eng
DOI: 10.22184/1992-4178.2022.214.3.70.74
Монтаж печатных узлов на «умном» заводе
Рассказывают генеральный директор OOO «Совтест АТЕ»
И. В. Марков и начальник участка поверхностного монтажа А. Г. Лихошерст
Предприятие «Совтест АТЕ», отметившее в прошлом году 30‑летний юбилей, известно в России не только как поставщик, но и как разработчик и изготовитель оборудования для производства и тестирования электронных изделий. Одной из самых сложных разработок «Совтест АТЕ» является тестер микросхем FT17, в котором плата измерительного модуля состоит из 6 тыс. компонентов. Для сборки такой платы требуется оборудование, выполняющее прецизионный поверхностный монтаж электронных компонентов. Каким оборудованием оснащено сборочно-монтажное производство предприятия и каковы особенности выполняемых на нем технологических операций, рассказали генеральный директор OOO «Совтест АТЕ» Игорь Владимирович Марков и начальник участка поверхностного монтажа Андрей Григорьевич Лихошерст.
С чего начинается процесс изготовления таких сложных изделий, как измерительный модуль тестера микросхем FT17?
И. Марков. Работа с любым заказом, поступающим на участок поверхностного монтажа, начинается с предварительной подготовки производства. Мы проверяем, соответствуют ли исходные данные изделия стандартам и техническим характеристикам технологической линии, анализируем топологию платы, конструкцию изделия и перечень компонентов. Затем выполняем входной контроль печатных плат и электронных компонентов на соответствие установленным требованиям.
Какое оборудование применяется для входного контроля?
А. Лихошерст. Наиболее эффективной технологией входного контроля печатных плат, гарантирующей качество изделий, мы считаем электрический контроль тестером с подвижными пробниками. Мы используем тестовые системы японской фирмы MicroCraft, на которых проверяем 100% плат на отсутствие обрывов и коротких замыканий. При входном контроле плат также измеряется сопротивление изоляции и толщина металлизации переходных отверстий.
Входной контроль электронных компонентов производим на разработанном нами оборудовании – системе машинного зрения FT-Vision и тестере микросхем FT‑17DT.
Компоненты, прошедшие входной контроль, не сразу отправляются на сборочную линию.
Как организовано их хранение?
А. Лихошерст. Собственно производству предшествует хранение компонентов с организованным должным образом учетом. Влагочувствительные компоненты поставляются в герметичной антистатической упаковке, и их не требуется хранить в среде с ограниченной влажностью. Однако такие компоненты после извлечения из упаковки надо содержать при определенных уровнях температуры и влажности. Для поддержания таких специальных условий мы используем шкафы сухого хранения серии SDB – это тоже наша разработка.
Остальные компоненты хранятся в автоматизированных складах карусельного типа серии СХКТ (тоже продукция «Совтест АТЕ») и лифтового типа ISM JUKI UltraFlex, куда загружаются ленты, поддоны и пеналы с SMD-компонентами.
Автоматизированный склад, выдающий по запросу необходимый комплект компонентов на линию SMD-монтажа, связан с ERP-системой предприятия (1С), с которой обменивается данными о наличии компонентов.
Сейчас одним из требований заказчиков является обеспечение прослеживаемости при производстве изделия. Как вы решаете эту задачу?
А. Лихошерст. Да, действительно, согласно стандарту ИСО 9001-2000 в системе менеджмента качества предприятия важнейшая часть – система идентификации и прослеживаемости продукции (СИП). У нас есть собственная разработка, которая идентифицирует поступающие на предприятие материалы и комплектующие и обеспечивает их адресное хранение и прослеживаемость. Также ведется мониторинг самого производства: отображение оперативной производственной информации, формирование отчетов, формирование электронного паспорта изделия и т. д.
