Những Vấn Đề Thường Gặp Trong Máy Chọn Và Đặt SMT (và Cách Khắc Phục)

Máy lấy đặt SMT : Chẩn Đoán Và Xử Lý Các Vấn Đề Về Độ Chính Xác Đặt Linh Kiện

Độ chính xác khi đặt các linh kiện vẫn là một trong những yếu tố quan trọng nhất khi đánh giá các máy dán linh kiện công nghệ hàn bề mặt (SMT). Ngay cả những lệch lạc nhỏ khoảng 50 micron cũng có thể dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng trong thiết kế bo mạch in phức tạp. Khi xem xét những gì xảy ra sai sót, hệ thống thị giác thường phát hiện ba vấn đề chính. Thứ nhất là độ xiên góc, khi các linh kiện xoay khoảng cộng trừ 3 độ do đầu hút không giữ chúng đúng cách. Tiếp theo là sự dịch chuyển vị trí theo trục X/Y trên 25 micron, chủ yếu xảy ra khi hệ thống định vị của máy bắt đầu bị trôi. Và cuối cùng, sự biến động về lực ép theo trục Z thường dẫn đến các lỗi 'mộ đá' khó chịu, đặc biệt rõ rệt với các linh kiện cỡ nhỏ như loại 0402. Đi sâu hơn vào nguyên nhân gây ra các vấn đề này, các đầu hút bị mài mòn chiếm gần 4 trên mỗi 10 sự cố. Cơ chế cấp liệu không phù hợp đóng góp gần 30%, trong khi các rung động mạnh hơn 2,5 Gs – vi phạm hướng dẫn IPC-9850 – chiếm phần còn lại của các điểm sự cố.

Xác định nguyên nhân gây ra lỗi đặt linh kiện và hiện tượng lệch linh kiện

Các lỗi trong việc đặt linh kiện thường bắt nguồn từ vấn đề về máy móc và cách vận hành. Các đầu hút thường bị mài mòn hoặc biến dạng, điều này có thể giải thích khoảng 40% các vấn đề về độ chính xác mà chúng tôi gặp phải trên dây chuyền sản xuất. Những đầu hút đã mòn này thực sự làm ảnh hưởng đến độ ổn định khi vận hành ở tốc độ cao. Những sai sót trong hiệu chuẩn cũng tích tụ dần theo thời gian vì máy móc không thể duy trì trạng thái thiết lập hoàn hảo mãi. Sự thay đổi nhiệt độ và ứng suất cơ học thông thường gây ra những dịch chuyển nhỏ về vị trí, và những sai lệch này cộng dồn theo thời gian. Tiếp đến là các cơ chế cấp liệu. Khi các bánh răng bắt đầu xuất hiện hư hỏng hoặc lò xo mất độ căng, linh kiện đơn giản là không được căn chỉnh đúng trước khi được đặt vào vị trí. Và cũng đừng quên rung động. Việc rung lắc quá mức trong toàn hệ thống sẽ làm trầm trọng thêm tất cả những vấn đề nhỏ này, dẫn đến tình trạng linh kiện bị lệch hướng hoặc hoàn toàn đặt sai vị trí trên bảng mạch.

Các kỹ thuật hiệu chuẩn để đạt độ chính xác tối ưu cho máy dán linh kiện SMT

Việc duy trì hiệu chuẩn đúng cách cho máy móc là yếu tố then chốt để khai thác tối đa hiệu suất theo thời gian. Khi nói đến hiệu chuẩn laser chiều cao vòi phun, điều chúng ta thực sự quan tâm là duy trì áp lực ổn định dọc theo trục Z. Điều này rất quan trọng khi làm việc với các linh kiện nhỏ, vì nếu không, những thành phần bé nhỏ đó có thể bị dựng đứng (tombstoned) trong quá trình lắp ráp. Đối với các hệ thống thị giác, việc hiệu chuẩn bao gồm sử dụng các dấu mốc fiducial tiêu chuẩn giúp khắc phục các vấn đề định vị theo cả hai hướng X và Y, thường đạt độ chính xác trong khoảng 10 micron. Điểm then chốt nằm ở phần mềm bù trừ động, có khả năng tính đến sự giãn nở và co lại của vật liệu khi nhiệt độ thay đổi trong suốt các chu kỳ sản xuất dài. Những kiểm tra hiệu chuẩn tự động này được thực hiện giữa các lô sản xuất không chỉ giúp giảm thiểu sai sót do người vận hành gây ra mà còn duy trì độ chính xác liên tục qua từng ngày mà không làm chậm đáng kể toàn bộ quy trình sản xuất.

