КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД – ОСНОВА ЭФФЕКТИВНОЙ

МОНТАЖ
ПОВЕРХНОСТНЫЙ
ЗАО Предприятие Остек
информационный бюллетень, №5 (85), октябрь 2010
Комплексный подход –
основа эффективной
технологической модернизации
ЧИТАЙТЕ НА СТР. 4
стр. 8
стр. 16
Немного об FLX2011: широкие возможности, компактный дизайн, высокое качество, гибкость и надежность
Пробой от статики - кто виноват, как контролировать
ПОВЕРХНОСТНЫЙ МОНТАЖ
информационный бюллетень, издается с 1991 года
Авторы номера:
Афанасьев Василий Михайлович,
главный специалист отдела проектов
ЦСМП НПРА
Баев Станислав Валентинович,
начальник группы технической
поддержки отдела технологических
материалов
Гафт Станислав Константинович,
технический директор
Иванов Алексей Владимирович,
технический консультант JTAG
Technologies
Ковенский Вячеслав Евгеньевич,
начальник отдела технологических
материалов
Котар Вероника Алексеевна,
главный специалист группы брендинга
отдела маркетинга и рекламы
Липкин Евгений Борисович,
директор ЦСМП НПРА
Тренисов Иван Львович,
генеральный директор ЗАО «АртТул»
СОДЕРЖАНИЕ:
НОВОСТИ
2ЗАО Предприятие Остек и организация прикладных научных исследований
Нидерландов (TNO) подписали соглашение о сотрудничестве
2ЗАО Предприятие Остек подписало эксклюзивное соглашение с французской компанией Sefelec
2ЗАО Предприятие Остек успешно прошло переаккредитацию на право аттестации испытательного оборудования для сферы обороны и безопасности
2Открылся сайт, посвященный международному симпозиуму Асолд
3 ЗАО Предприятие Остек открывает корпоративный блог
3ЗАО Предприятие Остек включено в состав технического комитета по стандартизации «Внешние воздействия» ТК 341 Ростехрегулирование
3 JTAG Technologies: контроллер прямо на тестируемой плате
3Технология ProActiv от компании DEK переписывает правила трафаретной
печати, осуществляя революцию в эффективности переноса паяльной пасты
3 ЗАО «АртТул» нашло решение бережного обращения с компонентами
Обзоры и аналитика
4Комплексный подход – основа эффективной технологической модернизации
Передовые технологии
8Немного об FLX2011: широкие возможности, компактный дизайн, высокое
качество, гибкость и надежность
12 Инновационная технология пайки или что такое NanoFoil?
Обеспечение качества и надежности
16 Пробой от статики – кто виноват, как контролировать
18 Два направления JTAG Technologies
22«Бессвинцовые» автоматы установки компонентов или влияние бессвинцовой технологии на конструкцию автоматов
Оптимизация затрат
26Оптимизация сборочного электронного производства. Современные средства автоматизации ручных операций пайки компонентов, монтируемых в
отверстия печатной платы
Свидетельство о регистрации
в Федеральной службе по надзору
в сфере связи и массовых
коммуникаций ПИ № ФС77-27368
от 05.03.2007 г.
Техническая поддержка
32Многофункциональные материалы – потенциал для повышения эффективности сборочных процессов
36 Библиотека технолога
ЗАО Предприятие Остек, Молдавская ул., д. 5, стр. 2, Москва, Россия, 121467, тел.: (495) 788-44-44, факс: (495) 788-44-42, E-mail: info@ostec-group.ru, Интернет: www.ostec-smt.ru
Бюллетень «Поверхностный монтаж» является корпоративным изданием ЗАО Предприятие Остек. Бюллетень
предназначен для специалистов, занимающихся вопросами разработки и производства электронной аппаратуры.
Бюллетень рассылается БЕСПЛАТНО предприятиям-изготовителям электронной аппаратуры по именной рассылке
без ограничения количества подписчиков от одного предприятия.
Вы можете заказать интересующий Вас номер бюллетеня, а также оформить бесплатную подписку, отправив запрос
по электронной почте info@ostec-group.ru или позвонив по телефону в Москве (495) 788-44-44.
Редакционная группа: Большаков Антон, Волкова Ирина, Есипова Наталья
Уважаемые Коллеги,
Предрекается скорый закат эры бумажных носителей – книг, журналов,
газет. Информация будет распространяться через всемирную паутину
на специальные устройства - «электронные книги». Наблюдая, как в
общественном транспорте за последние полтора года увеличилось
количество читателей электронных книг, в это можно поверить. Вот он,
новый, бурно развивающийся рынок для производителей электроники.
Для меня особо радостно - получить из типографии пахнущий свежей
краской тираж корпоративного журнала, и мне бы хотелось, чтобы вы
испытывали такую же радость, получая новый номер нашего бюллетеня.