Чтобы прослеживать прохождение каждой печатной платы по технологическому маршруту сборки, ее маркируют штрих-кодом. Установку маркировки можно внедрить в линию поверхностного монтажа. Однако на нашем предприятии две линии SMD-монтажа – поэтому мы создали отдельный пост маркировки, который обслуживает обе линии. В состав поста входят автоматический загрузчик плат из стопы, установка лазерной маркировки и автоматический разгрузчик плат в магазины.
Мы используем конвейерную установку маркировки KuboMark фирмы Mancini Enterprise, оснащенную CO2‑лазером Keyence. Он обеспечивает необходимую точность при высокой скорости нанесения маркировки (за 2–3 с). Программирование установки с помощью ПК занимает лишь несколько минут.
Какое оборудование входит в состав сборочно-монтажных линий на вашем предприятии?
А. Лихошерст. В состав каждой линии поверхностного монтажа входят загрузчик печатных плат в линию из магазинов, автоматический трафаретный принтер, инспекционное рабочее место, установщики компонентов, конвекционная печь оплавления припоя и разгрузчик печатных плат из линии в магазины.
Нашу новую линию, введенную в эксплуатацию летом 2021 года, мы укомплектовали двумя установщиками RS‑1R фирмы JUKI, характеризующимися высокой точностью монтажа.
Одна из тенденций развития электроники – уменьшение габаритов электронных компонентов и шага их выводов. Поэтому мы выбрали установщик, революционная концепция и параметры которого не только соответствуют нашим нынешним запросам, но и позволят успешно решать производственные задачи в будущем. Мы посчитали, что автомат JUKI RS‑1R, в котором реализованы передовые технические решения, благодаря своим широким возможностям идеально подходит как для крупносерийного производства, так и для изготовления небольших партий плат со сложным монтажом. Именно такую плату мы собираем для измерительного модуля тестера FT17 (плата Channel), содержащего 6 тыс. компонентов, среди которых одних только микросхем в корпусе BGA – 45 шт.
При выборе установщика какие его параметры были для вас определяющими?
А. Лихошерст. Установщик должен производить поверхностный монтаж с высокой точностью и повторяемостью, не допускать совершения ошибок оператором и исключать появление брака в процессе монтажа.
Хотя производительность установщика для нас не является основным параметром, мы все же обращали внимание на факторы, способствующие ее повышению.
У автомата RS‑1R одна установочная головка Takumi c восемью вакуумными захватами. Ее не надо менять на другие специализированные головки, и, как следствие, отсутствует необходимость трудоемкой перекалибровки установщика после смены головки.
Установочная головка автоматически изменяет высоту положения в соответствии с высотой компонентов и может перемещаться по высоте в пределах 1–25 мм от поверхности платы, подстраиваясь под габариты устанавливаемых элементов и минимизируя потери времени при перемещении по вертикальной оси.
Чем обусловлена высокая точность этого автомата?
А. Лихошерст. Высокая точность, большая производительность и максимальная гибкость установщика RS‑1R достигаются благодаря использованию двух технологий центрирования – лазерной и видео. Расположенный на установочной головке блок лазерного центрирования выполняет в движении мгновенные 3D-измерения компонентов. Эта технология, с более высоким разрешением позиционирования, чем у видеосистем, и без задержек перемещающая компоненты к их местам на плате, оптимально подходит для установки чип-компонентов. У лазерного блока, не имеющего движущихся частей, высокая надежность, и он практически не нуждается в каком-либо техобслуживании.
В видеоцентрировании задействованы прецизионные видеокамеры с тремя цветами подсветки с трех сторон. С их помощью производится установка компонентов в корпусах из разных материалов. Сочетание технологий лазерного и видеоцентрирования дает возможность производить монтаж SMD-корпусов любых типов – от самых миниатюрных чип-компонентов до микросхем с малым шагом выводов.
Компоненты подаются интеллектуальными питателями, в которых можно производить горячую замену ленты без остановки автомата. Питатели автоматически настраиваются на шаг ленты, могут работать с небольшими фрагментами лент, не имеющих заправочных концов, и без потерь захватывают компоненты в ленте, начиная с первого.