Giao thức bảo trì để duy trì độ chính xác định vị lâu dài

Việc duy trì độ chính xác theo thời gian đòi hỏi phải thực hiện bảo trì định kỳ, bao gồm cả phòng ngừa và khắc phục sự cố khi chúng phát sinh. Hầu hết các nhà sản xuất đều khuyến nghị kiểm tra vòi phun và thay thế chúng sau khoảng mỗi 50.000 lần đặt linh kiện trong công việc chính xác, mặc dù tần suất này có thể thay đổi tùy theo điều kiện sử dụng thực tế. Các cuộc kiểm tra hàng tháng nên bao gồm việc đánh giá độ căng của dây đai, đảm bảo các thanh ray được căn chỉnh đúng cách và kiểm tra cách bộ cấp liệu tương tác với các linh kiện để ngăn các vấn đề nhỏ trở nên nghiêm trọng hơn. Ổn định môi trường cũng rất quan trọng. Hãy cố gắng giữ nhiệt độ trong phạm vi chênh lệch khoảng 2 độ C và độ ẩm từ 40 đến 60 phần trăm độ ẩm tương đối. Điều này giúp tránh những sự sai lệch hiệu chuẩn khó chịu xảy ra dần dần theo thời gian. Và đừng quên ghi chép lại mọi hoạt động đã thực hiện trong các buổi bảo trì này. Việc lưu trữ tài liệu đầy đủ sẽ giúp kỹ thuật viên nhận biết sớm các xu hướng hao mòn để thay thế các bộ phận trước khi chúng thực sự hỏng, từ đó tiết kiệm thời gian ngừng hoạt động và chi phí sửa chữa về lâu dài.

Khắc phục sự cố Nhận dạng Fiducial và Hệ thống Thị giác

Nguyên nhân gốc rễ của việc phát hiện fiducial không chính xác trong vận hành SMT

Hầu hết các vấn đề về nhận dạng fiducial đều bắt nguồn từ ba nguyên nhân chính: ánh sáng không ổn định, hiệu chuẩn camera bị lệch theo thời gian và sự khác biệt giữa các bảng mạch in. Ánh sáng cũ hoặc nhấp nháy sẽ tạo ra bóng đổ và ánh chói, làm mờ đi những dấu hiệu tham chiếu nhỏ này. Tất cả chúng ta đều đã từng chứng kiến điều này xảy ra—các camera dần mất đi sự căn chỉnh hoàn hảo sau nhiều tháng vận hành, khiến những điểm đánh dấu từng rất đáng tin cậy trở nên khó nhận diện hơn. Tiếp đến là các vấn đề từ bản thân bảng mạch: bề mặt bị cong vênh, lớp phủ hàn được phủ quá dày ở một số vị trí, quá mỏng ở những vị trí khác, cùng với bụi bẩn và cặn bám tích tụ gây cản trở việc nhận dạng chính xác. Theo số liệu ngành công nghiệp gần đây từ Báo cáo Công nghệ Lắp ráp 2024, những thách thức liên quan đến hệ thống thị giác này chiếm khoảng một phần ba tổng số lỗi đặt linh kiện SMT trên các dây chuyền sản xuất hiện nay.

