Probleme comune în mașinile SMT de tip pick and place (și cum să le rezolvați)

Smt pick and place machine : Diagnosticarea și rezolvarea problemelor de precizie la poziționarea componentelor

Cât de precis sunt plasate componentele rămâne unul dintre cei mai importanți factori atunci când se evaluează mașinile de tip pick and place pentru tehnologia de montare în suprafață (SMT). Chiar și mici deplasări de aproximativ 50 de microni pot duce la probleme serioase în proiectele complexe de plăci de circuit imprimat. Analizând ceea ce merge greșit, sistemele de vizualizare identifică de obicei trei probleme principale. În primul rând, există înclinarea unghiulară, unde piesele se rotesc cu plus sau minus 3 grade din cauza faptului că duzele nu le fixează corespunzător. Apoi observăm deplasări ale poziției pe axele X/Y peste 25 de microni, care apar în principal atunci când sistemul de poziționare al mașinii începe să derapeze. Și, în final, variațiile presiunii pe axa Z duc adesea la defectele enervante de tip „tombstone”, ușor de observat în special la componente de dimensiune mică, cum ar fi cele de mărimea 0402. Investigând mai profund cauzele acestor probleme, se constată că aproape 4 din fiecare 10 incidente sunt cauzate de duze uzate. Mecanismele incorecte de alimentare contribuie cu aproape 30%, iar vibrațiile mai puternice de 2,5 G, care încalcă normele IPC-9850, reprezintă restul punctelor problematice.

Identificarea cauzelor erorilor de poziționare și înclinării componentelor

Erorile în plasarea componentelor sunt de obicei cauzate de probleme legate de mașinărie și modul de operare. Capetele de aspirație tind să se uzeze sau să se deformeze, ceea ce explică probabil aproximativ 40% dintre toate problemele de precizie întâlnite pe linia de producție. Aceste capete uzate perturbă grav stabilitatea prinderii atunci când mașinile funcționează la viteze mari. Erorile de calibrare se acumulează treptat, deoarece mașinile nu rămân la nesfârșit perfect reglate. Schimbările de temperatură și stresul mecanic obișnuit provoacă deriveri minuscule de poziție care se acumulează în timp. Apoi există mecanismele de alimentare. Atunci când angrenajele încep să prezinte deteriorări sau arcurile își pierd tensiunea, componentele pur și simplu nu se aliniază corespunzător, chiar înainte de a fi plasate. Și, desigur, nu trebuie uitată nici vibrația. Prea multă mișcare oscilatorie în întregul sistem agravează toate aceste mici probleme, ducând la poziționarea incorectă sau complet greșită a componentelor pe placă.

Tehnici de calibrare pentru o precizie optimă a mașinilor SMT de tip pick and place

Menținerea unui nivel corespunzător de calibrare a mașinilor rămâne esențială pentru a obține performanțe maxime pe termen lung. În ceea ce privește calibrarea laser a înălțimii duzelor, ceea ce avem de fapt în vedere este menținerea unei presiuni constante de-a lungul axei Z. Acest aspect este foarte important atunci când se lucrează cu componente mici, deoarece altfel acestea pot ajunge în poziția de tip „mormânt” (tombstoned) în timpul asamblării. Pentru sistemele de vizualizare, calibrarea implică utilizarea unor repere fiduciale standard care ajută la corectarea problemelor de poziționare atât pe direcția X, cât și pe direcția Y, oferind de regulă o precizie de aproximativ 10 microni. Partea cea mai importantă o reprezintă software-ul de compensare dinamică, care ia în considerare modul în care materialele se dilată și se contractă în funcție de schimbările de temperatură în cursul ciclurilor lungi de producție. Aceste verificări automate de calibrare efectuate între loturi nu doar reduc erorile comise de operatori, dar mențin și acuratețea zilnică fără a încetini semnificativ întregul proces de fabricație.

