Vanlige problemer med SMT pick-and-place-maskiner (og hvordan man fikser dem)

Smt pick and place machine : Diagnostisering og løsning av nøyaktighetsproblemer ved komponentplassering

Hvor nøyaktig komponenter plasseres, forblir en av de viktigste faktorene når man vurderer plasseringsmaskiner for overflatemontering (SMT). Selv små justeringsfeil på rundt 50 mikron kan føre til alvorlige problemer i komplekse kretskortdesign. Når man ser nærmere på hva som går galt, oppdager visjonssystemer vanligvis tre hovedproblemer. Det første er vinkeldreining, der deler roteres med pluss eller minus 3 grader fordi dysene ikke holder dem ordentlig. Deretter har vi X/Y-posisjonsforskyvninger på over 25 mikron, noe som hovedsakelig skjer når maskinens posisjoneringssystem begynner å avvike. Og til slutt fører variasjoner i Z-akse-trykk ofte til de irriterende gravstein-defektene, spesielt synlige med små komponenter i størrelse 0402. Ser man dypere på hvorfor disse problemene oppstår, står slitte dysor igjen for nesten 4 av 10 hendelser. Feilaktige matemekanismer bidrar med nesten 30 %, mens vibrasjoner over 2,5 G, som bryter IPC-9850-retningslinjene, utgjør resten av problemområdene.

Identifisere årsaker til plasseringsfeil og komponentvridning

Feil i komponentplassering skyldes vanligvis problemer med maskineri og måten det opereres på. Dysene tenderer til å slites eller bli deformert, noe som sannsynligvis forklarer rundt 40 % av alle nøyaktighetsproblemer vi ser på produksjonslinja. Disse slitte dysene forstyrrer gripstabiliteten betydelig ved høye hastigheter. Kalibreringsfeil bygger seg også gradvis opp, fordi maskiner rett og slett ikke holder perfekt stilling for alltid. Temperatursvingninger og vanlig mekanisk belastning fører til små posisjonsavvik som samler seg over tid. Deretter har vi matingsmekanismene. Når gir begynner å vise skader eller fjærer mister spenningen sin, vil komponentene rett og slett ikke linje seg opp korrekt, selv før de plasseres. Og la oss ikke glemme vibrasjoner heller. For mye rystelser gjennom systemet forverrer alle disse små problemene, noe som fører til at komponenter ender opp utenfor spor eller helt feilplassert på kretskortet.

Kalibreringsteknikker for optimal nøyaktighet i SMT-pick-and-place-maskiner

Å holde maskiner riktig kalibrert er nøkkelen til å få mest mulig ut av dem over tid. Når det gjelder laseravstemming av dysedøyd, handler det egentlig om å opprettholde konstant trykk langs Z-aksen. Dette er svært viktig ved arbeid med små deler, for ellers kan de minuscule komponentene ende opp som 'gravsteiner' under samling. For visjonssystemer innebærer kalibrering bruk av standard fidusial-markører som hjelper til med å rette opp posisjoneringsproblemer i både X- og Y-retning, vanligvis med en nøyaktighet på omtrent 10 mikrometer. Den virkelige magien skjer med dynamisk kompensasjonsprogramvare som tar hensyn til hvordan materialer ekspanderer og trekker seg sammen når temperaturen endres gjennom lange produksjonsløp. Disse automatiske kalibreringssjekkene som kjøres mellom partier, reduserer ikke bare feil som operatører kan gjøre, men sørger også for nøyaktighet dag etter dag uten vesentlig å bremse ned hele produksjonsprosessen.

Vedlikeholdsprotokoller for å opprettholde presisjonsnøyaktighet på lang sikt

Å holde ting nøyaktige over tid betyr regelmessig vedlikehold som omfatter både forebygging og feilretting når de oppstår. De fleste produsenter anbefaler å sjekke dysene og bytte dem ut etter omtrent 50 tusen plasseringer ved presisjonsarbeid, selv om dette kan variere avhengig av faktiske bruksforhold. Månedlige inspeksjoner bør inkludere kontroll av beltespenn, sørge for at skinnene er riktig justert, og sjekke hvordan tilførselsmekanismene griper komponentene for å hindre at små problemer utvikler seg til større. Også miljøstabilitet er viktig. Prøv å holde temperaturen innenfor ca. 2 grader Celsius og fuktighet mellom 40 og 60 prosent relativ fuktighet. Dette hjelper med å unngå de irriterende kalibreringsforskyvningene som skjer gradvis over tid. Og ikke glem å dokumentere alt som gjøres under disse vedlikeholdsperiodene. God dokumentasjon lar teknikere oppdage mønstre i slitasje tidlig nok til å bytte ut deler før de faktisk svikter, og dermed spare nedetid og reparasjonskostnader senere.

