Bendros problemos SMT montavimo ir padėjimo mašinose (ir kaip jas išspręsti)

Smt pick and place mašiną : Komponentų tiksliosios dėjimo vietų problemų diagnostika ir sprendimas

Kiek tiksliai komponentai yra montuojami, lieka vienas svarbiausių veiksnių vertinant paviršinio montavimo technologijos (SMT) komponentų montavimo įrenginius. Net maži nukrypimai apie 50 mikronų gali sukelti rimtų problemų sudėtingose spausdintinių grandinių plokštelių konstrukcijose. Tiriant, kas vyksta ne taip, vaizdo sistemos paprastai aptinka tris pagrindines problemas. Pirma – tai kampinis poslinkis, kai komponentai pasisuka apie plius arba minus 3 laipsnius, nes antgaliai jų tinkamai neprilaiko. Toliau stebimi X/Y padėties poslinkiai, viršijantys 25 mikronus, kurie dažniausiai atsiranda tada, kai įrenginio pozicionavimo sistema pradeda dreifą. Ir galiausiai Z ašies slėgio svyravimai dažnai sukelia erzinančias „kapo“ defektų formas, ypač pastebimas mažiems 0402 dydžio komponentams. Giliau panirus į tai, kodėl šios problemos atsiranda, nusidėvėję antgaliai sudaro beveik 4 iš kiekvienų 10 incidentų. Netinkami maitinimo mechanizmai prisideda beveik 30 %, o vibracijos, viršijančios 2,5 G, pažeidžiančios IPC-9850 reikalavimus, sudaro likusiąją problemų dalį.

Klaidų dėl komponentų netinkamo išdėstymo ir poslinkio priežasčių nustatymas

Komponentų netinkamai dedamosios klaidos dažniausiai kyla dėl įrangos problemų ir jos valdymo būdo. Antgaliai linkę susidėvėti ar deformuotis, kas, tikėtina, paaiškina apie 40 % visų tikslumo problemų, su kuriomis susiduriama gamybos aikštelėje. Šie susidėvėję antgaliai labai trikdo tvirtą grioviklio stabilumą dirbant dideliais greičiais. Kalibravimo klaidos taip pat kaupiasi palaipsniui, nes mašinos negali amžinai išlikti idealiai sureguliuotos. Temperatūros pokyčiai ir nuolatinis mechaninis poveikis sukelia nedidelius padėties pokyčius, kurie laikui bėgant kaupiasi. Taip pat yra maitinimo mechanizmai. Kai bėgikliai pradeda rodyti pažeidimus ar spyruoklės praranda tamprumą, komponentai tiesiog tinkamai nesilygiuoja, dar prieš jiems būnant sumontuoti. O be to, nereikia pamiršti ir vibracijos. Per didelis virpesys visoje sistemoje dar labiau pablogina visas šias mažas problemas, dėl ko komponentai galiausiai atsiduria ne savo vietoje arba visiškai neteisingai išdėstyti ant plokštės.

Kalibravimo technikos, skirtos optimaliam SMT komponentų montavimo mašinų tikslumui

Tinkamai kalibruoti mašinas išlieka svarbu, kad ilgainiui būtų pasiektas jų maksimalus našumas. Kalbant apie lazerinį adatėlių aukščio kalibravimą, esmė yra palaikyti nuoseklų slėgį Z ašimi. Tai ypač svarbu dirbant su mažomis detalėmis, nes kitaip šios mažos sudedamosios dalys surinkimo metu gali atsirasti „kapstelėjusios“ (tombstoned). Vaizdo sistemoms kalibravimas apima standartinius fiksuotus žymeklius, kurie padeda ištaisyti pozicionavimo problemas tiek X, tiek Y kryptimis, paprastai tikslumu apie 10 mikronų. Tikras efektas pasiekiamas dinaminės kompensacijos programine įranga, kuri atsižvelgia į medžiagų išsiplėtimą ir susitraukimą, kai temperatūra keičiasi per ilgas gamybos eiles. Šie automatiniai kalibravimo patikrinimai, atliekami tarp partijų, ne tik sumažina operatorių klaidas, bet ir išlaiko tikslumą iš dienos į dieną be reikšmingo viso gamybos proceso sulėtėjimo.

