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                异型DIP件自动安装常见问题分析及解决方案
                2021 | 05 | 26

                异型件抛料:

                异型件抛料一般可分为来料不良抛料,与设备▅误判抛料两种状况

                来料不良抛料:为了保证THT工艺DIP焊接后焊点的品质,IPC相关↓标准规定,DIP件PIN针直径与其通孔直径的比值(我们用B表示)不能超过1:1.6,而在实际应用中,大多数客户会将该比值控制在1:1.4左右。因此,来料不良应该分别分为异型件来料不良和PCB来料不良,来料不良判断主要指异型件PIN针或PCB通孔偏差超出行业公差范围和设备□精度能力之和。

                1.1.1异型件来料不良:异型件来料不良主要表现※在异型件PIN针直径或PIN针之间的间距超出╲公差值范围。

                异型件PIN针直径我们用Φz表示,PIN针直径的公差值我们用Gz表示;

                异型件PIN针根部距离我们用↘』Hg表示,端部距离用→Hd表示;

                异型件PIN针大多数在四PIN以上,且绝大部分为多行多列的分布形式排列,因此,

                我们将PIN针之间的行间距用Hz表示,其公差值我们用Ghz表示;PIN针之间的列间距用Lz表示,其公差值用◢Glz表示;

                那么,以下四种情况都应该判⌒ 断为异型件来料不良:

                异型件PIN针直径→超范围不良,即Φz≤Φz Gz;

                测量方法:见右图

                异型件末端距离与根部距离超范围不良,即Hd-Hg≤公差值;

                测量方法:见右图

                异型件PIN针行距超范围不良,即Hz≤Hz Ghz;

                测量方法:见右图

                异型件PIN针列距超范围不良,即Lz≤Lz Glz;

                测量方法:见右图

                在实际生产应用中,如果对异型件PIN针采用了视觉检测,我们还发现有第四】种抛料因素——PIN针有异物。由于目前的视觉检■测还不具备分辨、剔除●异物的能力,因此,发现PIN针有异物也同样会被ζ 判断为来料不良而抛料!

                以上不良计算公式只能作为异型ζ件来料不良的初步▽判断依据,不能作为自动插装的实际应用!自动插装的实际应用计算公式将在“异型件PIN针折弯”及“异型件整体浮高”章节中阐述。

                1.1.2 PCB来料不良:PCB来料不良主要表现在PCB通孔直径或通孔之间的间距超出公差值范围。

                A&gt;PCB通孔直径我们用Φb1和Φb2表示,PCB通孔直〗径的公差值我们用Gb表示;

                B&gt;PCB通孔大ξ多数在四个以上,且绝大部分为多行多列的分布形式排列,因此,我们

                将PCB通孔之间的行间距ζ 用Hb表示,其公差值我们用Ghb表示;PCB通孔之间的列间距用Lb表示,其公差值用Glb表示;

                那么,以下三种情况都应该判断为PCB来料不良:

                PCB通孔超范围不良,即Φb1≥Φb1 Gb或Φb2≥Φb2 Gb;

                测量方法:由于PCB板翘曲变╳形直接影响PCB通孔的形状(由圆形变成椭圆形)因此,在量测PCB通孔时,应该成◤直角两侧通孔的直径。

                PCB通孔行距超范围不良,即Hb≥Hb Ghb;

                测量方法:见下图

                PCB通孔列距超范围不良,即Lb≥Lb Glb;

                测量方法:见下图

                备注:PCB来料不良将会提高异型件来料的精度要求,在自动化实际插装过程中需要将异型件PIN针的管控参数缩小,以保证异型件PIN针︻不会折弯插入为原则。因此,异型件的抛料数量有可能会大∏幅增加!同时也会对“异型件PIN针折弯”和“异型件整体浮高”产生直接影响,我们将在相关章节加以应用描述!

                1.1.3设备精度能力:设备精度能力主要表现在机械重复定位精度与视觉对位精〓度,以及夹持异型件手指的稳定性。因此,设备精度能力与稳定性可作为评价异型件自动化插装】设备的关键指标!