Tối ưu hóa hệ thống chiếu sáng và camera để nhận dạng đáng tin cậy

Ánh sáng tốt tạo nên sự khác biệt lớn trong việc giảm các bóng đổ và hiện tượng phản xạ khó chịu, đồng thời duy trì độ sáng đồng đều trong toàn bộ khu vực làm việc. Hầu hết các hệ thống thành công đều sử dụng nhiều đèn điều chỉnh được để có thể xử lý các vật liệu và chi tiết khác nhau ở các độ cao khác nhau mà không gặp vấn đề gì. Việc kiểm tra camera định kỳ cũng rất cần thiết, đặc biệt khi làm việc với các mục tiêu hiệu chuẩn đã được chứng nhận. Các thiết lập lấy nét, mức phơi sáng và khắc phục hiện tượng méo hình nên là một phần của bảo trì định kỳ. Một số nhà máy đã tiến xa hơn trong tự động hóa bằng cách tích hợp các quy trình hiệu chuẩn này trực tiếp vào lịch bảo trì của họ. Các cơ sở hoạt động tốt nhất đạt tỷ lệ nhận dạng khoảng 99,8% bằng cách kết hợp đèn vòng với hệ thống chiếu sáng đồng trục cho các bề mặt bóng. Những cơ sở hàng đầu này thường lên lịch một đợt hiệu chuẩn lại sau khoảng 200 giờ vận hành sản xuất để đảm bảo mọi thứ hoạt động trơn tru.

Xử lý các thách thức về cong vênh bảng mạch và độ phản xạ bề mặt

Khi các bo mạch bị cong vênh, chúng gây ra nhiều vấn đề liên quan đến mặt phẳng tiêu cự, dẫn đến hiện tượng mờ một phần khiến hệ thống thị giác khó đọc chính xác những gì đang xảy ra. Để khắc phục vấn đề này, nhiều hệ thống hiện nay sử dụng kỹ thuật lấy nét đa mặt phẳng kết hợp với các quy trình ánh xạ chiều cao tự động điều chỉnh tiêu cự trên những khu vực bị cong, khôi phục lại độ rõ nét cần thiết. Việc xử lý các bề mặt bóng lại tạo ra một thách thức hoàn toàn khác. Bí quyết ở đây là sử dụng các bộ lọc phân cực cùng với nguồn chiếu sáng ở góc thấp để giảm thiểu độ chói khó chịu, đồng thời cải thiện độ tương phản hình ảnh. Một số hệ thống thị giác 3D tiên tiến còn đi xa hơn bằng cách ghi nhận thông tin địa hình chi tiết, cho phép phân biệt được các dấu hiệu thực sự với các tia phản xạ chỉ đơn thuần bật ra từ bề mặt. Theo các bài kiểm tra gần đây được công bố năm ngoái, những phương pháp này đã nâng độ tin cậy nhận diện lên khoảng 45% khi làm việc với các vật liệu khó xử lý.

Xử lý sự cố nhặt và thả linh kiện

Hỏng hóc ở đầu hút chân không: tắc nghẽn, mài mòn và biến dạng

Khi nói đến các sự cố nhấc linh kiện, vấn đề ở đầu hút chân không thường nằm trong danh sách hàng đầu. Nguyên nhân chính là gì? Tắc nghẽn do bã hàn cũ, bụi tích tụ hoặc dư lượng keo dính dai dẳng tích tụ bên trong theo thời gian. Những chỗ tắc này làm ảnh hưởng đến lực hút chân không. Ngoài ra cũng không thể bỏ qua hiện tượng mài mòn. Khi các đầu hút sử dụng lâu ngày sẽ bắt đầu bị biến dạng nhẹ, gây rò rỉ chân không và khó tạo được độ kín khít tốt khi gắp linh kiện trong quá trình lắp ráp. Việc kiểm tra định kỳ các vết nứt hoặc hư hỏng nhìn thấy rõ là điều bắt buộc. Kiểm tra lực hút bằng dụng cụ đo chuyên dụng cũng rất quan trọng. Việc vệ sinh cũng cần được thực hiện thường xuyên, sử dụng dung môi được thiết kế riêng cho mục đích này. Theo các số liệu trong ngành, khoảng 45% các lỗi gắp đặt gây khó chịu trên các dây chuyền sản xuất tự động thực tế bắt nguồn từ các vấn đề liên quan trực tiếp đến đầu hút.