Overvinne problem med gjenkjenning av fikspunkt og feil i visjonssystem

Grunnårsaker til unøyaktig gjenkjenning av fikspunkt i SMT-operasjoner

De fleste problemene med gjenkjenning av fikspunkt skyldes tre hovedfaktorer: lysforhold som varierer, kameraets kalibrering som endrer seg over tid, og variasjoner mellom printkretskort. Gamle eller flimmerlys skaper skygger og refleksjoner som utløsner disse små referansemerkene. Vi har alle sett dette skje – kameraer mister sakte sin perfekte justering etter måneders drift, noe som gjør at de en gang så pålitelige merkene blir vanskeligere å gjenkjenne. Deretter har vi selve kortet – buede overflater, loddmasker som er for tykke på noen steder og for tynne på andre, i tillegg til støv og rester som samler seg og forhindrer korrekt identifikasjon. Ifølge ny data fra bransjerapporten Assembly Technology Report fra 2024 utgjør denne typen utfordringer knyttet til visjonssystem omtrent en tredjedel av alle feil ved plassering av komponenter i SMT-produksjonslinjer i dag.

Optimalisering av belysning og kameraer for pålitelig gjenkjenning

God belysning betyr mye når det gjelder å redusere irriterende skygger og refleksjoner samtidig som hele arbeidsområdet er jevnt opplyst. De fleste vellykkede oppsett bruker flere justerbare lyskilder, slik at de kan håndtere ulike materialer og deler i forskjellige høyder uten problemer. Vanlige kamerakontroller er også viktige, spesielt når det jobbes med sertifiserte kalibreringsmål. Fokussinnstillinger, eksponeringsnivåer og retting av eventuelle forvrengninger bør være en del av rutinemessig vedlikehold. Noen anlegg har tatt automatisering et steg videre ved å bygge inn disse kalibreringsrutinene direkte i sine vedlikeholdsplaner. De beste resultatene oppnår omtrent 99,8 % gjenkjenningsrate ved å kombinere ringlys med koaksial belyste systemer for speilende overflater. Disse topppresterende anleggene planlegger vanligvis en ny omkalibrering etter omtrent 200 produksjonstimer for å holde alt i svært god stand.

Løser utfordringer knyttet til brettvending og overflate reflektivitet

Når kretskort bøyer seg, skaper de ulike problemer med fokalplaner, noe som resulterer i delvis uskarphet som gjør det vanskelig for synssystemer å lese av hva som foregår på riktig måte. For å løse dette problemet, bruker mange oppsett nå flerplan-fokusmetoder kombinert med høydeavbildningsrutiner som automatisk justerer fokus over disse bøyde områdene, og dermed gjenoppretter viktig skarphet. Å håndtere glinsende overflater utgjør en helt annen utfordring. Knepet her er å bruke polariserte filtre sammen med belysning i lavere vinkler for å redusere irriterende refleksjoner samtidig som bildeskontrasten faktisk forbedres. Noen avanserte 3D-synssystemer går enda lenger ved å fange inn detaljert topografisk informasjon, noe som tillater dem å skille ekte markører fra refleksjoner som spretter av overflaten. Ifølge nylige tester publisert i fjor har disse metodene økt gjenkjenningspåliteligheten med omtrent 45 % når de brukes med vanskelige materialer.

Feilsøking av komponentopptak og frigjøringsfeil

Vakuumdysefunksjoner: tettninger, slitasje og deformasjon

Når det gjelder opphentingsfeil, er det ofte problemer med vakuumdyser som står øverst på listen. Hovedårsakene? Tettninger forårsaket av gammel loddepasta, oppsamlet støv eller klissete limrester som bare fortsetter å bygge seg opp inni. Disse tettningene forstyrrer sugkraften. Og vi må heller ikke glemme slitasje. Etter hvert som dysene blir eldre, begynner de å deformere seg litt, noe som skaper vakuumlekkasjer og gjør det vanskelig å få en god tetting på komponentene under montering. Regelmessige sjekker for revner eller annen synlig skade er et måste. Også viktig er å sjekke sugstyrken med et egnet måleverktøy. Rengjøring bør også skje regelmessig, ved bruk av løsemidler spesielt utformet til dette formålet. Ser vi på tall fra bransjen, skyldes omtrent 45 % av de irriterende plasseringsfeilene på automatiserte produksjonslinjer faktisk problemer med dysene selv.

