eng
Выпуск #3/2017
Ю.Ковалевский
В ногу с прогрессом телекоммуникационного оборудования: визит на производство ООО "Предприятие "ЭЛТЕКС"
В ногу с прогрессом телекоммуникационного оборудования: визит на производство ООО "Предприятие "ЭЛТЕКС"
Просмотры: 1160
DOI: 10.22184/1992-4178.2017.163.3.153.161
С момента своего образования в 1992 году новосибирская компания ООО "Предприятие "ЭЛТЕКС" прошла большой путь от группы инженеров-единомышленников до одного из крупнейших в России разработчиков и производителей телекоммуникационного оборудования. Сейчас разработки предприятия находят применение в масштабных проектах крупных телекоммуникационных операторов, их используют в своих решениях многие системные интеграторы. Отражая развитие продукции компании, менялось и ее производство: росла производительность, внедрялось все более технологичное оборудование. Проводя экскурсию по производству, Сергей Игоревич Игонин, начальник участка поверхностного монтажа, рассказал нам о том, как оно организовано, какие особенности выпускаемой продукции влияют на применяемые технологические подходы, как принимались решения о выборе нового оборудования в прошлом и какие планы у компании на будущее.
Сергей Игоревич, прежде чем мы поговорим непосредственно о производстве, расскажите, пожалуйста, об особенностях изготавливаемых вашей компанией изделий.
Наша компания специализируется на разработке передового телекоммуникационного оборудования. Это достаточно широкий круг изделий: оборудование PON, Ethernet-коммуникаторы и маршрутизаторы, оборудование для беспроводного доступа и проч. Современные телекоммуникационные решения предполагают высокую производительность и применение достаточно высоких частот, что требует использования передовой компонентной базы. Возьмем, например, одно из наших новых изделий – телевизионную приставку, так называемый set top box. Это устройство, работающее на ОС Android, имеет в своем составе двухъядерный процессор Realtek 1195 с частотой 1 ГГц на ядро и внутреннюю память 4 Гбайта в стандартной комплектации. Для потокового видео применение диапазона 2,4 ГГц оказывается не самым лучшим решением, в том числе из-за заполненности этой части спектра, поэтому приставка поддерживает Wi-Fi с частотой и 2,4, и 5 ГГц. Но это бытовое изделие. Очевидно, что, например, станционное оборудование для широкополосного доступа, которое также разрабатывается нашей компанией, еще сложнее.
Разработка таких изделий требует передового измерительного оборудования. Например, у нас в соответствующем подразделении используется анализатор сигналов Tektronix с полосой пропускания 30 ГГц, и его полосы уже иногда не хватает.
Как эти особенности изделий сказываются на технологии сборки печатных узлов?
Вообще говоря, основные особенности технологии производства оборудования для телекоммуникаций проявляются на последующих стадиях: при выполнении внутренних межсоединений, конечной сборки в корпус и т. д. В отношении поверхностного монтажа главное то, что такие платы содержат очень широкий диапазон типоразмеров компонентов, многие из которых достаточно сложные с точки зрения технологии. В наших серийных изделиях не являются чем-то уникальным чип-компоненты размера 0201, и в то же время совершенно обычны такие корпуса, как BGA, CSP и т. п. с большим количеством выводов и часто достаточно крупного размера. Обычно самый большой размер таких компонентов в наших изделиях составляет 45 Ч 45 мм, но встречаются и корпуса размером 52 Ч 52 мм и более, и они стоят на одной плате с 0402. Функциональность телекоммуникационного оборудования постоянно растет, и наши разработчики закладывают в изделия все более производительные интегральные схемы (ИС) с бульшими возможностями, а эти микросхемы имеют более крупные корпуса. Таким образом, процесс расширения спектра применяемых типоразмеров идет сразу в две стороны: дискретные компоненты становятся все миниатюрнее, а ИС – все крупнее из-за роста функциональности. Это существенно сказывается на технологии и в частности на применяемом оборудовании. Например, когда появилась необходимость использования компонентов с размером корпуса больше чем 45 Ч 45 мм, что превышало наши технологические возможности, пришлось их расширять приобретением нового автомата.
Кроме того, хотя размер корпусов ИС с высокой функциональностью растет, шаг выводов у них уменьшается, что накладывает дополнительные требования к точности оборудования.
Еще одна особенность – или, точнее, еще одно проявление разнообразия типоразмеров – это широкое применение в телекоммуникационных платах достаточно специфических разъемов, часто весьма крупных, нестандартной формы. Также часто встречаются крупные индуктивности и другие компоненты, требующие большого количества припоя в галтели. Если такой компонент стоит на одной плате с миниатюрными чип-компонентами и ИС с малым шагом выводов, приходится делать ступенчатый трафарет.
Вообще, при таком разнообразии компонентов, какое встречается в наших изделиях, подбор оборудования – очень интересная задача.
Наверняка, в решении этой задачи вам помогают поставщики оборудования. Как вы подходите к выбору поставщика? Важно ли для вас, чтобы все оборудование для линии поставлялось одной компанией?
Конечно, если все оборудование поставляет один поставщик – это удобно. В основном, это проявляется уже позже, когда оборудование нужно поддерживать, обслуживать и т. п. Всегда по этим вопросам проще обращаться к одной стороне. Но это в идеале. На практике важно и то, насколько профессиональную поддержку может оказать поставщик по всему поставленному им оборудованию, и, конечно же, насколько хорошо само оборудование для определенной задачи.