Áp lực chân không không đủ và tác động của nó đến việc gắp linh kiện

Khi áp suất chân không giảm xuống dưới mức yêu cầu, các bộ phận sẽ không bám chặt đúng cách, dẫn đến nhiều vấn đề như bỏ lỡ việc gắp hoặc các chi tiết rơi ra trong quá trình di chuyển dọc dây chuyền sản xuất. Hầu hết các trường hợp, chúng tôi phát hiện sự cố do rò rỉ khí trong ống dẫn, bộ lọc bị bẩn cần làm sạch, hoặc các máy bơm đã mài mòn theo thời gian. Luôn kiểm tra xem hệ thống có đạt được các thông số kỹ thuật từ nhà sản xuất hay không, thường là khoảng 50 đến 70 kilopascal đối với các bộ phận thông thường, và thực hiện việc này bằng các công cụ đo lường chính xác chứ không phải phỏng đoán. Các báo cáo tại phân xưởng cho thấy việc duy trì hệ thống chân không tốt sẽ giảm khoảng một nửa số lần thất bại trong việc gắp, điều này tạo nên sự khác biệt lớn về năng suất tổng thể khi mọi thứ vận hành trơn tru mà không phải dừng liên tục do rơi vãi chi tiết.

Sự cố liên quan đến bộ cấp liệu: hư hỏng bánh răng, mỏi lò xo và dị vật

Cách các bộ phận được đưa vào máy rất quan trọng để duy trì sản xuất ổn định. Khi các bánh răng bắt đầu bị mài mòn do làm việc quá lâu hoặc không được căn chỉnh đúng, mọi thứ sẽ mất đồng bộ và các bộ phận không tiến tới đúng lúc. Các lò xo đã trải qua vô số chu kỳ sẽ dần mất độ đàn hồi theo thời gian, dẫn đến việc các bộ phận nằm ở vị trí sai thay vì đúng vị trí cần thiết. Hệ thống cũng thường xuyên bị kẹt vật liệu — các mảnh băng dính, mảnh vỡ nhỏ, thậm chí cả bụi tích tụ có thể chặn đường đi và làm ảnh hưởng đến việc lấy bộ phận chính xác. Các đội bảo trì cần thường xuyên vệ sinh các rãnh dẫn, kiểm tra bánh răng để phát hiện dấu hiệu hư hỏng và thay thế lò xo trước khi chúng hỏng hoàn toàn. Những bước đơn giản này giúp duy trì độ chính xác trong quá trình cấp liệu và nâng cao chỉ số Hiệu suất Tổng thể của Thiết bị (OEE) mà các nhà sản xuất rất quan tâm.

Ngăn ngừa lỗi hàn bằng cách cải thiện đặt vị trí SMT

Cách những sai lệch trong đặt vị trí dẫn đến hiện tượng tombstoning và nối tắt hàn

Độ chính xác trong việc đặt linh kiện ảnh hưởng lớn đến chất lượng mối hàn. Các nghiên cứu cho thấy khoảng 38% các lỗi mộ đá (tombstone) khó chịu xảy ra khi sai số đặt linh kiện vượt quá ±0,1 mm. Khi các linh kiện không được căn chỉnh chính xác, kem hàn sẽ lan tỏa không đều trên bảng mạch. Điều này tạo ra các lực ướt khác nhau, kéo một bên của linh kiện lên trên trong quá trình nung nóng. Nếu linh kiện bị lệch ngang về phía các pad lân cận, khả năng hình thành cầu hàn không mong muốn khi tất cả chảy ra trong quá trình hàn lại sẽ cao hơn nhiều. May mắn thay, thiết bị tiên tiến ngày nay giúp khắc phục các vấn đề này thông qua hệ thống hiệu chỉnh bằng tia laser, có thể đặt linh kiện với độ chính xác khoảng 25 micron. Những cải tiến này chắc chắn đã làm giảm các lỗi trên dây chuyền sản xuất, mặc dù để đạt được lợi ích tối đa vẫn cần thiết lập và bảo trì máy móc đúng cách.

