ปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อความแม่นยำในการวางตำแหน่งของเครื่องจักรหยิบและวางชิ้นส่วน SMD

เครื่องจักร SMD Pick and Place ประสิทธิภาพของระบบวิชัน: การถ่ายภาพ CCD, การปรับเทียบ, และความเสถียรจากสิ่งแวดล้อม

การถ่ายภาพสองขั้นตอนสำหรับการจัดแนวเบื้องต้นและการตรวจจับตำแหน่งละเอียด

อุปกรณ์วางชิ้นส่วนระดับชั้นนำพึ่งพาอาศัยระบบวิชันสองขั้นตอน เพื่อให้ได้ตำแหน่งที่แม่นยำในระดับไมครอน ก่อนอื่นจะมีกล้องมุมกว้างที่ใช้สำหรับจัดตำแหน่งเบื้องต้นอย่างรวดเร็ว โดยสามารถจัดตำแหน่งชิ้นส่วนให้อยู่ในระยะประมาณครึ่งมิลลิเมตรจากตำแหน่งที่ต้องการ จากนั้นจะใช้เซ็นเซอร์ CCD ความละเอียดสูง ซึ่งสามารถตรวจจับได้ละเอียดถึง 25 ไมครอนต่อพิกเซล เพื่อตรวจสอบเครื่องหมายฟิดูเชียลและขาของชิ้นส่วนอย่างใกล้ชิดเพื่อปรับแต่งตำแหน่งให้แม่นยำยิ่งขึ้น การทำงานสองขั้นตอนนี้ทำให้เครื่องสามารถปรับตำแหน่งสุดท้ายได้ด้วยความแม่นยำประมาณ ±15 ไมครอน เมื่อเปรียบเทียบกับระบบที่ใช้เพียงขั้นตอนเดิมแล้ว ผู้ผลิตรายงานว่าสามารถลดระยะเวลาการผลิตลงได้โดยเฉลี่ยประมาณสี่สิบเปอร์เซ็นต์ โดยไม่ลดทอนคุณภาพ อัตราการเกิดข้อบกพร่องยังคงต่ำกว่า 20 ชิ้นต่อหนึ่งล้านชิ้น แม้แต่กับชิ้นส่วนขนาดเล็กมากอย่าง 01005 ซึ่งถือว่าน่าประทับใจมากเมื่อพิจารณาถึงขนาดที่เล็กมากของชิ้นส่วนเหล่านี้

การคลาดเคลื่อนจากการคาลิเบรตและการเปลี่ยนแปลงของแสง เป็นสาเหตุหลักของการเบี่ยงเบนตำแหน่งในระดับซับพิกเซล

เมื่อพูดถึงระบบการตรวจจับภาพ ปัจจัยสิ่งแวดล้อมมีส่วนรับผิดชอบต่อข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งประมาณสามในสี่ มาดูรายละเอียดบางประการ: เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง เลนส์อาจเบลอโฟกัสได้ประมาณ 0.3 ไมโครเมตรต่อองศาเซลเซียส ความชื้นสัมพัทธ์ที่เกิน 60% จำเป็นต้องมีการปรับแก้แนวแกน Z ประมาณ 8% การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของความสว่างของไฟ LED ก็มีความสำคัญเช่นกัน การเปลี่ยนแปลงของความเข้มแสงเพียง 10% จะทำให้เกิดเงาที่ทำให้การตรวจจับตำแหน่งอ้างอิงคลาดเคลื่อนไป 4 ถึง 12 ไมโครเมตร เพื่อลดปัญหาเหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพ สถานที่ส่วนใหญ่จะดำเนินการสอบเทียบประจำวันโดยใช้มาตรฐานที่สามารถตรวจสอบย้อนกลับตาม NIST นอกจากนี้ยังลงทุนในระบบควบคุมอุณหภูมิให้มีเสถียรภาพ ซึ่งสามารถรักษาอุณหภูมิภายในช่วงครึ่งองศาเซลเซียส และใช้ระบบไฟแบบหลายช่วงคลื่นความถี่พร้อมการปรับความสว่างอัตโนมัติ โรงงานที่ใช้แนวทางครอบคลุมเช่นนี้มักพบว่าข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งลดลงประมาณ 90% ส่วนใหญ่สามารถรักษาระดับความแม่นยำต่ำกว่า 25 ไมโครเมตรตลอดรอบการผลิต 8 ชั่วโมงทั้งหมด แม้ว่าในทางปฏิบัติยังคงอาจเกิดการผันผวนเล็กน้อยเป็นครั้งคราว

