Поширені проблеми в SMT-роботах для збирання компонентів (та способи їх вирішення)

Smt pick and place machine : Діагностика та усунення проблем із точністю розміщення компонентів

Наскільки точно компоненти встановлюються, залишається одним із найважливіших факторів під час оцінки машин поверхневого монтажу (SMT). Навіть незначні зміщення близько 50 мікрон можуть призвести до серйозних проблем у складних конструкціях друкованих плат. Аналізуючи причини несправностей, системи технічного зору зазвичай виявляють три основні проблеми. По-перше, кутове спотворення, коли компоненти обертаються на плюс-мінус 3 градуси через те, що сопла неправильно їх утримують. По-друге, зсуви положення по осях X/Y понад 25 мікрон, які виникають переважно тоді, коли система позиціонування машини починає дрейфувати. І, нарешті, варіації тиску по осі Z часто призводять до неприємних дефектів «могильного каменя», особливо помітних у мініатюрних компонентів розміру 0402. Глибше аналізуючи причини цих проблем, зношені сопла становлять майже 4 із кожних 10 випадків. Неправильні механізми подачі спричиняють майже 30%, а вібрації сильніші за 2,5 Gs, що порушують рекомендації IPC-9850, становлять решту проблем.

Визначення причин помилок розміщення та перекосу компонентів

Помилки у розміщенні компонентів зазвичай пов'язані з несправностями обладнання та особливостями його експлуатації. Сопла часто зношуються або деформуються, що, ймовірно, пояснює близько 40% усіх проблем із точністю, які ми спостерігаємо на виробничих ділянках. Зношені сопла серйозно порушують стабільність захоплення під час роботи на високих швидкостях. Помилки калібрування також накопичуються поступово, адже обладнання не може назавжди залишатися ідеально відрегульованим. Коливання температури та постійні механічні навантаження призводять до мікрозрушень у позиціонуванні, які з часом накопичуються. Також існує проблема механізмів подачі. Якщо зубчасті передачі мають пошкодження або пружини втрачають пружність, компоненти просто не зможуть правильно вирівнюватися ще до їхнього розміщення. І не варто забувати про вібрацію. Надмірне тремтіння всередині системи лише посилює всі ці невеликі проблеми, внаслідок чого компоненти потрапляють не туди або ж взагалі опиняються в неправильному місці на платі.

Методи калібрування для оптимальної точності машин SMT для збирання та розміщення

Правильна калібрування машин залишається ключовим фактором для отримання максимальної віддачі від них протягом тривалого часу. Що стосується лазерного калібрування висот сопел, то тут ми насправді маємо на увазі підтримку постійного тиску вздовж осі Z. Це дуже важливо під час роботи з малими деталями, адже інакше ці крихітні компоненти можуть опинитися «поховані» (tombstoned) під час збирання. Для систем візійного контролю калібрування передбачає використання стандартних орієнтирів (фідалів), які допомагають усунути проблеми позиціонування в напрямках X та Y, зазвичай з точністю близько 10 мікронів. Справжнє дива відбувається завдяки програмному забезпеченню динамічної компенсації, яке враховує розширення та стиск матеріалів при зміні температури протягом тривалих циклів виробництва. Такі автоматичні перевірки калібрування між партіями не лише зменшують кількість помилок, допущених операторами, але й забезпечують стабільну точність день за днем, не істотно уповільнюючи весь виробничий процес.

Протоколи обслуговування для підтримання точності позиціонування в довгостроковій перспективі

Підтримання точності з часом вимагає регулярного технічного обслуговування, яке включає профілактику та усунення виникаючих несправностей. Більшість виробників рекомендують перевіряти сопла та замінювати їх приблизно кожні 50 тисяч монтажів у разі прецизійної роботи, хоча цей термін може варіюватися залежно від реальних умов експлуатації. Щомісячні перевірки мають включати контроль натягу ременів, правильну орієнтацію напрямних та стан роботи живлення компонентів, щоб запобігти переростанню невеликих проблем у більш серйозні. Має значення також стабільність навколишнього середовища. Намагайтеся підтримувати температуру в межах близько 2 градусів Цельсія та вологість у діапазоні від 40 до 60 відсотків відносної вологості. Це допомагає уникнути неприємних поступових зміщень калібрування, які виникають з часом. І не забувайте фіксувати все, що було зроблено під час обслуговування. Якісна документація дозволяє технікам вчасно помічати закономірності зносу, щоб замінити деталі до того, як вони вийдуть з ладу, і таким чином уникнути простоїв та витрат на ремонт у майбутньому.

