Dažniausiai pasitaikančios SMT surinkimo problemos ir tai, kaip jas išsprendžia automatizacija

Pagrindinių Smt pick and place mašiną Defektų priežastys: tilteliai, kapliavimas (tombstoning) ir šaltos jungtys

Šablonų nesutapimas ir aliuminio klijų (solder paste) išleidimo problemos sukelia tiltelius ir kapliavimą (tombstoning)

Dažniausiai pasitaikančios problemos paviršiaus montavimo technologijos (SMT) montuojamuose įtaisuose, pvz., lydymo tilteliai ir „kapitonių“ reiškinys, dažniausiai prasideda jau lydymo tirščių spaustuvės etape. Net mažiausias šablonų nesutapimas – net mažesnis nei 50 mikronų – gali sutrikdyti tirščių patekimą ant PCB kontaktų plotelių, kuriant netolygią drėkinimą per perlydymo procesą. Jei prie šio reiškinio pridėsime problemas, kai lydymo tirščiai netinkamai išsisklaido užsikimšusiais šablonų skylėmis arba turi netinkamą konsistenciją, susidarys nepatogūs tilteliai tarp komponentų išvadų. „Kapitonių“ reiškinys įvyksta tada, kai tirščių tūrio nesuderintumas sukuria nevienodą paviršiaus įtempimą, dėl ko labai maži komponentai, pvz., 0201 rezistoriai, visiškai pakyla nuo vienos pusės. Taip pat svarbu tiksliai parinkti metalo kiekį lydymo tirščiuose – jis turėtų būti apytikriai 88–92 % kietųjų medžiagų, o netinkami šablonų projektavimai tik dar labiau pablogina situaciją. Žinoma, SMT komponentų paėmimo ir padėjimo įrenginių tikslumas taip pat veikia galutinę komponentų padėtį, kai tirščių nuosėdos nėra idealios, tačiau pagrindinė problema iš tikrųjų slepiasi šablonų proceso kontrolėje. Gamintojams reikia kruopščiai tikrinti savo šablonus dėl tinkamo išdėstymo, įvertinti atverčių formą bei išbandyti tirščių tekėjimo savybes, jei nori vengti brangaus pakartotinio darbo vėlesniuose gamybos etapuose.

Perkaitinimo profilio kintamumas kaip pagrindinis šaltųjų jungčių ir silicio rutuliukų atsiradimo veiksnys

Tai, kaip mes valdome šilumą per perlydymo (reflow) litavimą, lemia viską, kai reikia išvengti šaltų jungčių ir litavimo rutuliukų. Kai pradinis pašildymas vyksta per greitai – pavyzdžiui, daugiau nei 2–3 laipsniai per sekundę – arba kai temperatūros skirtumai skirtingose plokštės vietose viršija ±5 laipsnius, fluksas neaktyvuojamas tinkamai visur. Kas tuomet nutinka? Susidaro šie nepatogūs šaltieji sujungimai, kai ištirpęs litavimas nepakankamai gerai prilimpa prie komponentų išvedimų, todėl susidaro silpnos jungtys, kurios dažnai pasiduoda jau ankstyvoje eksploatacijos stadijoje. Litavimo rutuliukai – tai visiškai kitokia problema. Jie susidaro tada, kai aukštose maksimaliose temperatūrose (apie 220–250 °C) įvyksta per didelis šiluminis smūgis. Fluksas taip greitai garuoja, kad išmeta mažus litavimo rutuliukus visą laminato paviršių. Be to, jei komponentai per trumpai būna aukščiau lydymosi temperatūros (paprastai 40–90 sekundžių), litavimo dalelės taip pat nevisiškai susilieja. Teisingai parinktas perlydymo (reflow) profilis yra labai svarbus. Geri profiliai turi atitikti tiekėjų rekomenduojamus parametrus, o jų tikrinimas termoparomis padeda užtikrinti vienodą pašildymą visame procese be žalingų temperatūros skirtumų.