Было упомянуто, что у установщика RS‑1R широкие возможности. Какие его опции повышают качество монтажа?
А. Лихошерст. Установщик оснащен системой верификации компонентов CVS (component verification system), которая, измеряя основные параметры заправленных в ленту резисторов, емкостей и диодов, проверяет, та ли катушка установлена в питатель. Таким образом, система CVS исключает ошибочный монтаж компонентов неверного номинала.
Еще одна полезная опция заключается в автоматической компенсации смещения отпечатка паяльной пасты относительно контактной площадки. Система измеряет смещение и корректирует координаты установки компонентов, чтобы не допустить образования дефектов пайки.
В установщике есть лазерный датчик контроля компланарности выводов компонентов в корпусах QFP, SOP и BGA, который исключает появление дефектов поверхностного монтажа типа «непропай» и «поднятый вывод».
Чтобы не повредить хрупкие компоненты при монтаже на плату, сила давления каждого наконечника контролируется встроенным датчиком нагрузки и настраивается индивидуально для каждого компонента.
Надо отметить, что каждый наконечник можно оснастить RFID-меткой, и тогда установщик будет непрерывно передавать в систему управления производством информацию о количестве компонентов, установленных на печатную плату, общем количестве захватов компонентов, ошибках захвата и т. д.
Какие требования вы предъявляете к конвекционным печам?
А. Лихошерст. Требования к конвекционным печам в целом стандартные: зоны нагрева должны обеспечивать создание требуемого термопрофиля и быстрое и эффективное охлаждение платы после оплавления припоя. Большинство печей известных марок соответствуют этим требованиям. Однако есть одно «но»: печь является самым энергозатратным оборудованием в линии. Возникает вопрос: как, сохраняя необходимые рабочие характеристики, снизить эксплуатационные расходы?
Решение нашлось у компании Vitronics Soltec, которая производит системы пайки уже более века. Разработав эффективную систему передачи тепла, они уменьшили энергопотребление конвекционных печей Centurion, сделав его на 20–30% меньше, чем у аналогичных печей других фирм. Именно такая модель, Centurion CT‑1040 с десятью зонами нагрева, установлена в нашей новой линии.
Привлекательный бонус, подтверждающий высокую репутацию марки, заключается в том, что производитель гарантирует работу нагревательных элементов и вентиляторов в течение всего срока службы печи.
Какую технологию вы используете для отмывки печатных плат после поверхностного монтажа?
А. Лихошерст. Мы применяем струйную отмывку. В отличие от ультразвуковой, она не повреждает смонтированные компоненты и при этом отлично очищает платы.
В установке струйной отмывки CL500 производства немецкой фирмы SYSTRONIC три камеры, которые последовательно проходит плата. Сначала она подвергается обработке раствором промывочной жидкости, затем ополаскивается в деионизированной воде с контролем проводимости и наконец сушится горячим воздухом. При отмывке плат в CL500 теневые зоны на них отсутствуют, что гарантирует качественную отмывку модулей с плотным монтажом.
После отмывки платы отправляются на финишные испытания.
Как ваше сборочно-монтажное производство и предприятие в целом планирует работать в условиях сложной геополитической обстановки и жестких санкций в отношении России?
И. Марков. Наше производство полностью оснащено самым современным и надежным оборудованием, позволяющим устанавливать любые выпускаемые в настоящее время SMD- и THT-компоненты. На предприятии есть достаточный объем необходимых комплектующих, расходных материалов и запасных частей. У инженеров предприятия накоплен большой опыт сервисной поддержки нашего производства и оборудования наших заказчиков.
К тому же мы создали новые каналы поставки оборудования и комплектующих из лояльных к России стран. Поэтому уверенно продолжаем работать, принимаем заказы на контрактное производство и выполняем все обязательства по обслуживанию нашей продукции у заказчиков.
Спасибо за интересный рассказ.