Каждый выпуск - это результат большого труда многих людей - от
авторов статей до редакционной группы. В нашей семье корпоративных
изданий в этом году прибавилось еще одно издание. Теперь наряду с
бюллетенями:
«Поверхностный монтаж», для специалистов, занимающихся вопросами
разработки и производства электронной аппаратуры;
«Степень интеграции», для специалистов, занимающихся вопросами
обработки проводов и кабелей;
«Со-Единение», для специалистов производств электронных
компонентов;
два раза в год выходит бюллетень «Печатные платы и покрытия»
для специалистов, занимающихся производством печатных плат,
гальванических и химических покрытий, очисткой сточных вод и
водоподготовкой.
На любое наше издание можно подписаться бесплатно.
Когда именно наступит закат эры бумажных носителей предсказать
сложно, но хочется, чтобы это случилось как можно позже. Ну, а для
приверженцев электронных носителей все наши издания доступны в
электронном виде на сайте www.ostec-group.ru. Там же в сентябре мы
открыли наш корпоративный блог.
Подписывайтесь на наши издания, заходите на наш сайт и полезного
вам чтения!
С уважением,
Антон Большаков
начальник отдела маркетинга и рекламы
НОВОСТИ
ЗАО Предприятие Остек и Организация прикладных научных исследований Нидерландов (TNO)
подписали Соглашение о сотрудничестве
Основная задача соглашения - наладить тесное сотрудничество с
целью более широкого распространения передовых технологий в
российскую промышленность.
Предприятие Остек и организация TNO плодотворно сотрудничают в
течение многих лет в сфере инновационных технологий. На данный
момент стороны совместно работают над рядом проектов, в том
числе в области органической фотовольтаики.
По словам генерального директора ЗАО Предприятие Остек
В.В. Гаршина, подписание соглашения - это продолжение реализации всех устных договоренностей, достигнутых ранее. TNO
насчитывает около 30 научно-исследовательских центров по всей
территории Нидерландов, в которых работают более 4500 научных
сотрудников, центры TNO тесно связаны с голландскими университетами, многие сотрудники организации являются действующими
преподавателями. Ключевые компетенции TNO в перспективных областях электроники: нанотехнологии, печатная электроника (включая фотовольтаику), микрожидкостные устройства, медицинские
системы, разработка оборудования для производства электроники.
Теперь, объединив опыт и знания, Предприятие Остек готово предложить своим Клиентам лучшие решения и технологии для развития их
бизнеса, как на территории России, так и за ее пределами.
ЗАО Предприятие Остек подписало
эксклюзивное соглашение с французской
компанией Sefelec
ЗАО Предприятие Остек подписало эксклюзивное соглашение с французской компанией
Sefelec, входящей в состав
Martek Power Group - мирового лидера в производстве
измерительного оборудования
и преобразователей энергии (преобразователи dc\dc; преобразователи энергии, изготовленные под заказ; системы для контроля
источников энергии).
Продукция компании Sefelec охватывает такие области тестирования
как тестеры электробезопасности (измерение сопротивления заземления, измерение сопротивления изоляции, испытание высоким
напряжением, измерение тока утечки), тестеры жгутов и кабелей
(проверка целостности проводника, измерение сопротивления
изоляции, проверка на пробой), тестеры коммутационных плат
(измерение резисторов, диодов, индуктивностей), высоковольтные
кабельные тестеры (испытание напряжением выше 100 кВ).
2
№5 (85), октябрь 2010
ЗАО Предприятие Остек успешно прошло
переаккредитацию на право аттестации испытательного оборудования для сферы обороны и безопасности
Комиссия ФГУ «32 ГНИИИ
Минобороны России» признала работу специалистов
Предприятия по аттестации
испытательного оборудования
соответствующей требованиям нормативных документов.
На основании решения
комиссии ЗАО Предприятие
Остек выдан аттестат аккредитации сроком на три года.
Значительно расширена
область аккредитации, позволяющая ЗАО Предприятие
Остек проводить первичную
(периодическую, повторную)
аттестацию испытательного
оборудования, воспроизводящего механические и климатические внешние воздействующие
факторы в соответствии с требованиями комплекса стандартов
«Мороз 6» и «Климат 7».
Открылся сайт, посвященный международному симпозиуму Асолд
ЗАО Предприятие Остек открыло сайт международного симпозиума
Асолд. На сайте вы сможете познакомиться с богатой историей
симпозиума, увидеть архивные материалы с 1992 по 1994 годы.
Новейшая история симпозиума берет свое начало с 2008 года, на
сайте вы найдете фото и видео материалы последних мероприятий,
а также доклады участников.
