Sai lệch thành phần: Phát hiện và khắc phục lỗi lệch tâm

Tôi đã chứng kiến các đội mất hai ca làm việc để truy tìm “keo hàn kém chất lượng” trong khi vấn đề thực sự là một sự dịch chuyển X/Y nhàm chán, lặp đi lặp lại, xuất hiện trên mọi bo mạch một cách đều đặn như đồng hồ.

Ba từ: đo lường sai số.

Bởi vì Sự lệch vị trí của các thành phần Đó không phải là một vấn đề duy nhất. Đó là một loạt các vấn đề, và “lỗi bù trừ” là những vấn đề dễ giải quyết nhất — nếu bạn ngừng coi chúng như một bí ẩn và bắt đầu coi chúng như một cuộc xung đột giữa dữ liệu CAD, các điểm tham chiếu, tầm nhìn và tâm vòi phun của bạn.

Vậy hãy cùng nói về những điều mà mọi người thường tránh nói ra.

Hầu hết các tranh luận về “độ chính xác đặt linh kiện” đều là vấn đề tạm thời. Nếu dây chuyền sản xuất của bạn có thể đặt chính xác linh kiện 0402 hôm nay nhưng lại đẩy mọi linh kiện QFN 0.12 mm sang phía đông vào ngày mai, thì máy móc của bạn không phải đột nhiên quên đi các nguyên lý vật lý. Đó là do quy trình sản xuất của bạn đã thay đổi.

Mục đích của việc tìm kiếm

Nếu bạn gõ tiêu đề H1 này vào Google, bạn không đang mua sắm. Bạn đang gặp rắc rối.

Đây là Ý định thông tin có tính chất cấp bách về mặt hoạt độngBạn muốn một cách thực tế để phát hiện một Lỗi lệch thành phần, Xác định xem vấn đề nằm ở dữ liệu bảng mạch hay hiệu chuẩn máy, và khắc phục mà không biến dây chuyền SMT của bạn thành một dự án khoa học.

Bạn có thể cũng cần bằng chứng để tranh luận với ai đó cho rằng “AOI sẽ xử lý được” có nghĩa là “không sao cả”.”

Lỗi lệch có dấu vân tay

Đây là mô hình tư duy mà tôi áp dụng trong thực tế, không phải trong các tài liệu quảng cáo của nhà cung cấp.

Mẫu 1: Sự thay đổi toàn cầu (tất cả đều thay đổi theo cùng một cách). Điều này cho thấy có vấn đề về tọa độ datum/fiducial/bảng. Hoặc điểm tham chiếu của kẹp băng tải đã bị dịch chuyển. Hoặc quá trình hiệu chuẩn camera đã bị lệch. Nhàm chán. Có thể khắc phục được.

Mẫu 2: Sự dịch chuyển lớp thành phần (chỉ một số phần bị tắt). Bây giờ bạn đang xem xét việc hiệu chỉnh độ lệch vòi phun, lỗi khoảng cách giữa các bộ cấp liệu, dung sai vị trí túi, căn chỉnh tâm bộ thu, hoặc cài đặt ánh sáng/ngưỡng của hệ thống quan sát hình ảnh không hoạt động đúng cho các đầu nối sáng bóng.

Mẫu 3: Phân tán (hướng ngẫu nhiên, kích thước ngẫu nhiên). Đó là do sai số cơ học, biến dạng, vấn đề chân không, vòi phun bị cong, linh kiện hỏng hoặc do người vận hành “can thiệp”. Đó cũng là nơi mọi người lãng phí thời gian vì không có một cần gạt duy nhất để kéo.

Lỗi lệch tâm xuất hiện trong Mẫu 1 và Mẫu 2. Đó là lý do tại sao chúng đáng để bạn dành thời gian.

Phát hiện: Đừng nhìn chằm chằm vào hình ảnh nữa, hãy bắt đầu trích xuất số liệu.

Các ảnh chụp màn hình AOI mang lại cảm giác an tâm. Tuy nhiên, chúng cũng là một cái bẫy. Một hình ảnh không thể cho bạn biết liệu lỗi có phải là... có thể lặp lại.

Tôi muốn một bộ dữ liệu đơn giản:

• Mã bảng (hoặc vị trí bảng)
• Mã tham chiếu / Loại gói
• Lỗi X (mm)
• Lỗi Y (mm)
• Lỗi Theta (độ)
• Dấu thời gian / dịch chuyển
• Mã máy / đầu / vòi phun (nếu có thể)

Nếu bạn có thể xuất nhật ký sai lệch vị trí AOI, hãy làm điều đó. Nếu không thể, hãy chạy một vòng kiểm tra sản phẩm đầu tiên ngắn và ghi chép thủ công 20 vị trí trên toàn bảng mạch: các góc, trung tâm, các linh kiện có khoảng cách chân nhỏ và một hoặc hai linh kiện thụ động.