Utilstrekkelig vakuumtrykk og dets innvirkning på komponentopphenting

Når undertrykket faller under de nødvendige nivåene, vil komponenter rett og slett ikke holde seg ordentlig, noe som fører til alle mulige problemer som bommet grep eller deler som faller av under bevegelse langs produksjonslinjen. Mesteparten av tiden finner vi problemer med luftlekkasjer i rørene, skitne filtre som må rengjøres, eller pumper som rett og slett er slitt over tid. Sjekk alltid om systemet oppnår de spesifikasjonstallene produsenten har angitt, vanligvis rundt 50 til 70 kilopascal for vanlige komponenter, og gjør dette med riktige måleverktøy – ikke bare gjetting. Rapporter fra fabrikkgulvet viser at vedlikeholdte vakuumssystemer reduserer slike grepfeil med omtrent halvparten, noe som betyr mye for den totale produktiviteten når alt fungerer smidig uten konstante stopp på grunn av fallende deler.

Problemer knyttet til matere: tannhjulsskader, fjærutmattelse og fremmede partikler

Måten deler blir matet inn i maskiner er viktig for å holde produksjonen stabil. Når tannhjul begynner å vise slitasje etter lang bruk eller ikke er riktig justert, går alt ut av synk og delene forskyves ikke når de skal. Fjærer som har gått gjennom utallige sykluser mister gradvis sin styrke over tid, noe som fører til at deler havner i rare posisjoner i stedet for der de skal være. Ting stopper seg også hele tiden i systemet – små teipbiter, små knuste deler og til og med støvopphoping kan blokkere banen og forstyrre hvordan deler plukkes opp korrekt. Vedlikeholdsansatte må rengjøre disse banene regelmessig, sjekke tannhjul for tegn på problemer og bytte ut fjærer før de svikter helt. Disse enkle tiltakene sørger for nøyaktig matering og øker tallet for total utstyrsytelse (OEE) som produsenter legger så stor vekt på.

Forebygging av loddefeil ved forbedret SMT-plassering

Hvordan unøyaktig plassering fører til gravsteinstegning og loddebrygging

Nøyaktigheten i plassering av komponenter har stor betydning for hvor godt loddeforbindelsene holder. Studier viser at omtrent 38 % av de irriterende gravstein-defektene oppstår når plasseringsfeil overstiger pluss eller minus 0,1 mm. Når delene ikke er perfekt justert, sprer loddpastaen seg uregelmessig over kretskortet. Dette skaper ulike våttingskrefter som bokstavelig talt trekker den ene siden av komponenten oppover under oppvarming. Hvis komponenter glir sidelengs mot nabopoler, øker sannsynligheten betraktelig for at uønskede loddbroer dannes når alt smelter under reflow. Heldigvis hjelper moderne utstyr til å bekjempe disse problemene ved hjelp av lasersystemer for korreksjon, som kan plassere komponenter med en nøyaktighet på omtrent 25 mikrometer. Disse forbedringene har definitivt redusert antallet feil på produksjonslinjen, selv om man fortsatt må sikre riktig oppsett og vedlikehold av maskineriet for å få full nytte av dem.

Optimalisere plasseringsparametre for å redusere loddefeil

Å finne riktig balanse mellom hastighet og nøyaktighet bidrar til å redusere irriterende loddefeils. Når man jobber med dysjser, er det generelt lurt å holde synkehastigheten under 20 mm/s, slik at de ikke hopper for mye. Plasseringstrykket bør ligge mellom 1,0 og 2,5 Newton for å sikre at vi ikke presser loddepastaen ut av posisjon. I produksjonslinjer hjelper det å synkronisere silkskriverne med plasseringsmaskinene gjennom et slags sporingssystem, slik at alt fortsetter å flyte uten å stoppe opp i lange sykluser. Hvis komponenter står for lenge etter utskriving, typisk mer enn én time, øker sannsynligheten for tombstoning-problemer med omtrent 40 %. Og når man jobber med mindre komponenter spesielt, virker det best å holde seg til omtrent halv pad-dekning, da dette gir en god balanse mellom vanskelige våtingkrefter og reduserer risikoen for at tombstones dannes.

Case Study: Reduserte tombstoning med 68 % gjennom maskintuning

Ifølge en nylig gjennomført studie klarte systematisk justering av maskiner å redusere tombstoning-problemer med omtrent 68 %, spesielt for de små komponentene i størrelse 01005 og 0201. Hva fungerte? De finjusterte visjonssystemene slik at de kunne oppdage plasseringsmarkører innenfor pluss eller minus 15 mikrometer, satte dysetrykket nøyaktig til 1,2 Newton og la til en funksjon for sanntids-temperaturjustering. Teamet utvidet også hvor lenge komponentene var i forvarmingsområdet til omtrent 90 sekunder og holdt temperaturen mellom 150 og 170 grader celsius under opptining, noe som hjalp til med jevnt smelting før selve loddingen fant sted. Ut over å løse de irriterende tombstone-problemene, reduserte disse endringene overraskende også forekomsten av loddbroer, og kuttet dem med nesten halvparten i samme produksjonsbatch.