В этом году Асолд пройдет в рамках российской недели электроники, 27-28 октября.
С помощью сайта вы сможете зарегистрироваться на участие,
ознакомиться с программой мероприятия, следить за последними
новостями.
Сайт доступен по ссылке www.asold.ru
Впервые ЗАО Предприятие Остек провело международный симпозиум Асолд в 1992 году. Симпозиум собрал представителей более
100 предприятий, став первым мероприятием такого уровня и
масштаба, направленным на развитие российской радиоэлектроники. Последующие симпозиумы вызывали такой же живой
интерес. Первый после перерыва симпозиум состоялся в 2008
году и собрал представителей порядка 80 передовых производств
нашей отрасли.
Поверхностный монтаж
ЗАО Предприятие Остек открывает корпоративный блог
Общение - это существенная составляющая нашей работы. Для все
большего числа профессионалов и практиков в области производства электроники Интернет становится незаменимым инструментом.
Новая информационная среда диктует необходимость создания новых форм общения специалистов отрасли, и поэтому мы с радостью
объявляем об открытии корпоративного блога Остека.
Корпоративный блог – это площадка, на которой эксперты компании,
профессионалы самого высокого уровня, рассказывают о своей работе
и новостях, высказывают личное мнение о событиях в отрасли и делятся интересными материалами по последним технологиям и бизнесу.
Наш блог расположен по адресу http://blog.ostec-group.ru - заходите
и давайте общаться!
ЗАО Предприятие Остек включено в состав
Технического комитета по стандартизации
«ВНЕШНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ» ТК 341 РОСТЕХРЕГУЛИРОВАНИЕ
ЗАО Предприятие Остек включено в состав Технического комитета
по стандартизации «ВНЕШНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ» ТК 341 РОСТЕХРЕГУЛИРОВАНИЕ. Специалисты Направления испытаний и контроля
Предприятия принимают активное участие в разработке национальных стандартов по организации и проведению испытаний продукции
и аттестации испытательного оборудования.
JTAG Technologies: контроллер прямо
на тестируемой плате
ет: «Мы полностью поддерживаем стремление JTAG Technologies расширить возможности встроенного тестирования за счет проверенных и надежных технологий FTDI. От такого улучшения выигрывают и
поставщики компонентов, и их клиенты».
FTDI Ltd занимает передовые позиции по разработке микросхем для
устройств с USB-интерфейсом более 15 лет, изначально поставляя
устройства для преобразования стандартных протоколов ПК в USB.
Широкий ассортимент компании на сегодняшний день включает в себя
устройства с USB 2.0 и высокоскоростные конверторы, а также новый
хост-интерфейс Vinculum-2-USB с собственным беспошлинным IDE.
Более подробная информация на сайте компании: jtag-technologies.ru
Технология ProActiv от компании DEK переписывает правила трафаретной печати,
осуществляя революцию в эффективности
переноса паяльной пасты
Компания DEK создала ProActiv – революционную технологию, с
помощью которой производители электроники смогут справиться с
трудностями постоянно возрастающей миниатюризации выпускаемых
изделий за счет переписывания правил соотношения площадей трафарета, ограничивающих обычное нанесение пасты трафаретной печатью
в миниатюрные апертуры. Технология ProActiv хорошо подходит для
производителей, имеющих дело с высокоплотными платами и разнообразным составом компонентов, а также со сборками со сверхмалым
шагом выводов компонентов, и дает возможность наносить пасту для
компонентов нового поколения рядом со стандартными, используя
только лишь традиционный процесс печати и трафарет одинаковой
толщины.
ЗАО «АртТул» нашло решение бережного
обращения с компонентами
Компания JTAG Technologies, партнер ЗАО Предприятие Остек, сообщает о
новом решении для разработчиков печатных узлов и систем, желающих
получить удобный способ встроенного контроля тестирования и программирования своих изделий при помощи периферийного сканирования.
Впервые после утверждения стандарта IEEE 1149.1 в 1990 году существующие средства интерфейса USB-JTAG, которые современные
разработчики довольно часто реализуют на своих платах, могут быть
завязаны на профессиональное ПО для периферийного сканирования. В сотрудничестве с FTDI Ltd компания JTAG Technologies сообщает о поддержке микросхем FTDI 2232D и новых FT2232H/4232H
(USB 2.0), позволяющих установить прямое соединение от ПК до
тестируемой платы через стандартный USB-кабель.
Ожидаемая аудитория пользователей данной опции, скорее всего,
будет включать в себя выездных инженеров по ремонту, которые
смогут уменьшить свой «багаж» с инструментами. Комментирует Питер ван ден Эйнден, управляющий директор JTAG Technologies: «Установленные на плату и правильно сконфигурированные, устройства
FTDI работают как обычный JTAG контроллер, который может быть
выбран в меню инструментов нашего программного обеспечения».