SMT komponentų parinkimo ir montavimo įrenginio tikslumas: montavimo susijusių defektų prevencija

Montavimo tikslumas mažesnis nei 25 μm, pašalinantis nesutapimą ir sumažinantis perdaromų ciklų skaičių

Šiuolaikiniai SMT komponentų parinkimo ir montavimo įrenginiai gali pasiekti montavimo tikslumą mažesnį nei 25 mikronai, tai reiškia, kad komponentai yra dedami į spausdintųjų laidų plokštes su nepaprasta tikslumu. Tai esminiu būdu sustabdo tas varginančias nesutapimo problemas, kurios vėliau sukelia defektus. Tikrasis „stebuklas“ vyksta dėl realaus laiko vaizdo sistemų, kurios iš karto aptinka problemas ir nedelsdamos atlieka korrekcijas, todėl net dirbdamos maksimaliu greičiu įrenginiai išlaiko savo tikslumą. Pag according to 2023 m. elektronikos gamybos tyrimo duomenis, gamyklos, naudojančios tokį tikslumą, masinėje gamyboje turi apie 40 % mažiau perdaromų ciklų. Dar geriau tai, kad bendras defektų lygis sumažėja apie 55 % lyginant su senesne įranga, kas daro didelę įtaką tiek kokybei, tiek bendroms sąnaudoms.

Uždarojo ciklo korėkcinė sistema, remiamasi orientyriniais žymenimis, padidinanti procesų gebėjimą (Cpk 1,67 komponentams 0201)

Uždarojo ciklo korėkcinė sistema, remiamasi orientyriniais žymenimis, leidžia įrenginiams aptikti montavimo klaidas realiuoju laiku ir automatiškai jas ištaisyti. Tokioje sistemoje gamintojai gali pasiekti Cpk rodiklį virš 1,67 dirbdami su 0201 komponentais, kas reiškia, kad defektų dažnis sumažėja žemiau 0,1 %. Litavimo jungtys išlieka nepažeistos net šiuose mažiausiuose pasyviuosiuose komponentuose visą gamybos ciklą. Šios automatinės grįžtamųjų ryšių sistemos atlieka visus reikiamus derinimus fone, todėl nereikia įsikišti rankiniu būdu. Tai labai veiksminga plokštėms su įvairiais išdėstymais ir sudėtingomis komponentų kombinacijomis – naudingumo koeficientas lieka aukštas, nepaisant kylančių iššūkių.

Integruota automatinė inspekcija: SPI, AOI ir litavimo per karščiavimą stebėjimas

Realiojo laiko litavimo masės inspekcija (SPI), kurianti tiltelių riziką iki 68 %

Lytųjų medžiagų patikros sistemos veikia tikruoju laiku naudodamos 3D vaizdo technologiją, kad iškart prieš dedant komponentus patikrintų spausdintųjų grandinių plokštes. Šios sistemos aptinka problemas, tokias kaip netolygūs lytųjų medžiagų kiekiai, centravimo nuokrypiai ir galimos tiltelio (bridging) problemos, su gana dideliu tikslumu. Kai įmonės nuolat naudoja standartines SPI patikras, jų gamybos linijose pastebima žymiai gerėjanti situacija. Vienoje gamykloje defektų skaičius staigiai sumažėjo nuo 12 % iki tik 0,3 %, kai pradėta nuolat taikyti šią technologiją. Tikroji vertė kyla iš to, kad problemos išsprendžiamos dar tuomet, kai plokštė vis dar yra spaustuvėje, o ne vėliau – po lydymo proceso, kai reikia šalinti brangų brokuotą gaminį. Tai daro SPI tvirtu kokybės kontrolės etapu gamybos proceso pradžioje, ypač tada, kai ji tinkamai derinama su tiksliais šablonais ir patikimomis komponentų montavimo įranga.

