Применение контактирующих устройств: преимущества

Применение контактирующих устройств: преимущества,
тенденции крайних лет и ближайшего будущего
Роман Куликов
Испытания – это естественный
завершающий этап на пути к
потребителю (заказчику), через
который
неизбежно
проходит
производство как опытных, так и
серийных ЭРИ. Всем знакома
ситуация, когда на этапе испытаний
возникают
задержки,
которые
приводят к срыву сроков сдачи
продукции либо к недостоверным и
неполным испытаниям. Оба финала
неприемлемы
В случае ОКР, как правило, основное испытательное оборудование (камеры тепла и холода,
измерительная аппаратура, тестеры и пр.) введены в строй (давно используются, закуплены и т.д.)
заранее, ещё до будущих испытаний. Однако часто возникают задержки, связанные с отсутствием
или неисправностью испытательной оснастки под конкретное ЭРИ. Опытные ЭРИ нередко
производятся в таких корпусах,
которые делают
невозможным
использование
известных
и
стандартных
контактирующих
устройств, и срок получения оснастки
затягивается
сверх
запланированного
вследствие
необходимости
разработки
и
изготовления особых технических
приспособлений,
импорта
необходимых комплектующих.
В случае серийных производств
зачастую применяются не самые
надёжные решения, внедрённые
десятилетия назад, которые либо
нужно обслуживать с лишними
затратам, либо без обслуживания
обеспечивают низкое качество
испытаний (мы ещё вернёмся к
этому вопросу в докладе).
Ряд направлений производства ЭРИ (реле, полупроводниковые приборы, ВЧ элементы, фильтры и
пр.)
вообще
лишены
стандартных
решений.
Приходится
с
большим
расходом времени, отвлекая
собственных специалистов от
профильных
задач,
«колхозить», самостоятельно
производя
из
подручных
материалов
минимально
приемлемые
решения,
зачастую
ненадёжные
и
дорогие.
Цель
доклада
–
помочь
производителям ЭРИ избавиться от
непрофильных для них задач с КУ.
Эти задачи, если решать их
самостоятельно,
занимают
неожиданно много времени и сил:
специалисты по радиоэлектронике
вынуждены
погружаться,
например,
в
детали
конструирования с допусками и
посадками, разбираться в марках
пластика
и
нюансах
его
прецизионной
механической
обработки, заниматься вопросами
импорта и другими проблемами на
пути
создания
мало-мальски
пригодного к использованию КУ.
Известный путь оптимизации – делегирование непрофильных задач. Это позволяет
концентрироваться на своих задачах и в конечном итоге, экономит силы и время, а значит, и деньги.
Не изготавливают же НИИ себе отвёртки, тумблеры, вольтметры и прочие инструменты, хотя и есть
технологические возможности, но заказывают их у тех, кто уже их производит
В конечном итоге, негативными
последствиями самостоятельных
попыток решения непрофильных
задач
всегда
становятся
повышенные
финансовые
и
временные затраты.
В конечном итоге, негативными
последствиями самостоятельных
попыток решения непрофильных
задач
могут
стать
неудовлетворённость
заказчика/потребителя
и
рекламации.
Работа с надёжным поставщиком обеспечивает, в конечном итоге:



снижение вероятности рекламаций
удовлетворённость заказчика/потребителя ЭРИ
сокращение сроков и стоимости испытаний
Задачи, которые решает надёжный поставщик КУ:

сокращение сроков поставки оснастки (сейчас, например, доступен срок разработки
и изготовления КУ за 1-2 недели)

увеличение
долговечности
контакта: использование надёжных
микромеханических
решений,
рекомендации
и
расходные
материалы для профилактической
чистки КУ

гарантия
заявленных
электрических
характеристик,
подтверждённая
независимыми
испытаниями