ความแม่นยำในการควบคุมการเคลื่อนไหว: พลวัตของแกน XY, การเลือกมอเตอร์, และความสามารถในการทำซ้ำผลลัพธ์จากอุณหภูมิ

ช่องว่างระหว่างเกียร์, ความละเอียดไมโครสเต็ป, และการขยายตัวจากความร้อนในเครื่องจักรป้อนชิ้นงานและวางตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูง

ความแม่นยำในการจัดตำแหน่งของระบบขับเคลื่อนต้องเผชิญกับสามปัญหาหลักที่มีปฏิสัมพันธ์ร่วมกัน: การมีช่องว่างทางกล (mechanical backlash), ข้อจำกัดของความละเอียดไมโครสเต็ป (microstepping resolution), และปัญหาที่เกิดจากการขยายตัวจากความร้อน เมื่อมีช่องว่างในเฟืองหรือลูกสกรูบอล (ซึ่งเราเรียกว่า backlash) จะทำให้เกิดผลฮิสเตอรีซิส (hysteresis effects) เวลาเปลี่ยนทิศทางอย่างรวดเร็ว หากไมโครสเต็ปไม่เพียงพอ (ต่ำกว่า 1/256 ก้าว) จะเกิดการสั่นสะเทือนพร้อมกับข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งที่ต่ำกว่า 10 ไมครอน อย่างไรก็ตาม ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดน่าจะเป็นการขยายตัวจากความร้อน โดยหากไม่มีการควบคุมสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม แท่น XY อาจสะสมข้อผิดพลาดได้มากกว่า 25 ไมครอน เครื่องจักรระดับสูงจะแก้ไขปัญหาเหล่านี้ทั้งหมดโดยใช้กลไกต้านการเลื่อนกลับพิเศษ ความสามารถไมโครสเต็ปที่ละเอียดมาก และระบบชดเชยอุณหภูมิอัจฉริยะที่ตรวจสอบอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ โซลูชันขั้นสูงเหล่านี้มักสามารถบรรลุความซ้ำซ้อนได้ประมาณ ±3 ไมครอน แม้หลังจากรอบการทำงานหลายครั้ง

ความสมบูรณ์ของหัวพ่นและแรงดูดสุญญากาศ: สิ่งสำคัญสำหรับการจัดการชิ้นส่วนขนาดเล็ก

การสูญเสียแรงดูด สึกหรอของหัวพ่น และผลกระทบจากการจัดศูนย์แบบไดนามิกต่อผลผลิตการวางชิ้นส่วนขนาด 0201/01005

การรักษาระดับสุญญากาศให้คงที่นั้นไม่ใช่แค่เรื่องสำคัญ แต่เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเมื่อทำงานกับชิ้นส่วนขนาดเล็กมากเช่น 0201 และ 01005 แม้แต่รอยรั่วเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้ชิ้นส่วนหลุดก่อนจะถูกวางตำแหน่งอย่างถูกต้อง ซึ่งอาจนำไปสู่การติดตั้งชิ้นส่วนผิดตำแหน่งหรือสูญหายไปเลยก็ได้ หัวฉีดเองมักเสื่อมสภาพลงตามเวลาที่ใช้งาน ทำให้ประสิทธิภาพของการปิดผนึกลดลง เราเคยเห็นอัตราความล้มเหลวเพิ่มขึ้นสูงถึง 15% ในโรงงานที่ดำเนินการผลิตปริมาณมาก ระบบจัดศูนย์กลางแบบไดนามิกสามารถช่วยเรื่องการเคลื่อนไหวเล็กน้อยที่เกิดขึ้นในช่วงเร่งความเร็วได้ แต่ระบบนี้จะทำงานได้ไม่ดีหากมีการสั่นสะเทือนหรือเมื่อค่าการปรับเทียบเริ่มเบี่ยงเบน เมื่อประสิทธิภาพของหัวฉีดลดลง จะส่งผลกระทบต่อกระบวนการผลิตตั้งแต่ต้นทางโดยตรง ทำให้อัตราผลผลิตครั้งแรก (First pass yield) ลดลง และตามมาด้วยงานแก้ไขที่ต้องใช้ต้นทุนสูง นั่นคือเหตุผลว่าทำไมการตรวจสอบหัวฉีดอย่างสม่ำเสมอและการเปลี่ยนตามกำหนดจึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับผู้ที่ต้องเผชิญกับปัญหาความน่าเชื่อถือในการจัดวางชิ้นส่วนไมโครทุกวัน

