Продолжаем знакомить вас с технологическими процессами по изготовлению сложной электроники на предприятии «Совтест АТЕ». В 1 части мы подробно рассказали о подготовительном этапе производства, который включает в себя анализ технологичности Проекта, электроконтроль печатных плат, входной контроль ЭКБ, разработку трафарета, а также подготовку программ установки для Pick and place систем.
Во второй части мы расскажем уже непосредственно о процессе сборки на примере печатных плат Channel. Но сначала коснемся такой важной темы, как хранение электронных компонентов.
Хранение и выдача электронных компонентов
Одним из главных условий работоспособности электронной сборки является использование высококачественных электронных компонентов, которые, в свою очередь, при хранении требуют соблюдения определённых значений температуры и влажности. Нарушение условий хранения может привести к накоплению в электронном компоненте влаги и последующей утрате его работоспособности.
Шкаф сухого хранения Sovtest серии SDB
Влагочувствительные компоненты поступают в заводской герметичной антистатической упаковке и могут храниться без соблюдения особых условий по влажности. После вскрытия упаковки оставшиеся компоненты необходимо хранить в специализированных системах, которые обеспечивают требуемую среду. Поскольку «Совтест АТЕ» является разработчиком и крупнейшим производителем в России и СНГ шкафов сухого хранения серии SDB, которые являются доступным и эффективным решением для организации сухого хранения электронных компонентов, то разумеется, мы используем собственную продукцию для обеспечения условий хранения комплектующих. Остальные компоненты загружаются в автоматизированные склады карусельного типа серии СХКТ (которые также являются нашей собственной разработкой и предлагаются заказчикам), а также в специализированный склад лифтового типа JUKI UltraFlex для хранения SMD компонентов в лентах, пеналах и поддонах. Автоматизированный склад связан, как с линией SMD монтажа и может выдавать по запросу оператора требуемый комплект компонентов, так и с ERP системой предприятия (в нашем случае это 1С) с обменом данными по остаткам. В целях обеспечения прослеживаемости всех этапов технологического цикла сборки печатная плата маркируется индивидуальным штрих-кодом.
Автоматизированная система хранения JUKI UltraFlex
Установка маркировки может быть интегрирована в линию поверхностного монтажа, но поскольку на нашем производстве функционируют две SMD-линии, то мы используем независимый «остров» маркировки, который обеспечивает обе линии. «Остров» состоит из автоматического загрузчика плат из стопы, установки лазерной маркировки и автоматического разгрузчика плат в магазины. Выбор в пользу лазерной маркировки был сделан по причине максимальной быстроты, гибкости и точности данного метода. Автоматическая конвейерная установка лазерной маркировки KuboMark фирмы Mancini ent. оснащена СО2 лазером Keyence, который обеспечивает требуемую точность и повторяемость при высокой скорости (2-3 секунды) нанесения маркировки. Программирование осуществляется посредством ПК и занимает несколько минут.
Установка лазерной маркировки KuboMark, фирмы Mancini ent., Италия
Сборка печатных плат
Маркированные печатные платы в магазинах отправляются на одну из двух автоматизированных сборочно-монтажных линий с классической конфигурацией:
- загрузчик печатных плат в линию из магазинов;
- автоматический трафаретный принтер;
- инспекционное рабочее место;
- установщики компонентов;
- конвекционная печь оплавления припоя;
- разгрузчик печатных плат из линии в магазины.
Для всех является очевидным тот факт, что главная единица сборочной линии SMD-монтажа – это автомат-установщик, как наиболее сложное и дорогостоящее оборудование. От его возможностей и характеристик зависит, может ли данное конкретное изделие быть собрано на линии, и если да, то будет ли обеспечено надлежащее качество сборки? Кроме того, для всех производителей электроники важнейшим фактором является надежность оборудования, оно должно работать без сбоев и остановок.
