Veelvoorkomende problemen bij SMT-plaatsmachines (en hoe ze op te lossen)

Smt pick-and-place machine : Problemen met de nauwkeurigheid van componentplaatsing diagnosticeren en oplossen

Hoe nauwkeurig componenten worden geplaatst, blijft een van de belangrijkste factoren bij het beoordelen van surface mount technology (SMT) pick-and-place-machines. Zelfs kleine misaligneringen van ongeveer 50 micron kunnen leiden tot serieuze problemen in complexe printplaatontwerpen. Wanneer wordt gekeken naar wat er misgaat, detecteren visiesystemen doorgaans drie hoofdproblemen. Ten eerste is er hoekverdraaiing (angular skew), waarbij onderdelen roteren over plus of min 3 graden omdat de mondstukken ze niet goed vasthouden. Vervolgens zien we X/Y-positieverschuivingen van meer dan 25 micron, voornamelijk optredend wanneer het positioneringssysteem van de machine begint te driften. En tot slot leiden variaties in druk op de Z-as vaak tot die vervelende tombstone-defecten, met name zichtbaar bij zeer kleine componenten van formaat 0402. Als we dieper ingaan op de oorzaken van deze problemen, blijken versleten mondstukken verantwoordelijk voor bijna 4 op de 10 incidenten. Onjuiste voermechanismen dragen bijna 30% bij, terwijl trillingen sterker dan 2,5 G, die in strijd zijn met de IPC-9850-richtlijnen, de rest van de problemen veroorzaken.

Oorzaken van plaatsingsfouten en componentverdraaiing identificeren

Fouten bij het plaatsen van componenten komen meestal neer op problemen met de machine en de bediening ervan. De mondstukken slijten of vervormen vaak, wat naar schatting verantwoordelijk is voor ongeveer 40% van alle nauwkeurigheidsproblemen die we op de productieafdeling tegenkomen. Deze versleten mondstukken verstoren de gripstabiliteit vooral bij hoge snelheden. Kalibratiefouten nemen ook geleidelijk toe, omdat machines nu eenmaal niet voor altijd perfect afgesteld blijven. Temperatuurschommelingen en alledaagse mechanische belasting veroorzaken kleine positionele afwijkingen die zich na verloop van tijd cumuleren. Vervolgens zijn er de voedermechanismen. Wanneer tandwielen beschadigd raken of veren hun spanning verliezen, worden componenten al vóór het plaatsen niet meer correct uitgelijnd. En ook trillingen mogen niet worden vergeten. Te veel trillingen in het systeem verergeren al deze kleine problemen, waardoor componenten uiteindelijk scheef of volledig verkeerd op de printplaat terechtkomen.

Calibratietechnieken voor optimale nauwkeurigheid van SMT-pick-and-place-machines

Het goed gecalibreerd houden van machines blijft essentieel om er over tijd het maximale uit te halen. Wat betreft de laserbepaling van mondhogehoogtes, gaat het er in feite om een constante druk langs de Z-as te behouden. Dit is vooral belangrijk bij het werken met kleine onderdelen, omdat anders die minuscule componenten tijdens de assemblage kunnen 'tombe-stone' raken. Voor visiesystemen omvat calibratie standaard fiducial markers die helpen bij het corrigeren van positioneringsproblemen in zowel X- als Y-richting, meestal met een nauwkeurigheid van ongeveer 10 micron. De echte doorbraak zit hem in dynamische compensatiesoftware die rekening houdt met uitzetting en krimp van materialen bij temperatuurschommelingen tijdens langdurige productiecyclus. Deze automatische kalibratiecontroles, die tussen productiecharges door worden uitgevoerd, verminderen niet alleen fouten door operators, maar zorgen er ook dag na dag voor dat de nauwkeurigheid gehandhaafd blijft zonder het gehele productieproces merkbaar te vertragen.