удовлетворение
специфических
потребностей
заказчика

обеспечение
приемлемой
цены
И всё это для любого типа ЭРИ в любом типе корпуса.
На открытом рынке есть ряд поставщиков КУ, отличающихся различным уровнем надёжности.
Выбор поставщика – за заказчиком.
Попробуем выяснить откуда возникают задержки при проведении испытаний ЭРИ.
На этапе подачи заявки на
ОКР
и
проведения
конкурса
имеется
продуманный план, в
котором
выделен
необходимый ресурс для
изготовления оснастки и
проведения испытаний.
В процессе проведения ОКР плана
стараются,
по
возможности,
придерживаться. По крайней мере, в
начале. И на этом этапе задержек с
испытаниями не предвидится.
Однако, по не зависящим от воли
разработчика
различным
обстоятельствам работа над ОКР
может затянуться. И на подготовку и
проведения испытаний отводится
уже совсем немного времени.
Когда основные результаты ОКР получены, и разработчик курирует изготовление оснастки, нередко
выясняется, что импорт нужных компонентов займёт лишних 2-3 месяца, что нужного пластика в
России нет, что печатную плату под выбранный тип КУ можно изготовить только в Германии и то,
только в следующем году и прочая, и прочая.
Выход из таких неприятных ситуаций ищется каждый раз по-своему.
Как смягчить последствия затягивания срока ОКР из-за внешних обстоятельств?
Делегирование подготовки оснастки на возможно более раннем этапе ОКР позволяет
концентрировать собственные силы на решении профильных задач и в срок получать, в случае
работы с надёжным поставщиком, оснастку с требуемыми характеристиками.
Своевременное
делегирование позволяет не
только сэкономить деньги, но
и выиграть по времени.
Ещё более продуманный подход – закладывание с запасом стоимости испытательной оснастки ещё на
этапе формирования заявки на ОКР – позволит выбирать поставщика оснастки, ориентируясь на качество
его работы, а не стараясь
сэкономить, сохранить прибыль
подразделения
и
рискуя
получить
недостаточное
качество, когда дело дойдёт до
дела.
Какие проблемы встречаются на серийных производствах. Нередко приходится наблюдать: по
традиции испытательный отдел закупает недорогие КУ, которые, будучи новыми, вполне
удовлетворяют сложившимся требованиям. Однако их низкая надёжность и отсутствие культуры
профилактического обслуживания КУ приводит к быстрому выходу из строя и необходимости
частых закупок новых КУ.
Кроме того, в силу особенностей их
производства, наиболее дешёвые
КУ реализуют монтаж типа thruhole, что требует наличия в отделе
испытаний
бригады
опытных
монтажников,
специального
оборудованных рабочих мест и пр.
Если же не тратиться на поддержку
оснастки в рабочем состоянии, то
либо неуклонно станет падать
пропускная способность отдела
испытаний, либо неуклонно станет
снижаться
достоверность
проводимых испытаний. Оба этих
следствия
не
останутся
незамеченными потребителями.
Альтернативой, как обычно, является подход, который поначалу представляется более
дорогостоящим, но на деле – более экономичным: приобретение более надёжных КУ. Да, они стоят
дороже, но их относительно высокая стоимость окупается, в конечном счёте, низкими
эксплуатационными расходами и высокой ремонтопригодностью.
Так, по-хорошему, печатную плату
с тремя десятками паяных thruhole КУ нужно выбрасывать, когда
одно-два КУ выходят из строя, и
делать
новую.
Напротив,
неисправное
прижимное
КУ
заменяется
монтажником
невысокой квалификации за пару
минут с помощью отвёртки, и не
нужно делать новую плату.
Кроме того, срок жизни КУ с
качественными
коннекторами
продлевается в несколько раз,
если проводить профилактическую
чистку
каждые
2-5
тысяч
контактирований.
КУ привыкли воспринимать, как нечто данное и примерно понятное, характеризуемое простейшим
набором параметров, таких как тип корпуса, число выводов и шаг. Что представляют из себя КУ сегодня
(помимо традиционных КУ)? Во-первых появился ряд платформ высокой унификации: основой является
производимый серийно корпус-несущая конструкция, в который вставляется изготовляемая под
определённую задачу, каждый раз разную, «начинка» и который, в случае большого количества
коннекторов, может быть усилен внешним металлическим «экзоскелетом», снабжён
радиатором/вентилятором и пр. Во-вторых появляется всё большее число совершенно разных типов
коннекторов, каждый из которых находит свою область применения
На
наших
глазах
происходит
серьёзное
улучшение
количественных характеристик КУ.
Так
за
полтора
десятилетия
прогнозируется
увеличение
максимального числа коннекторов на
порядок, снижение минимального
шага между выводами в несколько
раз, рост верхней границы частотного
диапазона более, чем на порядок и
значительное повышение верхней
границы рабочей температуры. И всё
это,
подчёркиваю,
для
КУ,
производимых
по
стандартным
доступным технологиям, не для
экстраординарных достижений.
По данным Bishop & Associates Inc (2012)
Бывают КУ за две-три сотни рублей, и бывают КУ за две-три сотни тысяч рублей – это из тех, об
использовании которых в России нам известно, не из области фантастики. Почему КУ так
различаются по стоимости?
Есть ряд параметров (шаг между выводами, максимальный ток, частотный диапазон,
температурный диапазон, число выводов, размер партии, допуски на размеры, конфигурация
расположения выводов ЭРИ), каждый из которых способен варьировать стоимость КУ на 1-2
порядка. Поэтому неудивительно, что наиболее простые КУ для тестирования массовых ЭРИ при
нормальных условиях стоят как комплексный обед, а срочное изготовление заказного КУ для ЭРИ с
большим числом выводов сложной конфигурации с большими допусками для полного
температурного диапазона стоит как автомобиль.
В
настоящее
время
стандартными и относительно
недорогими
методами
реализуются
с
КУ
со
следующими параметрами:




шаг от 0.5 мм
ток до 2 А
полоса пропускания до 3 ГГц
температурный диапазон
от -60 до +150 оС
Стоимость отдельного КУ и срок поставки партии сильно зависят от объёма партии. Нередки
ситуации, когда КУ в единственном экземпляре бывает дешевле и быстрее сделать на заказ, чем
импортировать из-за рубежа. Часто на самые простые КУ поставщиками устанавливается
минимальная партия. Практически нереально импортировать КУ быстрее, чем за месяц, однако
реально за 1-2 недели изготовить мини-партию заказных КУ. Большие партии КУ часто быстрее и
дешевле импортировать
(при условии, что имеются
подходящие модели КУ).
Таким образом, вопреки
распространённому
мнению, на заказных КУ
нередко можно выиграть
по
времени
и
не
разориться. Это особенно
актуально для ОКР, где
размеры
партий
минимальны, а корпуса
зачастую
бывают
с
особенностями.
В заключение резюмируем надёжные и ненадёжные подходы к сокращению стоимости и сроков
подготовки испытательной оснастки.
К ненужным потерям времени приводят:

 заказ оснастки до утверждения
корпуса – вероятно, придётся
переделывать; так, в нашей
практике был случай, когда чуть
увеличенный, по сравнению с
расчётным, диаметр шариков
припоя на корпусе BGA не
позволил
использовать
изготовленные заранее КУ
 самостоятельный
импорт
элементов оснастки; поставщики,
работая
напрямую
с
производителями и заказывая
большие партии, добиваются
скидок и экономят на доставке, а
взаимодействие с таможней –
это отдельное удовольствие,
особенно, если производитель в инвойсе укажет, что коннекторы содержат золото
самостоятельное освоение технологий прецизионной механической обработки, хоть
и увлекательно, но сопряжено с необходимостью привлечения отдельных
специалистов (конструктора, технолога, программиста, оператора станка, сборщика)
и временем на отладку производства, при этом, например, в России не обнаружено
справочников по обработке высокотемпературных пластиков
К лишним тратам денег приводят:


недооценка расходов на испытательную оснастку на этапе планирования (и не все
подразделения готовы поступиться своей прибылью в угоду повышения качества
испытаний, когда финансирование уже получено)
оценка стоимости оснастки только по цене отдельных элементов (КУ, кабелей и пр.)
без учёта стоимости обслуживания
Лучшими подходами являются:




проработка с поставщиком оснастки сразу после утверждения корпуса и
делегирование производства оснастки – позволяют выиграть время
правильный выбор типа корпуса (если такая возможность есть) позволяет применить
менее дорогостоящие решения (например, если увеличить шаг или расположить
выводы удобно)
рассмотрение вопроса оснастки в комплексе, с учётом эксплуатационных и
ремонтных затрат часто позволяет экономить значительные суммы на длительной
перспективе
точное указание условий работы позволяет использовать более подходящие
комплектующие; например, для НУ нет необходимости в дорогих
высокотемпературных коннекторах, и пр.
Вывод: заказ КУ у надёжного подрядчика:
 на серийном производстве – экономит бюджет и освобождает собственные ресурсы,
 в конце ОКР – избавляет от главной головной боли испытаний – создании каждый раз новой
испытательной оснастки