Дэниел Маккэфри, менеджер по маркетингу компании FTDI, заявля-
На современных высокотехнологичных предприятиях, работающих в таких областях как производство полупроводниковых
приборов и сборка электроники,
а также в учебных заведениях
и научных лабораториях все
чаще требуется безопасный
захват и удержание компонентов
и деталей. Данную операцию
можно осуществить при помощи вакуумных пинцетов. Ручные вакуумные пинцеты идеальны для работы с SMD компонентами, кристаллами, металлическими и пластиковыми деталями, имеющими гладкую
непористую поверхность. Вакуумные пинцеты непрерывного действия
могут иметь встроенный насос или подключаться непосредственно к
магистрали сжатого воздуха или вакуума, что особенно актуально для
предприятий, имеющих соответствующее оснащение на рабочих местах.
Данное оборудование компактно размещается на рабочем месте и
обеспечивает бесшумную работу.
Широкий диапазон иголок и присосок позволяет работать как с
мельчайшими кристаллами размером от 100 мкм, так и с большими и
тяжелыми оптическими линзами.
В качестве материалов может быть использована силиконовая, проводящая или рассеивающая резина, пластики Дерлин, Торлон, Тефлон,
работающие при температурах от -55 0С до 260 0С. Для полупроводниковой промышленности разработаны специальные пинцеты для работы
в чистых помещениях с кристаллами и кремниевыми пластинами
диаметром до 300 мм.
Совокупность вышеперечисленных факторов позволяет найти любое
специальное решение для безопасного захвата, обращения с компонентами и деталями при помощи эргономичного инструмента, что, в
конечном случае, улучшает условия работы, ее качество и повышает
производительность труда на вашем предприятии.
ЗАО Предприятие Остек
3
Обзоры и аналитика
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД - ОСНОВА ЭФФЕКТИВНОЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ
Вероника Котар
marketing@ostec-group.ru
А
ктивно финансируемые в последние годы процессы технического перевооружения и модернизации
производств электронной и радиоэлектронной промышленностей позволяют говорить о том, что у
руководства страны есть четкое понимание необходимости серьезных реформ. К сожалению, как
правило, техническое перевооружение и модернизация сводятся просто к закупке нового оборудования,
в то время как проект модернизации на несколько порядков более сложная процедура. Чтобы ресурсы
новых производственных мощностей были максимально задействованы и действительно работали на
общее развитие предприятия, необходимо учесть более 100 факторов и рассматривать проект технических и технологических преобразований как стратегию, которая поэтапно выведет производство на
качественно новый уровень. Только комплексный подход гарантирует эффективную технологическую
модернизацию.
влечением профессиональных экспертов в области технологий
Понятие комплексного подхода для российского рынка не являи организации производства. Результатом этого этапа является
ется чем-то новым. Однако не все вкладывают в это понятие едипроект технического перевооружения предприятия со стратегией
ный смысл. Первоначально под комплексностью подразумевали
развития и планом мероприятий по повышению эффективности.
закупку широкого ассортимента оборудования для оснащения
Именно на данном этапе провсех технологических операций
отдельных участков цехов или
Конструктивным шагом предприятия в отноше- исходит оптимизация основных
инвестиций для модернизации.
производств. Еще одно опредении повышения эффективности производства
Сегодня большинство предприление комплексного подхода
может быть проведение предпроектных конятий функционирует в условиях
сводилось к комплексному технологическому решению на уровне салтинговых работ с привлечением профессио- огромных издержек, связанных
нальных экспертов
с несбалансированной работой
Оборудование+Материалы+Технооборудования, конструкторских
логический процесс. В последошибок печатных узлов, несовершенной организации самого
ние несколько лет был разработан новый подход, позволяющий
процесса производства, неотработанных и неэффективных технопредприятиям отойти от решения отдельных краткосрочных задач
логических процессов, недостаточной квалификации персонала.
замены оборудования и начать рассматривать проект модерниПостоянно повторяющиеся типовые технологические дефекты и
зации как стратегию повышения эффективности производства на
последующий ремонт изделий в процессе производства увеличиосновании комплексного подхода по формуле
вают долю ручного труда, снижают уровень качества выпускаеКонсалтинг+Оснащение+Сопровождение (рис. 1). Были разрамой продукции, требуют увеличения количества персонала.
ботаны четкие методологии технологической модернизации, наКонструктивным шагом предприятия в отношении повышения
правленные на прогнозирование максимальной эффективности
эффективности производства может быть проведение предпропроизводств, оптимизацию инвестиций и минимизацию рисков.
ектных работ с привлечением профессиональных экспертов.