В составе наших конвейерных линий работают SMD-автоматы производства японской фирмы JUKI, продукция которой известна во всем мире высочайшим качеством, надежностью и низкой стоимостью владения.В августе 2021 года на производстве ООО «Совтест АТЕ» был осуществлен запуск новой линии с двумя установщиками RS-1R – флагманской моделью фимы JUKI. Современные технологии диктуют постоянное уменьшение размеров электронных компонентов и сложных микросхем с мелким шагом выводов. Соответственно, хороший автомат должен обладать характеристиками, необходимыми для решения текущих задач, а также иметь заложенные возможности под запросы завтрашнего дня. Благодаря своей революционной концепции и широчайшим возможностям, автомат JUKI RS-1R является идеальным решением, как для крупносерийного производства, так и для небольших партий плат с высокой степенью сложности. Такой платой и является измерительный модуль тестера FT17 (плата Channel), состоящий из 6000 компонентов, в числе которых только микросхем в корпусе BGA – 45 штук.
Общий вид платы Channel
При сборке подобных плат производительность установщика не является основным параметром. Важно, чтобы монтаж осуществлялся с высокой точностью и повторяемостью, исключались бы ошибки оператора и возникновение дефектов, которые повлекут дорогостоящий ремонт.
Автомат RS-1R оснащен единой установочной головкой TAKUMI c 8-ю вакуумными захватами и автоматической системой адаптации высоты перемещения. Таким образом, установочная головка может изменять высоту перемещения от 1 до 25 мм и сама подстраивается под устанавливаемые элементы, минимизируя временные потери при перемещения по оси Z.
Данная концепция универсальна для любых условий, она исключает необходимость в сменных головках, имеющих свою узкую специализацию, не требуется сложная и длительная процедура перекалибровки автомата после замены головки. Для достижения максимальной гибкости, точности и производительности в автомате RS-1R реализованы две технологии центрирования – лазерная и видео. Блок лазерного центрирования находится на установочной головке и производит 3D-измерения компонентов «на лету». Лазерное центрирование оптимально для установки чип-компонентов, поскольку разрешающая способность этой технологии выше, чем у видеосистем, и она не вносит задержки в процесс перемещения компонента к его месту на плате. Кроме того, в составе лазерного блока нет движущихся частей, соответственно ему свойственны простота технического обслуживания и высокая надежность.
Установщики компонентов JUKI RS-1R в составе линии поверхностного монтажа
Видеоцентрирование – это центрирование с помощью прецизионных видеокамер с тремя цветами подсветки по трем направлениям, что делает возможным установку сложных компонентов в корпусах из самых различных материалов. Совмещение технологий лазерного и видеоцентрирования позволяет устанавливать абсолютно все типы SMD корпусов от мельчайших чип-компонентов до микросхем с самым малым шагом выводов.
Установочная головка автомата JUKI RS-1R
Подача компонентов осуществляется интеллектуальными питателями с автоматической настройкой шага ленты и возможностью замены «на горячую» без остановки автомата. Отрезки лент тоже идут в ход, благодаря специальным возможностям ленточных питателей, способных работать даже с небольшимы фрагментами лент без заправочных концов и без потерь компонентов при заправке в питатель – захват осуществляется с первого компонента.
Автомат RS-1R может быть оснащен рядом дополнительных возможностей, способных предотвратить возможные дефекты, повысить качество сборки, обеспечить полную идентификацию и прослеживаемость процесса.
Проверка электрических параметров компонентов (верификатор)
Система CVS позволяет убедиться в том, что в питатель установлена катушка с «правильным» номиналом, благодаря чему предотвращаются ошибки подготовки производства. Функция измеряет номинал резисторов, ёмкостей и диодов и тем самым контролирует заправку ленты с нужным компонентом в соответствующий питатель. Незначительная стоимость системы CVS и простота ее использования делает эту опцию привлекательной, так как ее наличие позволяет избежать дефектов, вызванных неправильным номиналом еще до их появления в готовом изделии.
Система автоматической компенсации смещения отпечатка паяльной пасты
Система автоматически определяет смещение отпечатка паяльной пасты при ошибке, допущенной во время трафаретной печати, измеряет величину смещения относительно контактной площадки и корректирует координаты установки компонента для исключения образования дефекта после оплавления припоя.
Датчик контроля компланарности
Контролирует компланарность выводов компонентов в корпусах QFP, SOP и BGA с целью исключения дефекта монтажа типа «непропай» и «поднятый вывод».
Датчик компланарности JUKI использует лазерную технологию. Измерения и вычисления проводятся по 3-м следующим параметрам:
- линейность;
- компланарность QFP и SOP в соответствии с методом «3-х точек» по стандартам EIAJED 7401-4 and EIAJED-7304-1;
- проверка BGA по стандарту EIAJED-7304.