AOI nukreipta defektų taisymo prioritetų nustatymo sistema sumažino vidutinį defektų šalinimo laiką 41 %

AOI sistemos po refliuksinio proceso padaro išsamių nuotraukų, kad aptiktų problemas, tokias kaip komponentų „paminklų“ reiškinys (tombstoning), tuštumos, neteisingai išdėstyti komponentai ir įvairios kitos lydymo problemos, kurios gali sugadinti plokštę. Šiuolaikinės geriausios sistemos iš tikrųjų naudoja dirbtinį intelektą, kad nustatytų kiekvienos defekto rimtumą, o tada automatiškai nukreiptų plokštes į tinkamas vietas, kur jas reikia taisyti. Šis protingas rūšiavimas sumažina laukimo laiką, kol kas nors rankiniu būdu patikrintų visas plokštes, ir, kaip teigia dauguma gamyklos, su kuriomis kalbėjau, sutaupo apie 40 procentų laiko, kuris paprastai būna skirtas defektams šalinti. Jei aptinkama rimta problema, ji tučtuojau taisoma. Plokštės, kurios atrodo tinkamos, tiesiog toliau juda gamybos linijoje be sustojimų, todėl procesas lieka sklandus net tuo atveju, kai gamina įvairaus tipo produktus mažomis partijomis.

Automatizacijos grąžinamumas SMT linijose: gamybos naudingumo padidėjimas, darbo jėgos efektyvumas ir mastelio keitimo galimybė

Kai įmonės automatizuoja savo paviršiaus montavimo technologijos (SMT) surinkimo procesus, jos dažniausiai pasiekia naudos trijuose pagrindiniuose aspektuose: gerėja gaminamų produktų išeiga, sumažėja darbo jėgos poreikis ir padidėja gamybos mastelio didinimo galimybė. Šiuolaikinių SMT „Pick and Place“ įrenginių didelė tikslumas sumažina dažnus lydymo problemų atvejus, tokius kaip tilteliai ir „kapinių akmenys“, maždaug 60 procentų, remiantis naujausiais 2024 m. pramonės duomenimis. Dėl to pirmojo bandymo išeiga padidėja nuo 15 iki 25 procentų taškų. Mažiau defektų reiškia mažiau laiko, skiriamo klaidų taisymui ir medžiagų švaistymui, todėl kiekvieno vieneto surinkimo sąnaudos sumažėja maždaug 30–50 centų. Tuo tarpu automatizuotoms gamybos linijoms reikia tik apie penkių darbuotojų, palyginti su dvylikos ar daugiau darbuotojų, reikalingų rankiniam darbui. Tai kasmet sutaupo šimtus tūkstančių dolerių darbo užmokesčiui, tuo pat metu leisdama gamyklos veikti nepertraukiamai – dieną ir naktį. Kitas svarbus privalumas – mastelio didinimo galimybė. Automatizuotos SMT linijos gali padidinti gamybą 40–70 procentų be papildomų darbuotojų įdarbinimo, todėl gamintojams tampa žymiai lengviau valdyti staigius paklausos šuolius. Technologinės perstatymo operacijos paprastai trunka mažiau nei dvi valandos. Dauguma gamybos įmonių nustato, kad visos šios efektyvumo naudos apsimoka per 12–18 mėnesių po įrengimo.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kas sukelia lydymo tiltelius ir „paminklų“ reiškinį SMT montavimo procese?

Lydymo tilteliai ir „paminklų“ reiškinys dažniausiai kyla dėl šablonų nesutapimo ir netinkamo lydymo pasterio išleidimo spausdinimo etape.

Kaip išvengti šaltųjų sujungimų ir lydymo rutuliukų perlydymo metu?

Šaltųjų sujungimų ir lydymo rutuliukų galima išvengti veiksmingai kontroliuojant šilumą perlydymo metu ir užtikrinant, kad perlydymo profilis atitiktų gamintojo rekomendacijas.

Kaip automatizacija padidina SMT linijos našumą?

Automatizacija padidina gaminamų produktų išeigą, sumažina darbo jėgos poreikį ir gerina mastelio keitimą, suteikdama gamintojams žymią naudą.

Kokias privalumus suteikia šiuolaikiniai SMT „pick and place“ mašinos siūlote?

Šiuolaikiniai SMT komponentų dedimo į vietas įrenginiai užtikrina tikslumą mažesnį nei 25 μm, sumažindami pakartotinio tvarkymo ciklus ir žeminant bendrą defektų rodiklį.