Tối ưu hóa các thông số đặt linh kiện để giảm lỗi hàn

Việc cân bằng đúng giữa tốc độ và độ chính xác sẽ giúp giảm thiểu các lỗi hàn khó chịu. Khi làm việc với vòi phun, nói chung nên giữ tốc độ hạ xuống dưới 20 mm/s để chúng không bị nảy quá nhiều. Áp lực đặt cần duy trì trong khoảng từ 1,0 đến 2,5 Newton để đảm bảo rằng chúng ta không đẩy lớp kem hàn ra khỏi vị trí. Đối với các dây chuyền sản xuất, việc đồng bộ hóa máy in khuôn với máy đặt linh kiện thông qua một hệ thống theo dõi nào đó sẽ giúp quy trình vận hành liên tục mà không bị kẹt trong các chu kỳ dài. Nếu các linh kiện nằm yên quá lâu sau khi in, thường là trên một giờ, sẽ làm tăng nguy cơ xảy ra hiện tượng tombstoning khoảng 40%. Và khi xử lý các linh kiện nhỏ hơn cụ thể, việc tuân thủ diện tích phủ khoảng một nửa bề mặt pad dường như mang lại hiệu quả tốt nhất trong việc cân bằng các lực thấm ướt phức tạp này, đồng thời làm giảm khả năng hình thành hiện tượng tombstone.

Nghiên cứu điển hình: Giảm hiện tượng tombstoning tới 68% thông qua điều chỉnh máy móc

Theo một nghiên cứu được thực hiện gần đây, việc điều chỉnh máy một cách hệ thống đã giúp giảm khoảng 68% các vấn đề tombstoning đối với những gói linh kiện siêu nhỏ như 01005 và 0201. Điều gì đã phát huy tác dụng? Họ đã hiệu chỉnh chính xác các hệ thống thị giác để có thể phát hiện các dấu căn chỉnh trong phạm vi cộng trừ 15 micromet, thiết lập áp suất đầu phun ở mức chính xác 1,2 Newton, đồng thời bổ sung tính năng điều chỉnh nhiệt độ theo thời gian thực. Nhóm cũng kéo dài thời gian các linh kiện lưu lại khu vực tiền gia nhiệt lên khoảng 90 giây và duy trì nhiệt độ giữa 150 và 170 độ C trong quá trình ngâm, giúp mọi thứ nóng chảy đều trước khi bước vào quá trình hàn chính thức. Ngoài việc khắc phục các sự cố tombstone gây khó chịu, những thay đổi này còn bất ngờ làm giảm cả hiện tượng cầu chập thiếc, cắt giảm gần một nửa số trường hợp xảy ra trong cùng lô sản xuất.

Đảm bảo Độ toàn vẹn của Linh kiện và Ngăn ngừa Hư hại Vật liệu

Các nguyên nhân phổ biến gây hư hại linh kiện trong quá trình lấy và đặt

Khi các linh kiện bị hư hỏng trong quá trình vận hành công nghệ gắn bề mặt, điều này thực sự ảnh hưởng đến cả năng suất sản xuất lẫn độ tin cậy của sản phẩm theo thời gian. Những nguyên nhân chính gây ra vấn đề này bao gồm áp lực quá lớn từ các đầu phun, thao tác xử lý linh kiện không đúng cách và đặt sai định hướng linh kiện. Những đầu phun có lực ép cao thường làm nứt các gói linh kiện mỏng manh hoặc làm hỏng các điểm nối cuối của chúng. Và phải thừa nhận rằng, việc thao tác sai cách tạo ra nguy cơ phóng điện tĩnh điện nghiêm trọng, có thể làm cháy các chip bán dẫn nhạy cảm ngay trên dây chuyền. Ngoài ra còn có vấn đề linh kiện được đặt ở các góc nghiêng bất thường, gây ra ứng suất cơ học lên toàn bộ hệ thống. Ứng suất này thực tế có thể dẫn đến nứt các mối liên kết bên trong hoặc thậm chí làm vỡ cấu trúc vỏ bọc của linh kiện theo thời gian.