Protocoale de întreținere pentru menținerea preciziei pe termen lung a poziționării

Menținerea acurateței în timp presupune întreținere regulată care să includă atât prevenirea, cât și remedierea problemelor atunci când apar. Majoritatea producătorilor recomandă verificarea duzelor și înlocuirea acestora la aproximativ 50 de mii de amplasări în lucrări de precizie, deși această valoare poate varia în funcție de condițiile reale de utilizare. Verificările lunare ar trebui să includă analizarea tensiunii curelelor, asigurarea alinierii corecte a șinelor și verificarea modului în care alimentatoarele preiau componentele, pentru a împiedica transformarea unor probleme minore în altele mai grave. Stabilitatea mediului este de asemenea importantă. Încercați să mențineți temperatura în limite de aproximativ 2 grade Celsius și umiditatea între 40 și 60 la sută umiditate relativă. Aceasta ajută la evitarea acelor derapaje ale calibrării care apar treptat în timp. Și nu uitați să înregistrați tot ceea ce se face în timpul acestor sesiuni de întreținere. O bună documentare permite tehnicienilor să identifice devreme modele ale uzurii, astfel încât piesele să poată fi înlocuite înainte de a se defecta efectiv, economisind astfel timp neproductiv și costuri de reparații pe viitor.

Depășirea problemelor de recunoaștere Fiducial și eșecurilor sistemului de vizualizare

Cauzele principale ale detecției inexacte a marcajelor fiduciale în operațiunile SMT

Cele mai multe probleme legate de recunoașterea marcajelor fiduciale se reduc la trei cauze principale: neconcordantele luminoase, deriva calibrării camerei și variațiile dintre plăcile de circuit imprimat. Lumina veche sau intermitentă creează umbre și reflexii care pur și simplu acoperă acele mici repere de referință. Cu toții am văzut acest lucru – camerele își pierd încet alinierea perfectă pe parcursul lunilor de funcționare, făcând ca acele repere odată fiabile să fie din ce în ce mai greu de identificat. Apoi există problemele propriu-zise ale plăcii: suprafețe deformate, masti de lipit prea groase în unele locuri, prea subțiri în altele, precum și acumularea de praf și reziduuri care pur și simplu stau în calea unei identificări corecte. Conform datelor recente din industrie prezentate în Raportul Tehnologiei de Asamblare 2024, aceste provocări legate de sistemul vizual reprezintă aproximativ o treime din toate erorile de poziționare a componentelor SMT de pe liniile de producție de astăzi.

Optimizarea sistemelor de iluminare și camere pentru o recunoaștere fiabilă

O bună iluminare face toată diferența atunci când este vorba despre reducerea umbrelor și reflexiilor enervante, menținând în același timp o lumină uniformă în întregul spațiu de lucru. Cele mai reușite configurații folosesc mai multe lumini reglabile, astfel încât să poată gestiona diferite materiale și piese aflate la înălțimi variate, fără probleme. Verificările regulate ale camerelor sunt esențiale, mai ales atunci când se lucrează cu obiective standard de calibrare certificate. Setările de focalizare, nivelurile de expunere și corectarea oricăror distorsiuni ar trebui să facă parte din întreținerea rutinieră. Unele uzine au dus automatizarea un pas mai departe, integrând aceste proceduri de calibrare direct în programele lor de întreținere. Unitățile cu cele mai bune performanțe ating aproximativ 99,8% rate de recunoaștere, combinând lumini inelare cu sisteme de iluminare coaxiale pentru suprafețele lucioase. Aceste unități de top programează de obicei o nouă rundă de recalibrare după aproximativ 200 de ore de timp de producție, pentru a menține funcționarea fluentă.

Abordarea problemelor de răsucire a plăcii și reflectivitatea suprafeței

Când plăcile de circuit se încovoaie, apar diverse probleme legate de planurile focale, ceea ce duce la o neclaritate parțială care face dificil pentru sistemele de viziune să interpreteze corect ceea ce se întâmplă. Pentru a remedia această problemă, multe configurații folosesc acum tehnici de focalizare multiplă în combinație cu proceduri de mapare a înălțimii care ajustează automat focalizarea pe aceste secțiuni deformate, restabilind claritatea necesară. Lucrul cu suprafețe lucioase reprezintă o altă provocare. Soluția constă în utilizarea unor filtre polarizate împreună cu iluminat sub unghiuri joase pentru a reduce strălucirea deranjantă, în timp ce se îmbunătățește contrastul imaginii. Unele sisteme avansate de viziune 3D merg și mai departe, capturând informații topografice detaliate, permițând astfel diferențierea markerilor reali de simplii reflexi proveniți de pe suprafață. Conform unor teste recente publicate anul trecut, aceste abordări au crescut fiabilitatea recunoașterii cu aproximativ 45% atunci când se lucrează cu materiale dificile.