Такой подход исключает необоснованные финансовые и временОсновными направлениями деятельности специалистов при
ные затраты, поскольку основным техническим преобразованиям
проведении предпроектных консалтинговых работ (рис. 2) явпредшествует очень важный этап консалтинговых работ с при-
4
№5 (85), октябрь 2010
Поверхностный монтаж
Комплексный подход - основа эффективной технологической модернизации
Рис. 1 Схема комплексного подхода
В ряде случаев предварительный технологический аудит производства во время консалтинга
позволяет отказаться от закупки дорогостоящего
оборудования за счет повышения эффективности
использования существующих мощностей
ляются технологический аудит, анализ дополнительных аспектов
деятельности предприятия и разработка стратегии его развития
на перспективу. Самым первым шагом в рамках этой программы
является оценка ключевых факторов конкурентоспособного производства:
• техническая оснащенность предприятия для качественного
выполнения работ в настоящее время и с учетом изменения
мировых тенденций;
• уровень организации производственного процесса;
• уровень квалификации персонала.
Вторым шагом является детальная оценка существующего потенциала предприятия, включающая анализ текущих задач предприятия, планов его будущего развития, а также всестороннее
исследование выпускаемого изделия, его сложности, серийности, тестопригодности и ремонтопригодности, уровня качества,
планировки помещений для его производства и т.д. Иногда
целесообразно провести максимально расширенную программу
предпроектных работ, которая, в том числе, затронет такие немаловажные факторы деятельности всего предприятия, как:
• внутрицеховая и межцеховая логистика;
• размещение оборудования;
• эргономическая организация рабочих мест;
• управление запасами и закупками комплектующих и готовой
продукции;
• обеспечение контроля качества с профилактическими мероприятиями по предупреждению выпуска бракованной продукции;
• о беспечение ритмичности и беспрерывности выпуска продукции.
В ряде случаев предварительный технологический аудит производства во время консалтинга позволяет отказаться от закупки
дорогостоящего оборудования, так как выявляются возможности
для повышения производительности за счет проведения дополнительного обучения персонала и повышения эффективности
использования существующих мощностей. Основной причиной
их низкой эффективности часто является отсутствие взаимного
соответствия конструкции электронного узла, применяемой в нем
элементной базы, размещения компонентов для обслуживания и
ремонта изделия в процессе эксплуатации и т.д. Такое положение
дел может быть обусловлено тем, что службы главного конструктора предприятий недостаточно внимания уделяют процедуре
разработки или модернизации изделий, или не имеют возможности и ресурсов для таких работ. Встречаются также случаи
несогласованности между разработчиками, конструкторами и
технологами предприятий. Не всегда персонал предприятия в
курсе последних тенденций технологий сборки и подготовки производства. В новую продукцию могут закладываться схемотехнические и программные решения, находящиеся на уровне лучших
мировых образцов, но из-за недостаточного уровня технологической грамотности конечные продукты уступают своим зарубежным аналогам. Поэтому наличие и оценка знаний по современным стандартам и другой нормативно-технической документации
обязательно входит в программу консалтинга.
Также одним из важнейших процессов технологического аудита
является проверка и постановка процесса входного контроля
комплектующих. Анализ применяемых электронных компонентов
на соответствие критериям качества и высокая квалификация
поставщиков компонентов позволяют существенно снизить уровень брака в готовых изделиях.
Сегодня, к сожалению, в системе работы большинства российских предприятий прослеживается инертность и недоверие к
таким нововведениям как консалтинг. Но как бы скептически к
нему не относились на рынке, все понимают, что он дает основание для качественных результатов. Только изучение маркетинговых данных, предварительный всесторонний анализ всех
аспектов деятельности предприятия, выявление и устранение
ЗАО Предприятие Остек
5
Обзоры и аналитика
Рис. 2 Типовая схема предпроектных консалтинговых работ
прогнозируемых источников потерь позволяют создать предпосылки для полноценной модернизации предприятия и повышения
его производительности (рис. 3). Итогом консалтинга является
концепция развития предприятия, которая определяет:
• наиболее эффективный технологический процесс;
• оптимальные состав и конфигурацию оборудования;
• требования к помещениям и персоналу;
• технологические планировки.
Несмотря на то, что в некоторых случаях существенных результатов по повышению эффективности производства можно
добиться за счет развития
имеющихся производственных мощностей, чаще всего
полноценная технологическая модернизация невозможна без масштабного технического перевооружения.
Сегодня, по оценкам аналитиков, износ основных производственных фондов предприятий российской отрасли
электронной промышленности
превышает 75%. Переоснащение – основной путь, с помощью которого предприятие
может решить вопрос своей
низкой конкурентоспособности. И здесь проблему нельзя
решать по частям, поскольку
производственный процесс
– это система, состоящая из
технически и технологически
взаимосвязанных элементов, совершенствование
которых нужно проводить
тоже комплексно. Частичная замена оборудования
в общей морально и физически устаревшей цепочке
производственного цикла
положительных результатов не
приносит, иногда эта тактика
идет даже в ущерб общей
эффективности производства.