Сейчас у нас на производстве три линии поверхностного монтажа, и почти все оборудование для них поставила нам компания "АссемРус". Мы работаем с этим поставщиком уже давно, мы вместе уже несколько раз расширяли и модернизировали наше производство. Мы очень благодарны этой компании за большую помощь в выборе оборудования, его инсталляции и запуске и за профессиональную техническую поддержку.
В некоторых случаях мы приобретаем отдельное оборудование у разных компаний. Например, так произошло с системой автоматической оптической инспекции (АОИ). Сейчас настольные АОИ компания "АссемРус" уже поставляет, но на тот момент у них просто не было таких систем. Еще один пример – печь Tamura, которую нам хотелось попробовать и сравнить с поставляемыми компанией "АссемРус" печами Seho. Но такие случаи – скорее, исключение. Обычно комплексные решения от одного поставщика предпочтительнее.
Вы упомянули про ступенчатые трафареты. Много ли сложностей с этой технологией? Можно ли сказать, что этого подхода стоит избегать всегда, когда возможно?
Видите ли, какие-то категоричные советы я не склонен давать. Всегда все зависит от многих факторов: сложности изделий, возможностей производства, опыта конкретных технологов и т. п. По-моему, если речь идет о небольших партиях изделий или если позволяют возможности компании, то предпочтительней дозирование. Но если серийность тысячи и десятки тысяч плат и нет физической возможности добавить в линию автоматический дозатор, как в нашем случае, тогда ступенчатый трафарет – необходимость.
Эта технология не приводит к особым сложностям, но накладывает некоторые ограничения, прежде всего на конструкцию платы и трафарета. Нужно определенным образом располагать компоненты и их группы, соблюдать определенные зазоры. Но поскольку мы изготавливаем изделия собственной разработки, наши конструкторы учитывают все необходимые требования в топологии плат.
Редко удается услышать от технологов, что разработчики полностью учитывают требования технологичности. Неужели все так гладко?
У нас действительно очень плотная взаимосвязь между разработчиками и технологами. Если на этапе разработки возможности производства не будут учтены, мы же ничего не сможем сделать. Конечно, некоторые технологические ограничения вызывают недовольство разработчиков, но мы это решаем совместно и приходим к обоснованным компромиссам.
Другой вопрос, что разработчики постоянно стремятся повысить функциональность изделий, в результате закладывая в конструкции все более сложные компоненты. Это, конечно, добавляет нам работы, но это – развитие, мы это прекрасно понимаем.
Потребность в монтаже более сложных компонентов может привести к необходимости модернизации производства, закупке нового оборудования. Но мы развиваем производство с запасом, и я могу вспомнить, пожалуй, только один случай, когда нам понадобилось купить новое оборудование под конкретный компонент – это уже упомянутая ИС в крупном корпусе. В большинстве случаев наше производство способно выполнить требования разработчиков, ведь эти требования тоже растут постепенно.
То есть, модернизация производства для вас – процесс естественный и планомерный. Что оказывает большее влияние на модернизацию: развитие технологий или рост компании?
Я бы сказал, 50/50. С одной стороны, наши изделия усложнялись вместе со всем рынком. Ведь в 2004 году, когда у нас еще не было собственного здания и наше производство располагалось в небольшом помещении, которое мы арендовали в технопарке, технологии вообще были другими. Тогда мы собирали узлы на двусторонних и четырехслойных платах, чип-компоненты были значительно крупнее. Хотя практически сразу мы ставили компоненты с малым шагом 0,5 мм. Сейчас для нас становятся привычными 24-слойные платы с несколькими сложнейшими процессорами и другими ИС в корпусах BGA, компонентами сложной формы, множеством миниатюрных дискретных компонентов.
С другой стороны, развивалась и компания, росли объемы выпуска, поэтому кроме повышения параметров точности и расширения спектра устанавливаемых компонентов требовался и рост производительности.
Так что, эти два процесса идут параллельно. Это сказывается и на подборе оборудования: необходимо соблюсти баланс между точностью и скоростью.
Мы и сейчас планируем следующий шаг в расширении нашего производства – и шаг весьма значительный: мы даже строим новое отдельное производственное здание.
Может быть, расскажите вкратце о составе и возможностях линий, имеющихся у вас на данный момент?
Сейчас у нас три линии. Когда будет построено новое здание, в нем добавится как минимум еще три, а возможно и четыре.
Начнем с самой активно используемой на сегодняшний момент линии. В ней применяется установка трафаретной печати и автоматы установки компонентов от компании Yamaha и печь Seho, а также загрузчик, разгрузчик и транспортные системы компании Nutek.
В этой линии после трафаретной печати имеется система 3D-контроля паяльной пасты (SPI) SE350 компании CyberOptics. Без нее нам уже сложно обходиться. Было время, когда мы использовали встроенную систему 2D-инспекции в принтере, но теперь этого уже недостаточно: нужно контролировать объем, а для этого нужна полноценная трехмерная инспекция. Мы с помощью этой установки не только выявляем отдельные ошибки нанесения паяльной пасты, которые впоследствии могли бы привести к дефектам пайки, но и корректируем процесс печати.
Эта коррекция выполняется вручную или автоматически на основе обратной связи?
Сейчас это делается вручную. В использовании обратной связи, хотя такая возможность в оборудовании имеется, пока острой необходимости нет. Оператор просматривает плату, на которой система SPI обнаружила несоответствие, и корректирует параметры печати. Вы можете видеть, как удобно устроено рабочее место контроля от Nutek: плата с предполагаемой ошибкой поднимается над конвейером, и другие платы могут беспрепятственно проезжать под ней, пока оператор ее проверяет. Поэтому, если требует проверки только одна плата, конвейер не останавливается.
