Liczą się trzy słowa: geometria przede wszystkim, zawsze.
Widziałem zbyt wiele zespołów SMT obwiniających głowice umieszczające, podciśnienie dysz, nachylenie podajnika lub profil reflow, gdy sama część była już nieprawidłowa, zanim maszyna ją dotknęła. To zła diagnoza, a zła diagnoza jest kosztowna. Gdy przewód typu “gull wing” jest wygięty, skręcony lub znajduje się poza zamierzoną płaszczyzną osadzenia, maszyna typu "pick-and-place" nie "rozwiązuje" problemu. Po prostu szybciej automatyzuje błąd.
A oto twarda prawda. Im bardziej restrykcyjne są cele dotyczące przepustowości, tym mniej cierpliwości ma linia produkcyjna na niechlujną geometrię komponentów. W lutym 2024 r. IPC stwierdziło, że 66% producentów elektroniki stoi w obliczu rosnących kosztów pracy, a ponad 44% odnotowuje rosnące koszty materiałów, co oznacza, że każda możliwa do uniknięcia pętla przeróbek boli bardziej niż kilka lat temu. Odpady nie są już kwestią poboczną; natychmiast uderzają w marżę. Aktualizacja branżowa IPC z lutego 2024 r. czyni to całkiem oczywistym. (electronics.org)
Dlaczego koplanarność ołowiu jest błędnie diagnozowana?
Koplanarność wyprowadzeń to pionowa spójność wyprowadzeń komponentu względem płaszczyzny osadzenia. Mówiąc prostym językiem, wszystkie wyprowadzenia, które mają dotknąć pasty lutowniczej podczas umieszczania, muszą znajdować się mniej więcej na tej samej wysokości i pod tym samym kątem, a nie w stanie rozłożonym, sprężynującym lub w połowie podniesionym. Wydaje się to oczywiste. Nie jest. Na zatłoczonych liniach ludzie często późno zauważają symptom i wcześnie wskazują niewłaściwą przyczynę.
Co się dzieje? Część miejsc. Wygląda nawet “wystarczająco blisko” w 2D. Następnie jeden róg unosi się, jeden palec ledwo się zwilża lub korpus przechyla się podczas reflow. Wada pojawia się na dole, ale błąd zaczął się na górze.
A styczeń 2024 r. Nota aplikacyjna Melexis dotycząca montażu SMT jest niezwykle bezpośredni w tej kwestii: wiąże współpłaszczyznowość z jakością lutowania i końcowym nachyleniem pionowym, odwołuje się do JESD22-B108 do pomiaru współpłaszczyznowości i stwierdza, że zmienność kąta gięcia ołowiu jest głównym czynnikiem. Zwraca również uwagę na praktyczną zasadę projektowania, której większość operatorów nigdy nie słyszy na podłodze: kąt gięcia ołowiu powinien wynosić co najmniej 90 ° dla prawidłowego kontaktu z drukowaną pastą lutowniczą, przy cytowanej grubości pasty lutowniczej 6 mil, lub 152 μm, w tym przykładzie. (Melexis)
Dlatego nie podoba mi się wyrażenie “niewielkie odkształcenie ołowiu”. Niewielkie dla kogo? Dla kupującego patrzącego na tacki? Być może. Dla złącza lutowniczego, które ma teraz nierówny nacisk początkowy i niestabilną geometrię zwilżania? Wcale nie niewielkie.
