Handleiding voor het assembleren van printplaten in robotica: kenmerken, uitdagingen en oplossingen

Inhoudsopgave

1. Wat maakt de assemblage van printplaten in de robotica anders dan de standaard printplaatassemblage?

2. Welke PCB-eigenschappen zijn het belangrijkst in een robot?

3. Welke uitdagingen veroorzaken problemen bij de assemblage van printplaten door robots?

4. Hoe zorgen de productie en inspectie van printplaten ervoor dat eisen worden omgezet in een betrouwbaar product?

5. Conclusie

6. Veelgestelde vragen

Een robotprintplaat lijkt tijdens het testen van de afzonderlijke printplaat misschien geen problemen te vertonen, maar na installatie kunnen er signaalproblemen optreden. Waar komt dit door? Niet de printplaat zelf, maar de werking ervan. Ten eerste kan de beweging van de gewrichten de flexibele interconnecties en connectoren continu belasten, de motorbelasting verhoogt de stroom en warmteontwikkeling op de driverprintplaat, en ten slotte kunnen soldeerverbindingen in BGA-pakketten niet volledig worden gecontroleerd door middel van een gewone visuele inspectie.

Daarom is het bij robotgestuurde PCB-assemblage meestal niet voldoende om alleen te controleren of de componenten correct zijn gemonteerd en de soldeerverbindingen in orde zijn. Leveranciers moeten ook weten: waar elke printplaat moet worden geplaatst, welke modules erop zijn aangesloten, hoeveel belasting deze kan weerstaan ​​en wat de vereisten zijn voor de werking en het testen van de producten. Problemen kunnen zich voordoen tijdens het debuggen van de complete machine, zelfs nadat de printplaat de productietests heeft doorstaan, als de BOM-versies, interfaces, firmware en testnormen niet vooraf zijn gecontroleerd.

Bij PCBasic robotgestuurde PCB-assemblagedienstenVerschillende printplaten ondergaan assemblage-, inspectie- en testprocedures die geschikt zijn voor hun beoogde gebruik. Dit artikel beschrijft de productierisico's van gangbare printplaten zoals flexibele interconnecties, BGA-verpakkingen, driver- en voedingsprintplaten, sensorprintplaten en andere veelvoorkomende printplaten, evenals informatie die klanten moeten controleren voordat ze een offerte aanvragen en de productie starten.

Wat maakt de assemblage van printplaten in de robotica anders dan de standaard printplaatassemblage?

Kwaliteit van de plaatsing, solderen en basis elektrische controles Deze tests zijn nog steeds nodig, maar ze kunnen de werkelijke werkomgeving van de robot niet volledig weerspiegelen. Een verbindingsprintplaat wordt beïnvloed door beweging en kabelkracht, een voedingsprintplaat door wisselende belasting en een controller moet gegevens uitwisselen met andere modules. Als we de productie-evaluatie beperken tot de plaatsing op printplaatniveau, solderen en basis elektrische controles, negeren we mogelijk de werkelijke bedrijfsomstandigheden.

Voordat we een offerte uitbrengen, kan een overzicht van de printplaatrollen erg nuttig zijn. Hierin worden de installatiepositie van elke printplaat, de aangesloten modules, de statische of bewegende toestand, de elektrische belasting, de interface, de verificatievereisten en de slaag-/faalgrens van de printplaat bijgehouden. Met behulp van dit overzicht kunnen we de bedrijfsomstandigheden omzetten in specifieke productie-, inspectie- en acceptatiepunten.

A Robotplatform Ceen combinatie Diverse bestuursleden Functies

De verschillende onderdelen in een robot lopen verschillende risico's, waardoor ze niet allemaal hetzelfde productie- en inspectieplan volgen. De belangrijkste verschillen worden in onderstaande tabel weergegeven.

Voordat de offerte wordt uitgebracht, dient de koper de verpakking aan te leveren. kaart, interface- en firmwarevereisten, huidige of belasting profielentolerantie van belangrijke sensoren, batterij- en beveiligingslimieten, eisen voor flexibele printplaatgeleiding en -buiging, en duidelijke kwalificatiecriteria gebaseerd op de projectsituatie.

Bewegingen veranderen het risico op bestuursniveau.