С И. В. Марковым и А. Г. Лихошерстом беседовал В. В. Миронюк
Рассказывают генеральный директор OOO «Совтест АТЕ»
И. В. Марков и начальник участка поверхностного монтажа А. Г. Лихошерст
Предприятие «Совтест АТЕ», отметившее в прошлом году 30‑летний юбилей, известно в России не только как поставщик, но и как разработчик и изготовитель оборудования для производства и тестирования электронных изделий. Одной из самых сложных разработок «Совтест АТЕ» является тестер микросхем FT17, в котором плата измерительного модуля состоит из 6 тыс. компонентов. Для сборки такой платы требуется оборудование, выполняющее прецизионный поверхностный монтаж электронных компонентов. Каким оборудованием оснащено сборочно-монтажное производство предприятия и каковы особенности выполняемых на нем технологических операций, рассказали генеральный директор OOO «Совтест АТЕ» Игорь Владимирович Марков и начальник участка поверхностного монтажа Андрей Григорьевич Лихошерст.
С чего начинается процесс изготовления таких сложных изделий, как измерительный модуль тестера микросхем FT17?
И. Марков. Работа с любым заказом, поступающим на участок поверхностного монтажа, начинается с предварительной подготовки производства. Мы проверяем, соответствуют ли исходные данные изделия стандартам и техническим характеристикам технологической линии, анализируем топологию платы, конструкцию изделия и перечень компонентов. Затем выполняем входной контроль печатных плат и электронных компонентов на соответствие установленным требованиям.
Какое оборудование применяется для входного контроля?
А. Лихошерст. Наиболее эффективной технологией входного контроля печатных плат, гарантирующей качество изделий, мы считаем электрический контроль тестером с подвижными пробниками. Мы используем тестовые системы японской фирмы MicroCraft, на которых проверяем 100% плат на отсутствие обрывов и коротких замыканий. При входном контроле плат также измеряется сопротивление изоляции и толщина металлизации переходных отверстий.
Входной контроль электронных компонентов производим на разработанном нами оборудовании – системе машинного зрения FT-Vision и тестере микросхем FT‑17DT.
Компоненты, прошедшие входной контроль, не сразу отправляются на сборочную линию.
Как организовано их хранение?
А. Лихошерст. Собственно производству предшествует хранение компонентов с организованным должным образом учетом. Влагочувствительные компоненты поставляются в герметичной антистатической упаковке, и их не требуется хранить в среде с ограниченной влажностью. Однако такие компоненты после извлечения из упаковки надо содержать при определенных уровнях температуры и влажности. Для поддержания таких специальных условий мы используем шкафы сухого хранения серии SDB – это тоже наша разработка.
Остальные компоненты хранятся в автоматизированных складах карусельного типа серии СХКТ (тоже продукция «Совтест АТЕ») и лифтового типа ISM JUKI UltraFlex, куда загружаются ленты, поддоны и пеналы с SMD-компонентами.
Автоматизированный склад, выдающий по запросу необходимый комплект компонентов на линию SMD-монтажа, связан с ERP-системой предприятия (1С), с которой обменивается данными о наличии компонентов.
Сейчас одним из требований заказчиков является обеспечение прослеживаемости при производстве изделия. Как вы решаете эту задачу?
А. Лихошерст. Да, действительно, согласно стандарту ИСО 9001-2000 в системе менеджмента качества предприятия важнейшая часть – система идентификации и прослеживаемости продукции (СИП). У нас есть собственная разработка, которая идентифицирует поступающие на предприятие материалы и комплектующие и обеспечивает их адресное хранение и прослеживаемость. Также ведется мониторинг самого производства: отображение оперативной производственной информации, формирование отчетов, формирование электронного паспорта изделия и т. д.
Чтобы прослеживать прохождение каждой печатной платы по технологическому маршруту сборки, ее маркируют штрих-кодом. Установку маркировки можно внедрить в линию поверхностного монтажа. Однако на нашем предприятии две линии SMD-монтажа – поэтому мы создали отдельный пост маркировки, который обслуживает обе линии. В состав поста входят автоматический загрузчик плат из стопы, установка лазерной маркировки и автоматический разгрузчик плат в магазины.
