Najdôležitejšie faktory ovplyvňujúce presnosť umiestnenia v strojoch na montáž SMD súčiastok

Stroje na montáž SMD súčiastok Výkon víziového systému: CCD snímanie, kalibrácia a environmentálna stabilita

Dvojstupňové snímanie pre hrubé zarovnanie a presné zisťovanie orientačných bodov

Zariadenia na umiestňovanie súčiastok najvyššej triedy sa pri týchto mimoriadne presných umiestneniach na úrovni mikrometrov spoliehajú na dvojstupňové systémy videnia. Najprv tu je širokouhlá kamera, ktorá vykoná rýchle hrubé zarovnanie a umiestni súčiastky do vzdialenosti približne polovice milimetra od požadovanej pozície. Potom prichádza CCD snímač s vysokým zväčšením, ktorý dokáže rozlíšiť až 25 mikrometrov na pixel a podrobne skenuje referenčné značky a vývody súčiastok pre jemné doladenie. Tento dvojstupňový prístup umožňuje strojom vykonať konečné úpravy s presnosťou približne ±15 mikrometrov. V porovnaní so staršími jednostupňovými systémami výrobcovia uvádzajú skrátenie výrobných cyklov približne o štyridsať percent bez straty kvality. Miera chýb zostáva pod dvadsiatimi chybnými kusmi na milión, aj keď ide o veľmi malé súčiastky typu 01005, čo je pôsobivo, ak zohľadníme ich skutočnú veľkosť.

Kalibračný posun a premennosť osvetlenia ako hlavné zdroje nesúladu na úrovni podpixelu

Keď ide o vizuálne systémy, na približne tri štvrtiny všetkých chýb umiestnenia sú zodpovedné environmentálne faktory. Pozrime sa na niektoré konkrétne prípady: pri zmene teploty sa objektívy môžu posunúť o približne 0,3 mikrometra na stupeň Celzia. Pri vlhkosti vyššej ako 60 % relatívnej vlhkosti je skutočne potrebné upraviť polohu o 8 % pozdĺž osi Z. Dokonca aj malé zmeny jasu LED sú dôležité. Iba 10-percentná odchýlka intenzity svetla spôsobuje tieňovanie, ktoré ovplyvní detekciu orientačných bodov o 4 až 12 mikrometrov. Na účinné riešenie týchto problémov väčšina zariadení implementuje denné kalibrácie so štandardmi sledovateľnými cez NIST. Investujú tiež do systémov tepelnej stabilizácie, ktoré udržiavajú teplotu v rozmedzí pol stupňa Celzia. Pomáhajú aj viacspektrálne osvetľovacie súpravy s automatickou úpravou jasu. Výrobné závody, ktoré dodržiavajú tento komplexný prístup, zaznamenávajú pokles chýb umiestnenia približne o 90 %. Väčšina z nich udržiava presnosť pod 25 mikrometrami počas celých osemhodinových výrobných cyklov, hoci v praxi občas stále dochádza k výkyvom.

Presnosť riadenia pohybu: Dynamika XY stupňa, výber motora a tepelná opakovateľnosť

Hrádza, rozlíšenie mikrokrokovania a tepelná rozťažnosť v strojoch na presné umiestňovanie s vysokou presnosťou

Presnosť polohovania v pohonných systémoch čelí trom hlavným spolu pôsobiacim výzvam: mechanické hriezdy, obmedzenia rozlíšenia mikrokrokovania a problémy spôsobené tepelnou dilatáciou. Keď existuje voľno v ozubeniach alebo guľkových skrutkách (čo nazývame hriezda), vznikajú hysterezné efekty pri rýchlej zmene smeru pohybu. Ak nie je mikrokrokovanie dostatočne jemné (pod 1/256 kroku), vznikajú vibrácie spolu s chybami umiestnenia pod 10 mikrometrami. Najväčším problémom je však pravdepodobne tepelná dilatácia. Bez vhodnej kontroly prostredia môžu XY stupne nahromadiť chyby cez 25 mikrometrov. Najlepšie stroje tieto problémy riešia pomocou špeciálnych proti-hriezdových mechanizmov, extrémne jemných schopností mikrokrokovania a inteligentných kompenzačných systémov teploty, ktoré sledujú teplotu v reálnom čase. Tieto pokročilé riešenia zvyčajne dosahujú opakovateľnosť okolo plus mínus 3 mikrometre aj po mnohých prevádzkových cykloch.

Integrita trysky a vákua: Kritická pre manipuláciu s miniaturizovanými komponentmi

Strata vákua, opotrebenie trysky a vplyv dynamickej centrovanej polohy na výťažok umiestnenia 0201/01005

Udržiavanie dobrej tesnosti vákua nie je len dôležité, ale absolútne nevyhnutné pri práci s takýmito malými komponentmi 0201 a 01005. Už najmenší únik môže spôsobiť, že sa súčiastky odpoja skôr, ako budú správne umiestnené, čo vedie buď k ich nesprávnemu umiestneniu, alebo k úplnej strate. Samotné trysky majú tendenciu sa v priebehu času opotrebovávať, čím sa zhoršuje kvalita tesnenia. Videli sme, ako sa miera porúch zvýšila až na 15 % vo výrobách s vysokým objemom prevádzky. Dynamické centrovacie systémy síce pomáhajú pri týchto malých pohyboch, ku ktorým dochádza počas fáz zrýchľovania, no tieto systémy zlyhávajú pri prítomnosti vibrácií alebo ak sa kalibrácia začne posúvať. Keď poklesne výkon trysek, negatívne to okamžite ovplyvní výrobu. Znížia sa výnosy pri prvom prechode a nasleduje náročná a drahá oprava. Preto je pre každého, kto denne rieši otázky spoľahlivosti umiestňovania mikrosúčiastok, tak dôležité pravidelne kontrolovať trysky a vymieňať ich podľa plánu.