                A&gt;机械重复定位精度:机械重复定位精♂度是指自动插装末端多次重复执行同一动作测◣量出来的误差平均∩值,我们用Jj表示。随着运动部件的磨损,机械重复定位精度也会受到一定的影响,因此我们将持续保持机械重复定位精度的能力叫做稳定性,这一稳定性可以用CPK值来表示;

                B&gt;视觉对位精度:视觉对位精度是指分别通过下相机拍摄异型件PIN针和「上相机拍摄MAKE点后,自动计算出所需⊙插件位置与实际位置的误差值,我们用Sj表示;这一过程包含了机械运动的动作,因此减去机械重复定位精度就是视觉定位精度,我们用Dj表示。

                C&gt;夹持异型件手指的稳定性:异型件在供料位置被拾取时的状态运动♀到插装位置时的状态(水平、高低或偏移的【状态)应该是一致的,保持这种一致性的能力完全依靠手指夹持的稳定性来决定!

                设备误判抛料:设备误判抛料一般是针对异型件而言,是指异型件PIN针在允许工差范围与设备精度能力之和以内还出现的抛料现象。

                抛料原因分析及相关解决方案:在采用异型件№自动插装时,我们必须优〓先保证异型件PIN针不会折弯,再来设定KXI系列贴插一体机的相↑关参数。

                1.3.1抛料原因分析:在采用异型件自动插装时,通常我们会设定PCB通孔是标准的,

                因此,KXI系列贴插一体机只有检测异型件PIN针的功能,而不具备PCB通孔检测功能。因此,在满足1.3的要求的情况下,我们会尽可能放大对∞异型件PIN针的管控参数,以此来减◆少抛料率。

                异型件PIN针⌒ 管控参数Cs的设定:一个像素的边是0.3毫米

                理论参数设定计算公式:PCB通孔孔径Φb减去公差值Gb,减去异型件PIN针直径Φz加公差值Gz之和,减去异型件PIN针行/列间距的累积偏移公差GZhl与PCB通孔行/列间距的累积偏移公差GBhl,全部乘85%的安装余☆量,再减去机械重复定位精度Jj与视觉精度∩值Sj。计算示例:0.3866-0.3133=0.0733*85%=0.0623*85%=0.053-0.02-0.01=0.023

                0.4433-0.3133=0.13*0.85=0.1105*85%=0.0939-0.02-0.01=0.0639

                PCB通△孔不良的排查:当异型件PIN针管︾控参数确定下来后还出现PIN针折弯时,我们建议应该采用专业量测工具对PCB通孔的孔径、行/列间距等进行测量排查。

                PCB水平Ψ 度检查:

                夹取异型件PIN针垂直度检ぷ查:

                1.3.2抛料解决方案:

                A&gt;理论计算抛料参卐数设定:根据异型DIP件PIN针直径及相对应通孔直径≡的参数初步确定设备抛料参数的设定,排除异型DIP件PIN针直径及相对应通孔直径不合格的来料。

                B&gt;实际测试抛料参数确认:在未出现PIN针折弯的情况下,可以逐步放大异型件PIN针管控参数的设定,以达到减少抛料数量。

                C&gt;控⊙制来料不良:提高异型DIP件PIN针及相对应★通孔直径的合格率,控制各种不良来料上线!

                二、异型件PIN针折弯

                我们将以服务器产品中DDR4 DIMM异型件为类进行◤分析,异型件PIN针折弯有以下几种原因:

                2.1通孔变形:THT工艺一般都是在SMT回流焊接工艺之后,SMT回流焊接的高温焊接后存在热应力效应,PCB因热应力产生翘曲变形♂在所难免,且翘曲变形量及变形区Ψ 域无法管控,但有一点可以▲肯定,那就是翘曲变形将集中在PCB通孔和▂焊点多、吸◥热量大的SMD元器件区域々。通孔越大、越密集的地方就是热应力释放之处,该处更容易产生翘曲变形。PCB因热应力产生的翘曲而导致的通孔变形直接※变现为通孔直径的变化——由圆形变为椭圆形!