Такие предприятия начинают
функционировать как старый
советский автомобиль, которому установили новый, более мощный, современный двигатель.
Общая цепочка узлов машины просто не способна работать с
дополнительной нагрузкой от более совершенного механизма. В
результате высокий КПД нового двигателя не востребован из-за
общего низкого уровня всей системы и приводит к ее постепенному разрушению. Только системный подход в вопросе переоснащения производств – залог оптимизации инвестиций на закупку
нового современного оборудования, сокращения издержек и повышения прибыли предприятия. Этап оснащения сопровождается
обязательным комплексом работ: шеф-монтаж, пуско-наладочные
Рис. 3 Производительность предприятия по итогам комплексного проекта повышения эффективности
6
№5 (85), октябрь 2010
Поверхностный монтаж
Комплексный подход - основа эффективной технологической модернизации
Рис. 4 Факторы эффективного производства
Рынок электронной промышленности развивается очень быстрыми темпами, поэтому полноценная программа технологической модернизации подразумевает планомерный процесс
повышения квалификации персонала
работы, отработка технологических процессов, разработка и
оптимизация рабочих программ, обучение персонала работе с
новым оборудованием.
Новое оборудование добавляет новые требования по таким
аспектам функционирования производства как подготовка помещений, создание и поддержание требуемых климатических
условий, оснащение рабочих мест и обучение персонала. Это
также важные задачи в решении вопроса технологической
модернизации, значимость которых не стоит принижать. Иногда,
технологический аудит выявляет полное несоответствие старого производственного помещения требованиям эксплуатации
нового оборудования. В этом случае предприятию рекомендуется
полная реконструкция существующих площадей или переезд в
новые. При этом решающими являются вопросы времени, минимизация финансовых рисков и оптимизация затрат, и их важно
доверить только профессионалам с большим опытом в области
логистики и организации
переездов производств. Обработка и хранение крупногабаритных, тяжеловесных и
дорогостоящих грузов требует
особой компетенции. Эти
моменты учитываются еще
на этапе выбора поставщика
оборудования, который не
только снизил бы издержки
по доставке нового оборудования, но и имел отлаженную
систему оперативной поставки
и хранения материалов и запчастей, выполнял гарантийные
обязательства по сервисному
обслуживанию оборудования.
Производство радиоэлектронного оборудования – это
сложная, постоянно функционирующая система, которая
требует регулярного технического контроля и анализа
технологической составляющей. Здесь также имеет
значение системный подход.
Если говорить о минимальнодостаточном комплексе работ
по сохранению достигнутого
уровня эффективности, то это
своевременное сервисное
обслуживание оборудования и
обучение работе с ним технического персонала.
Рынок электронной промышленности развивается очень
быстрыми темпами, поэтому
полноценная программа технологической модернизации
и построения эффективного
производства подразумевает планомерный процесс повышения
квалификации персонала, его аттестацию, регулярный технологический аудит, своевременное техническое и технологическое
переоснащение. Для обучения персонала существуют специально
разработанные программы семинаров и обучающих курсов, на
которых отдельное внимание уделяется формированию у специалистов нового отношения к выполнению их работы и производству более качественной продукции. Высококвалифицированные специалисты, нацеленные на эффективный результат – вот
основной ресурс компании, готовой повысить свою конкурентоспособность на рынке.
Выработанная технология комплексного подхода (рис. 4) зарекомендовала себя как наиболее эффективный путь проведения
технологической модернизации в такой стратегически важной
для России сфере, как область высоких технологий. Опыт десятка
предприятий, которые уже реализовали проекты модернизации,
дал возможность сформировать типовые комплексные решения
переоснащения производств для каждого из направлений отрасли, а также разработать общие концепции их развития, основанные на комплексной оценке всех факторов создания конкурентоспособного предприятия. Принятая методология комплексного
подхода для приумножения эффективности производств является
дополнительным шагом в сторону развития всей российской
электронной и радиоэлектронной промышленности.
ЗАО Предприятие Остек
7
ПЕРЕДОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Немного об FLX2011: широкие возможности,
компактный дизайн, высокое качество,
гибкость и надежность
Василий Афанасьев
lines@ostec-group.ru
Большая номенклатура изделий и небольшие производственные
партии – вот типичный пример современного производства. В таких
условиях ключевым фактором является быстрота переналадки автомата при переходе с одного изделия на другое. Это, в свою очередь,
достигается возможностью установки на базу автомата большого
количества типономиналов компонентов, функцией автоматического
распознавания питателей и удобным программным обеспечением.