Подолання проблем розпізнавання фідуціалів та відмов візуальних систем

Основні причини неточного виявлення фідуціалів у процесах SMT

Більшість проблем із розпізнаванням фідуціалів зводяться до трьох основних причин: нестабільне освітлення, зміщення калібрування камери та варіації між друкованими платами. Старе або мерехтливе освітлення створює тіні та блиск, які просто 'затоплюють' ці маленькі орієнтирні позначки. Ми всі бачили, як камери повільно втрачають свою ідеальну чіткість протягом місяців експлуатації, ускладнюючи розпізнавання колишніх надійних маркерів. До того ж існують проблеми безпосередньо з платою: деформовані поверхні, захисний припойний шар, що нанесений занадто товсто в одних місцях і надто тонко — в інших, а також накопичення пилу та залишків, які заважають правильній ідентифікації. Згідно з останніми даними галузі зі Звіту про технології збірки 2024 року, саме такі візуальні проблеми становлять приблизно одну третину всіх помилок розташування компонентів SMT на виробничих лініях сьогодні.

Оптимізація систем освітлення та камер для надійного розпізнавання

Якісне освітлення має вирішальне значення для зменшення непотрібних тіней та відблисків і забезпечення рівномірного освітлення всього робочого простору. У більшості успішних конфігурацій використовують кілька регульованих джерел світла, щоби ефективно працювати з різними матеріалами та деталями на різних висотах. Регулярна перевірка камер також є обов’язковою, особливо під час роботи з сертифікованими калібрувальними цілями. Налаштування фокусу, рівнів експозиції та усунення спотворень мають бути частиною планового технічного обслуговування. Деякі підприємства йдуть ще далі, інтегруючи ці калібрувальні процедури безпосередньо до графіків обслуговування. Найефективніші об’єкти досягають рівня розпізнавання близько 99,8%, поєднуючи кільцеві світлові джерела з коаксіальними системами освітлення для блискучих поверхонь. Як правило, найкращі з них заплановують чергову калібрування приблизно після 200 годин робочого часу, щоб забезпечити стабільну роботу.

Вирішення проблем короблення плати та відбивної здатності поверхні

Коли друковані плати викривлюються, виникають різноманітні проблеми з фокальними площинами, що призводить до часткового розмиття, через яке системам технічного зору важко правильно розпізнати зображення. Щоб усунути цю проблему, зараз у багатьох системах використовують методи фокусування на кількох площинах разом із процедурами картировання висоти, які автоматично регулюють фокусування на викривлених ділянках, відновлюючи необхідну чіткість. Робота з дзеркальними поверхнями створює зовсім інші труднощі. Ключ до вирішення — використання поляризаційних фільтрів та підсвічування під меншими кутами, щоб зменшити неприємне відблискове світло й одночасно покращити контрастність зображення. Деякі сучасні 3D-системи технічного зору йдуть ще далі, отримуючи детальну топографічну інформацію, що дозволяє їм розрізняти реальні ознаки від просто відбиттів на поверхні. Згідно з нещодавніми тестами, опублікованими минулого року, такі підходи підвищили надійність розпізнавання приблизно на 45 % під час роботи з важкими для обробки матеріалами.

Усунення несправностей при захопленні та випусканні компонентів

Несправності вакуумного сопла: забруднення, знос і деформація

Коли йдеться про помилки захоплення, проблеми з вакуумним соплом найчастіше стоять на самому початку списку. Основні винуватці? Забруднення, спричинене старим паяльним пастою, накопиченим пилом або липкими залишками клею, які постійно накопичуються всередині. Ці забруднення порушують силу всмоктування. Не слід забувати і про знос. З часом сопла старіють, трохи деформуються, утворюючи витоки вакууму, що ускладнює отримання щільного прилягання до компонентів під час збирання. Регулярна перевірка на наявність тріщин або інших видимих пошкоджень — обов’язкова. Також важливо перевіряти силу всмоктування за допомогою спеціального контрольного інструменту. Чистку слід проводити регулярно, використовуючи розчинники, спеціально призначені для цього. Згідно з даними галузі, близько 45% тих дратівливих помилок захоплення та розміщення на автоматизованих виробничих лініях насправді пов’язані з несправностями самих сопел.