Co najnowsze dowody mówią o tym problemie
To nie jest staroświecka paranoja SMT. Opakowania stają się coraz gęstsze, mniejsze i mniej wybaczające. Przegląd z 2024 roku autorstwa naukowców, w tym Duane'a Boninga z MIT, mówi, że opakowania o dużej gęstości tworzą nowe problemy związane z wydajnością i niezawodnością, a niezawodność stała się najwyższym priorytetem na rynkach motoryzacyjnym, przemysłowym i chmurowym. To powinno obudzić ludzi. Opakowanie nie jest już pasywnym pudełkiem wokół krzemu; jest aktywną zmienną wydajności. Nowoczesne trendy w testowaniu niezawodności opakowań mikroelektronicznych mówi to wystarczająco wyraźnie. (MDPI)
NIST powiedział coś podobnego w swoim raporcie z sesji specjalnej ECTC 2024: metrologia odgrywa kluczową rolę w pakowaniu i montażu, a lepsze pomiary są potrzebne do wspierania jakości, wydajności i wydajności produkcji. Zgadzam się z tym. Pomijając zdecydowane opinie, jest to sedno sprawy: fabryki, które traktują pomiary geometryczne jako opcjonalne, stawiają wydajność na nadzieję. Raport NIST z 2024 r. dotyczący metrologii mikroelektroniki wiąże pomiary bezpośrednio z precyzją, niezawodnością, wydajnością i efektywnością. (NIST)
Istnieje również praktyczny sygnał po stronie producenta. W 2024 r. firma Intel zmieniła wartości współpłaszczyznowości i płaskości na wielu rysunkach mechanicznych pakietów, w tym na rysunku pakietu N15168 i rysunku N33898. Odczytuję to jako rzeczywistą rzeczywistość inżynieryjną, a nie statyczną specyfikację katalogową: limity współpłaszczyznowości pakietów są nadal udoskonalane, ponieważ zmienna ma znaczenie w rzeczywistych warunkach montażu. To jest wniosek, tak, ale jest on uzasadniony. Rysunek pakietu Intel N15168 pokazuje aktualizację z 2024 r. dotyczącą współpłaszczyznowości kulek BGA i płaskości dolnej strony oraz Rysunek pakietu Intel N33898 pokazuje również zmiany związane z koplanarnością w 2024 roku. (cdrdv2-public.intel.com)
Gdzie płaskość komponentów jest naprawdę tracona przed umieszczeniem
Nie w jednym miejscu. W tym tkwi problem.
Czasami uszkodzenie zaczyna się na etapie pakowania i transportu. Geometria kieszeni taśmy jest nieprawidłowa. Nacisk na tacę jest zbyt wysoki. Kontrola wilgotności jest ignorowana, a następnie ktoś źle wypieka części i wprowadza zniekształcenia mechaniczne. Czasami proces formowania ołowiu przez dostawcę ulega zmianie. Czasami kontrola przychodząca jest zbyt płytka i wygięta partia ołowiu prześlizguje się, ponieważ wielkość próbki została wybrana pod kątem szybkości, a nie ryzyka.
I tak, czasami powoduje je własny zespół. Ręczna obsługa. Częściowe uszkodzenie rolki. Zły ponowny montaż. Niezręczne ładowanie podajnika. Zbyt duża wiara w to, że “samo się naprawi podczas reflow”. Tak się nie stanie. Nie niezawodnie.
W przypadku pakietów typu gull wing, strefa zagrożenia jest oczywista, gdy tylko zaczniesz jej szukać: zmienna wysokość palców ołowiu, nierówna geometria pięty, wygięte rogi, kołysanie ciała i asymetryczna pozycja na płaszczyźnie siedzenia. W przypadku QFP i pakietów zasilających, jeden rząd wyprowadzeń może wyglądać akceptowalnie z jednego kąta i nadal być nieprawidłowy w przestrzeni trójwymiarowej. Właśnie dlatego poważny System kontroli SMT zanim zaczniesz obwiniać wyrównanie drukarki lub zużycie dysz.
Poszedłbym dalej. Jeśli konfiguracja linii nadal zależy bardziej od wzroku operatora niż od ilościowych kontroli geometrycznych, nie prowadzisz nowoczesnej dyscypliny kontroli procesu. Improwizujesz.
Co należy wyregulować przed zejściem dyszy?
Nie wierzę tutaj w jedną srebrną kulę. Wierzę w nudną dyscyplinę. Taką, która oszczędza pieniądze.
Po pierwsze, należy zaostrzyć kryteria przyjmowania według rodziny pakietów. Nie używaj jednej ogólnej logiki akceptacji/odrzucania dla SOIC, QFP, SOT, nieparzystych skrzydeł mewy i specjalnych pakietów czujników. Tryby geometrii są różne, więc zasady kontroli powinny być różne.
Po drugie, należy oddzielić deformacje kosmetyczne od deformacji lutowności. Porysowany korpus to jedno. Zmiana kąta wyprowadzenia, która zmienia kontakt z pastą, to co innego. Notatka Melexis jest przydatna, ponieważ wymusza to rozróżnienie i wiąże zmianę kąta z rzeczywistym zachowaniem lutowniczym. (Melexis)
Po trzecie, weryfikuj płaskość korpusu i położenie wyprowadzeń przed umieszczeniem, gdy rodzina części ma znaną historię wygiętych wyprowadzeń, wypaczenia tacek lub długich odległości wysyłki. Może to być tak proste, jak bardziej agresywne kontrole przychodzące w przypadku zadań o małej objętości lub tak ustrukturyzowane, jak bramki wizyjne przed umieszczeniem na liniach o większej objętości.