Voor printplaten in de buurt van het robotgewricht moeten we de buiglocatie en de buigradiuslimieten van het flexibele gedeelte specificeren en ondersteuning en spanningsontlasting bieden voor de overgangszone en connectoren; bij een stationaire controller gelden deze eisen niet. Zelfs als de printplaat de statische test op de testbank doorstaat, kan herhaalde beweging een zwakke connector of een onvoldoende ondersteunde flexibele overgang blootleggen. Daarom moeten kopers de geïnstalleerde routing, het bewegingsbereik, de connectororiëntatie en de spanningsontlasting specificeren voordat het productieplan wordt vastgesteld.

Gemengde technologieën vereisen gecoördineerde planning.

Een robot omvat vaak meerdere assemblageonderdelen, waaronder SMT-componenten, BGA-verpakking, doorsteekconnectoren, flexibele of stijf-flexibele verbindingsstukken, en de daaropvolgende kabelboom en behuizing. We moeten deze onderdelen met elkaar verbinden volgens hetzelfde revisie- en testplan.

Neem bijvoorbeeld een doorsteekconnector: het plaatsen van de componenten komt neer op het in de gaten steken van de connector. De keuze voor golfsolderen, selectief solderen of handmatig solderen hangt af van het type component, de lay-out van de printplaat en de thermische beperkingen. Om te voorkomen dat er in elke fase tegenstrijdige informatie wordt gebruikt, moeten we in de productiedocumentatie consequent de versie van de printplaatrevisie, de vereisten voor het productieproces, de testonderdelen, de soldeermethode en het inspectieresultaat vermelden.

Welke PCB-eigenschappen zijn het belangrijkst in een robot?

Bij de keuze van de PCB-structuur en de verpakkingsvorm moeten we allereerst rekening houden met de toepassing van de printplaat, de mechanische spanningen waaraan deze wordt blootgesteld en de wijze waarop deze in de toekomst moet worden geïnspecteerd en getest.

Flexibele en stijf-flexibele verbindingen rond bewegende gewrichten

Wanneer circuits in de buurt van de gewrichten van een robot met de structuur mee moeten bewegen, zijn standaard, stijve printplaten vaak niet flexibel genoeg. In zulke gevallen kunnen flexibele printplaten of stijf-flexibele printplaten worden gebruikt om verschillende modules met elkaar te verbinden. Tijdens de ontwerpfase is het essentieel om vooraf te bepalen waar buiging nodig is en wat de buigradius moet zijn, en om voldoende ondersteuning en spanningsontlasting te bieden in de overgangszones van stijf naar flexibel en in de buurt van connectoren om te voorkomen dat herhaalde bewegingen de circuits of verbindingspunten beschadigen.

In tekeningen en beoordelingsdocumentatie moeten we ook de daadwerkelijke routing specificeren, of de buiging statisch of dynamisch is, het bewegingsbereik en de testvereisten. Na het voltooien van de bewegingstests moet worden gecontroleerd of de elektrische continuïteit, communicatie en belastingomstandigheden normaal zijn. Deze werkelijke instellingen zullen ook door PCBasic worden gebruikt om de geschiktheid van het product te verifiëren. flex PCB-assemblage en testplannen.

BGA-pakketten op vision- en controllerboards

Visuele en besturingsprintplaten kunnen gebruikmaken van BGA-componenten om meer aansluitingen in een beperkte ruimte te kunnen plaatsen. Omdat de soldeerverbindingen zich aan de onderkant van de component bevinden, kunnen we de soldeerkwaliteit niet volledig controleren door middel van routinematige visuele inspectie. Daarom is een betrouwbare BGA-assemblagecapaciteit Dit vereist nauwkeurige controle over het printen van de soldeerpasta, de plaatsingsnauwkeurigheid en de reflow-soldeercurves, en röntgeninspectie moet worden geregeld op basis van de risico's van de verpakking.

U dient ook te controleren of de componenten onderaan zijn aangesloten voordat de productie van start gaat, en acceptatiecriteria en eisen voor röntgeninspectie vast te stellen. Voor locaties met een hoger risico of ernstigere gevolgen van een storing zullen we strengere inspectieprotocollen hanteren.