ความต่อเนื่องของการจัดส่งเครื่องป้อนและชิ้นส่วน: กลไกของเทปและการตรวจสอบตามขั้นตอน

แรงลอกเทป ความแปรปรวนของแรงตึง และความไม่สม่ำเสมอของระยะการป้อนใน สายการผลิต SMT

ประสิทธิภาพของเครื่องป้อนมีผลอย่างมากต่อความแม่นยำในการวางชิ้นส่วน โดยเฉพาะเมื่อจัดการกับบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็กที่ต้องการค่าความคลาดเคลื่อนไม่เกิน ±25 ไมครอน เมื่อเทปไม่ลอกออกจากม้วนอย่างสม่ำเสมอ ชิ้นส่วนอาจหลุดออกเร็วเกินไป หรือขยับตัวไปด้านข้างในขณะที่ถูกดูดขึ้น หากแรงตึงของเทปไม่คงที่ ชิ้นส่วนมักจะเคลื่อนตัวลอยตัวไปจากตำแหน่ง และความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยในระยะป้อนเทป (มากกว่า 0.1 มม.) จะสะสมเพิ่มขึ้นตลอดกระบวนการผลิต จนนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการวางชิ้นส่วนที่สังเกตเห็นได้ ข่าวดีก็คือ ระบบกล้องตรวจจับสามารถตรวจพบปัญหาส่วนใหญ่เหล่านี้ได้ทันทีที่เกิดขึ้น ซึ่งจะกระตุ้นให้มีการปรับค่าแรงตึงโดยอัตโนมัติ ที่ดีไปกว่านั้น เครื่องป้อนที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวมอเตอร์ให้ความน่าเชื่อถือที่ดีกว่า เพราะสามารถปรับมุมการลอกเทปและปรับความเร็วในการป้อนเทปเข้าเครื่องได้ ช่วยชดเชยความไม่สมบูรณ์ของตัวเทปเอง ด้วยการบำรุงรักษาตามกำหนดเป็นประจำร่วมกับคุณสมบัติเหล่านี้ ผู้ผลิตหลายรายรายงานว่าสามารถลดข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับเครื่องป้อนลงได้ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ ในการดำเนินงานเทคโนโลยีการติดตั้งชิ้นส่วนบนพื้นผิว (SMT) ขนาดใหญ่

การซิงโครไนซ์ในระดับระบบ: การประสานการเคลื่อนไหวของหัว, ตัวป้อน และโต๊ะแผงวงจรพีซีบี