Мы используем конвейерную установку маркировки KuboMark фирмы Mancini Enterprise, оснащенную CO2‑лазером Keyence. Он обеспечивает необходимую точность при высокой скорости нанесения маркировки (за 2–3 с). Программирование установки с помощью ПК занимает лишь несколько минут.
Какое оборудование входит в состав сборочно-монтажных линий на вашем предприятии?
А. Лихошерст. В состав каждой линии поверхностного монтажа входят загрузчик печатных плат в линию из магазинов, автоматический трафаретный принтер, инспекционное рабочее место, установщики компонентов, конвекционная печь оплавления припоя и разгрузчик печатных плат из линии в магазины.
Нашу новую линию, введенную в эксплуатацию летом 2021 года, мы укомплектовали двумя установщиками RS‑1R фирмы JUKI, характеризующимися высокой точностью монтажа.
Одна из тенденций развития электроники – уменьшение габаритов электронных компонентов и шага их выводов. Поэтому мы выбрали установщик, революционная концепция и параметры которого не только соответствуют нашим нынешним запросам, но и позволят успешно решать производственные задачи в будущем. Мы посчитали, что автомат JUKI RS‑1R, в котором реализованы передовые технические решения, благодаря своим широким возможностям идеально подходит как для крупносерийного производства, так и для изготовления небольших партий плат со сложным монтажом. Именно такую плату мы собираем для измерительного модуля тестера FT17 (плата Channel), содержащего 6 тыс. компонентов, среди которых одних только микросхем в корпусе BGA – 45 шт.
При выборе установщика какие его параметры были для вас определяющими?
А. Лихошерст. Установщик должен производить поверхностный монтаж с высокой точностью и повторяемостью, не допускать совершения ошибок оператором и исключать появление брака в процессе монтажа.
Хотя производительность установщика для нас не является основным параметром, мы все же обращали внимание на факторы, способствующие ее повышению.
У автомата RS‑1R одна установочная головка Takumi c восемью вакуумными захватами. Ее не надо менять на другие специализированные головки, и, как следствие, отсутствует необходимость трудоемкой перекалибровки установщика после смены головки.
Установочная головка автоматически изменяет высоту положения в соответствии с высотой компонентов и может перемещаться по высоте в пределах 1–25 мм от поверхности платы, подстраиваясь под габариты устанавливаемых элементов и минимизируя потери времени при перемещении по вертикальной оси.
Чем обусловлена высокая точность этого автомата?
А. Лихошерст. Высокая точность, большая производительность и максимальная гибкость установщика RS‑1R достигаются благодаря использованию двух технологий центрирования – лазерной и видео. Расположенный на установочной головке блок лазерного центрирования выполняет в движении мгновенные 3D-измерения компонентов. Эта технология, с более высоким разрешением позиционирования, чем у видеосистем, и без задержек перемещающая компоненты к их местам на плате, оптимально подходит для установки чип-компонентов. У лазерного блока, не имеющего движущихся частей, высокая надежность, и он практически не нуждается в каком-либо техобслуживании.
В видеоцентрировании задействованы прецизионные видеокамеры с тремя цветами подсветки с трех сторон. С их помощью производится установка компонентов в корпусах из разных материалов. Сочетание технологий лазерного и видеоцентрирования дает возможность производить монтаж SMD-корпусов любых типов – от самых миниатюрных чип-компонентов до микросхем с малым шагом выводов.
Компоненты подаются интеллектуальными питателями, в которых можно производить горячую замену ленты без остановки автомата. Питатели автоматически настраиваются на шаг ленты, могут работать с небольшими фрагментами лент, не имеющих заправочных концов, и без потерь захватывают компоненты в ленте, начиная с первого.
