Участок поверхностного монтажа: варианты оснащения

Производство конкурентоспособной аппаратуры невозможно без использования современных технологий сборки печатных плат. В современных экономических реалиях также необходим оптимальный выбор оборудования с учетом всех требований, предъявляемых к конкретному участку поверхностного монтажа. Существенную помощь в этом может оказать опыт действующего производственного предприятия, использующего такие технологии.

На определенном этапе развития любого предприятия возникает необходимость перехода на технологию поверхностного монтажа (SMT). Но стоит ли вообще задумываться о развертывании собственной технологической линии в условиях изобилия предложений контрактного производства? По нашему мнению, ответ очевиден и позитивен.

Суперточные высокопроизводительные автоматы и высококвалифицированные технологи контрактных производств, без преувеличения, откроют новые горизонты возможностей для изготовления средних и крупных серий. Небольшие же серии при изготовлении на контрактных условиях будут скорее всего нерентабельны. Для многих предприятий наряду с экономическим фактором важна максимизация независимости от смежников, устойчивость и безопасность как информационная, вследствие опасений раскрыть ноу-хау, так и кадровая – из-за утраты собственных технологов в момент ненадобности их услуг.

Эти и некоторые другие мотивы, включая творческие, являются основанием для существования и развития малых технологических линий SMT. Для принятия взвешенного решения о целесообразности внедрения малой линии SMT на Вашем предприятии, а также для обучения персонала новым технологиям полезно ознакомиться с успешными действующими предприятиями.

Компания АВЕРОН (г. Екатеринбург) с 1990 года производит медицинское лабораторное оборудование и изделия промышленного назначения, в том числе со сложной электронной начинкой. Спецификой нашего производства является достаточно широкая номенклатура (многие десятки плат) при небольшой серийности изделий (от сотен до тысяч штук в год). Этапу серийного производства каждого изделия предшествует стадия отработки прототипов. С развитием элементной базы производится и модернизация выпускаемой продукции – словом, проблема оперативного изготовления небольших партий изделий широкой номенклатуры является для нас исключительно важной.

Поставив перед собой вопрос об оснащении собственного участка поверхностного монтажа, мы при всем многообразии рынка столкнулись с ограниченным выбором: предлагаемое оборудование не устраивало нас либо по цене, либо по техническим характеристикам. Имея значительный производственный потенциал, мы разработали технологическую линию для участка поверхностного монтажа и оснастили его оборудованием собственного производства. Постоянно работая над совершенствованием, адаптируя оборудование под собственные производственные задачи, отыскивая пути оптимизации опытных образцов в производственном цикле, сравнивая с доступными аналогами, мы пришли к выводу, что разработанное нами технологическое оборудование вполне конкурентоспособно, функционально и значительно ниже по стоимости в сравнении с импортными аналогами. Сегодня мы можем предложить проверенные в реальном производстве варианты оснащения производственного участка на рынок.

Ключевой позицией в технологической цепочке является паяльная печь. К разработке настольной печи камерного типа мы приложили максимум усилий. Важнейшими факторами качественной пайки при объемном нагреве является способ нагрева, равномерность распределения температуры по поверхности рабочей зоны печи, а также возможность проведения пайки по заданному температурному профилю.

Существуют два основных способа нагрева плат в процессе пайки в паяльных печах - инфракрасный и конвекционный, каждый способ имеет свои преимущества и недостатки, поэтому наиболее перспективным является одновременное применение обоих способов нагрева в одной печи. Равномерность распределения температуры по рабочей зоне важна для получения качественных паяных соединений, снижения вероятности повреждения элементов и печатных плат в результате перегрева или деформаций при тепловом расширении. Современные паяльные пасты требуют проведения пайки по определенному температурному профилю с заданием на разных стадиях процесса определённой температуры, времени выдержки и скорости нагрева.

Разработанная нами конвекционно-инфракрасная настольная печь для малосерийных производств и лабораторного изготовления прототипов методом поверхностного монтажа сочетает эффективный, равномерный по объему камеры конвекционный нагрев с периодическим подогревом - применение дополнительного кварцевого излучателя обеспечивает стабилизацию температуры, полный прогрев печатной платы и точное соблюдение температурного профиля пайки.

Микропроцессорное управление обеспечивает точное воспроизводство режимов пайки и полимеризации клея в соответствии с предварительно запрограммированными технологическими режимами (термопрофилями). Одна из главных отличительных особенностей паяльной печи АПИК 1.0 Тропик - возможность выбора типа термопрофиля. Принципиальная разница между традиционным режимом, с заданием температуры и времени выдержки на каждом этапе пайки, и новым, так называемым "ускоренным", заключается в том, что при выборе такого способа регулирования задается оптимальная скорость подъема температуры на разных участках выполнения программы пайки.

Для отработки техпроцесса печь укомплектована, в дополнение к штатному измерителю температуры в камере, контактным термосенсором для измерения температуры в критических точках платы. Контроль за ходом процесса в рабочей зоне может осуществляться визуально, через смотровое окно. Основные параметры выбранной программы пайки и данные о ходе ее выполнения выводятся на графический дисплей. Кроме того, имеется возможность вывода на дисплей справочной информации о функциональных клавишах и режиме работы печи. Печь также может быть подключена к персональному компьютеру для документирования процесса пайки. Предусмотрено и подключение внешней вытяжной системы.