Voedings-, sensor- en communicatiekaarten

Deze printplaten ondervinden in de productie niet dezelfde problemen. Voedingsprintplaten moeten stroom transporteren en warmte reguleren. Polariteit en beveiliging zijn ook belangrijk, vooral wanneer er een batterijbeheersysteem bij betrokken is. Sensorprintplaten vereisen mogelijk een nauwkeurige plaatsing of kalibratie. Bij communicatieprintplaten is de belangrijkste vraag of de interface werkt en of gegevens correct kunnen worden overgedragen.

Stuur vóór de productie de meest recente stuklijst (BOM) en testvereisten op. Voor een voedingsprintplaat zijn duidelijke spannings-, stroom- en belastingscondities nodig. Markeer voor sensorprintplaten alle belangrijke posities of toleranties. Communicatieprintplaten hebben doorgaans een pinout, protocol, firmware en duidelijke acceptatiegrenzen nodig. Deze informatie stelt de fabriek in staat de juiste controles en functionele tests te plannen.  

Welke uitdagingen veroorzaken problemen bij de assemblage van printplaten door robots?

Veel problemen met printplaten van robots komen niet direct na de productie aan het licht, maar worden onthuld tijdens de eindmontage, het debuggen van de verbindingen of de daadwerkelijke belasting van de complete machine. Hoewel de problemen zich pas aan het einde voordoen, kunnen de oorzaken veel eerder zijn ontstaan, zoals abnormale, verborgen BGA-soldeerverbindingen, overmatige kracht op de flexibele interconnectie tijdens de installatie, het niet synchroon registreren van vervangende materialen of onvoldoende testdekking voor de daadwerkelijke interface en belasting.

Daarom kunnen we ons niet alleen richten op het succes van de eindtest; we moeten ook mogelijke probleemgebieden in kaart brengen, met name op het gebied van materialen, assemblage, testen en testplannen.

Verborgen soldeerfouten onder BGA-componenten

De BGA-soldeerverbindingen bevinden zich aan de onderkant van de behuizing, waardoor problemen zoals onderbrekingen, tinbruggen en holtes vaak niet van buitenaf zichtbaar zijn. Bij behuizingen met zichtbare soldeerverbindingen kan AOI (Automatic Optical Inspection) de assemblage- en lasomstandigheden inspecteren; echter, voor BGA- en QFN-behuizingen met verbindingen aan de onderkant is uitsluitend AOI onvoldoende. Meestal is ook röntgeninspectie vereist. Welke componenten in welke mate geïnspecteerd moeten worden, hangt af van het type behuizing, het gebruik van de printplaat en de mogelijke gevolgen van een storing.

Bij het opstellen van het inspectieplan moeten eerst alle aansluitpakketten en sleutelposities aan de onderkant van de printplaat worden gesorteerd, waarna het röntgenbereik moet worden bepaald. De inspectieresultaten moeten ook worden gekoppeld aan specifieke printplaten, componentnummers en productiebatches, zodat problemen gemakkelijk kunnen worden opgespoord.

Trillingen, buiging en spanning op de connector

Herhaalde bewegingen kunnen geleidelijk problemen aan het licht brengen die bij statische tests niet duidelijk waren, zoals losse connectoren, onvoldoende ondersteuning in het overgangsgebied van de flexibele printplaat of onderbrekingen in de verbindingen tijdens de beweging. Tijdens de test kunnen de printplaten, kabels en flexibele interconnecties in de daadwerkelijke installatiepositie worden gefixeerd en vervolgens herhaaldelijk binnen het gespecificeerde bereik worden bewogen. Tijdens dit proces moet continu worden gecontroleerd of de geleiding, communicatie en belasting stabiel zijn. Na de test moet worden gecontroleerd of de connectorvergrendelingen en spanningsontlastingspunten loszitten of beschadigd zijn.

Wijzigingen in componentinkoop en -revisie

Nadat het robotproject de prototypefase heeft verlaten en overgaat naar proefproductie en massaproductie, kunnen de oorspronkelijke componenten niet meer leverbaar zijn, niet meer geproduceerd worden of vervangen moeten worden. Als de vervangende materialen niet geverifieerd zijn, kunnen er problemen ontstaan ​​met de verpakking of pinnen, interferentie met connectoren of behuizingen, veranderingen in de elektrische prestaties, gevolgen voor de firmware of zelfs het verlies van de relevantie van de oorspronkelijke testnormen.