Techninės priežiūros protokolai ilgalaikiam tikslumui užtikrinti

Kad ilgainiui išlaikyti tikslumą, reikia reguliarios priežiūros, apimančios tiek prevenciją, tiek gedimų šalinimą. Dauguma gamintojų rekomenduoja tikrinti antgalius ir keisti juos maždaug kas 50 tūkstančių montavimų atlikus tiksliesiems darbams, nors tai gali skirtis priklausomai nuo faktinių naudojimo sąlygų. Kas mėnesį turėtumėte tikrinti diržų įtempimą, užtikrinti, kad bėgeliai tinkamai išdėstyti, ir stebėti, kaip maitintuvai sąveikauja su komponentais, kad mažos problemos nesivystytų į didesnes. Svarbi taip pat aplinkos stabilumas. Stenkitės palaikyti temperatūrą viduje ±2 laipsnių Celsijaus ribose ir drėgmę tarp 40–60 procentų santykinės drėgmės. Tai padeda išvengti erzinančių kalibravimo poslinkių, kurie laikui bėgant lėtai kyla. Ir nepamirškite fiksuoti visko, kas atlikta per šias priežiūros sesijas. Geri dokumentai leidžia technikams anksti pastebėti dėvėjimosi modelius ir pakeisti dalis dar iki jų sugedimo, taupydamus prastovų ir remonto išlaidų ateityje.

Fiducial atpažinimo ir vaizdo sistemų gedimų įveikimas

Netikslios fiducial detekcijos priežastys SMT operacijose

Dauguma fiducial atpažinimo problemų kyla dėl trijų pagrindinių veiksnių: apšvietimo nenuoseklumų, kamerų kalibruvimo pasislinkimo ir spausdintinių grandinių plokščių skirtumų. Seni ar mirksintys šviestuvai sukuria šešėlius ir akinimą, kurie tiesiog „išblukina“ tuos mažus orientyrus. Visi esame tai matę – per mėnesius eksploatacijos kameros palaipsniui praranda idealų išlyginimą, dėl ko anksčiau patikimi ženklai tampa sunkiau pastebimi. Be to, yra ir pačių plokštės problemų – išlinkę paviršiai, kai kuriose vietose per stori, kitur per ploni uždėti lydinio sluoksniai, taip pat dulkių ir likučių kaupimasis, kurie trukdo tinkamai identifikuoti ženklus. Pagal 2024 metų Surinkimo technologijų ataskaitoje pateiktus naujausius pramonės duomenis, tokios rūšies vaizdo sistemos iššūkiai šiuo metu sudaro apie trečdalį visų komponentų montavimo klaidų gamybos linijose.

Apšvietimo ir kamerų sistemų optimizavimas patikimam atpažinimui

Gera apšvieta daro visą skirtumą, sumažinant erzinančias šešėlių ir atspindžių problemas bei užtikrinant tolygią apšvietą visoje darbo erdvėje. Dauguma sėkmingų konfigūracijų naudoja kelis reguliuojamus šviestuvus, kad galėtų tvarkyti įvairias medžiagas ir detales skirtinguose aukščiuose be jokių problemų. Reguliarios kameros patikros taip pat būtinos, ypač dirbant su sertifikuotais kalibravimo taikiniais. Fokusavimo nustatymai, eksponavimo lygiai ir iškraipymų taisymas turėtų būti kasdienio techninio aptarnavimo dalis. Kai kurios gamyklos automatizavimą pakėlė aukščiau, integruodamos šias kalibravimo procedūras tiesiogiai į savo techninio aptarnavimo grafikus. Geriausiai veikiančios įmonės pasiekia apie 99,8 % atpažinimo rodmenis, derindamos žiedinės šviesos šviestuvus su koaksialinėmis apšvietos sistemomis blizgančioms paviršių rūšims. Šios geriausios įmonės paprastai planuoja kito etapo perkalibravimą po maždaug 200 gamybos valandų, kad viskas toliau veiktų sklandžiai.

Sprendžiamos plokštės išlinkimo ir paviršiaus atspindžio problemos

Kai spausdintinės plokštės išlinksta, atsiranda įvairių problemų su židinio plokštumomis, dėl kurių dalinai sulimpa vaizdas, todėl regėjimo sistemoms sunku tinkamai nuskaityti tai, kas vyksta. Norint išspręsti šią problemą, daugelis sistemų dabar naudoja daugiapakopio fokusavimo technikas kartu su aukščio atvaizdavimo procedūromis, kurios automatiškai sureguliuoja fokusą per išlinkusias sritis, kad būtų grąžinta reikalinga aiškumo laipsnis. Blizgančios paviršiaus sąlygos sukelia visiškai kitokį iššūkį. Čia pagrindinis triukas – naudoti poliarizuotus filtrus kartu su žemu kampu esančia apšvietimu, kad būtų sumažintas erzinantis blizgesys ir faktiškai pagerėtų vaizdo kontrastas. Kai kurios pažangios 3D regėjimo sistemos dar labiau tobulėja, užfiksuodamos išsamius topografinius duomenis, leidžiančius atskirti tikrus žymenis nuo paprastų paviršiaus atspindžių. Pagal paskutinius praėjusiais metais paskelbtus tyrimus, šios priemonės padidino atpažinimo patikimumą apie 45 % dirbant su sudėtingomis medžiagomis.