Onderhoudsprotocollen om langdurige plaatsingsnauwkeurigheid te waarborgen

Het nauwkeurig houden van dingen over tijd heen betekent regelmatig onderhoud dat zowel preventie als het verhelpen van problemen omvat wanneer die zich voordoen. De meeste fabrikanten raden aan om mondstukken te controleren en deze ongeveer elke 50 duizend plaatsingen te vervangen bij precisiewerkzaamheden, hoewel dit kan variëren afhankelijk van de daadwerkelijke gebruiksomstandigheden. Maandelijkse inspecties moeten onder andere het controleren van de riemspanning, het waarborgen van correcte uitlijning van de rails en het controleren van de manier waarop toevoerapparaten componenten oppakken, om te voorkomen dat kleine problemen groter worden. Ook de stabiliteit van het milieu is belangrijk. Probeer de temperatuur binnen ongeveer 2 graden Celsius te houden en de luchtvochtigheid tussen 40 en 60 procent relatieve vochtigheid. Dit helpt om vervelende kalibratieverschuivingen te voorkomen die langzaam in de loop van de tijd optreden. En vergeet niet om alles wat tijdens deze onderhoudssessies wordt gedaan goed vast te leggen. Goede documentatie stelt technici in staat patronen in slijtage vroegtijdig te herkennen, zodat onderdelen kunnen worden vervangen voordat ze daadwerkelijk defect raken, wat stilstand en reparatiekosten op termijn bespaart.

Het overwinnen van problemen met fiducial-herkenning en visiesysteemstoringen

De oorzaken van onnauwkeurige fiducial-detectie bij SMT-operaties

De meeste problemen met fiducial-herkenning komen neer op drie hoofdoorzaken: inconsistent licht, verplaatsing van camera-calibratie en variaties tussen printplaten. Oude of flikkerende lampen veroorzaken schaduwen en spiegelingen die de kleine referentiemarkeringen simpelweg wegvaagden. We hebben het allemaal wel eens gezien: camera's verliezen langzaam hun perfecte uitlijning na maandenlang gebruik, waardoor die ooit betrouwbare markeringen moeilijker te herkennen worden. Dan zijn er nog de problemen met de plaat zelf: vertrokken oppervlakken, soldeermaskers die op sommige plaatsen te dik aangebracht zijn, op andere te dun, plus stof- en residuophoping die de juiste identificatie in de weg zitten. Volgens recente branchegegevens uit het Assembly Technology Report 2024 zijn dit soort visuele systeemuitdagingen verantwoordelijk voor ongeveer een derde van alle fouten bij SMT-componentplaatsing op productielijnen vandaag de dag.

Optimalisatie van verlichtings- en camerasystemen voor betrouwbare herkenning

Goede verlichting maakt het verschil als het gaat om het verminderen van vervelende schaduwen en reflecties, terwijl alles gelijkmatig verlicht blijft in de gehele werkruimte. De meeste succesvolle opstellingen gebruiken meerdere instelbare lampen, zodat ze zonder problemen kunnen omgaan met verschillende materialen en onderdelen op diverse hoogtes. Regelmatige cameracontroles zijn eveneens essentieel, vooral bij gebruik van gecertificeerde kalibratiedoelen. Scherpstelling, belichtingsniveaus en het corrigeren van vervormingen moeten deel uitmaken van het standaard onderhoud. Sommige fabrieken zijn nog een stap verder gegaan door deze kalibratieroutines direct in hun onderhoudsroosters op te nemen. De best presterende installaties behalen ongeveer 99,8% herkenningsratio’s door ringverlichting te combineren met coaxiale verlichtingssystemen voor glanzende oppervlakken. Deze topinstallaties plannen doorgaans een nieuwe ronde herkalibratie in na ongeveer 200 productie-uren om alles soepel draaiende te houden.

Het aanpakken van buiging van de printplaat en uitdagingen met oppervlaktereflectiviteit

Wanneer printplaten verdraaien, ontstaan er allerlei problemen met brandvlakken, wat resulteert in gedeeltelijke onscherpte die het voor visiesystemen moeilijk maakt om correct te lezen wat er gebeurt. Om dit probleem op te lossen, gebruiken veel installaties nu technieken voor meervlaksfocussen in combinatie met hoogtekaart-routines die automatisch de scherpstelling aanpassen over deze vertekende gebieden, waardoor de nodige helderheid wordt hersteld. Het omgaan met glanzende oppervlakken vormt een totaal andere uitdaging. De oplossing hier is het gebruik van gepolariseerde filters in combinatie met verlichting onder lagere hoeken om hinderlijke spiegelingen te verminderen en tegelijkertijd het beeldcontrast te verbeteren. Sommige geavanceerde 3D-visiesystemen gaan nog verder door gedetailleerde topografische informatie vast te leggen, zodat ze echte markeringen kunnen onderscheiden van weerkaatsingen op het oppervlak. Volgens recente tests die vorig jaar werden gepubliceerd, hebben deze methoden de betrouwbaarheid van herkenning met ongeveer 45% verbeterd bij het werken met lastige materialen.