Po czwarte, przestań udawać, że konserwacja i jakość to odrębne kwestie. Zużyta mechanika sprawia, że podzespoły z pogranicza wyglądają jeszcze gorzej. Dryfująca głowica, niespójna weryfikacja wysokości z, słaba próżnia lub lepka prezentacja podajnika spotęgują złe zachowanie części. Dlatego właśnie wolałbym zobaczyć parę fabryk zasoby jakości procesu z odpowiednim szkolenia i wsparcie posprzedażowe zamiast gonić za pojedynczymi usprawnieniami maszyny.
Po piąte, należy wiedzieć, kiedy się powstrzymać. Jeśli partia wykazuje systematyczny dryft koplaności ołowiu, nie “pozwól, aby produkcja to oceniła”. Poddaj ją kwarantannie. Przejrzyj historię partii dostawcy. Porównaj zachowanie szpuli, tacki i kodu daty. Następnie zdecyduj, czy reformulacja, ponowne sprawdzenie lub odrzucenie ma sens.
Praktyczna tabela decyzji przed zatrudnieniem
Oto rama, której użyłbym na prawdziwej podłodze.
| Stan obserwowany przed umieszczeniem | Najbardziej prawdopodobna przyczyna źródłowa | Natychmiastowe działanie | Inteligentny następny krok |
|---|---|---|---|
| Jeden narożnik ołowiu podniesiony na pakiecie skrzydła mewy | Zniesienie formy ołowiu lub uszkodzenie podczas obsługi | Przestań używać partii do automatycznego umieszczania | Porównanie próbek w różnych pozycjach szpuli/taśmy; eskalacja do dostawcy |
| Cały pakiet jest sprawdzany na miejscu | Osnowa korpusu lub nierówny rząd prowadzący | Przytrzymać partię i zweryfikować za pomocą urządzenia wizyjnego lub przyrządu pomiarowego | Dodaj ściślejszą kontrolę przychodzącą dla tej rodziny pakietów. |
| Powtarzające się przechylanie po umieszczeniu na tej samej rodzinie urządzeń | Koplanarność plus marginalna kontrola z | Najpierw sprawdź geometrię części, a następnie powtarzalność z maszyny | Przegląd kalibracji głowicy i receptury specyficznej dla pakietu |
| Przerywane przerwy po ponownym rozpływie przy stabilnym drukowaniu | Nierówny początkowy kontakt ołowiu z pastą | Kąt wyprzedzenia audytu i zachowanie płaszczyzny siedzenia | Kontrola krzyżowa z danymi trendów AOI/SPI |
| Problem pojawia się tylko na długo przechowywanych rolkach | Przechowywanie, wilgoć lub naprężenia opakowania | Segregacja dotkniętych zapasów | Weryfikacja kontroli przechowywania i polityki dotyczącej okresu przydatności do spożycia |
| Wzrost liczby defektów po wymianie szpuli | Ładowanie podajnika lub uszkodzone opakowanie | Sprawdź pierwsze komponenty poza rolką | Standaryzacja obsługi rolek i zatwierdzania pierwszego artykułu |
Ten stół nie jest efektowny. To dobrze. Praca w plonach rzadko taka jest.
Dla fabryk budujących szersze linie oparte na komórkach, jest to dokładnie miejsce, w którym Rozwiązania linii SMT pod klucz i prawo portfolio maszyn pick-and-place Ważne: logika inspekcji, kontrola receptur i zachowanie maszyny mają się wzajemnie wzmacniać, a nie zwalczać.
Operatorzy, którzy wcześnie to zauważą, zaoszczędzą najwięcej pieniędzy
Chcesz wyrazistej opinii? Oto ona. Najcenniejszą osobą w wielu zakładach SMT nie jest ten, kto potrafi wyjaśnić chemię rozpływową w dopracowanych slajdach PowerPoint. Jest to operator lub inżynier, który dostrzega nieznacznie niewłaściwą pozycję ołowiu, zanim ten komponent spali godzinę czasu na linii i dwie rundy kłótni.
Ponieważ po osiągnięciu złej współpłaszczyznowości drzewo wad rozprzestrzenia się. Marnujesz czas inspekcji. Wywołujesz fałszywe poszukiwania przyczyn źródłowych. Przerabiasz płytki, które nigdy nie powinny zostać zbudowane. Niszczysz zaufanie do możliwości maszyny, gdy część była już niezgodna.
Dlatego wolę studiować Przypadki klientów w produkcji SMT i zaostrzyć logikę kontroli, niż powtarzać branżowy frazes, że “dokładność rozmieszczenia rozwiązuje większość problemów montażowych”. Tak nie jest. Dokładność pozycjonowania rozwiązuje problemy związane z dokładnością pozycjonowania. Wady geometrii to zupełnie inne zwierzę.