Komponentų paėmimo ir paleidimo gedimų šalinimas

Vakuumo antgalio gedimai: užsikimšimas, nusidėvėjimas ir deformacija

Kai kalba eina apie komponentų paėmimo nepavykstmus, vakuumo antgalio problemos dažniausiai būna pačiame sąrašo viršuje. Pagrindiniai kaltininkai? Užsikimšimai, sukelti seno skardinio tepalo, kaupiančios dulkių ar lipnių klijų likučių, kurie tiesiog toliau kaupiasi viduje. Šie užsikimšimai trikdo siurbimo galią. Nereikia pamiršti ir dėl susidėvėjimo. Senėjant antgaliai pradeda šiek tiek deformuotis, sukeliant vakuumo nutekėjimus ir darant sunku užtikrinti patikimą sandarą su komponentais surinkimo metu. Būtina reguliariai tikrinti įtrūkimus ar kitus matomus pažeidimus. Taip pat svarbu tikrinti siurbimo stiprumą naudojant tinkamą matavimo prietaisą. Valymas taip pat turėtų būti atliekamas reguliariai, naudojant tirpiklius, specialiai tam sukurtus. Remiantis pramonės duomenimis, apie 45 % erzinančių „paimk-ir-pastatyk“ klaidų automatizuotose gamybos linijose iš tiesų yra susiję su pačiais antgaliais.

Nepakankama vakuumo slėgio įtaka komponentų paėmimui

Kai vakuumo slėgis nukrenta žemiau reikiamų lygių, komponentai tiesiog tinkamai neprisisega, dėl ko atsiranda įvairių problemų, tokių kaip praleistos paimimo operacijos arba detalės nukrinta judant jas per gamybos liniją. Dažniausiai randame problemas dėl oro nuotėkio vamzdeliuose, purvinų filtrų, kuriuos reikia išvalyti, arba siurblių, kurie tiesiog susidėvi laikui bėgant. Visada patikrinkite, ar sistema pasiekia gamintojo nustatytus techninius parametrus – paprastai apie 50–70 kilopaskalių įprastoms detalėms, ir tai tikrinkite naudodami tinkamus matavimo įrankius, o ne spėliojant. Gamyklos aikštelės ataskaitos rodo, kad tinkamai prižiūrimi vakuumo sistemos sumažina paimimo gedimus beveik dvigubai, kas labai padidina bendrą produktyvumą, kai viskas veikia sklandžiai, be nuolatinių sustojimų dėl nukritusių detalių.

Maitinimo įrenginių susijusios problemos: pavaros pažeidimas, spyruoklių pavargimas ir svetimi šiukšlių elementai

Tai, kaip detalės patenka į mašinas, labai svarbu pastoviai gamybai palaikyti. Kai dėl ilgo darbo laiko pasireiškia pavarų dėvėjimas arba jos netinkamai išdėstytos, visa sistema išeina iš sinchronizacijos ir detalės nepajuda tada, kada reikia. Spyruoklės, kurios jau praėjo per begalę ciklų, laikui bėgant tiesiog praranda savo stiprumą, todėl detalės užfiksuojamos netinkamose pozicijose, o ne ten, kur turėtų būti. Be to, sistemoje nuolat kaupiasi įstrigę šiukšlių gabalėliai – lipnios juostelės, maži sulūžę fragmentai ar net dulkių sluoksnis, kurie gali užblokuoti kelią ir sutrukdyti tinkamam detalių paėmimui. Techninės priežiūros komandos turi reguliariai valyti šiuos takus, tikrinti pavaras, kad aptiktų galimus gedimus, ir keisti spyruokles dar iki jų visiško sugedimo. Šie paprasti veiksmai užtikrina tikslų maitinimo procesą ir padidina bendrąją įrangos našumą (OEE), kurį gamintojai vertina labai aukštai.