Sikre komponentintegritet og forhindre materiellskader

Vanlige årsaker til skader på komponenter under opptak og plassering

Når komponenter skades under overflatemonteringsoperasjoner, påvirker det både produksjonsutbyttet og hvor pålitelige produktene forblir over tid. Hovedårsakene bak dette problemet er for mye trykk fra dysene, feil håndtering av deler og feil plassering i forhold til rett orientering. De høye kraftdysene har ofte en tendens til å sprekke sårbare komponentpakker eller ødelegge deres tilkoblingspunkter. Og la oss være ærlige, feil håndtering skaper alvorlige elektrostatiske utladningsrisikoer som kan brenne opp følsomme halvlederchips direkte på linja. Deretter har vi problemet med at komponenter plasseres i rare vinkler, noe som setter mekanisk stress på alt. Dette stresset kan faktisk forårsake brudd i indre forbindelser eller til og med knuse hele pakkekonstruksjoner senere i livsløpet.

ESD-sikker håndtering og optimaliserte dysetrykkinnstillinger

Å beskytte disse følsomme komponentene mot ESD-skader handler egentlig om å følge noen grunnleggende sikkerhetsrutiner. Jordede arbeidsstasjoner bør være standardutstyr, sammen med ledende mater spredt utover arbeidsområdene og riktig antistatisk emballasje for lagring og transport. Når det gjelder innstilling av dysene, er det faktisk mye nøyaktighet involvert. Lettere komponenter trenger definitivt mindre vakuumkraft, ellers blir de knust av sugkraften. Tungere deler er en annen sak – de krever nok kraft til å gripe dem sikkert uten at de sklir under håndtering. Vedlikeholdsansatte bør sjekke trykksensorene minst én gang i måneden for å sikre nøyaktige avlesninger. Og ikke glem å undersøke selve dysene av og til. Selv små tegn på slitasje eller skade kan ødelegge hele operasjonen og føre til alle mulige hodebry senere.

Unngå skader forårsaket av feil grep- eller plasseringshøyde

Å feiljustere høyden for opptak eller plassering er fremdeles en av de største årsakene til materielskader i produksjonslinjer. Når opptakhøyder stilles for lavt, ender dysene opp med å presse komponenter direkte inn i matere eller båndsustemer, noe som kan bøye delikate deler ut av form. Omvendt fører for høye høydeinnstillinger til mislykkede opptak som tvinger maskinene til å prøve igjen og igjen, noe som skaper ekstra slitasje på følsomme komponenter over tid. Ved plasseringsoperasjoner er det svært viktig å finne rett balanse – komponentene må berøre loddpastens overflate forsiktig, men fast nok til å holde seg på plass uten å bli presset inn i selve kretskortet. Moderne utstyr har ofte lasersensorer for høydemåling sammen med automatiske kalibreringsfunksjoner. Disse teknologiene hjelper til med å opprettholde konsekvente innstillinger, selv når man jobber med ulike komponentstørrelser og -former, noe som blir stadig viktigere ettersom produksjonstoleranser fortsetter å strammes inn i industrien.

FAQ-avdelinga

Hva er de viktigste årsakene til feil ved komponentplassering?

Feil ved komponentplassering skyldes ofte slitte dysjør, feilaktige matingsmekanismer og overdreven systemvibrasjon.

Hvordan kan maskinkalibrering forbedre nøyaktigheten i SMT-pick-and-place?

Riktig kalibrering sikrer konstant Z-akse trykk, løser posisjoneringsproblemer med fiducial-markører og bruker dynamisk kompensasjonsprogramvare for temperaturforandringer.

Hva er betydningen av belysning for gjenkjenning av fiducial-markører?

God belysning hjelper til med å redusere skygger og refleksjoner, og sørger for at fiducial-markører er tydelig synlige for nøyaktig komponentplassering.

Hvordan kan loddefeil reduseres i SMT-operasjoner?

Optimalisering av plasseringshastighet, trykk, synkronisering mellom stensilskrivere og plasseringsmaskiner, samt vedlikehold av riktig pad-dekning, kan redusere loddefeil.

Hvorfor er ESD-sikker håndtering viktig for komponentintegritet?

ESD-sikker håndtering beskytter følsomme komponenter mot elektrostatiske utladninger, forhindrer skader og sikrer produktpålitelighet.