Sau đó, hãy đặt một câu hỏi:

Lỗi trung bình có khác không và ổn định không?

Nếu đúng, bạn không đang săn ma. Bạn đang săn một sự chênh lệch.

Sự thật phũ phàng về “đó chỉ là việc làm lại”

Sửa chữa lại không còn là một sai số nhỏ nữa. Lao động là điểm nghẽn trong năm 2024.

IPC đã báo cáo rằng 661 nhà sản xuất điện tử đang phải đối mặt với chi phí lao động ngày càng tăng. (và chi phí nguyên vật liệu tăng 44%) trong khung thời gian khảo sát tháng 2 năm 2024 của họ. Đó không phải là tiếng ồn nền; đó là hóa đơn bạn phải trả mỗi khi chấp nhận sự không đồng bộ là bình thường. Theo thông báo ngày 15/2/2024 của IPC, dữ liệu được thu thập từ cuộc khảo sát tiến hành từ ngày 15 đến 31/1/2024. Chỉ số chi phí lao động IPC được công bố. (điện tử.org)

Vâng, lỗi lệch tâm là vấn đề. Không phải vì chúng là “chất lượng kém”. Mà vì chúng tốn kém, chậm chạp và tích tụ theo thời gian.

Xác định nguyên nhân gốc rễ: Điều đầu tiên tôi kiểm tra

Tôi sẽ cung cấp cho bạn quy trình giúp tiết kiệm thời gian, chứ không phải quy trình nghe có vẻ hay trong tài liệu đào tạo.

1) Lỗi tâm CAD / gốc thư viện (kẻ giết người thầm lặng)

Nếu dữ liệu CAD của bạn không chính xác, Mỗi lần hiệu chuẩn bạn thực hiện sẽ “sửa” sai điều gì đó..

Dấu hiệu phổ biến:

• Chỉ có một gia đình footprint được dịch chuyển một cách nhất quán (ví dụ: tất cả các SOT-23 đều được dịch chuyển +0.10 mm theo trục X).
• AOI hiển thị cùng một vector trên mọi bảng mạch, bất kể vị trí của bảng mạch.
• Máy “đặt chính xác” so với hộp thị giác đã được huấn luyện của chính nó, nhưng so với các miếng đệm thì nó sai.

Sửa lỗi: Kiểm tra lại định nghĩa tâm và góc xoay trong thư viện thành phần. Kiểm tra một số footprint. So sánh với các giả định phong cách IPC-7351 nếu bạn sử dụng chúng. Và đúng vậy, tôi đã từng thấy một quy ước góc xoay sai (0° so với 90°) gây ra sự cố sản xuất kéo dài cả tuần.

2) Vấn đề căn chỉnh tham chiếu (thực tế bảng mạch so với nhận định của máy)

Nếu bạn đang sử dụng các điểm tham chiếu cục bộ cho độ phân giải cao và chúng bị bẩn, bị che phủ một phần hoặc có độ tương phản thấp, hệ thống thị giác sẽ “nhận diện” được thứ gì đó — nhưng không phải là thứ đúng.

Kiểm tra nhanh: Chạy cùng một bảng hai lần, nhưng buộc đọc lại điểm tham chiếu và ghi lại biến đổi bảng được tính toán. Nếu biến đổi nhảy, bạn đã tìm ra nguyên nhân.

Sửa lỗi: Cải thiện thiết kế điểm tham chiếu (kích thước, khoảng cách lớp phủ hàn), làm sạch bảng mạch, điều chỉnh ánh sáng và đảm bảo camera có thể nhìn thấy cạnh sắc nét.

3) Cân chỉnh độ lệch vòi phun (vấn đề “Tôi thề là chúng ta đã làm điều đó vào tháng trước”)

Độ lệch của vòi phun. Đầu vòi phun bị mòn. Trục bị uốn cong vi mô. Và điều tồi tệ nhất? Bạn sẽ không nhận ra cho đến khi đặt một hỗn hợp các linh kiện 01005, 0402 và QFN có khoảng cách chân 0,4 mm cạnh nhau.