Daarom moet het project gebruikmaken van een gecontroleerde stuklijst (BOM) en een duidelijk goedkeuringsproces voor vervangende materialen, en moeten de materiaalgegevens voor elke productiebatch worden bijgehouden. Bij het voorstellen van vervangende materialen is het noodzakelijk om het artikelnummer van de fabrikant, de belangrijkste elektrische en mechanische parameters en de firmwarecompatibiliteit te controleren. Alle wijzigingen moeten worden goedgekeurd voordat ze worden ingekocht of in productie worden genomen.

Testdekking die stopt bij de rand van het bord.

Continuïteits- en basiselektrische tests kunnen problemen zoals onderbrekingen en kortsluitingen opsporen, maar ze kunnen niet garanderen dat de printplaat correct functioneert zodra deze in een robot is geïnstalleerd. De controller moet compatibel zijn met de daadwerkelijke interfaces en firmware; de ​​driverprintplaat moet onder gespecificeerde belastingen kunnen werken; en sensoren en beveiligingsuitgangen moeten aan de gestelde criteria voldoen.

daarom functionele PCBA-testen Het ontwerp moet rekening houden met de daadwerkelijke toepassing van de printplaat. U dient testspecificaties, compatibele interfaces of testopstellingen, firmware, werkingsbereiken en acceptatiecriteria aan te leveren. PCBasic configureert vervolgens de bijbehorende interface-, communicatie- en belastingstests op basis van deze voorwaarden, in plaats van één testprocedure op alle printplaten toe te passen.

Hoe zorgen de productie en inspectie van printplaten ervoor dat eisen worden omgezet in een betrouwbaar product?

De eindinspectie kan alleen bevestigen of het eindproduct op dat moment aan de eisen voldeed, maar kan het ontbreken van geregistreerde wijzigingen in vervangende materialen niet compenseren, noch kan het noodzakelijkerwijs alle afwijkingen opsporen die door eerdere processen zijn ontstaan. Daarom kan kwaliteitscontrole niet volledig op de eindinspectie worden gebaseerd. We moeten eerst de materialen en versies controleren, het assemblageproces bewaken, tests uitvoeren op de meest waarschijnlijke defectpunten en ten slotte de elektrische en functionele prestaties verifiëren.

Het MES-systeem van PCBasic kan printplaten of productiebatches koppelen aan materiaalbatches, processtappen, inspectieresultaten en testgegevens. Hierdoor kunnen engineers bij problemen met de algehele systeemintegratie de gegevens terugleiden naar de specifieke materialen, processen of testresultaten, in plaats van alleen een definitief goedgekeurd document te zien.

Van stuklijst en materialen tot SMT- en doorsteekmontage.

Zodra de productie begint, controleren we eerst of de daadwerkelijke binnenkomende materialen overeenkomen met de stuklijst en de versie-eisen. Oppervlaktemontagecomponenten worden geassembleerd met behulp van SMT, terwijl connectoren, terminals en componenten die een sterkere mechanische bevestiging vereisen, doorgaans worden gemonteerd met behulp van doorsteekmontage.

De soldeermethode wordt gekozen op basis van het componenttype, de lay-out van de printplaat, het productievolume en de vereisten voor hittebestendigheid. Gangbare methoden zijn golfsolderen, selectief solderen, handmatig solderen en doorsteeksolderen. Gedurende het hele proces moeten productiegegevens de printplaatversie, de stuklijst (BOM), de materiaalbatch, de soldeermethode en de inspectieresultaten documenteren om inconsistenties in de informatie die in de verschillende productiestappen wordt gebruikt te voorkomen.

SPI, AOI, röntgenonderzoek en eerste-artikelinspectie

Voordat de componenten worden gemonteerd, controleert SPI het volume, de positie en de vorm van de soldeerpasta om te voorkomen dat er zichtbare afwijkingen in het reflow-soldeerproces terechtkomen. Na de assemblage wordt AOI gebruikt om de zichtbare posities van de componenten en soldeerverbindingen te controleren, terwijl röntgenstraling wordt gebruikt om de verborgen soldeerverbindingen onder BGA's en andere componenten te onderzoeken. Voordat de productie officieel wordt uitgebreid, voeren we ook eerstestukinspecties uit om de assemblageresultaten en de bijbehorende productiegegevens te bevestigen.