Много ли времени уходит на обучение системы SPI?
Операторы достаточно быстро с этим справляются. За основу берутся данные САПР платы, а дальше выполняется подстройка допусков и задаются некоторые другие параметры – но это все достаточно быстро. Мы устанавливаем довольно жесткие допуски: лучше получить ложную тревогу, чем пропуск дефекта. А окончательное решение принимает уже оператор.
Что является самой распространенной причиной ошибок на этапе нанесения паяльной пасты?
Пожалуй, чаще всего причиной являются дефекты реперных знаков. Принтер неправильно их распознает, и происходит смещение отпечатков. Конечно, SPI это мгновенно замечает и дальше не пропускает.
В линии стоят два автомата Yamaha: YS24 и YS24X. Чем обусловлен выбор этого оборудования?
Это универсальные автоматы, можно сказать, с классической компоновкой: они двухпортальные с рядным расположением инструментов. Но в конфигурации, применяемой в нашей линии, для задачи установки простых компонентов больше подходит автомат YS24 – он быстрее, но имеет определенные ограничения по размерам и высоте устанавливаемых компонентов, а YS24X более медленный, но позволяет устанавливать более сложные корпуса. В наших линиях используется достаточно распространенный подход: первый автомат выполняет задачи чип-шутера, а второй уже доустанавливает компоненты, требующие большей аккуратности.
Один из основных факторов, повлиявших на выбор этих автоматов, – то, что у нас очень большая номенклатура изделий и при этом относительно большие партии. Поэтому для нас важна и скорость, и быстрая переналадка. Установочные автоматы Yamaha всегда позиционировались, как оборудование для производств с большой номенклатурой, у этой компании большой опыт в поддержке быстрой переналадки именно в условиях серийного производства. В этом отношении нам нужен был компромисс между гибкостью и скоростью: на этой самой "боевой" линии у нас речь не идет об использовании обрезков лент и подаче из россыпи, что встречается при прототипировании и единичном производстве, но быстрый переход с одного изделия на другое нам важен. И этот компромисс хорошо обеспечивается этими автоматами.
Еще один плюс данных автоматов – линейные приводы. Это их отличает от предыдущего поколения – автоматов серии MG‑1, в которых использовался ШВП.
Также в этих автоматах применяются питатели с подачей на основе сервопривода. В отличие от предыдущего поколения с пневмоприводом они позволяют более полно реализовывать интеллектуальность и универсальность. Ранее Yamaha выпускала целых три вида питателей для ленты 8 мм, поскольку для подачи компонентов 1206, 0805 и 0603 используется один шаг, для 0402 – другой, для 0201 – третий. Сейчас шаг задается программно, и один и тот же питатель используется и для компонентов 1206, и для 01005. В наших изделиях компонентов 01005 пока нет, но техническая возможность их установки на производстве имеется.
Кроме того, программируемый шаг подачи позволяет при необходимости выполнять коррекцию для более точного захвата компонента.
Вообще, когда появились эти новые питатели, у многих операторов было недоверие к ним, ощущение, что это какая-то "игрушка". Пневматические питатели казались более надежными. Однако оказалось, что как раз наоборот. Кроме высокой надежности, новые питатели обладают рядом возможностей, упрощающих их обслуживание. Например, автоматический подсчет количества заборов компонентов позволяет не только заранее готовиться к их пополнению и лучше контролировать запасы, но и вовремя производить плановое техническое обслуживание питателя.
И конечно же, интеллектуальность ускоряет процесс переналадки линии. Питатели содержат информацию о загруженных в них компонентах, и при установке в автомат оборудование получает эту информацию и "узнает", в какой позиции какой компонент находится. Эта возможность сейчас уже не уникальна, но она действительно упрощает переход на другое изделие.
Когда вы начинали использовать компоненты 0201, возникали ли проблемы с их установкой?
Можно считать, что нет. Это больше сказалось на трафаретной печати: потребовались более тонкие трафареты.
Бессвинцовая технология у вас применяется?
Иногда. У нас бывают партии изделий, поставляемые в Европу. Кроме того, мы также изготавливаем некоторый объем сторонних изделий, и нашим заказчикам в некоторых случаях требуется бессвинцовая технология. В этой линии у нас установлена 10-зонная печь MaxiReflow 3.0 компании Seho. Она, собственно как и любое современное оборудование такого класса, позволяет без проблем выполнять пайку бессвинцовыми припоями.
Единственное существенное отличие, которое мы видим в этой технологии, – это визуальный или оптический контроль. Система АОИ очень чувствительна к особенностям бессвинцовых галтелей, и ее приходится дополнительно настраивать под такие партии.
Ну и само собой, нужно задавать другие профили пайки. Но это просто другие профили, дополнительных сложностей это не вызывает.
А вообще насколько сложно термопрофилирование?
Для наших плат мы используем несколько стандартных профилей в зависимости от типа изделия. Для нового изделия профиль проверяется, но в большинстве случаев корректировки стандартные профили не требуют. Современное оборудование на практике обеспечивает достаточно широкое окно процесса.
Азотная атмосфера при пайке используется?
Сейчас нет. На самом деле, при качественных платах, компонентах, пасте пайка и так получается очень хорошей, а за качеством комплектующих и материалов у нас очень серьезно следит отдел закупок. Наше предприятие сертифицировано по стандарту ГОСТ Р ИСО 9001, и у нас установлены требования к поставщикам.