Немаловажную роль играет скорость, точность и повторяемость
установки компонентов и собственно диапазон устанавливаемых
компонентов. А наличие интеллектуальных инструментов планирования, документирования и отслеживания производства в сочетании
с упомянутыми выше требованиями, делает автомат максимально
гибким и оптимальным для мелкосерийного многономенклатурного
производства. Опыт производителя, компании Essemtec, поставившего более 1000 автоматов установки компонентов по всему миру,
помноженный на швейцарское качество, позволил спроектировать
уникальное оборудование, воплощающее в себе все перечисленные
условия – автомат FLX2011 - самый универсальный автомат установки компонентов для мелкосерийного производства (рис. 1).
Рис. 1 Универсальный автомат установки компонентов для мелкосерийного
производства FLX2011
8
№5 (85), октябрь 2010
Немного о модельном ряде
Знакомство с FLX2011, пожалуй, стоит начать с рассмотрения возможных конфигураций автомата. Его модульность позволяет выбрать
комплектацию, необходимую под конкретные требования (рис. 2).
В частности, FLX2011 может быть в автономном или конвейерном
исполнении, состоять из нескольких сборочных модулей, а также
иметь увеличенную станину (FLX2011-L). В последнем варианте
количество устанавливаемых на автомат типономиналов компонентов может достигать 310, а размер печатной платы при этом 700 на
600 мм!
Немного о программном обеспечении
Программное обеспечение FLX2011 – мощный инструмент управления автоматом. Вся информация представлена в графическом виде.
Сложные программные данные отображены в виде анимационных
картинок, в том числе в виде изображений платы и компонентов с
реальными размерами, геометрией и полярностью (рис. 3).
Программное обеспечение создания программ конвертирует
данные из CAD в рабочую программу из любой системы проектирования за считанные секунды. Библиотека корпусов компонентов
включает в себя более 300 самых популярных образов и типоразмеров корпусов. Мастер создания новых корпусов помогает легко
и просто создавать новые компоненты на базе уже имеющихся. Для
подготовки рабочей программы с использованием CAD данных достаточно текстового файла с указанием координат центров устанавливаемых компонентов и типов корпусов.
Внесение изменений в программу возможно простым кликом
мышки, например, поворот, зеркальное отображение, смещение
или удаление компонента.
При создании программ в режиме обучения образ компонента
отображается на мониторе так, чтобы оператор мог совместить его
с контактными площадками на плате. Это значительно сокращает
время подготовки рабочих программ.
Рабочие программы для автоматов серии FLX2011 могут создаваться как непосредственно на автомате, так и с использованием CAD
данных в автономном (off-line) режиме во время работы автомата.
Это позволяет не останавливать производственный процесс. Производительность максимальна, время на переналадку – минимально!
Модуль удалённой поддержки позволяет осуществлять удалённый
доступ к автомату по сети Интернет. Это означает, что при возникновении вопросов оператор может связаться с техническим специалистом (сервисным инженером), и после выполнения нехитрой про-
Поверхностный монтаж
Немного об FLX2011: широкие возможности, компактный дизайн,
высокое качество, гибкость и надежность
Рис. 2 Варианты исполнения автоматов серии FLX2011
цедуры на мониторе сервисного инженера появится изображение
окна программного обеспечения автомата в реальном времени для
проведения диагностики. То есть оператор, руководствуясь инструкциями по телефону, может самостоятельно устранить проблему, не
тратя время на ожидание сервисного инженера.
Еще немного о программном обеспечении
Программное обеспечение FLX-MIS (Management information system)
(рис. 4) предназначено для работы с автоматами серии FLX, с целью
оптимизации производства и снижения издержек. Оно включает
базу данных по изделиям в реальном времени для отслеживания
проведенных работ и управления складом. MIS состоит из нескольких программных модулей. Каждый модуль предназначен
для определенной задачи и может использоваться независимо от
других. Модули реализуют следующие функции:
• симуляция процесса и оптимизация работы;
• управление складом;
• планирование;
• отслеживание и хранение статистики о проделанной работе.
Данное ПО – это многофункциональный инструмент для увеличения
производительности, снижения количества переналадок и обеспечения высокой гибкости работы производственной линии.
FLX-MIS используется для достижения следующих целей:
• снижение издержек;
• увеличение производительности;
• оптимизация процессов переналадки;
• обеспечение максимальной гибкости;
• отслеживание и документирование произведенных работ.
Все модули, входящие в пакет MIS, собирают и рассчитывают информацию, касающуюся процесса сборки печатных узлов. В основе
работы программы лежит четкая идентификация всех элементов,
участвующих в процессе. MIS имеет открытый интерфейс для
коммуникации и обмена данными с существующими программами
управления предприятием и складами по локальной сети.