De problemen die met verschillende detectieapparatuur worden opgelost, zijn niet dezelfde. Daarom is het belangrijk om de apparatuur af te stemmen op de daadwerkelijke risico's. In het projectplan moet duidelijk worden aangegeven welke componenten en defecten moeten worden geïnspecteerd met SPI, AOI of röntgenstraling. De bijbehorende video's over de analyse van soldeerverbindingen kunnen helpen om het specifieke detectieproces te begrijpen.

Functionele testen en digitale traceerbaarheid

Functionele testen kunnen de interfacecommunicatie, signaalrespons, belastingoutput of beveiligingslogica verifiëren volgens het gedefinieerde testplan. MES- en inspectiegegevens bewaren de context, waardoor een fout kan worden herleid tot een printplaat, componentreferentie of materiaallot, processtap en testresultaat.

Eindmontage, behuizing samenstellen en kabelboom integreren

Voor sommige projecten moeten, naast de PCBA (Printing, Controlled Asset Association), de volgende taken worden uitgevoerd: het verwerken van de kabelboom, het aansluiten van de module en het monteren van de behuizing. Tijdens het montageproces moet worden gecontroleerd of de bedradingsvolgorde, de oriëntatie van de connectoren en de installatiepositie correct zijn, en moet er worden gecontroleerd op interferentie tussen de behuizing en de bevestigingspunten. Na voltooiing moeten, indien nodig, functionele tests worden uitgevoerd.

Bij het opstellen van de offerte dient u de tekeningen van de behuizing en de kabels, de specificaties van de connectoren, de aanhaalmomenten en de testvereisten na montage aan te leveren.

Conclusie

Betrouwbare robotgestuurde PCB-assemblage draait niet alleen om het correct solderen van componenten op de printplaat, maar ook om het organiseren van de assemblage, inspectie en testen op basis van het doel en de feitelijke bedrijfsomstandigheden van de printplaat. Bij bewegende onderdelen moet aandacht worden besteed aan de buigradius van flexibele verbindingen, structurele ondersteuning en spanningsontlasting; bij BGA's en andere componenten aan de onderkant van de printplaat moet het soldeerproces worden gecontroleerd en moeten verborgen soldeerverbindingen worden geïnspecteerd; bij printplaten voor voeding, sensoren, besturing en communicatie moeten de daadwerkelijke interfaces en de functies voor belastingverificatie worden gecombineerd.

Voordat de offerte en de productiebeoordeling plaatsvinden, dient de klant de meest recente Gerber-bestanden, stuklijst (BOM), CPL, montagetekeningen en versie-informatie aan te leveren en de eisen met betrekking tot buigen, testen, interfaces, belasting, behuizing en bekabeling, enz. toe te lichten. Tegelijkertijd dient de klant de hoeveelheid en de leverdatum te bevestigen. PCBasic engineering reviewDeze materialen kunnen uniform worden gecontroleerd vóór de productie, waardoor vroegtijdige bevestiging van de assemblage-, test-, inspectie- en algehele integratieplannen mogelijk is en het risico op herwerk en problemen met de gezamenlijke foutopsporing wordt verminderd wanneer het project overgaat van prototype naar massaproductie.

Veelgestelde vragen

Vraag 1: Wat moet een printplaatassemblagepakket voor robotica bevatten?

A1: Inclusief Gerber-bestanden, stuklijst (BOM), pick-and-place/CPL-bestanden, montagetekeningen, verpakkingsplattegrond en buigtekeningen. vereisten, tests, interfaces, belastingen, details over behuizing of kabels, revisie, hoeveelheid en planning.

Vraag 2: Hoe moeten flexibele verbindingsstukken rond robotgewrichten worden beoordeeld?

A2: Controleer de routing, de aanduiding van statische of dynamische bochten, de buiglimiet en de overgangsondersteuning. Spanningsontlasting en bewegingsbereik. Definieer een bewegingscontrole die het relevante signaal bewaakt.

Vraag 3: Waarom wordt röntgenstraling vaak gebruikt voor de assemblage van BGA-printplaten?

A3: BGA-printplaten vereisen over het algemeen een specifieke inspectiestrategie voor verborgen verbindingen, met behulp van röntgenstraling. De dekking wordt bepaald door het pakket- en productrisico.