Но для площадки в новом здании мы задаемся этим вопросом. Мы разговаривали с коллегами с других производств по поводу эффективности азотной атмосферы – мнения очень противоречивые. Также нужно понимать, что азот для конвекционной пайки – дело недешевое. Поэтому пока думаем, пытаемся просчитать эффективность.
Контроль в конце линии осуществляется с помощью АОИ?
Да, это система CyberOptics QX500-L. Но ее задача – не окончательный контроль. Она предназначена для того, чтобы операторы могли оперативно отреагировать на некоторое отклонение процесса. Окончательный же контроль выполняется на отдельностоящей системе АОИ, а в других наших линиях АОИ отсутствуют, и проверка ведется только на системе вне линии. По нашему мнению, качество инспекции в линии сильно уступает проверке на отдельной системе инспекции.
Эта система АОИ автоматически сортирует платы: если обнаружено какое-либо несоответствие, плата отправляется в буфер, в противном случае – поступает дальше, в разгрузчик. В нашей линии установлен разгрузчик на пять магазинов, благодаря чему разгрузку магазинов оператор может выполнять реже. Данная линия достаточно производительная, и это позволяет обеспечить непрерывность ее работы, даже если оператор не успеет заменить магазин в разгрузчике.
Вторая линия у вас самая производительная? В чем ее отличие, кроме отсутствия АОИ?
Да, эта линия более производительная, чем та, которую мы обсуждали первой. Но принципиальное ее отличие в возможности монтажа более сложных и больших компонентов. В этой линии к автоматам YS24 и YS24X добавлен установщик YS88 тоже компании Yamaha. Он способен устанавливать компоненты размером до 55 Ч 55 мм, а также длинные разъемы 45 Ч 100 мм, более высокие корпуса и компоненты сложной формы с контролем усилия установки. Поэтому данную линию мы используем для более сложных изделий.
Еще одно отличие этой линии, о котором мы уже тоже вскользь упоминали, – здесь используется печь компании Tamura. Мы решили попробовать эту печь, сравнить ее с тем, что у нас было. Кроме того, эта печь короче, у нее восемь зон, и линию с тремя автоматами в этом помещении, где имеется ограничение производственной площади по длине, было проще построить с ее использованием.
Нам эта печь тоже понравилась. К ее достоинствам в сравнении с печью Seho можно отнести более продуманную систему флюсоудаления. Но есть и недостаток: плохая термоизоляция. Печь сильнее нагревает окружающий воздух, а поскольку у нас помещение кондиционируемое, в частности для поддержания стабильных параметров паяльной пасты, это приводит к дополнительным потерям энергии и нагрузке на кондиционеры.
А что представляет из себя третья линия?
Эта линия получилась в моем рассказе третьей, хотя исторически она первая из наших действующих линий. Мы ее запустили в 2010 году. На тот момент она была быстрая, производительная, в особенности в сравнении с линией на основе автоматов Topaz. В ее основе два автомата MG‑1R, также в нее входят установка трафаретной печати MPM Momentum от Speedline и печь той же компании – Electrovert OmniMax7.
Сейчас, конечно, эта линия уже смотрится бледно на фоне двух других, но в 2010 году она прекрасно справлялась со своими задачами. Можно сказать, что мы прошли эволюцию от автоматов Topaz до современных решений компании Yamaha, и качество, надежность и технологический уровень автоматов Yamaha неизменно были на высоте.
А контроль после пайки также осуществляется на системе АОИ вне линии?
Да. У нас используются две настольные системы компании Mirtec, а также одна АОИ, которая ранее применялась в линии, а сейчас работает как отдельностоящая. Как я уже говорил, в наших условиях применение АОИ вне линии оказывается более эффективным. На этих системах мы проводим контроль почти 100% собранных плат. "Почти" – потому что ряд плат у нас проверяются полностью контролером. В некоторых случаях это также оказывается более оправданным.
АОИ от Mirtec мы приобрели относительно недавно. Начинали автоматический контроль на системе АОИ Vantage S22 компании Orbotech. Это была очень удачная система с хорошим программным обеспечением. Но, к сожалению, оптика имеет свойство со временем терять свои характеристики.
Вы сказали, что в ваших изделиях часто встречаются компоненты BGA. Для их контроля используется рентген?
Да, и не только для них. Конечно, каждое изделие рентгеновскому контролю не подвергается, но мы используем рентген как при выявлении причин, если изделие не проходит функциональный контроль, так и при запуске новых изделий, подборе термопрофиля или при изменении в комплектации, чтобы убедиться, что процесс хорошо настроен. Также мы проводим периодический выборочный контроль на этой установке.
У нас применяется система рентгеновского контроля Y. Cougar SMT компании YXLON, которую мы приобрели в 2008 году. К рентгену быстро привыкаешь: у нас был момент, когда эта установка вышла из строя, и пока ее не починили, приходилось нелегко.
Насколько широко применяются компоненты для монтажа в отверстия? Как у вас осуществляется их монтаж?
Конечно, мы стремимся использовать преимущественно компоненты для поверхностного монтажа, но на 100% это не получается. Как правило, остаются отдельные разъемы, реле, силовые компоненты, которые нужно устанавливать в отверстия. Количество их зависит от назначения изделия.
Монтаж таких компонентов выполняется в зависимости от размера партии либо полностью вручную, либо ручной установкой с последующей пайкой двойной волной. Для достаточно крупных серий – порядка нескольких десятков тысяч плат в месяц – мы разрабатываем оснастку, которая закрывает те места на плате, которые не должны подвергаться воздействию волны, и открывает те места, где должна выполняться пайка. По-моему, это достаточно распространенная технология.