Технические характеристики инфракрасно-конвекционной печи Аверон АПИК 1.0

Цикл пайки зависит от выбранного термопрофиля и составляет 5…7 минут.

Вторым по значимости после процесса пайки является процесс нанесения паяльной пасты на контактные площадки. Основными способами нанесения являются трафаретный и точечное дозирование с помощью дозаторов. Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее подходящим для мелкосерийного и опытного производства является способ нанесения с помощью ручных пневматических дозаторов. Если производительность участка исчисляется десятками плат в месяц, целесообразно использовать ручной дозатор. Для этих целей мы разработали программируемый дозатор паяльной пасты АПДП 1.0, отличительной особенностью которого является максимальная адаптация для работы в поточном производстве.

Как правило, в дозаторах, представленных на рынке, размер капли определяется временем дозирующего импульса и, при необходимости нанесения пасты на контактные площадки разного размера, приходится каждый раз изменять время импульса. Удобнее, как в дозаторе АПДП 1.0, "запрограммировать" величину дозирующего импульса для каждого типа контактных площадок, встречающихся на плате и в процессе работы изменять величину капли одним нажатием клавиши, переключаясь с одной программы на другую. Благодаря этому производительность операции нанесения пасты с помощью дозатора АПДП 1.0 может достигать 3500…4000 точек в час. К сожалению, качество и скорость нанесения дозируемых материалов существенно зависит от квалификации оператора и сложности печатной платы.

Для дальнейшего увеличения производительности и повышения качества нанесения паяльной пасты при изготовлении большого количества разнообразных приборов малыми партиями оптимальным в технико-экономическом отношении оказался автоматический дозатор паяльной пасты, совмещающий в себе простую перенастройку (для перехода с одной платы на другую достаточно перезагрузить файл), высокую скорость нанесения пасты (до 10 тыс. точек в час) и отличную повторяемость (не хуже 0.1 мм).

Следующий по скорости и производительности способ - нанесение пасты через трафарет. Преимущества трафаретного способа: высокая скорость и повторяемость, относительная простота работы и обслуживания - сочетаются с низкой "мобильностью" - при любых изменениях платы приходится изготавливать новый трафарет. Поскольку цена изготовления качественного стального трафарета методом лазерной резки немалая, то трафаретный принтер экономически оправдано применять при значительной серийности и редких изменениях печатной платы. Для нанесения пасты через трафарет нами был разработан ручной трафаретный принтер АТП 1.0 с размером рабочего поля 370 x 320 мм.

Главными достоинствами данного устройства являются возможность регулировки положения платы по осям X,Y и углу, что позволяет точно совмещать отверстия трафарета с контактными площадками на плате, механизм быстрой смены рамок для натяжения трафаретов и вакуумный прижим для крепления плат.

И наконец, для улучшения эргономики, повышения производительности процесса установки компонентов на плату и нанесения паяльной пасты ручным дозатором было разработано рабочее место монтажника, состоящее из монтажного столика с упором для локтя правой руки, которое позволяет закрепить на рабочем поле печатную плату (или совокупность плат) максимальным размером 310 x 410 мм, вакуумного пинцета для захвата и установки практически любых, в том числе массивных и горячих, SMD компонентов на печатную плату, а также питателей для установки бобин с чип элементами на ленте шириной 8 мм. Используя такую комплектацию рабочего места, можно устанавливать до 850 – 900 компонентов в час.

Итак, попробуем подвести черту. Выбор варианта оснащения производственного участка зависит от планируемого объёма и номенклатуры производства, а также уровня необходимых инвестиций. Для опытного, мелко и среднесерийного производства мы предлагаем проверенные в собственном производстве варианты:

1. Для опытного производства, когда необходимо изготовить прототип платы перед передачей её на контрактное производство, или для производства малых партий плат, исчисляемых десятками штук в смену

2. Для мелко и среднесерийного производства с узкой номенклатурой, когда объём производства составляет несколько тысяч плат в месяц при редких изменениях печатной платы

3. Для мелко и среднесерийного производства с широкой номенклатурой, когда размеры партий достигают тысяч штук в месяц, а номенклатура выпускаемых плат значительна и изменения печатных плат часты

Для принятия решения о выборе варианта оснащения малой линии SMT на Вашем предприятии, для обучения персонала новым технологиям полезно ознакомиться с предприятиями, успешно использующими таковые. В их числе и АВЕРОН. Мы не предлагаем тиражирование Ваших изделий, как это делают контрактные производства. Но мы готовы содействовать Вам в получении технологических знаний и опыта, что не входит в задачи контрактных производств.

На производственной базе компании АВЕРОН проводится обучение по курсу “Технология поверхностного монтажа”. Курс предназначен для повышения квалификации специалистов, занимающихся радиомонтажными работами в радиоэлектронной промышленности и на предприятиях, выпускающих радиоэлектронную аппаратуру. Программа курса составлена с учетом знаний и навыков, полученных ранее, и предусматривает изучение теоретических сведений и выработку практических навыков, необходимых при выполнении работ по сборке печатных плат с применением SMD-компонентов по технологии поверхностного монтажа.