Klijavimo defektų prevencija pagerinant SMT montavimą

Kaip montavimo netikslumai sukelia „kapotės“ efektą ir lydmetalo tiltelius

Detalių išdėstymo tikslumas labai stipriai veikia, kaip gerai laikysis lydymo siūlės. Tyrimai parodo, kad apie 38 % erzinančių „kapinės akmenies“ defektų atsiranda tada, kai išdėstymo klaidos viršija ±0,1 mm. Kai komponentai nėra idealiai išlyginti, lydymo pasta netolygiai paskirstoma ant plokštės. Tai sukuria skirtingas šlapijimo jėgas, kurios tiesiogiai traukia vieną komponento pusę aukštyn, kai vyksta šildymas. Jei komponentai pasislenka į šoną link gretimų kontaktinių plotelių, yra daug didesnė tikimybė, kad susidarys nereikalingi lydinio tilteliai, kai viskas sulydama per reflow procesą. Laimei, šiuolaikinė pažangioji įranga padeda kovoti su šiomis problemomis naudojant lazerines korekcijos sistemas, galinčias išdėstyti komponentus su tikslumu iki maždaug 25 mikronų. Šios naujovės tikrai sumažino gamybos linijos defektus, nors visiškai pasinaudoti pranašumais vis dar reikalauja tinkamo įrangos derinimo ir priežiūros.

Išdėstymo parametrų optimizavimas, siekiant sumažinti lydymo defektus

Teisingas balansas tarp greičio ir tikslumo padeda sumažinti erzinančius litavimo defektus. Dirbant su antgaliais, paprastai protinga laikyti jų nuleidimo greitį žemiau 20 mm/s, kad jie per daug nešokinėtų. Montavimo slėgis turėtų būti tarp 1,0 ir 2,5 Niutonų, kad užtikrintume, jog nepastūmėsime lituoklio iš vietos. Gamybos linijose stencilių spausdintuvų sinchronizavimas su montavimo įrenginiais naudojant tam tikrą sekimo sistemą leidžia viskam judėti be ilgų ciklų užstringimų. Jei detalės po spausdinimo ilgai stovi, paprastai bet kas virš valandos pradeda apie 40 % padidinti „kapo“ susidarymo riziką. O kai kalba eina apie mažesnes komponentes, laikymasis maždaug pusės kontaktinio aikštelės padengimo atrodo veiksmingiausias būdas subalansuoti sudėtingas drėkinimo jėgas ir sumažinti „kapų“ susidarymo tikimybę.

Atvejo analizė: „Kapų“ susidarymo sumažinimas 68 % sureguliavus įrangą

Atlikto tyrimo duomenimis, mašinų derinimas sistemingai padėjo sumažinti „kapotėlio“ reiškinį apie 68 %, ypač mažiems 01005 ir 0201 komponentų korpusams. Kas davė rezultatų? Jie patobulino vaizdo sistemas, kad galėtų nustatyti lygiavimo žymes ±15 mikrometrų tikslumu, nustatė sriegio slėgį tiksliai 1,2 Niutono ir pridėjo realaus laiko temperatūros reguliavimo funkciją. Komanda taip pat pratęsė detalių buvimo prašildymo zonoje trukmę iki apie 90 sekundžių ir palaikė temperatūrą nuo 150 iki 170 laipsnių Celsijaus metant, kad viskas vienodai ištirptų prieš faktinį litavimą. Šie pokyčiai ne tik pašalino erzinančius „kapotėlio“ reiškinius, bet netikėtai taip pat sumažino litavimo tiltelių atsiradimą – tą pačią partiją gamindami jie sumažėjo beveik dvigubai.

Užtikrinant komponentų vientisumą ir prevenciją nuo medžiagų pažeidimų

Dažnai pasitaikančios priežastys, dėl kurių renkant ir dedant pažeidžiami komponentai

Kai komponentai pažeidžiami paviršiaus montavimo technologijos metu, tai labai paveikia tiek gamybos išeigą, tiek ilgalaikę produktų patikimumą. Pagrindinės šios problemos priežastys – per didelis siurbliuko spaudimas, netinkamas komponentų tvarkymas ir neteisinga jų orientacija montuojant. Per stiprus siurbliukų spaudimas dažnai sukelia trapiai komponentų korpuso dalių įtrūkimus arba pažeidžia jų galinius kontaktus. Be to, netinkamas tvarkymas sukuria rimtą elektrostatinio išlydžio (ESD) riziką, kuri gali nedelsiant sugadinti jautrius puslaidininkinius čipus tiesiog gamybos eigoje. Taip pat yra problema, kai komponentai montuojami netinkamu kampu, dėl ko atsiranda mechaninė apkrova visai sistemai. Ši apkrova vėliau gali sukelti vidinių ryšių lūžius ar net sunaikinti visą komponento korpuso struktūrą.