Конечная сборка у вас тоже выполняется на собственном производстве?
Да, мы полностью собираем изделия и выполняем полный функциональный контроль. У нас реализована вся цепочка от идеи до выходного контроля законченного устройства. Это обеспечивает целостность процесса, согласованность его различных этапов. Мы уже говорили о важности учета требований технологичности при конструировании плат – это один из примеров того, как важно взаимопонимание на разных этапах процесса разработки и производства. Эта целостность – один из важнейших факторов, позволяющих нам выпускать передовую и качественную
продукцию.
Сергей Игоревич, прежде чем мы поговорим непосредственно о производстве, расскажите, пожалуйста, об особенностях изготавливаемых вашей компанией изделий.
Наша компания специализируется на разработке передового телекоммуникационного оборудования. Это достаточно широкий круг изделий: оборудование PON, Ethernet-коммуникаторы и маршрутизаторы, оборудование для беспроводного доступа и проч. Современные телекоммуникационные решения предполагают высокую производительность и применение достаточно высоких частот, что требует использования передовой компонентной базы. Возьмем, например, одно из наших новых изделий – телевизионную приставку, так называемый set top box. Это устройство, работающее на ОС Android, имеет в своем составе двухъядерный процессор Realtek 1195 с частотой 1 ГГц на ядро и внутреннюю память 4 Гбайта в стандартной комплектации. Для потокового видео применение диапазона 2,4 ГГц оказывается не самым лучшим решением, в том числе из-за заполненности этой части спектра, поэтому приставка поддерживает Wi-Fi с частотой и 2,4, и 5 ГГц. Но это бытовое изделие. Очевидно, что, например, станционное оборудование для широкополосного доступа, которое также разрабатывается нашей компанией, еще сложнее.
Разработка таких изделий требует передового измерительного оборудования. Например, у нас в соответствующем подразделении используется анализатор сигналов Tektronix с полосой пропускания 30 ГГц, и его полосы уже иногда не хватает.
Как эти особенности изделий сказываются на технологии сборки печатных узлов?
Вообще говоря, основные особенности технологии производства оборудования для телекоммуникаций проявляются на последующих стадиях: при выполнении внутренних межсоединений, конечной сборки в корпус и т. д. В отношении поверхностного монтажа главное то, что такие платы содержат очень широкий диапазон типоразмеров компонентов, многие из которых достаточно сложные с точки зрения технологии. В наших серийных изделиях не являются чем-то уникальным чип-компоненты размера 0201, и в то же время совершенно обычны такие корпуса, как BGA, CSP и т. п. с большим количеством выводов и часто достаточно крупного размера. Обычно самый большой размер таких компонентов в наших изделиях составляет 45 Ч 45 мм, но встречаются и корпуса размером 52 Ч 52 мм и более, и они стоят на одной плате с 0402. Функциональность телекоммуникационного оборудования постоянно растет, и наши разработчики закладывают в изделия все более производительные интегральные схемы (ИС) с бульшими возможностями, а эти микросхемы имеют более крупные корпуса. Таким образом, процесс расширения спектра применяемых типоразмеров идет сразу в две стороны: дискретные компоненты становятся все миниатюрнее, а ИС – все крупнее из-за роста функциональности. Это существенно сказывается на технологии и в частности на применяемом оборудовании. Например, когда появилась необходимость использования компонентов с размером корпуса больше чем 45 Ч 45 мм, что превышало наши технологические возможности, пришлось их расширять приобретением нового автомата.
Кроме того, хотя размер корпусов ИС с высокой функциональностью растет, шаг выводов у них уменьшается, что накладывает дополнительные требования к точности оборудования.
Еще одна особенность – или, точнее, еще одно проявление разнообразия типоразмеров – это широкое применение в телекоммуникационных платах достаточно специфических разъемов, часто весьма крупных, нестандартной формы. Также часто встречаются крупные индуктивности и другие компоненты, требующие большого количества припоя в галтели. Если такой компонент стоит на одной плате с миниатюрными чип-компонентами и ИС с малым шагом выводов, приходится делать ступенчатый трафарет.
Вообще, при таком разнообразии компонентов, какое встречается в наших изделиях, подбор оборудования – очень интересная задача.
Наверняка, в решении этой задачи вам помогают поставщики оборудования. Как вы подходите к выбору поставщика? Важно ли для вас, чтобы все оборудование для линии поставлялось одной компанией?
Конечно, если все оборудование поставляет один поставщик – это удобно. В основном, это проявляется уже позже, когда оборудование нужно поддерживать, обслуживать и т. п. Всегда по этим вопросам проще обращаться к одной стороне. Но это в идеале. На практике важно и то, насколько профессиональную поддержку может оказать поставщик по всему поставленному им оборудованию, и, конечно же, насколько хорошо само оборудование для определенной задачи.
Сейчас у нас на производстве три линии поверхностного монтажа, и почти все оборудование для них поставила нам компания "АссемРус". Мы работаем с этим поставщиком уже давно, мы вместе уже несколько раз расширяли и модернизировали наше производство. Мы очень благодарны этой компании за большую помощь в выборе оборудования, его инсталляции и запуске и за профессиональную техническую поддержку.
В некоторых случаях мы приобретаем отдельное оборудование у разных компаний. Например, так произошло с системой автоматической оптической инспекции (АОИ). Сейчас настольные АОИ компания "АссемРус" уже поставляет, но на тот момент у них просто не было таких систем. Еще один пример – печь Tamura, которую нам хотелось попробовать и сравнить с поставляемыми компанией "АссемРус" печами Seho. Но такие случаи – скорее, исключение. Обычно комплексные решения от одного поставщика предпочтительнее.