Ophalen en loslaten van componenten: storingen analyseren

Storingsproblemen met vacuümmondstuk: verstopping, slijtage en vervorming

Wanneer het om oppakfouten gaat, staan problemen met vacuümmondstukken vaak bovenaan de lijst. De belangrijkste oorzaken? Verstoppingen veroorzaakt door oude soldeerpasta, opgehoopt stof of kleverige resten van lijm die zich steeds verder opbouwen in het binnenste. Deze verstoppingen verstoren de zuigkracht. En ook slijtage mag niet worden vergeten. Naarmate mondstukken ouder worden, vervormen ze licht, waardoor vacuümlekken ontstaan en het moeilijk wordt om tijdens de assemblage een goede afsluiting op componenten te verkrijgen. Regelmatige controle op scheuren of andere zichtbare beschadigingen is essentieel. Ook het controleren van de zuigkracht met een geschikte meetinstrument is belangrijk. Regelmatig schoonmaken dient plaats te vinden met oplosmiddelen die specifiek voor dit doel zijn ontworpen. Volgens cijfers uit de industrie zijn ongeveer 45% van de vervelende pick-and-place-fouten op geautomatiseerde productielijnen direct terug te voeren op problemen met de mondstukken zelf.

Onvoldoende vacuümdruk en de impact daarvan op het oppakken van componenten

Wanneer de vacuümdruk daalt onder de vereiste niveaus, blijven componenten gewoon niet goed vastzitten, wat leidt tot allerlei problemen zoals gemiste grepen of onderdelen die tijdens het verplaatsen over de productielijn eraf vallen. Meestal zien we problemen met luchtlekkages in de buizen, vuile filters die schoongemaakt moeten worden, of pompen die simpelweg versleten zijn geraakt door de tijd heen. Controleer altijd of het systeem de specificatienummers van de fabrikant haalt, meestal rond de 50 tot 70 kilopascal voor standaardcomponenten, en doe dit met behulp van juiste meetinstrumenten, niet op basis van gissen. Rapporten van de fabrieksvloer tonen aan dat goed onderhoud van vacuümsystemen de kans op grepfouten ongeveer met de helft vermindert, wat een groot verschil maakt voor de algehele productiviteit wanneer alles soepel verloopt zonder constante onderbrekingen door vallende onderdelen.

Problemen gerelateerd aan voeders: tandwielbeschadiging, veervermoeidheid en vreemde objecten

De manier waarop onderdelen in machines worden gevoerd, is van groot belang voor een stabiele productie. Wanneer tandwielen slijtage vertonen door langdurig gebruik of niet correct zijn uitgelijnd, raakt alles uit balans en schuiven de onderdelen niet op het juiste moment verder. Veren die talloze cycli hebben doorgemaakt, verliezen mettertijd hun veerkracht, waardoor onderdelen in vreemde posities terechtkomen in plaats van op de plek waar ze moeten zijn. Er blijven voortdurend dingen vastzitten in het systeem — stukjes tape, kleine gebroken deeltjes, zelfs stofophoping kan het pad blokkeren en ervoor zorgen dat onderdelen niet goed worden opgepakt. Onderhoudsteams moeten deze banen regelmatig schoonmaken, tandwielen controleren op storingen en veren vervangen voordat ze volledig defect raken. Deze eenvoudige stappen zorgen voor een nauwkeurig aanvoerproces en verhogen het aantal Overall Equipment Effectiveness (OEE) dat fabrikanten zo belangrijk vinden.