Недостатній вакуумний тиск та його вплив на захоплення компонентів

Коли тиск у вакуумній системі падає нижче необхідного рівня, компоненти просто не тримаються належним чином, що призводить до різноманітних проблем, таких як пропущені захоплення або падіння деталей під час переміщення по виробничій лінії. Найчастіше ми стикаємося з витоками повітря в трубках, брудними фільтрами, які потрібно очистити, або насосами, які просто зношуються з часом. Завжди перевіряйте, чи досягає система значень, вказаних виробником (зазвичай близько 50–70 кілопаскалей для звичайних компонентів), і робіть це за допомогою правильних вимірювальних інструментів, а не методом припущень. Звіти з виробничих ділянок показують, що належне обслуговування вакуумних систем скорочує кількість відмов захоплення приблизно вдвічі, що суттєво впливає на загальну продуктивність, коли все працює безперебійно, без постійних зупинок через падіння деталей.

Проблеми, пов’язані з живильниками: пошкодження шестерень, втома пружин, сторонні забруднення

Те, як компоненти подаються в машини, має велике значення для стабільного виробництва. Коли шестерні починають зношуватися від тривалої роботи або неправильно встановлені, усе виходить з ладу, і компоненти не просуваються в потрібний момент. Пружини, які пройшли безліч циклів, з часом просто втрачають свою пружність, що призводить до того, що деталі займають неправильне положення замість потрібного. Часто в системі щось застрягає — шматочки стрічки, дрібні уламки, навіть нагромадження пилу можуть перекрити шлях і порушити правильне захоплення компонентів. Обслуговуючому персоналу потрібно регулярно очищати ці доріжки, перевіряти шестерні на ознаки несправностей та замінювати пружини до їхнього повного виходу з ладу. Ці прості кроки забезпечують точність процесу подачі та підвищують показник загальної ефективності обладнання, який так важливий для виробників.

Запобігання дефектам паяння шляхом покращення монтажу SMT

Як неточності монтажу призводять до ефекту 'могильного каменя' та утворення містків паяння

Точність розміщення компонентів суттєво впливає на міцність паяних з'єднань. Дослідження показують, що близько 38% дратівливих дефектів типу «некрополь» виникають, коли похибки розміщення перевищують ±0,1 мм. Коли компоненти не ідеально вирівняні, припійна паста нерівномірно розподіляється по платі. Це створює різні сили змочування, які буквально піднімають один бік компонента вгору під час нагрівання. Якщо компоненти зміщуються вбік до сусідніх контактних майданчиків, значно зростає ймовірність утворення небажаних перемичок під час плавлення при рефлоу. На щастя, сучасне передове обладнання допомагає вирішити ці проблеми завдяки лазерним системам корекції, які забезпечують точність розміщення компонентів приблизно 25 мікрон. Ці покращення безперечно зменшили кількість дефектів на виробничій лінії, хоча для отримання повного ефекту все ще потрібне правильне налаштування та технічне обслуговування обладнання.

Оптимізація параметрів розміщення для зменшення дефектів паяння

Правильне співвідношення між швидкістю та точністю допомагає зменшити кількість дратівливих дефектів паяння. Працюючи з соплами, загалом доцільно підтримувати швидкість їх опускання нижче 20 мм/с, щоб вони надто сильно не пружинили. Тиск розміщення має бути в межах від 1,0 до 2,5 Ньютона, щоб переконатися, що ми не зсуваємо паяльну пасту з потрібного місця. У виробничих ліній синхронізація принтерів-трафаретів із машинами для розміщення за допомогою будь-якої системи відстеження забезпечує безперебійний рух процесу без затримок у довгих циклах. Якщо компоненти простоюють надто довго після друку, як правило, понад годину, це починає збільшувати ймовірність проблеми «тумбстоунінгу» приблизно на 40%. А щодо менших компонентів, зокрема, то дотримання приблизно половинного покриття контактного майданчика, схоже, найкраще працює для вирівнювання складних сил зволоження та зменшення ймовірності утворення «тумбстоунів».

Дослідження випадку: Зменшення тумбстоунінгу на 68% шляхом налаштування обладнання

Згідно з нещодавнім дослідженням, систематичне налаштування обладнання дозволило скоротити проблеми з «тумбуванням» приблизно на 68% саме для мініатюрних компонентних корпусів 01005 та 0201. Що спрацювало? Вони відкалибрували системи технічного зору, щоб ті могли виявляти орієнтирні маркери з точністю ±15 мікрометрів, встановили тиск сопла точно на рівні 1,2 Ньютона та додали функцію корекції температури в реальному часі. Команда також подовжила час перебування компонентів у зоні попереднього нагріву до приблизно 90 секунд і підтримувала температуру в межах від 150 до 170 градусів Цельсія під час витримки, що сприяло рівномірному розплавленню перед безпосереднім паянням. Окрім усунення дратівливих проблем з «тумбуванням», ці зміни несподівано також зменшили виникнення містків з припою, скоротивши їх майже вдвічі під час тієї самої серійної виробництва.