Система контроля давления наконечников
Встроенный датчик нагрузки измеряет и контролирует силу давления каждого наконечника при установке компонента на плату. Давление можно настроить индивидуально для каждого хрупкого и чувствительного компонента.
Интеллектуальные наконечники
Каждый наконечник может оснащаться RFID меткой, позволяющей собирать всю информацию о работе наконечника. Целью этой функции является сбор и накопление индивидуальной информации по каждому наконечнику, такой как общее количество захватов компонентов, количество компонентов, установленных на ПП, количество ошибок захвата компонентов и т.д., чтобы обеспечивать непрерывное и эффективное управление производством.
Система идентификации и прослеживаемости
Интеллектуальная система JUKI IFS-NX дает возможность создания современного производства с полной идентификацией и прослеживаемостью производственных процессов и всех этапов сборки платы. Обеспечиваются следующие функции:
- отслеживание перемещения материалов;
- контроль расхода материалов;
- прослеживаемость продуктов;
- удаленная подготовка набора питателей;
- контроль использования влагочувствительных компонентов;
- контроль за своевременным обслуживанием;
- контроль за состоянием линий.
Концепция системы IFS-NX обеспечивает не только предупреждение возможного возникновения брака, вследствие влияния человеческого фактора, но и повышение производительности, что в совокупности сокращает затраты и снижает стоимость владения оборудованием.
Оплавление припоя
Оплавление паяльной пасты – ответственный этап сборки печатной платы, особенно когда речь идет о пайке крупногабаритных многослойных плат с высокой теплоемкостью. Требования к конвекционным печам в подобных случаях стандартны: достаточное количество зон нагрева и их длина для обеспечения требуемого термопрофиля, быстрое и эффективное охлаждение платы на выходе. В принципе, большинство современных печей известных производителей соответствуют этим требованиям и справились бы с такой задачей, если бы не одно «НО»: печь является самой «прожорливой» единицей линии в плане энергозатрат. Тут возникает вопрос: как при прочих равных рабочих характеристиках снизить эксплуатационные расходы? Ответ на этот вопрос знает компания Vitronics Soltec, которая за свою более чем 100-летнюю историю существования накопила громадный опыт в производстве систем пайки.
Одной из приоритетных задач специалистов компании было разработать максимально эффективную систему передачи тепла, снизив энергопотребление и, тем самым, передложить заказчикам наиболее комфортное решение в плане эксплуатационных расходов. Так появилась линейка конвекционных печей Centurion с потребляемой мощностью на 20-30% меньше, чем у аналогичных моделей других производителей.
Именно такая печь Centurion CT-1040 от компании Vitronics Soltec с 10-ю вертикальными зонами нагрева интегрирована в новую линию с автоматами JUKI RS-1R.
Конвекционная конвейерная печь Centurion CT-1040
Еще одним приятным для пользователя моментом является пожизненная гарантия от производителя на все нагревательные элементы и вентиляторы конвекции, что подтверждает высочайший класс оборудования.
При всей сложности платы Channel можно не сомневаться в качестве пайки после выхода ее из туннеля печи Centurion.
Отмывка печатных плат
Даже если плата собрана качественно, она должна быть полностью очищена от всех типов загрязнений, полученных во время производственного цикла, иначе это приведет к постепенному разрушению паяных соединений и снижению срока службы конечного изделия.
Наиболее универсальным решением является струйная отмывка, которая, в отличии от ультразвуковой, не повреждает чувствительные компоненты при высокой степени очистки плат. Используемая на нашем производстве установка струйной отмывки CL500 немецкой фирмы Systronic состоит из трех камер, в которых последовательно происходит отмывка специальными жидкостями, ополаскивание в деионизированной воде с контролем уровня проводимости и сушка горячим воздухом. Отмываемые платы фиксируются в одной плоскости в специальных рамках, которые автоматически перемещаются по этапам цикла посредством транспортной системы. Такое расположение плат обуславливает более качественную промывку сложных модулей с плотным монтажом, поскольку теневые зоны попросту отсутствуют.
Установка струйной отмывки CL-500,фирмы Systronic, Германия