Вы упомянули про ступенчатые трафареты. Много ли сложностей с этой технологией? Можно ли сказать, что этого подхода стоит избегать всегда, когда возможно?
Видите ли, какие-то категоричные советы я не склонен давать. Всегда все зависит от многих факторов: сложности изделий, возможностей производства, опыта конкретных технологов и т. п. По-моему, если речь идет о небольших партиях изделий или если позволяют возможности компании, то предпочтительней дозирование. Но если серийность тысячи и десятки тысяч плат и нет физической возможности добавить в линию автоматический дозатор, как в нашем случае, тогда ступенчатый трафарет – необходимость.
Эта технология не приводит к особым сложностям, но накладывает некоторые ограничения, прежде всего на конструкцию платы и трафарета. Нужно определенным образом располагать компоненты и их группы, соблюдать определенные зазоры. Но поскольку мы изготавливаем изделия собственной разработки, наши конструкторы учитывают все необходимые требования в топологии плат.
Редко удается услышать от технологов, что разработчики полностью учитывают требования технологичности. Неужели все так гладко?
У нас действительно очень плотная взаимосвязь между разработчиками и технологами. Если на этапе разработки возможности производства не будут учтены, мы же ничего не сможем сделать. Конечно, некоторые технологические ограничения вызывают недовольство разработчиков, но мы это решаем совместно и приходим к обоснованным компромиссам.
Другой вопрос, что разработчики постоянно стремятся повысить функциональность изделий, в результате закладывая в конструкции все более сложные компоненты. Это, конечно, добавляет нам работы, но это – развитие, мы это прекрасно понимаем.
Потребность в монтаже более сложных компонентов может привести к необходимости модернизации производства, закупке нового оборудования. Но мы развиваем производство с запасом, и я могу вспомнить, пожалуй, только один случай, когда нам понадобилось купить новое оборудование под конкретный компонент – это уже упомянутая ИС в крупном корпусе. В большинстве случаев наше производство способно выполнить требования разработчиков, ведь эти требования тоже растут постепенно.
То есть, модернизация производства для вас – процесс естественный и планомерный. Что оказывает большее влияние на модернизацию: развитие технологий или рост компании?
Я бы сказал, 50/50. С одной стороны, наши изделия усложнялись вместе со всем рынком. Ведь в 2004 году, когда у нас еще не было собственного здания и наше производство располагалось в небольшом помещении, которое мы арендовали в технопарке, технологии вообще были другими. Тогда мы собирали узлы на двусторонних и четырехслойных платах, чип-компоненты были значительно крупнее. Хотя практически сразу мы ставили компоненты с малым шагом 0,5 мм. Сейчас для нас становятся привычными 24-слойные платы с несколькими сложнейшими процессорами и другими ИС в корпусах BGA, компонентами сложной формы, множеством миниатюрных дискретных компонентов.
С другой стороны, развивалась и компания, росли объемы выпуска, поэтому кроме повышения параметров точности и расширения спектра устанавливаемых компонентов требовался и рост производительности.
Так что, эти два процесса идут параллельно. Это сказывается и на подборе оборудования: необходимо соблюсти баланс между точностью и скоростью.
Мы и сейчас планируем следующий шаг в расширении нашего производства – и шаг весьма значительный: мы даже строим новое отдельное производственное здание.
Может быть, расскажите вкратце о составе и возможностях линий, имеющихся у вас на данный момент?
Сейчас у нас три линии. Когда будет построено новое здание, в нем добавится как минимум еще три, а возможно и четыре.
Начнем с самой активно используемой на сегодняшний момент линии. В ней применяется установка трафаретной печати и автоматы установки компонентов от компании Yamaha и печь Seho, а также загрузчик, разгрузчик и транспортные системы компании Nutek.
В этой линии после трафаретной печати имеется система 3D-контроля паяльной пасты (SPI) SE350 компании CyberOptics. Без нее нам уже сложно обходиться. Было время, когда мы использовали встроенную систему 2D-инспекции в принтере, но теперь этого уже недостаточно: нужно контролировать объем, а для этого нужна полноценная трехмерная инспекция. Мы с помощью этой установки не только выявляем отдельные ошибки нанесения паяльной пасты, которые впоследствии могли бы привести к дефектам пайки, но и корректируем процесс печати.
Эта коррекция выполняется вручную или автоматически на основе обратной связи?
Сейчас это делается вручную. В использовании обратной связи, хотя такая возможность в оборудовании имеется, пока острой необходимости нет. Оператор просматривает плату, на которой система SPI обнаружила несоответствие, и корректирует параметры печати. Вы можете видеть, как удобно устроено рабочее место контроля от Nutek: плата с предполагаемой ошибкой поднимается над конвейером, и другие платы могут беспрепятственно проезжать под ней, пока оператор ее проверяет. Поэтому, если требует проверки только одна плата, конвейер не останавливается.
Много ли времени уходит на обучение системы SPI?
Операторы достаточно быстро с этим справляются. За основу берутся данные САПР платы, а дальше выполняется подстройка допусков и задаются некоторые другие параметры – но это все достаточно быстро. Мы устанавливаем довольно жесткие допуски: лучше получить ложную тревогу, чем пропуск дефекта. А окончательное решение принимает уже оператор.
Что является самой распространенной причиной ошибок на этапе нанесения паяльной пасты?