Konzistencia dodávania dávkovača a komponentov: mechanika pásky a inšpekčné protokoly

Odtrhovacia sila pásky, variabilita napätia a nekonzistencia kroku podávania v Výrobné linky SMT

To, ako dobre fungujú podavače, výrazne ovplyvňuje presnosť umiestňovania komponentov, najmä keď ide o malé puzdrá vyžadujúce tolerancie tesnejšie než ±25 mikrónov. Ak sa pásu neustále neodvíja z cievky, komponenty môžu buď vypadnúť príliš skoro, alebo sa posunúť bokom pri zachytení. Ak nie je napätie nosného pásu dostatočne stabilné, komponenty majú tendenciu sa posúvať. A malé nezrovnalosti v kroku podavania (akékoľvek vyše 0,1 mm) sa postupne naschémajú počas výrobných sérií, až sa objavia zreteľné chyby umiestnenia. Dobrou správou je, že vizuálne systémy zachytia väčšinu týchto problémov hneď ako vzniknú, čo spustí automatické úpravy nastavení napätia. Ešte lepšie je, že podavače s pohonom cez servomotor ponúkajú vyššiu spoľahlivosť, pretože upravujú uhol odvíjania pásov aj rýchlosť ich posunu strojom, čím kompenzujú akékoľvek nepravidelnosti samotného pásu. Pri pravidelných údržbách a týchto funkciách výrobcovia uvádzajú zníženie výskytu chýb súvisiacich s podavačmi približne o 40 percent vo svojich rozsiahlych operáciách povrchovej montáže.

Synchronizácia na úrovni systému: Súlad pohybu hlavy, nosiča podavača a stola s doskou PCB

Presná súradnica pri dnešných strojoch na umiestňovanie komponentov vyžaduje mimoriadne úzke prepojenie medzi hlavicami na umiestňovanie, nosičmi podavačov a stolmi na pozíciu dosiek plošných spojov až na úrovni nanosekundy. Keď jednotlivé komponenty pracujú nezávisle, ako sa často deje pri viacnásobných dráhach alebo pri manipulácii so zmiešanými typmi výrobkov, drobné oneskorenia sa začínajú kumulovať na mikroskopických úrovniach. Napríklad už chyba v časovaní len o 5 milisekúnd počas súbežného posunu stola a posunu podavača môže spôsobiť, že kondenzátory veľkosti 0201 budú pri najvyšších zrýchleniach o 35 mikrometrov mimo cieľa. Moderné riadiace systémy pohybu tento problém riešia inteligentnými algoritmami, ktoré predpovedajú dráhy pohybu a vopred upravujú krivky zrýchlenia, aby sa zabránilo konfliktom. Tieto systémy udržiavajú presnosť umiestnenia pod 15 mikrometrami CPK, aj keď dosahujú pôsobivé rýchlosti až 45 000 komponentov za hodinu. Toho dosahujú prostredníctvom rýchlych spätných väzieb (reakčný čas kratší ako 1 milisekunda), aktualizácií servopohonov aspoň 2 000-krát za sekundu a korekcií tepelného rozťahovania v rôznych osách. Testovanie podľa noriem JEDEC ukazuje, že stroje bez vhodnej synchronizácie majú približne o 18 % viac chýb pri umiestňovaní pri rýchlych zmenách smeru, čo je významné najmä v produkčných prostrediach, kde záleží rovnako na rýchlosti ako aj na presnosti.

Často kladené otázky

Ktoré faktory môžu ovplyvniť presnosť vizuálneho systému?

Prostredie, ako zmeny teploty, vlhkosť a kolísanie jasu LED, môže výrazne ovplyvniť presnosť a spôsobiť posun o niekoľko subpixelov.

Ako systémy pohybu udržiavajú presnosť napriek tepelnému rozťahovaniu?

Pohybové systémy eliminujú chyby spôsobené tepelným rozťahovaním pomocou inteligentných kompenzačných systémov, mechanizmov proti hrebeňovaniu a presných mikrokrokových schopností.

Prečo je dôležitá celistvosť vákua pri manipulácii s komponentmi?

Celistvosť vákua je nevyhnutná na zabezpečenie presného umiestnenia malých komponentov bez ich upustenia alebo straty kvôli netesnosti.

Ako prispievajú systémy podávania k presnosti umiestňovania komponentov?

Podávače zabezpečujú rovnomerné odvíjanie pásky a stabilné nastavenie napätia, čím zabraňujú predčasnému uvoľneniu komponentov alebo posunu polohy počas zachytávania.

Ako moderné stroje dosahujú synchronizáciu medzi jednotlivými komponentmi?

Moderné stroje využívajú inteligentné algoritmy na predpovedanie pohybu, rýchle spätné väzby a aktualizácie servopohonov, aby zabezpečili synchronizované prevádzkovanie a minimalizovali chyby umiestnenia.