                通孔变形量的量测可以通ζ过测量相互垂直的直径进行对比。

                解决方案:PCB在待ぷ插装时,必须进行翘曲变形的修复,以尽量保持←通孔形状的正常状态!PCB翘曲变形修复必须注意以下两点:

                吸收翘曲变形修复产生的应变应力(应变应力≤100uE)

                保护SMT焊接好的SMD器件及其焊点

                2.2通孔偏移:这种情况一般属于PCB板来料不良。主要表现在不同批次或不同厂家生产的PCB板,遇到〗这种情况时,通常是固定在同一位置或同意范围之内重复出现◥【,通过调整设备参数后这一现象立即消失!

                解决方案:量测PIN针折弯前后的通孔距离参数,分拣出不同批次或厂家生产的PCB,设定不同插件程序及其参数,或者退回不良PCB板。

                2.3通孔堵塞:这种情况一般是在锡膏印刷、回流焊接及后焊维修时造成的。

                解决方案:

                在印刷锡○膏时,控制锡膏♀污染PCB通孔;

                在回流焊接时,控制锡︼膏飞溅污染⌒ PCB通孔;

                在维修SMT不良焊点时↓,控制焊料污染PCB通孔;

                在异型DIP件插装前检查PCB通孔,控制通孔堵塞的PCB板流入插件工序。

                2.4定位PIN针导致功能PIN针偏移:定位PIN针一般都是呈青蛙脚的形状(见右下图),并且具有一定■的弹性。当定位PIN针的间距中心与功☆能PIN针的间距中心不〖在同一直线(见左下图),或者左右定位PIN针弹性不一致(这种情况多见于右下图右边的两√段式插入导向平头PIN针)时,定位PIN针很容易导致功能PIN针偏移而产生的PIN针折弯现象。

                解决方案:

                控制定位PIN针的间距中心◢与功能PIN针的间∮距中心不在同一直线的异型DIP件上线。

                采用一段式插入导向尖头(见右上图︻右边PIN针)定位PIN针的异型DIP件上线。

                2.5 PIN针直径大于通孔直径:PIN针直径太大或通孔直径太小都会造成PIN针直径大于通孔直径,从而导致PIN针折弯。

                解决方案:PIN针直径过大,可通过来料控制,也可通过设备的视觉检测不合格抛料;但是通孔直径太小☆就只能通过来料控制。

                2.6夹爪、R轴、Z轴、X/Y轴松动或磨损:夹爪、R轴、Z轴、X/Y轴松动或磨损将直接影响设备的安装精度,从而导致PIN针折弯。

                解决方案:定时■检查和保养R轴、Z轴、X/Y轴,发现有松动或磨损应该及时维修或更换!夹爪属于易损件,应该做到ξ勤检查、早更换,切不可以超寿命使用!

                2.7轨道水平面倾斜:轨道都是可以调整宽度,一般→采用一边固定,另一边活动调整轨道宽窄。异型DIP件的安装需要热应力变形①修复,及较大压〓力插装,因此,PCB板固▂定强度要求较大。为了满足PCB板较大的固定强度,顶板装置的顶板力量也要求较ㄨ大。较大的顶板压力容易造成轨道活动边高于轨道固定边(轨道活动边越靠近固定边,活动边越容易翘起),致使固定好的PCB板水平面倾】斜,从而导致PIN针插入时容易折弯。

                解决方案:选择轨道活动边可以固定在♂机台上活动异型DIP件自动安∏装设备!

                2.8治具底部不平:治具的底Ψ部有时会需要从底部向上锁固工件的螺丝,该螺丝断面在过波峰焊锡时,会不断沾锡而突出,造成治具『底部不平,从而影响顶板固定后PCB的水】平面倾斜而造成的PIN针折弯。

                解决方案:选择不会沾锡的螺♀丝(比如说钛金属螺◥丝)。

                2.9治具宽度不一致:治具的重复使用ぷ造成的磨损,或不同生产批次的治具,都可能造成治具宽度不一致。宽度不一致的治具在运输轨道上运行时,很容易在顶板固定PCB板时造成PCB板偏移,从而致使Make点▽拍照缺失或无法拍到Make点影响对位○精度,以至于产∑生PIN针折弯。