Depanarea defecțiunilor la ridicarea și eliberarea componentelor

Defecțiuni ale duzei de vacuum: blocare, uzură și deformare

Atunci când este vorba despre eșecuri la ridicarea componentelor, problemele legate de duza de vacuum se situează mereu în fruntea listei. Cauzele principale? Blocările provocate de pastă veche de lipit, praful acumulat sau resturi lipicioase adezive care continuă să se adune în interior. Aceste blocări perturbă puterea de aspirație. Și nici nu trebuie uitată uzura. Pe măsură ce duzele îmbătrânesc, încep să se deformeze ușor, ceea ce creează scurgeri de vacuum și face dificil obținerea unei etanșări corespunzătoare pe componente în timpul asamblării. Verificările periodice pentru crăpături sau alte deteriorări vizibile sunt obligatorii. La fel de importantă este verificarea intensității aspirației cu un instrument adecvat. Curățarea trebuie efectuată regulat, folosind solvenți special concepuți în acest scop. Conform datelor din industrie, aproximativ 45% dintre erorile frustrante de tip pick-and-place de pe liniile automate de producție se datorează de fapt problemelor legate de duze.

Presiune insuficientă de vacuum și impactul acesteia asupra ridicării componentelor

Când presiunea vacuumului scade sub nivelurile necesare, componentele pur și simplu nu se vor fixa corespunzător, ceea ce duce la diverse probleme, cum ar fi prinderi ratate sau piese care cad în timpul deplasării pe linia de producție. Cel mai des întâlnim probleme cauzate de scurgeri de aer în conducte, filtre murdare care trebuie curățate sau pompe care s-au uzat pur și simplu în timp. Verificați întotdeauna dacă sistemul atinge valorile specificate de producător, de obicei între 50 și 70 de kilopascali pentru componentele standard, și faceți acest lucru folosind instrumente adecvate de măsurare, nu prin estimări. Rapoartele de la linia de producție arată că menținerea în stare bună a sistemelor de vacuum reduce cu aproximativ jumătate aceste eșecuri de prindere, ceea ce face o diferență majoră în rata generală de productivitate atunci când totul funcționează fără întreruperi constante din cauza pieselor căzute.

Probleme legate de alimentator: deteriorarea angrenajelor, oboseala arcurilor și corpuri străine

Modul în care piesele sunt introduse în mașini este esențial pentru menținerea unei producții constante. Când angrenajele încep să arate semne de uzură din cauza timpului prea lung de funcționare sau nu sunt aliniate corect, totul intră în dezacord și piesele nu avansează atunci când ar trebui. Arcurile care au trecut prin nenumărați cicli își pierd pur și simplu elasticitatea în timp, ceea ce face ca piesele să rămână în poziții ciudate, în locul celor corecte. De asemenea, blocările apar frecvent în sistem – bucăți de bandă adezivă, fragmente mici rupte sau chiar depuneri de praf pot bloca traseul și perturba modul în care piesele sunt preluate corespunzător. Echipele de întreținere trebuie să curețe regulat aceste trasee, să verifice angrenajele pentru semne de probleme și să înlocuiască arcurile înainte ca acestea să cedeze complet. Aceste măsuri simple păstrează procesul de alimentare precis și cresc acel număr de Eficiență Generală a Echipamentelor pe care producătorii îl consideră atât de important.