Пожалуй, чаще всего причиной являются дефекты реперных знаков. Принтер неправильно их распознает, и происходит смещение отпечатков. Конечно, SPI это мгновенно замечает и дальше не пропускает.
В линии стоят два автомата Yamaha: YS24 и YS24X. Чем обусловлен выбор этого оборудования?
Это универсальные автоматы, можно сказать, с классической компоновкой: они двухпортальные с рядным расположением инструментов. Но в конфигурации, применяемой в нашей линии, для задачи установки простых компонентов больше подходит автомат YS24 – он быстрее, но имеет определенные ограничения по размерам и высоте устанавливаемых компонентов, а YS24X более медленный, но позволяет устанавливать более сложные корпуса. В наших линиях используется достаточно распространенный подход: первый автомат выполняет задачи чип-шутера, а второй уже доустанавливает компоненты, требующие большей аккуратности.
Один из основных факторов, повлиявших на выбор этих автоматов, – то, что у нас очень большая номенклатура изделий и при этом относительно большие партии. Поэтому для нас важна и скорость, и быстрая переналадка. Установочные автоматы Yamaha всегда позиционировались, как оборудование для производств с большой номенклатурой, у этой компании большой опыт в поддержке быстрой переналадки именно в условиях серийного производства. В этом отношении нам нужен был компромисс между гибкостью и скоростью: на этой самой "боевой" линии у нас речь не идет об использовании обрезков лент и подаче из россыпи, что встречается при прототипировании и единичном производстве, но быстрый переход с одного изделия на другое нам важен. И этот компромисс хорошо обеспечивается этими автоматами.
Еще один плюс данных автоматов – линейные приводы. Это их отличает от предыдущего поколения – автоматов серии MG‑1, в которых использовался ШВП.
Также в этих автоматах применяются питатели с подачей на основе сервопривода. В отличие от предыдущего поколения с пневмоприводом они позволяют более полно реализовывать интеллектуальность и универсальность. Ранее Yamaha выпускала целых три вида питателей для ленты 8 мм, поскольку для подачи компонентов 1206, 0805 и 0603 используется один шаг, для 0402 – другой, для 0201 – третий. Сейчас шаг задается программно, и один и тот же питатель используется и для компонентов 1206, и для 01005. В наших изделиях компонентов 01005 пока нет, но техническая возможность их установки на производстве имеется.
Кроме того, программируемый шаг подачи позволяет при необходимости выполнять коррекцию для более точного захвата компонента.
Вообще, когда появились эти новые питатели, у многих операторов было недоверие к ним, ощущение, что это какая-то "игрушка". Пневматические питатели казались более надежными. Однако оказалось, что как раз наоборот. Кроме высокой надежности, новые питатели обладают рядом возможностей, упрощающих их обслуживание. Например, автоматический подсчет количества заборов компонентов позволяет не только заранее готовиться к их пополнению и лучше контролировать запасы, но и вовремя производить плановое техническое обслуживание питателя.
И конечно же, интеллектуальность ускоряет процесс переналадки линии. Питатели содержат информацию о загруженных в них компонентах, и при установке в автомат оборудование получает эту информацию и "узнает", в какой позиции какой компонент находится. Эта возможность сейчас уже не уникальна, но она действительно упрощает переход на другое изделие.
Когда вы начинали использовать компоненты 0201, возникали ли проблемы с их установкой?
Можно считать, что нет. Это больше сказалось на трафаретной печати: потребовались более тонкие трафареты.
Бессвинцовая технология у вас применяется?
Иногда. У нас бывают партии изделий, поставляемые в Европу. Кроме того, мы также изготавливаем некоторый объем сторонних изделий, и нашим заказчикам в некоторых случаях требуется бессвинцовая технология. В этой линии у нас установлена 10-зонная печь MaxiReflow 3.0 компании Seho. Она, собственно как и любое современное оборудование такого класса, позволяет без проблем выполнять пайку бессвинцовыми припоями.
Единственное существенное отличие, которое мы видим в этой технологии, – это визуальный или оптический контроль. Система АОИ очень чувствительна к особенностям бессвинцовых галтелей, и ее приходится дополнительно настраивать под такие партии.
Ну и само собой, нужно задавать другие профили пайки. Но это просто другие профили, дополнительных сложностей это не вызывает.
А вообще насколько сложно термопрофилирование?
Для наших плат мы используем несколько стандартных профилей в зависимости от типа изделия. Для нового изделия профиль проверяется, но в большинстве случаев корректировки стандартные профили не требуют. Современное оборудование на практике обеспечивает достаточно широкое окно процесса.
Азотная атмосфера при пайке используется?
Сейчас нет. На самом деле, при качественных платах, компонентах, пасте пайка и так получается очень хорошей, а за качеством комплектующих и материалов у нас очень серьезно следит отдел закупок. Наше предприятие сертифицировано по стандарту ГОСТ Р ИСО 9001, и у нас установлены требования к поставщикам.
Но для площадки в новом здании мы задаемся этим вопросом. Мы разговаривали с коллегами с других производств по поводу эффективности азотной атмосферы – мнения очень противоречивые. Также нужно понимать, что азот для конвекционной пайки – дело недешевое. Поэтому пока думаем, пытаемся просчитать эффективность.
Контроль в конце линии осуществляется с помощью АОИ?
Да, это система CyberOptics QX500-L. Но ее задача – не окончательный контроль. Она предназначена для того, чтобы операторы могли оперативно отреагировать на некоторое отклонение процесса. Окончательный же контроль выполняется на отдельностоящей системе АОИ, а в других наших линиях АОИ отсутствуют, и проверка ведется только на системе вне линии. По нашему мнению, качество инспекции в линии сильно уступает проверке на отдельной системе инспекции.