Nếu sự sai lệch theo dõi ID vòi phun hoặc đầu vòi phun, hãy hiệu chỉnh độ lệch của vòi phun và xác minh bằng mẫu thử đặt vị trí đã biết.

Nếu bạn đang vận hành một dây chuyền sản xuất với tần suất thay đổi cao, hãy tích hợp điều này vào quy trình làm việc của bạn và đừng coi đó là tùy chọn. Nếu bạn cần một kế hoạch hỗ trợ có cấu trúc phù hợp với nhịp độ đó, đây chính xác là điều bạn cần. Đào tạo và hỗ trợ sau bán hàng được cho là phải bao phủ.

4) Sự lệch lạc trong việc căn chỉnh hệ thống thị giác (ngừng tin tưởng vào “cài đặt mặc định của nhà máy”)

Đây là lúc tôi trở nên không được ưa chuộng.

Nhiều vấn đề về thị lực thực ra là... Vấn đề đo lường. Nhà cung cấp thích những tuyên bố về hiệu suất không tiêu chuẩn. Người dùng thích tin vào những tuyên bố đó.

NIST đã tích cực thúc đẩy công tác tiêu chuẩn hóa vì các nhà sản xuất thường mô tả hiệu suất cảm biến theo các cách không nhất quán, và người dùng không thể tự kiểm chứng điều đó. Điều này không phải là lý thuyết; đó chính là động lực đằng sau công tác xuất bản tiêu chuẩn và chỉ số hiệu suất cho hệ thống hình ảnh 3D của họ vào năm 2024. Công bố tiêu chuẩn/chỉ số hiệu suất của NIST. (Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST))

Nếu hệ thống camera của bạn không được kiểm tra, hiệu chuẩn và xác nhận, bạn có thể đang “điều chỉnh” một thước đo bị lệch.

Bảng chẩn đoán lỗi bù trừ thực tế

Sử dụng điều này như một sơ đồ quyết định mà bạn có thể giao cho người quản lý ca làm việc mệt mỏi.

Nếu bạn muốn một quy trình làm việc hoàn chỉnh hơn phù hợp với chế độ sản xuất của mình (mẫu thử nghiệm so với sản xuất hàng loạt), bạn sẽ thiết kế nó theo cách khác. A Dây chuyền lắp ráp SMT mẫu thử và sản xuất số lượng nhỏ có thể chịu đựng được việc kiểm tra thủ công nhiều hơn; a Dây chuyền sản xuất hàng loạt tốc độ cao Cần có các biện pháp kiểm soát nghiêm ngặt, ghi chép và kỷ luật.

Các bước sửa lỗi không làm lãng phí thời gian của bạn

Tôi sẽ giả định rằng bạn muốn một giải pháp có thể duy trì sau khi ca làm việc tiếp theo bắt đầu.

Bước A: Xác định xem nó là toàn cục hay thuộc lớp thành phần.

Hãy làm điều này trước tiên. Luôn luôn.

• Chọn 10 vị trí trên toàn bộ bảng.
• Gồm ít nhất: 1 BGA/QFN, 2 IC có khoảng cách chân nhỏ, 4 linh kiện thụ động, 1 đầu nối.
• Ghi lại vectơ và góc quay.

Nếu các vector tương tự nhau, hãy xem xét chúng như là toàn cục. Nếu các vector được chia theo gói, hãy xem xét chúng như là dựa trên lớp.

Bước B: Đồng bộ hóa hệ tọa độ (CAD → máy → AOI)

Đây là lúc người lớn bắt đầu đổ lỗi cho nhau.

• Định nghĩa tâm CAD (điểm gốc, góc xoay)
• Thư viện máy (mô hình gói, mẫu hình ảnh)
• Biến đổi tham chiếu (toàn cục + cục bộ)
• Tham chiếu AOI (AOI sử dụng gì làm “tiêu chuẩn tham chiếu”?)

Nếu bạn không căn chỉnh các lớp này, bạn sẽ tiếp tục “sửa chữa” lớp sai.

Bước C: Điều chỉnh những gì di chuyển, không phải những gì tiện lợi.

Nếu lỗi xuất phát từ vòi phun/đầu phun: hiệu chỉnh vòi phun. Nếu lỗi xuất phát từ vị trí bảng mạch: kiểm tra hệ thống truyền động, kẹp, giá đỡ bảng mạch. Nếu lỗi xuất phát từ dấu chân: sửa chữa thư viện.

Và đúng vậy, bạn nên ghi chép lại điều này. Đặt nó dưới tên của bạn. Cam kết dịch vụ Để đảm bảo rằng các giải pháp không bị mất đi ngay lập tức khi một nhà điều hành mới tiếp quản.