Prevenirea defectelor de lipire prin îmbunătățirea amplasării SMT

Cum inexactitățile de amplasare duc la fenomenul de tombstoning și punțile de lipire

Precizia poziționării componentelor are un efect major asupra rezistenței sudurilor. Studiile arată că aproximativ 38% dintre acele defecțiuni enervante de tip „tombstone” apar atunci când erorile de poziționare depășesc ±0,1 mm. Atunci când componentele nu sunt perfect aliniate, pasta de lipit se răspândește neuniform pe placă. Acest lucru creează forțe de udare diferite care, practic, trag una dintre laturile componentei în sus în timpul încălzirii. Dacă componentele deviază lateral către zonele vecine, există o probabilitate mult mai mare să se formeze punți nedorite de lipire atunci când totul se topește în timpul reflow-ului. Din fericire, echipamentele avansate de astăzi ajută la combaterea acestor probleme prin sisteme de corecție laser capabile să poziționeze componente cu o precizie de aproximativ 25 de microni. Aceste îmbunătățiri au redus în mod cert defectele de pe linia de producție, deși pentru a obține beneficiile complete este necesară o configurare și întreținere corespunzătoare a mașinilor.

Optimizarea parametrilor de poziționare pentru reducerea defectelor de lipire

Obținerea echilibrului potrivit între viteză și precizie ajută la reducerea defectelor nedorite de lipire. Atunci când se lucrează cu duze, este în general recomandat să mențineți viteza de coborâre sub 20 mm/s pentru a evita oscilațiile excesive. Presiunea de plasare trebuie păstrată undeva între 1,0 și 2,5 Newtoni pentru a ne asigura că pasta de lipit nu este deplasată din locul ei. În cazul liniilor de producție, sincronizarea imprimantelor cu șablonul cu mașinile de plasare prin intermediul unui sistem de urmărire menține procesul în mișcare fără a se bloca în cicluri lungi. Dacă componentele stau prea mult timp după imprimare, de obicei orice perioadă mai mare de o oră începe să crească riscul problemelor de tip „tombstoning” cu aproximativ 40%. Iar atunci când se lucrează cu componente mai mici în mod specific, respectarea unei acoperiri de aproximativ jumătate din suprafața pad-ului pare să funcționeze cel mai bine pentru a echilibra forțele capilare dificile și pentru a reduce probabilitatea apariției efectului de „tombstoning”.

Studiu de caz: Reducerea fenomenului de tombstoning cu 68% prin reglarea mașinii

Conform unui studiu realizat recent, ajustarea sistematică a mașinilor a reușit să reducă problemele de tip „tombstoning” cu aproximativ 68% în cazul componentelor mici de tip 01005 și 0201. Ce a funcționat? Echipa a reglat sistemele de vizualizare pentru a detecta reperele de aliniere cu o precizie de ±15 micrometri, a setat presiunea duzei exact la 1,2 Newtoni și a adăugat o funcție de ajustare în timp real a temperaturii. De asemenea, s-a mărit durata de menținere a componentelor în zona de preîncălzire la aproximativ 90 de secunde și s-a menținut temperatura între 150 și 170 de grade Celsius în timpul etapei de înmuiere, ceea ce a contribuit la o topire uniformă înainte de lipirea propriu-zisă. Pe lângă remedierea problemelor enervante de tip „tombstone”, aceste modificări au redus surprinzător și apariția punților de lipit, diminuând-o cu aproape jumătate în cadrul aceleiași serii de producție.

Asigurarea integrității componentelor și prevenirea deteriorării materialelor

Cauze comune ale deteriorării componentelor în timpul procesului de montare

Când componentele sunt deteriorate în timpul operațiunilor de montare în suprafață, acest lucru afectează atât randamentul producției, cât și fiabilitatea produselor pe termen lung. Cauzele principale ale acestei probleme includ presiunea excesivă exercitată de duze, manipularea necorespunzătoare a pieselor și orientarea incorectă la poziționare. Duzele cu forță mare tind să crăpe ambalajele delicate ale componentelor sau să strice punctele lor de terminație. Să fim sinceri, o manipulare necorespunzătoare creează riscuri serioase de descărcare electrostatică care pot distruge cipurile semiconductoare sensibile chiar pe linie. Apoi există problema plasării componentelor sub unghiuri nepotrivite, ceea ce generează tensiuni mecanice asupra întregii structuri. Aceste tensiuni pot provoca, de fapt, fisuri în conexiunile interne sau chiar ruperea completă a structurii ambalajului în viitor.

