarkerfi til að greina merki, reglulega stilla vélbúnað og stjórnun umhverfisþátta sem hafa áhrif á nákvæmni setningar.

Hvað er component fyrir hverja (CPH) og af hverju er það mikilvægt?

Hlutar á klukkutíma (CPH) er lykilmetrik sem mælir hversu mörg vélhluti SMT-vél getur sett á plötu á einum klukkutíma. Það er mikilvægt til að meta framleiðslueffekt en ætti að vera í jafnvægi við gæðamál.

Hvernig áverkar ónákvæmni á traust PCB?

Ónákvæmni við uppsetningu hluta getur leitt til galla eins og 'gróftónn', tengingar og slæmra lodningarbindna, sem hefur áhrif á traust PCB og aukar endurbótakostnað.