Было упомянуто, что у установщика RS‑1R широкие возможности. Какие его опции повышают качество монтажа?
А. Лихошерст. Установщик оснащен системой верификации компонентов CVS (component verification system), которая, измеряя основные параметры заправленных в ленту резисторов, емкостей и диодов, проверяет, та ли катушка установлена в питатель. Таким образом, система CVS исключает ошибочный монтаж компонентов неверного номинала.
Еще одна полезная опция заключается в автоматической компенсации смещения отпечатка паяльной пасты относительно контактной площадки. Система измеряет смещение и корректирует координаты установки компонентов, чтобы не допустить образования дефектов пайки.
В установщике есть лазерный датчик контроля компланарности выводов компонентов в корпусах QFP, SOP и BGA, который исключает появление дефектов поверхностного монтажа типа «непропай» и «поднятый вывод».
Чтобы не повредить хрупкие компоненты при монтаже на плату, сила давления каждого наконечника контролируется встроенным датчиком нагрузки и настраивается индивидуально для каждого компонента.
Надо отметить, что каждый наконечник можно оснастить RFID-меткой, и тогда установщик будет непрерывно передавать в систему управления производством информацию о количестве компонентов, установленных на печатную плату, общем количестве захватов компонентов, ошибках захвата и т. д.
Какие требования вы предъявляете к конвекционным печам?
А. Лихошерст. Требования к конвекционным печам в целом стандартные: зоны нагрева должны обеспечивать создание требуемого термопрофиля и быстрое и эффективное охлаждение платы после оплавления припоя. Большинство печей известных марок соответствуют этим требованиям. Однако есть одно «но»: печь является самым энергозатратным оборудованием в линии. Возникает вопрос: как, сохраняя необходимые рабочие характеристики, снизить эксплуатационные расходы?
Решение нашлось у компании Vitronics Soltec, которая производит системы пайки уже более века. Разработав эффективную систему передачи тепла, они уменьшили энергопотребление конвекционных печей Centurion, сделав его на 20–30% меньше, чем у аналогичных печей других фирм. Именно такая модель, Centurion CT‑1040 с десятью зонами нагрева, установлена в нашей новой линии.
Привлекательный бонус, подтверждающий высокую репутацию марки, заключается в том, что производитель гарантирует работу нагревательных элементов и вентиляторов в течение всего срока службы печи.
Какую технологию вы используете для отмывки печатных плат после поверхностного монтажа?
А. Лихошерст. Мы применяем струйную отмывку. В отличие от ультразвуковой, она не повреждает смонтированные компоненты и при этом отлично очищает платы.
В установке струйной отмывки CL500 производства немецкой фирмы SYSTRONIC три камеры, которые последовательно проходит плата. Сначала она подвергается обработке раствором промывочной жидкости, затем ополаскивается в деионизированной воде с контролем проводимости и наконец сушится горячим воздухом. При отмывке плат в CL500 теневые зоны на них отсутствуют, что гарантирует качественную отмывку модулей с плотным монтажом.
После отмывки платы отправляются на финишные испытания.
Как ваше сборочно-монтажное производство и предприятие в целом планирует работать в условиях сложной геополитической обстановки и жестких санкций в отношении России?
И. Марков. Наше производство полностью оснащено самым современным и надежным оборудованием, позволяющим устанавливать любые выпускаемые в настоящее время SMD- и THT-компоненты. На предприятии есть достаточный объем необходимых комплектующих, расходных материалов и запасных частей. У инженеров предприятия накоплен большой опыт сервисной поддержки нашего производства и оборудования наших заказчиков.
К тому же мы создали новые каналы поставки оборудования и комплектующих из лояльных к России стран. Поэтому уверенно продолжаем работать, принимаем заказы на контрактное производство и выполняем все обязательства по обслуживанию нашей продукции у заказчиков.
Спасибо за интересный рассказ.
С И. В. Марковым и А. Г. Лихошерстом беседовал В. В. Миронюк
Отзывы читателей