Эта система АОИ автоматически сортирует платы: если обнаружено какое-либо несоответствие, плата отправляется в буфер, в противном случае – поступает дальше, в разгрузчик. В нашей линии установлен разгрузчик на пять магазинов, благодаря чему разгрузку магазинов оператор может выполнять реже. Данная линия достаточно производительная, и это позволяет обеспечить непрерывность ее работы, даже если оператор не успеет заменить магазин в разгрузчике.
Вторая линия у вас самая производительная? В чем ее отличие, кроме отсутствия АОИ?
Да, эта линия более производительная, чем та, которую мы обсуждали первой. Но принципиальное ее отличие в возможности монтажа более сложных и больших компонентов. В этой линии к автоматам YS24 и YS24X добавлен установщик YS88 тоже компании Yamaha. Он способен устанавливать компоненты размером до 55 Ч 55 мм, а также длинные разъемы 45 Ч 100 мм, более высокие корпуса и компоненты сложной формы с контролем усилия установки. Поэтому данную линию мы используем для более сложных изделий.
Еще одно отличие этой линии, о котором мы уже тоже вскользь упоминали, – здесь используется печь компании Tamura. Мы решили попробовать эту печь, сравнить ее с тем, что у нас было. Кроме того, эта печь короче, у нее восемь зон, и линию с тремя автоматами в этом помещении, где имеется ограничение производственной площади по длине, было проще построить с ее использованием.
Нам эта печь тоже понравилась. К ее достоинствам в сравнении с печью Seho можно отнести более продуманную систему флюсоудаления. Но есть и недостаток: плохая термоизоляция. Печь сильнее нагревает окружающий воздух, а поскольку у нас помещение кондиционируемое, в частности для поддержания стабильных параметров паяльной пасты, это приводит к дополнительным потерям энергии и нагрузке на кондиционеры.
А что представляет из себя третья линия?
Эта линия получилась в моем рассказе третьей, хотя исторически она первая из наших действующих линий. Мы ее запустили в 2010 году. На тот момент она была быстрая, производительная, в особенности в сравнении с линией на основе автоматов Topaz. В ее основе два автомата MG‑1R, также в нее входят установка трафаретной печати MPM Momentum от Speedline и печь той же компании – Electrovert OmniMax7.
Сейчас, конечно, эта линия уже смотрится бледно на фоне двух других, но в 2010 году она прекрасно справлялась со своими задачами. Можно сказать, что мы прошли эволюцию от автоматов Topaz до современных решений компании Yamaha, и качество, надежность и технологический уровень автоматов Yamaha неизменно были на высоте.
А контроль после пайки также осуществляется на системе АОИ вне линии?
Да. У нас используются две настольные системы компании Mirtec, а также одна АОИ, которая ранее применялась в линии, а сейчас работает как отдельностоящая. Как я уже говорил, в наших условиях применение АОИ вне линии оказывается более эффективным. На этих системах мы проводим контроль почти 100% собранных плат. "Почти" – потому что ряд плат у нас проверяются полностью контролером. В некоторых случаях это также оказывается более оправданным.
АОИ от Mirtec мы приобрели относительно недавно. Начинали автоматический контроль на системе АОИ Vantage S22 компании Orbotech. Это была очень удачная система с хорошим программным обеспечением. Но, к сожалению, оптика имеет свойство со временем терять свои характеристики.
Вы сказали, что в ваших изделиях часто встречаются компоненты BGA. Для их контроля используется рентген?
Да, и не только для них. Конечно, каждое изделие рентгеновскому контролю не подвергается, но мы используем рентген как при выявлении причин, если изделие не проходит функциональный контроль, так и при запуске новых изделий, подборе термопрофиля или при изменении в комплектации, чтобы убедиться, что процесс хорошо настроен. Также мы проводим периодический выборочный контроль на этой установке.
У нас применяется система рентгеновского контроля Y. Cougar SMT компании YXLON, которую мы приобрели в 2008 году. К рентгену быстро привыкаешь: у нас был момент, когда эта установка вышла из строя, и пока ее не починили, приходилось нелегко.
Насколько широко применяются компоненты для монтажа в отверстия? Как у вас осуществляется их монтаж?
Конечно, мы стремимся использовать преимущественно компоненты для поверхностного монтажа, но на 100% это не получается. Как правило, остаются отдельные разъемы, реле, силовые компоненты, которые нужно устанавливать в отверстия. Количество их зависит от назначения изделия.
Монтаж таких компонентов выполняется в зависимости от размера партии либо полностью вручную, либо ручной установкой с последующей пайкой двойной волной. Для достаточно крупных серий – порядка нескольких десятков тысяч плат в месяц – мы разрабатываем оснастку, которая закрывает те места на плате, которые не должны подвергаться воздействию волны, и открывает те места, где должна выполняться пайка. По-моему, это достаточно распространенная технология.
Конечная сборка у вас тоже выполняется на собственном производстве?
Да, мы полностью собираем изделия и выполняем полный функциональный контроль. У нас реализована вся цепочка от идеи до выходного контроля законченного устройства. Это обеспечивает целостность процесса, согласованность его различных этапов. Мы уже говорили о важности учета требований технологичности при конструировании плат – это один из примеров того, как важно взаимопонимание на разных этапах процесса разработки и производства. Эта целостность – один из важнейших факторов, позволяющих нам выпускать передовую и качественную
продукцию.
Отзывы читателей