Bước D: Kiểm tra bằng “bảng chuẩn” và chạy thử nghiệm ngắn.

Một tấm bảng không phải là sự xác nhận. Đó là hy vọng.

Chạy 10 bảng mạch. Lấy số liệu thống kê sai lệch AOI. Xác nhận rằng sai số trung bình đã giảm về gần 0 và độ lệch chuẩn không tăng đột biến.

Nếu bạn chỉ khắc phục giá trị trung bình nhưng làm tăng độ lệch, bạn không khắc phục được quy trình—bạn chỉ chuyển dịch vấn đề sang nơi khác.

Tại sao việc này lại dẫn đến việc thu hồi sản phẩm khi bạn phớt lờ nó?

Những người làm việc trong lĩnh vực SMT thường hay giả vờ rằng các vấn đề của họ chỉ dừng lại ở lò hàn chảy.

Họ không.

Các thông báo thu hồi của CPSC là lời nhắc nhở rằng sự cố điện tử có thể dẫn đến các vấn đề an toàn. Ví dụ, thông báo thu hồi ngày 16 tháng 3 năm 2023 của CPSC về trạm sạc STIHL iMOW mô tả một vấn đề chập mạch trên bảng mạch in, gây ra nguy cơ cháy nổ, với các sự cố bao gồm báo cáo về quá nhiệt và cháy. CPSC thu hồi trạm sạc STIHL. (Cơ quan An toàn Sản phẩm Tiêu dùng Hoa Kỳ)

Tôi có nói rằng một sai lệch vị trí 0,10 mm sẽ tự động gây ra cháy không? Không. Đừng quá lo lắng.

Tôi đang nói rằng sự cẩu thả trong các quy trình nhỏ có thể trở thành rủi ro hệ thống một khi sản phẩm được đưa ra thị trường.

Và rủi ro pháp lý cũng không phải là lý thuyết. Quyết định và Lệnh của CPSC trong Vụ việc liên quan đến Amazon.com, Inc. Giải thích cách Ủy ban xử lý các nghĩa vụ phân phối và bồi thường khi sản phẩm nguy hiểm đến tay người tiêu dùng. Điều này không cụ thể cho SMT, nhưng đó là câu chuyện trách nhiệm tương tự: nếu lỗi sản phẩm không được phát hiện, ai đó phải chịu trách nhiệm. Quyết định và Lệnh của CPSC về Amazon (PDF).

Câu hỏi thường gặp

Lỗi lệch vị trí linh kiện trong quá trình đặt linh kiện bằng máy SMT là gì?

Lỗi lệch vị trí thành phần là sự sai lệch vị trí lặp lại, trong đó máy móc liên tục đặt một bộ phận lệch khỏi tâm pad dự định theo một vectơ X/Y có thể đo lường (và đôi khi kèm theo xoay), thường do sự không khớp tọa độ giữa dữ liệu CAD/thư viện, biến đổi tham chiếu hoặc hiệu chuẩn vòi phun/hệ thống quan sát, chứ không phải do tiếng ồn cơ học ngẫu nhiên. Nếu bạn có thể dự đoán được vectơ, bạn có thể khắc phục nó. Đừng tranh luận về “độ chính xác” cho đến khi bạn tách biệt được sự dịch chuyển trung bình khỏi sự phân tán ngẫu nhiên.

Làm thế nào để phát hiện và khắc phục lỗi lệch vị trí linh kiện trước khi hàn chảy?

Phát hiện và khắc phục lỗi lệch vị trí linh kiện bao gồm việc thu thập các sai lệch vị trí đo được (X, Y, theta) từ kiểm tra AOI hoặc kiểm tra sản phẩm đầu tiên, xác định xem lỗi là toàn cục hay liên quan đến lớp linh kiện/vòi phun, sau đó điều chỉnh lớp chịu trách nhiệm—biến đổi điểm tham chiếu, tâm CAD/nguồn gốc thư viện, căn chỉnh hình ảnh hoặc hiệu chuẩn lệch vòi phun—và tiến hành kiểm tra xác nhận trên một lô sản phẩm nhỏ. Đừng bỏ qua bước kiểm tra xác nhận. Một bảng mạch có thể sai, nhưng mười bảng mạch sẽ cho kết quả chính xác.

Nguyên nhân gây ra sự sai lệch vị trí đặt linh kiện trên mỗi bo mạch là gì?