ESD saugus tvarkymas ir optimizuoti siurbliukų slėgio nustatymai

Apsaugoti šiuos jautrius komponentus nuo ESD pažeidimų iš esmės reiškia laikytis kai kurių pagrindinių saugos praktikų. Įžemintos darbo vietos turėtų būti standartinė įranga, taip pat laidieji kilimėliai turi būti išdėstyti visose darbo zonose ir tinkami antistatiniai pakuotės sprendimai saugojimui bei transportavimui. Kalbant apie purkštukų nustatymą, čia iš tiesų yra nemažai niuansų. Lengvesniems komponentams tikrai reikia mažiau vakuumo galios, kitaip jie bus sutraiškyti dėl per didelio siurbimo. Sunkesniems detalėms situacija kitokia – jie reikalauja pakankamai jėgos, kad būtų patikimai pagauti ir neslystų per tvarkymą. Techninės priežiūros personalas turėtų bent kartą per mėnesį tikrinti slėgio jutiklius, kad užtikrintų tikslų rodmenų nuskaitymą. Ir nepamirškite kartkartėmis atidžiai apžiūrėti pačių purkštukų. Net mažiausi susidėvėjimo ar defektų požymiai gali sutrikdyti visą procesą ir sukelti įvairių problemų ateityje.

Išvengti pažeidimų dėl neteisingo pakėlimo arba padėjimo aukščio

Neteisingai nustatant pakėmimo ar montavimo aukštį, tai iki šiol yra viena dažniausių medžiagų pažeidimų priežasčių gamybos linijose. Jei pakėmimo aukštis nustatomas per žemai, antgaliai galiausiai spaudžia komponentus tiesiai į maitinimo įrenginius ar juostelės sistemas, dėl ko delikatus komponentus gali išsibendrinti. Kita vertus, jei šis aukštis nustatomas per aukštai, vyksta nepavykę pakėlimo bandymai, dėl kurių mašinos priverstos kartoti veiksmą iš naujo ir iš naujo, ilgainiui sukeliant papildomą dėvėjimąsi jautriems komponentams. Montuojant komponentus labai svarbu rasti tinkamą pusiausvyrą – komponentai turi švelniai, bet pakankamai tvirtai palieti lydmetalo pasta paviršių, kad tinkamai priliptų, tačiau nebūtų įremti į pačią PCB plokštę. Šiuolaikinė įranga dažnai aprūpinta lazeriniais aukščio jutikliais bei automatinės kalibravimo funkcijomis. Šios technologijos padeda išlaikyti nuoseklias nustatymo reikšmes netgi tuomet, kai dirbama su skirtingų dydžių ir formų komponentais – tai tampa vis svarbesne sąlyga, kai pramonėje toliau mažėja leistinos gamybos paklaidos.

Dažniausiai paskyrančių klausimų skyrius

Kokie yra pagrindiniai komponentų montavimo klaidų priežastys?

Komponentų montavimo klaidos dažnai atsiranda dėl susidėvėjusių antgalių, netinkamų padavimo mechanizmų ir per didelių sistemos vibracijų.

Kaip mašinos kalibruotė gali pagerinti SMT komponentų montavimo tikslumą?

Tinkama kalibracija užtikrina nuoseklią Z ašies slėgio reguliavimą, ištaiso pozicionavimo problemas su fiksaliniais ženklais ir naudoja dinaminio kompensavimo programinę įrangą temperatūros pokyčiams.

Kokia šviesos reikšmė fiksalinių ženklų atpažinime?

Gera apšvietimas padeda sumažinti šešėlius ir blizgesį, užtikrinant, kad fiksaliniai ženklai būtų aiškiai matomi tiksliai komponentų montavimui.

Kaip galima sumažinti lydymo defektus SMT procesuose?

Optimizuojant montavimo greitį, slėgį, sinchronizaciją tarp šablonų spausdintuvų ir montavimo mašinų bei užtikrinant tinkamą kontaktinių plotelių padengimą, galima sumažinti lydymo defektus.

Kodėl ESD saugus tvarkymas svarbus komponentų vientisumui?

ESD saugus tvarkymas apsaugo jautrius komponentus nuo elektrostatinio išlydžio, neleidžia jiems būti pažeistams ir užtikrina gaminio patikimumą.