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest współpłaszczyznowość wyprowadzeń w montażu SMT?
Koplanarność wyprowadzeń w montażu SMT to stan, w którym wyprowadzenia komponentu mają wspólny stosunek osadzenia do płytki drukowanej, dzięki czemu mogą równomiernie stykać się z pastą lutowniczą podczas umieszczania; gdy jedno lub więcej wyprowadzeń znajduje się wysoko, nisko lub pod niewłaściwym kątem, tworzenie połączenia lutowanego staje się niestabilne, a ryzyko defektu wzrasta.
Po tej bezpośredniej definicji praktyczny wniosek jest prosty: współpłaszczyznowość to nie tylko tolerancja rysunkowa. Wpływa ona na początkowy kontakt pasty, zachowanie samonastawności podczas ponownego rozpływu, ostateczny kształt złącza oraz to, czy pakiet znajduje się poziomo, czy przechyla się pod obciążeniem termicznym. Nota aplikacyjna Melexis 2024 wyraźnie łączy współpłaszczyznowość z jakością lutowania i końcowym nachyleniem pionowym. (Melexis)
Jak naprawić współpłaszczyznowość ołowiu przed umieszczeniem?
Naprawianie współpłaszczyznowości wyprowadzeń przed umieszczeniem oznacza sprawdzanie części pod kątem odchylenia płaszczyzny osadzenia, odchylenia kąta wyprowadzenia lub wygiętych końcówek, zanim dotrą one do cyklu pobierania i umieszczania, a następnie stosowanie hermetyzacji, eskalacji dostawcy, ponownego sprawdzania lub kontrolowanego ponownego formowania zamiast liczenia na to, że głowica umieszczająca lub piec rozpływowy zrekompensują złą geometrię komponentu.
W prawdziwej produkcji zacząłbym od segregacji partii, kontroli przychodzących pakietów i weryfikacji pierwszego elementu po zmianie szpuli. Jeśli wada jest systematyczna, oznacza to problem z dostawcą lub opakowaniem. Jeśli występuje sporadycznie, należy przyjrzeć się obsłudze, przechowywaniu i załadunkowi podajnika. To, czego bym nie zrobił, to przesunięcie partii do przodu tylko dlatego, że “w większości wygląda dobrze”.”
Dlaczego koplanarność skrzydła mewy jest tak wrażliwa?
Koplanarność ołowiu skrzydła mewy jest wrażliwa, ponieważ połączenie lutowane zależy od kąta ołowiu, styku palców i spójności płaszczyzny osadzenia w momencie, gdy część styka się z mokrą pastą lutowniczą, więc nawet niewielkie odchylenia mogą zmienić nachylenie, równowagę zwilżania i ryzyko otwartego złącza bardziej, niż spodziewa się wiele zespołów.
Właśnie dlatego w nocie 2024 Melexis podkreślono zasady projektowania SMT typu "gull wing", takie jak kąt gięcia wyprowadzeń wynoszący co najmniej 90 ° dla prawidłowego kontaktu i odniesienia do JESD22-B108 do pomiaru współpłaszczyznowości. Pakiet nie wybacza leniwej geometrii. Mówi o tym później. (Melexis)
Czy lepsza metrologia naprawdę poprawia wydajność SMT?
Lepsza metrologia poprawia wydajność SMT, ponieważ zamienia niewidoczne odchylenia geometryczne w mierzalne dane wejściowe procesu, pozwalając inżynierom oddzielić wady części od wad maszyny i zatrzymać możliwe do uniknięcia braki, przeróbki i fałszywe rozwiązywanie problemów, zanim koszty te rozłożą się na drukowanie, umieszczanie, kontrolę i ponowne rozpływanie.
Raport NIST z 2024 r. dotyczący metrologii opakowań wiąże pomiary bezpośrednio z jakością, wydajnością i wydajnością produkcji i uważam, że jest to właściwa rama. Metrologia to nie papierkowa robota. To ochrona marży. (NIST)
Jeśli Twoja linia walczy z niewyjaśnionym przechyłem, słabymi połączeniami lub “tajemniczymi” otworami po przepływie, przestań patrzeć tylko na maszynę. Zacznij od części. Dokonaj przeglądu kontroli geometrii, sprawdź płaszczyznę osadzenia i dokręć bramkę wstępnego pozycjonowania. To właśnie tam wyciekają pieniądze.