Sự sai lệch vị trí đặt linh kiện lặp lại theo cùng một hướng và kích thước trên các bảng mạch thường xuất phát từ vấn đề tham chiếu không nhất quán: điểm gốc bảng mạch sai, việc bắt tín hiệu tham chiếu không ổn định, điểm gốc bảng mạch sai, hoặc sự không khớp hệ thống giữa tâm CAD/thư viện và tâm thực tế, buộc máy phải đặt linh kiện “hoàn hảo” trong khung tọa độ sai. Kiểm tra các phép biến đổi trước tiên. Sau đó kiểm tra dữ liệu thư viện. Việc hiệu chuẩn vòi phun không thể khắc phục tâm sai.

Làm thế nào các vấn đề về căn chỉnh fiducial gây ra lỗi đặt linh kiện trên bảng mạch in (PCB)?

Vấn đề căn chỉnh điểm tham chiếu (fiducial) gây ra lỗi đặt linh kiện trên bảng mạch in (PCB) bằng cách làm sai lệch phép biến đổi bảng mạch đã tính toán (dịch chuyển, xoay, đôi khi thu phóng) khi hệ thống thị giác phát hiện sai vị trí trung tâm của điểm tham chiếu do độ tương phản thấp, ô nhiễm, lớp phủ hàn xâm lấn, phản xạ ánh sáng hoặc cửa sổ tìm kiếm không chính xác, từ đó làm dịch chuyển mọi vị trí đặt linh kiện được tính toán từ phép biến đổi đó. Vệ sinh các điểm tham chiếu và điều chỉnh công thức thị giác. Đồng thời kiểm tra các quy tắc thiết kế điểm tham chiếu trên bảng mạch in (PCB).

Khi nào nên thực hiện hiệu chuẩn độ lệch vòi phun?

Điều chỉnh độ lệch vòi phun là quá trình đo lường và cập nhật đường tâm thực tế của vị trí lấy/đặt của từng vòi phun (và thường là từng đầu phun) để vị trí được máy điều khiển khớp với vị trí thực tế mà linh kiện rơi xuống. Quá trình này nên được thực hiện sau khi thay thế vòi phun, bảo trì đầu phun, điều chỉnh độ lệch liên quan đến vòi phun nhiều lần trong AOI, hoặc bất kỳ thay đổi nào ảnh hưởng đến hình học lấy linh kiện. Nếu bạn sản xuất với nhiều loại linh kiện nhỏ, hãy thực hiện thường xuyên hơn so với mức bạn cảm thấy cần thiết.

Sự lệch lạc trong việc căn chỉnh hệ thống thị giác có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của việc đặt linh kiện SMT ngay cả khi máy “đạt yêu cầu”?

Sự lệch pha của hệ thống định vị hình ảnh có thể làm giảm độ chính xác của việc đặt linh kiện SMT bằng cách từ từ thay đổi bản đồ ánh xạ camera-trục, phản ứng ánh sáng hoặc ngưỡng phát hiện cạnh, khiến trung tâm linh kiện được tính toán bởi máy (và trung tâm tham chiếu) bị lệch, tạo ra các sai lệch nhất quán vẫn trông “ổn định” bên trong máy vì mô hình nội bộ cũng bị lệch theo. Đó là lý do tại sao việc tuân thủ tiêu chuẩn về hiệu suất đo lường là quan trọng, không phải là một thuật ngữ thời thượng mà là một kiểm tra thực tế. Công trình nghiên cứu của NIST về các chỉ số đánh giá hiệu suất thị giác. (Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST))

Kết luận

Nếu bạn đang gặp phải vấn đề về lỗi lệch (offset-error) và cảm thấy bế tắc, đừng chỉ đơn giản là “điều chỉnh” đường dẫn và hy vọng mọi thứ sẽ tốt hơn. Hãy xây dựng một quy trình chẩn đoán lặp lại và tích hợp nó vào quy trình làm việc của bạn.

Nếu bạn cần hỗ trợ thiết kế vòng lặp cho loại đường truyền của mình—mẫu thử nghiệm, hỗn hợp hoặc tốc độ cao—hãy bắt đầu từ kết quả mục tiêu và làm việc ngược lại qua quá trình hiệu chuẩn, dữ liệu và xác minh. Chúng tôi Giải pháp dây chuyền sản xuất SMT trọn gói và Các phương án giải pháp được thiết kế để giải quyết chính vấn đề đó. Và nếu bạn muốn có một cuộc trò chuyện nhanh chóng với kỹ sư thay vì kịch bản bán hàng, hãy sử dụng Trang liên hệ.