                解决方案:控制治具的〗宽度误差不超过1mm。或选用具备自动归中结构轨道╲的异型DIP件自动化安装设备。

                异型件浮高

                异型DIP件插入通孔后,异型DIP件本体底部与PCB板面的距离大于要求距离,我们□将这种现象称为“异型件浮高”。浮高的原因及解决方案主█要有以下几点:

                3.1通孔间距与异型件PIN针根部间〗距不匹配:异型DIP件PIN针的尖端与根部←的间距原则上是一致的。异型DIP件PIN针根部@ 的间距与通孔间距过大或过小,都有可能造成异型DIP件插入不『到位,从而造①成异型件浮高。

                解决方案:

                异型DIP件PIN针根部的间□距过大或过小,可通过来料控制,也可通过设备的视觉检测不合格抛料;

                PCB板通∮孔间距过大或过小就只能通过来料控制。

                3.2异型件PIN针变形:异型件PIN针变形一般很容易发生在振动盘供料、剪脚成型及零散包装异型◢件的包装、运输、上线过【程中。

                解决方案:

                采用规范、标准的异型件包装方式,保证异型件PIN针在包装、运输、上线过程中不会变形。零散包装的异型件可改为标准管包装(标准塑料◣管 标准料管包装盒的包装方式)、标□ 准卷带包装、标准Tary盘包装、标准吸※塑盘包装、标准软垫阵列包装等标◢准包装;

                拒接∞采用振动盘工料方案,建议采用规范、标准型的供料器。可根据标准包装方式选用标准管装供料器、标准卷带供料器、标准Tary供料器、标准吸塑盘供料器、标∩准软垫阵列包装供料器、标准编带(卧式/立式)供料器等各种标准ω供料器▓。

                3.3 PCB板翘曲变☆形:在SMT工艺段,PCB板的翘曲变形是有标准的,请参考《IPC-A-600G》/“第2.11/平整□ 度标准”:对卐于表面安装元件(如SMT贴装)的印制板,其扭曲和弓曲标准为不大于0.75%,其它类型的板为不大于1.5%。PCB板的翘曲变形测试方∴法可参考《IPC-TM-650》/第“2.4.22.”章节。

                在THT工艺段的异型DIP件安∩装工序,PCB板已经经过SMT回流焊接,受热→应力影响,异型DIP件安装工※序的PCB翘曲变形在所♂难免(远比SMT工艺段的PCB板变形严重的多),从而影响通孔直径产生变化,而且不在可控范围。

                PCB板的翘曲变形将直接影响PCB通孔的直径变小,如果无法针对PCB板翘曲变形进行有『效的修复(哪怕是部分修▅复都行),异型DIP件的插入∏不良风险很大,特别是采用异型DIP件自动化安装设备时〓▲,甚至根本导致无法完成插装!

                解决方案:参考本文章的第2.1章节。

                3.4插件压力小于PIN针插入通孔的阻力:异型DIP件PIN针直径过大或通孔直径过小,都有可能增大↑PIN针插入通孔的阻力,致使异型DIP件插入不到位,从而造成异型∑件浮高。

                解决方案:

                异型DIP件PIN针的直径过大,可以通过来料控制↘,也可以通过设备的视觉检测不合格抛料;

                PCB板通孔直径过小就只能通过来料控制;

                选择Z轴具有较大压力的异型DIP件自动化安装设备。

                异型件跌翻

                异型DIP件的PIN针与其通孔都存在一定的间▼隙,并且异型DIP件的本体体积、高度及重量都要大『于PIN针,是典型的头重〓脚轻结构。在进行▓异型DIP件的自动化安装过程中,如果异型DIP件没有定位PIN针固定,而又没有采取其他方式固定过孔PIN针的话,已经插装好的异〗型DIP件很容易跌翻,严重影响下一个插装◥动作及焊接工序的作业!甚至导致跌翻器件或△其周边器件及PCB的严重损坏㊣!

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