Забезпечення цілісності компонентів та запобігання пошкодженню матеріалів

Поширені причини пошкодження компонентів під час збирання та розміщення

Коли компоненти пошкоджуються під час операцій технології поверхневого монтажу, це суттєво впливає як на вихід продукції, так і на надійність виробів з часом. Основними причинами цієї проблеми є надмірний тиск сопел, неналежне поводження з деталями та неправильна орієнтація під час їхнього розміщення. Сильний тиск сопел часто призводить до тріщин у чутливих корпусах компонентів або пошкодження місць їхнього приєднання. І, звичайно, неналежне поводження створює серйозний ризик електростатичного розряду, що може вивести з ладу чутливі напівпровідникові чіпи прямо на виробничій лінії. Ще одна проблема — це розміщення компонентів під незвичайними кутами, що створює механічне навантаження на всі елементи. Це навантаження згодом може спричинити руйнування внутрішніх з'єднань або навіть розпад цілих конструкцій корпусів.

Обробка з урахуванням захисту від ЕСР та оптимізовані налаштування тиску сопел

Захист чутливих компонентів від пошкодження через електростатичний розряд зводиться до дотримання певних базових правил безпеки. Заземлені робочі місця повинні бути стандартним обладнанням, так само як і провідникові килимки, розташовані на робочих ділянках, та належна антистатична упаковка для зберігання й транспортування. Налаштування сопл передбачає чимало нюансів. Для легших компонентів однозначно потрібно менше розріджування, інакше вони можуть бути розчавлені через надмірне всмоктування. У разі важких деталей ситуація інша — вони потребують достатньої сили затиснення, щоб міцно утримуватися без ковзання під час обробки. Персонал із технічного обслуговування має перевіряти датчики тиску принаймні раз на місяць, щоб переконатися в точності показників. І не забувайте періодично уважно оглядати самі сопла. Навіть незначні ознаки зносу чи пошкодження можуть порушити весь процес, що призведе до численних проблем у майбутньому.

Уникнення пошкоджень через неправильну висоту захоплення або встановлення

Неправильна висота захоплення або розміщення залишається однією з основних причин пошкодження матеріалів на виробничих лініях. Коли висоту захоплення встановлено занадто низько, сопла починають притискати компоненти безпосередньо до живильників або стрічкових систем, що може деформувати делікатні деталі. З іншого боку, надто велика висота призводить до невдалих спроб захоплення, через що обладнання змушене повторювати операцію знову і знову, що з часом призводить до додаткового зносу чутливих компонентів. У разі операцій розміщення важливо знайти правильний баланс — компоненти мають легко, але міцно торкатися поверхні паяльного пастування, щоб надійно прилипати, не застрягаючи при цьому у самій платі. Сучасне обладнання часто оснащено лазерними системами визначення висоти та функціями автоматичної калібрування. Ці технології допомагають підтримувати стабільні налаштування навіть під час роботи з компонентами різних розмірів і форм, що стає все важливішим із постійним звуженням виробничих допусків у різних галузях.

Розділ запитань та відповідей

Які основні причини помилок розташування компонентів?

Помилки розташування компонентів часто виникають через зношені сопла, неправильні механізми подавачів і надмірні вібрації системи.

Як калібрування верстата може покращити точність установки компонентів SMT?

Правильна калібрування забезпечує постійний тиск по осі Z, усуває проблеми позиціонування з фідуціальними маркерами та використовує програмне забезпечення динамічної компенсації для змін температури.

Яку роль відіграє освітлення у розпізнаванні фідуціальних маркерів?

Якісне освітлення допомагає зменшити тіні та блиск, забезпечуючи чітку видимість фідуціальних маркерів для точного розташування компонентів.

Як можна зменшити дефекти паяння в операціях SMT?

Оптимізація швидкості установки, тиску, синхронізації між принтерами шаблонів і машинами для розташування компонентів, а також підтримка належного покриття контактних майданчиків можуть зменшити дефекти паяння.

Чому важливе ESD-безпечне поводження для цілісності компонентів?

ESD-безпечне поводження захищає чутливі компоненти від електростатичного розряду, запобігаючи пошкодженню та забезпечуючи надійність продукту.