Voorkomen van soldeerafwijkingen door verbeterde SMT-plaatsing

Hoe onnauwkeurigheden bij het plaatsen leiden tot tombstoning en soldeerbruggen

De nauwkeurigheid van het plaatsen van componenten heeft een groot effect op hoe goed soldeerverbindingen blijven zitten. Onderzoeken tonen aan dat ongeveer 38% van die vervelende tombstone-defecten optreedt wanneer plaatsingsfouten groter zijn dan plus of min 0,1 mm. Wanneer onderdelen niet perfect uitgelijnd zijn, verspreidt het soldeerpasta ongelijkmatig over de printplaat. Dit zorgt voor verschillende bevochtigingskrachten die letterlijk één kant van het component omhoogtrekken tijdens het verwarmen. Als componenten zijwaarts verschuiven richting aangrenzende pads, is de kans veel groter dat er ongewenste soldeerverbindingen (solderbruggen) ontstaan wanneer alles smelt tijdens het reflowproces. Gelukkig helpen moderne apparaten deze problemen te bestrijden middels lasersystemen voor correctie, die componenten kunnen plaatsen met een nauwkeurigheid van ongeveer 25 micron. Deze verbeteringen hebben zeker geleid tot minder productiedefecten, hoewel het volledig benutten van deze voordelen nog steeds correcte installatie en onderhoud van de machines vereist.

Plaatsingsparameters optimaliseren om soldeerfouten te verminderen

Het vinden van de juiste balans tussen snelheid en nauwkeurigheid helpt om vervelende soldeerfouten te verminderen. Bij het werken met spuitmonden is het over het algemeen verstandig om de neerwaartse snelheid onder de 20 mm/s te houden, zodat ze niet te veel gaan stuiteren. De plaatdruk moet ergens tussen 1,0 en 2,5 Newton liggen om te voorkomen dat de soldeerpasta uit zijn positie wordt geduwd. Voor productielijnen zorgt het synchroniseren van de stencilprinters met de plaatmachines via een soort volgsysteem ervoor dat alles soepel blijft lopen zonder vast te lopen in lange cycli. Als onderdelen te lang blijven staan na het printen, meestal meer dan een uur, neemt de kans op tombstoning-problemen ongeveer 40% toe. En bij kleiner componenten werkt het het beste om ongeveer de helft van de padbedekking aan te houden, om zo de lastige natmakingskrachten in balans te houden en het ontstaan van tombstones minder waarschijnlijk te maken.

Casus: Vermindering van tombstoning met 68% door afstemming van machines

Volgens een onlangs uitgevoerde studie is het systematisch aanpassen van machines erin geslaagd om tombstoning-problemen met ongeveer 68% te verminderen, specifiek voor de kleine componentenpakketten 01005 en 0201. Wat werkte? Ze verfijnden de visiesystemen zodat ze uitlijningsmarkeringen konden detecteren binnen plus of min 15 micrometer, stelden de nozzle-druk precies in op 1,2 Newton en voegden een functie voor realtime temperatuuraanpassing toe. Het team verlengde ook de tijd dat onderdelen in het voorverwarmingsgebied bleven tot ongeveer 90 seconden en hield de temperaturen tijdens het inkoken tussen 150 en 170 graden Celsius, wat hielp om alles gelijkmatig te laten smelten voordat de eigenlijke soldeerprocedure plaatsvond. Naast het oplossen van die vervelende tombstone-problemen, verminderden deze wijzigingen verrassend genoeg ook soldeerkortsluitingen, door ze tijdens dezelfde productiebatch met bijna de helft terug te dringen.

Garanderen van componentintegriteit en voorkomen van materiaalschade

Veelvoorkomende oorzaken van componentschade tijdens pick-and-place

Wanneer componenten beschadigd raken tijdens oppervlakte montageprocessen, heeft dit grote invloed op zowel de productieopbrengst als de betrouwbaarheid van producten op lange termijn. De belangrijkste oorzaken van dit probleem zijn onder andere te hoge druk van de mondstukken, onjuist hanteren van onderdelen en verkeerde uitlijning tijdens het plaatsen. Die mondstukken met hoge druk veroorzaken vaak barsten in gevoelige componentverpakkingen of beschadigen de aansluitpunten. En laten we eerlijk zijn: onzorgvuldig hanteren brengt serieuze risico's van elektrostatische ontlading met zich mee, waardoor gevoelige halfgeleiderchips direct op de productielijn kunnen worden vernietigd. Dan is er nog het probleem van componenten die schuin worden geplaatst, wat mechanische spanning op het geheel veroorzaakt. Deze spanning kan uiteindelijk leiden tot breuken in interne verbindingen of zelfs tot het volledig uit elkaar vallen van verpakkingsstructuren op een later tijdstip.