Manipulare sigură anti-DESC și setări optime ale presiunii duzelor

Protejarea acestor componente sensibile de deteriorarea cauzată de descărcările electrostatice se rezumă la urmărirea unor practici de siguranță de bază. Locurile de muncă legate la pământ trebuie să fie echipament standard, împreună cu covoare conductive întinse pe zonele de lucru și ambalaje antistatice corespunzătoare pentru depozitare și transport. Când vine vorba de configurarea duzelor, există de fapt o serie de nuanțe implicate. Componentele mai ușoare au neapărat nevoie de mai puțină putere de vacuum, altfel sunt strivite de suciune. Părțile mai grele presupun o altă situație — ele necesită suficientă forță pentru a fi prinse ferm fără alunecare în timpul manipulării. Personalul de întreținere ar trebui să verifice senzorii de presiune cel puțin o dată pe lună pentru a se asigura că indicațiile rămân precise. Și nu uitați să examinați periodic chiar duzele. Chiar și semne minore de uzură sau deteriorare pot perturba întreaga operațiune, ducând la diverse probleme ulterioare.

Evitarea deteriorării cauzate de înălțimea incorectă de preluare sau plasare

Eroarea de stabilire a înălțimii de ridicare sau de poziționare rămâne una dintre principalele cauze ale deteriorării materialelor în liniile de producție. Când înălțimile de ridicare sunt setate prea jos, duzele ajung să apese componentele direct în alimentatoare sau în sistemele cu benzi, ceea ce poate îndoi piesele delicate și le poate deforma forma. Pe de altă parte, stabilirea acestor înălțimi prea sus duce la eșecuri în ridicarea componentelor, făcând ca mașinile să încerce din nou și din nou, ceea ce creează uzură suplimentară a componentelor sensibile în timp. În cazul operațiunilor de poziționare, găsirea echilibrului potrivit este foarte importantă — componentele trebuie să atingă suprafața pastei de lipit suficient de ușor, dar totodată suficient de ferm pentru a se fixa corespunzător, fără a se bloca în placa de circuit imprimat (PCB). Echipamentele moderne sunt adesea prevăzute cu sisteme de detectare a înălțimii bazate pe laser, precum și cu funcții de calibrare automată. Aceste tehnologii ajută la menținerea unor setări constante, chiar și atunci când se lucrează cu dimensiuni și forme diferite de componente, lucru care devine din ce în ce mai important pe măsură ce toleranțele de fabricație se strâng în continuare în diverse industrii.

Secțiunea FAQ

Care sunt principalele cauze ale erorilor de poziționare a componentelor?

Erorile de poziționare a componentelor apar adesea din cauza duzelor uzate, mecanismelor incorecte de alimentare și vibrațiilor excesive ale sistemului.

Cum poate calibrarea mașinii îmbunătăți precizia la preluarea și plasarea componentelor în tehnologia SMT?

O calibrare corectă asigură o presiune constantă pe axa Z, corectează problemele de poziționare legate de markerele fiduciale și utilizează un software de compensare dinamică pentru schimbările de temperatură.

Ce rol are iluminarea în recunoașterea markerelor fiduciale?

O bună iluminare ajută la reducerea umbrelor și a reflexiilor, asigurând o vizibilitate clară a markerelor fiduciale pentru o plasare precisă a componentelor.

Cum pot fi reduse defectele de lipire în operațiunile SMT?

Optimizarea vitezei de plasare, a presiunii, sincronizarea dintre imprimantele ștanțate și mașinile de plasare, precum și menținerea unei acoperiri corespunzătoare a padurilor pot reduce defectele de lipire.

De ce este importantă manipularea sigură anti-ESD pentru integritatea componentelor?

Manipularea sigură anti-ESD protejează componentele sensibile de descărcările electrostatice, prevenind deteriorarea acestora și asigurând fiabilitatea produsului.