Xử lý an toàn với ESD và thiết lập áp suất đầu phun tối ưu

Việc bảo vệ các linh kiện nhạy cảm này khỏi hư hỏng do ESD thực sự phụ thuộc vào việc tuân thủ một số biện pháp an toàn cơ bản. Các trạm làm việc nối đất nên là thiết bị tiêu chuẩn, cùng với các tấm dẫn điện trải trên khu vực làm việc và bao bì chống tĩnh điện phù hợp để lưu trữ và vận chuyển. Khi thiết lập các vòi phun, thực tế có khá nhiều yếu tố tinh tế cần xem xét. Các linh kiện nhẹ chắc chắn cần ít lực chân không hơn, nếu không chúng sẽ bị đè bẹp do lực hút. Các bộ phận nặng lại khác – chúng đòi hỏi đủ lực để giữ chắc mà không bị trượt trong quá trình xử lý. Nhân viên bảo trì nên kiểm tra các cảm biến áp suất ít nhất một lần mỗi tháng để đảm bảo kết quả đọc chính xác. Và đừng quên kiểm tra kỹ bản thân các vòi phun thỉnh thoảng. Ngay cả những dấu hiệu nhỏ của mài mòn hoặc hư hại cũng có thể làm rối loạn toàn bộ hoạt động, dẫn đến vô số rắc rối về sau.

Tránh hư hỏng do chiều cao lấy hoặc đặt linh kiện không chính xác

Thiết lập sai chiều cao lấy linh kiện hoặc dán linh kiện vẫn là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây hư hại vật liệu trong các dây chuyền sản xuất. Khi chiều cao lấy linh kiện được đặt quá thấp, các vòi hút sẽ ép trực tiếp linh kiện vào bộ cấp liệu hoặc hệ thống băng tải, có thể làm cong biến dạng các bộ phận mỏng manh. Ngược lại, nếu đặt chiều cao này quá cao sẽ dẫn đến việc lấy linh kiện thất bại, buộc máy phải thử đi thử lại nhiều lần, gây ra hao mòn thêm cho các bộ phận nhạy cảm theo thời gian. Trong các thao tác dán linh kiện, việc tìm được điểm cân bằng phù hợp là rất quan trọng – linh kiện cần chạm nhẹ vào bề mặt kem hàn nhưng đủ chắc để bám đúng vị trí mà không bị kẹt sâu vào bản mạch PCB. Các thiết bị hiện đại thường được trang bị hệ thống cảm biến chiều cao dựa trên tia laser cùng các tính năng hiệu chuẩn tự động. Những công nghệ này giúp duy trì các thiết lập ổn định ngay cả khi xử lý các linh kiện có kích cỡ và hình dạng khác nhau, điều này ngày càng trở nên quan trọng khi dung sai sản xuất trong các ngành công nghiệp tiếp tục được thu hẹp.

Phần Câu hỏi Thường gặp

Những nguyên nhân chính gây ra lỗi đặt linh kiện là gì?

Lỗi đặt linh kiện thường xảy ra do vòi hút bị mài mòn, cơ chế cấp liệu không đúng và rung động hệ thống quá mức.

Hiệu chuẩn máy như thế nào để cải thiện độ chính xác trong thao tác lấy và đặt linh kiện SMT?

Hiệu chuẩn đúng đảm bảo áp lực trục Z ổn định, khắc phục các vấn đề định vị với các điểm chuẩn (fiducial markers) và sử dụng phần mềm bù trừ động cho những thay đổi về nhiệt độ.

Ánh sáng đóng vai trò gì trong việc nhận diện điểm chuẩn?

Ánh sáng tốt giúp giảm bóng và ánh chói, đảm bảo các điểm chuẩn được nhìn thấy rõ ràng để đặt linh kiện chính xác.

Làm thế nào để giảm các lỗi hàn trong quy trình SMT?

Tối ưu hóa tốc độ đặt, áp lực, sự đồng bộ giữa máy in khuôn và máy đặt linh kiện, cùng với duy trì độ phủ pad phù hợp có thể giảm các lỗi hàn.

Tại sao thao tác an toàn chống tĩnh điện (ESD) lại quan trọng đối với độ nguyên vẹn của linh kiện?

Thao tác an toàn chống tĩnh điện bảo vệ các linh kiện nhạy cảm khỏi hiện tượng phóng điện tĩnh, ngăn ngừa hư hỏng và đảm bảo độ tin cậy sản phẩm.