การควบคุมความแม่นยำอย่างถูกต้องในเครื่องจักรปัจจุบันสำหรับงานวางชิ้นส่วนต้องอาศัยการทำงานร่วมกันอย่างแนบแน่นระหว่างหัววางชิ้นส่วน ที่ยึดสายป้อน และโต๊ะตำแหน่งแผงวงจรพีซีบี ในระดับนาโนวินาที เมื่อส่วนประกอบทำงานอย่างเป็นอิสระ ซึ่งมักเกิดขึ้นในระบบที่มีหลายเลน หรือเมื่อจัดการผลิตภัณฑ์หลายประเภทพร้อมกัน ความล่าช้าเพียงเล็กน้อยจะสะสมกันในระดับจุลภาค ตัวอย่างเช่น ความคลาดเคลื่อนของเวลาเพียง 5 มิลลิวินาทีขณะเคลื่อนที่โต๊ะและเลื่อนสายป้อนพร้อมกัน อาจทำให้ตัวเก็บประจุขนาด 0201 คลาดเคลื่อนไปถึง 35 ไมโครเมตร ในช่วงที่เร่งความเร็วสูงสุด ตัวควบคุมการเคลื่อนไหวรุ่นใหม่แก้ปัญหานี้โดยใช้อัลกอริทึมอัจฉริยะที่สามารถคาดการณ์เส้นทางการเคลื่อนที่และปรับเส้นโค้งการเร่งความเร็วล่วงหน้า เพื่อป้องกันการขัดแย้ง ระบบเหล่านี้สามารถรักษาระดับความแม่นยำในการวางชิ้นส่วนได้ต่ำกว่า 15 ไมโครเมตร (CPK) แม้จะทำงานที่ความเร็วสูงถึง 45,000 ชิ้นต่อชั่วโมง โดยบรรลุผลนี้ผ่านลูปตอบสนองที่รวดเร็ว (เวลาตอบสนองน้อยกว่า 1 มิลลิวินาที) การอัปเดตเซอร์โวอย่างน้อย 2,000 ครั้งต่อวินาที และการปรับชดเชยการขยายตัวจากอุณหภูมิในแต่ละแกน การทดสอบตามมาตรฐาน JEDEC แสดงให้เห็นว่า เครื่องจักรที่ขาดการประสานงานที่เหมาะสมมีข้อผิดพลาดในการวางชิ้นส่วนมากขึ้นประมาณ 18% เมื่อมีการเปลี่ยนทิศทางอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นประเด็นสำคัญมากในสภาพแวดล้อมการผลิตที่ต้องคำนึงถึงทั้งความเร็วและความแม่นยำ

คำถามที่พบบ่อย

ปัจจัยใดบ้างที่สามารถส่งผลต่อความแม่นยำของระบบการมองเห็น

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ระดับความชื้น และความแตกต่างของความสว่างของไฟ LED สามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อความแม่นยำ ทำให้เกิดการเลื่อนตำแหน่งในระดับต่ำกว่าพิกเซล

ระบบขับเคลื่อนรักษาระดับความแม่นยำได้อย่างไรท่ามกลางการขยายตัวจากความร้อน

ระบบขับเคลื่อนลดข้อผิดพลาดจาก การขยายตัวจากความร้อน โดยใช้ระบบชดเชยความร้อนอัจฉริยะ กลไกป้องกันการย้อนกลับ และความสามารถในการไมโครสเต็ปแบบละเอียด

ทำไมความสมบูรณ์ของสุญญากาศจึงมีความสำคัญต่อการจัดการชิ้นส่วน

ความสมบูรณ์ของสุญญากาศมีความจำเป็นเพื่อให้มั่นใจว่าชิ้นส่วนขนาดเล็กถูกวางตำแหน่งอย่างแม่นยำ โดยไม่หลุดหรือสูญหายเนื่องจากการรั่วของแรงดูด

ระบบฟีดเดอร์มีส่วนช่วยอย่างไรต่อความแม่นยำในการวางชิ้นส่วน

ฟีดเดอร์รักษาระดับการลอกเทปและการตั้งค่าแรงตึงอย่างมั่นคง เพื่อป้องกันการปล่อยชิ้นส่วนเร็วเกินไป หรือการเคลื่อนตำแหน่งระหว่างการหยิบ

เครื่องจักรรุ่นใหม่บรรลุการซิงโครไนซ์ระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ได้อย่างไร

เครื่องจักรที่ทันสมัยใช้อัลกอริทึมอัจฉริยะสำหรับการทำนายการเคลื่อนไหว ลูปฟีดแบ็กที่รวดเร็ว และการอัปเดตเซอร์โว เพื่อให้มั่นใจในการทำงานแบบซิงโครไนซ์ ลดข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งให้น้อยที่สุด