ESD-veilig hanteren en geoptimaliseerde instellingen voor mondstukdruk

Het beschermen van die gevoelige componenten tegen ESD-schade komt er eigenlijk op neer dat je een aantal basisveiligheidsmaatregelen volgt. Geaarde werkplekken moeten standaard zijn, net als geleidende matten die over de werkplekken zijn uitgerold en geschikte antistatische verpakkingen voor opslag en transport. Als het gaat om het instellen van de mondstukken, zit er behoorlijk wat nuance in. Lichtere componenten hebben duidelijk minder vacuümkraft nodig, anders worden ze door de zuigkracht verpletterd. Zwaardere onderdelen zijn een ander verhaal: zij vereisen voldoende kracht om ze stevig vast te pakken zonder dat ze tijdens het hanteren loslaten. Onderhoudspersoneel moet de druksensoren minstens één keer per maand controleren om nauwkeurige metingen te garanderen. En vergeet niet om af en toe ook de mondstukken zelf goed te inspecteren. Zelfs kleine tekenen van slijtage of beschadiging kunnen de hele operatie verstoren en leiden tot allerlei vervelende problemen later.

Schade voorkomen door verkeerde oppik- of plaatsingshoogte

Het verkeerd instellen van de oppik- of plaatshoogte blijft een van de belangrijkste oorzaken van materiaalschade in productielijnen. Wanneer de oppikhoogtes te laag worden ingesteld, drukken de mondstukken de componenten direct in de voeders of tapesystemen, wat delicate onderdelen kan vervormen. Aan de andere kant leidt het te hoog instellen van deze hoogtes tot mislukte oppakpogingen, waardoor de machines herhaaldelijk opnieuw moeten proberen, wat op lange termijn extra slijtage veroorzaakt aan gevoelige componenten. Bij plaatsonderdelen is het vinden van het juiste evenwicht erg belangrijk – de componenten moeten zacht maar stevig genoeg op het soldeerpastoppervlak worden geplaatst om goed vast te houden, zonder in de printplaat zelf te worden vastgelopen. Moderne apparatuur wordt vaak geleverd met lasersensoren voor hoogtemeting en automatische kalibratiefuncties. Deze technologieën helpen consistente instellingen te behouden, zelfs bij verschillende maten en vormen van componenten, wat steeds belangrijker wordt naarmate de fabricagetoleranties in diverse industrieën steeds nauwer worden.

FAQ Sectie

Wat zijn de belangrijkste oorzaken van fouten bij het plaatsen van componenten?

Fouten bij het plaatsen van componenten worden vaak veroorzaakt door versleten mondstukken, onjuiste voedermechanismen en te sterke systeemtrillingen.

Hoe kan machinecalibratie de nauwkeurigheid van SMT-pick-and-place verbeteren?

Juiste calibratie zorgt voor een constante druk op de Z-as, lost positioneringsproblemen op met behulp van fiducial-markeringen en maakt gebruik van dynamische compensatiesoftware voor temperatuurveranderingen.

Welke rol speelt verlichting bij de herkenning van fiducials?

Goede verlichting helpt schaduwen en weerkaatsing te verminderen, zodat fiducial-markeringen duidelijk zichtbaar zijn voor nauwkeurige componentplaatsing.

Hoe kunnen soldeerafwijkingen in SMT-processen worden verminderd?

Soldeerafwijkingen kunnen worden verminderd door de plaatsingssnelheid, druk, synchronisatie tussen stencilprinters en plaatsmachines te optimaliseren en een juiste bedekking van de paden te waarborgen.

Waarom is ESD-veilig hanteren belangrijk voor de integriteit van componenten?

ESD-veilig hanteren beschermt gevoelige componenten tegen elektrostatische ontlading, voorkomt beschadiging en garandeert de betrouwbaarheid van het product.