Рис. 3 Окно графического программного обеспечения FLX
Рис. 4 Приложение MIS
Немного о переналадке
Для многономенклатурного производства время перехода с одного
изделия на другое - один из ключевых факторов, влияющих на себестоимость изделия. Концепция автоматов позволяет снизить подобные
издержки. В автомат FLX2011 можно установить питатели под более,
чем 180 типономиналов компонентов, а в FLX2011-L – более, чем 310.
Такое количество достигается за счет использования специальных блоков питателей. Каждый установленный на базу блок питателей определяется автоматически. Его статус, например, «готов», «пустой» или «не
задействован» индицируется светодиодами. Блоки питателей имеют
чрезвычайно легкий вес и могут быть без проблем сняты или заменены
в процессе работы автомата (рис. 6). Все блоки, в том числе для лент
и пеналов, являются интеллектуальными. Их расположение на базе
автомата определяется автоматически, что позволяет экономить время
при подготовке автомата к работе, и отображается на экране монитора,
так же, как и наличие компонентов в питателях. Другая особенность
питателей автомата FLX2011 - это программируемый шаг подачи ленты.
Это означает, что один и тот же питатель может быть использован как
для ленты с шагом 4 мм, так и, например, с шагом 2 мм.
FLX2011 не требует специальной переналадки при изменении
конструкции печатного узла: вся работа заключается в элементарном перемещении магнитных держателей платы в зоне сборки под
необходимый размер (рис. 5). Более того, в зоне сборки может быть
одновременно установлено несколько различных печатных узлов,
которые автомат будет собирать в одно и то же время!
Огромное количество питателей, плюс возможность их замены в
процессе работы, создание рабочих программ в процессе работы
автомата над другим изделием, возможность установки нестандартных компонентов, возможность использования сканера штрих-кодов
для присваивания определенного номинала конкретному питателю
– все это ключевые факторы, положительно влияющие на эксплуатационные показатели, позволяющие снизить временные и финансовые издержки при переходе с одного изделия на другое.
ЗАО Предприятие Остек
9
ПЕРЕДОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 5 Подстройка держателей ПУ в автономном или в конвейерном автомате под
разные размеры плат чрезвычайно проста и не требует дополнительных инструментов
Рис. 7 Стандартные питатели для лент, пеналов, поддонов, обрезков
Рис. 8 Установка светодиодов
Рис. 6 Перезарядка питателей возможна в процессе работы автомата. Пополнение
компонентов возможно непосредственно на базе, при сдвиге питателя в безопасное место
Еще немного о питателях
Благодаря своей гибкой концепции (используемых типов питателей),
на автомате FLX 2011 могут быть реализованы нестандартные задачи Клиента. Любое независимое устройство, установленное на базу
автомата, может быть распознано как питатель. Как упоминалось,
стандартные питатели доступны для лент, пеналов или поддонов. Для
ленты шириной от 8 до 72 мм могут использоваться питатели (рис.
7) индивидуальные либо в блоках. Для поддонов могут использоваться различные питатели, в том числе устройства автоматической смены поддонов. Вибропитатели из пеналов универсальны и
подходят под любые типы микросхем. Питатели из обрезков лент
наиболее удобны для сборки прототипов. Они имеют регулируемые
направляющие для подстройки под разную ширину лент.
По специальному заказу могут быть разработаны нестандартные питатели, например, под штыревые светодиоды (рис. 8), COB, металлические
мембраны, кристаллы (рис. 9), штыревые разъемы или для россыпи
компонентов – это лишь часть ранее реализованных проектов.
Немного о точности от мировых лидеров
Все автоматы FLX оборудованы эффективной системой лазерного
центрирования “на лету”, которая вносит поправки перед установкой
компонента при движении от питателя до места установки (рис. 11).
Эта прецизионная система также определяет отсутствие компонента
на насадке или некорректный захват компонента (например, чипкомпонент взят вертикально).
Дополнительная СТЗ построена на базе камеры SMD4 от мирового
лидера на рынке – фирмы Cognex (рис. 12). В данных СТЗ применены последние технологии для сверхточного распознавания
и центрирования компонентов с малым шагом, в том числе µBGA
и компонентов нестандартной формы. Уникальные возможности
позволяют за секунды программировать такие компоненты с целью
распознавания камерой.
10
№5 (85), октябрь 2010
Рис. 9 Установка кристаллов
Благодаря использованию самых современных систем центрирования, а также сверхточной системе приводов, FLX2011 способен
осуществлять монтаж широкой гаммы компонентов: от самых
миниатюрных на сегодняшний день чипов 10005 до микросхем с
размерами корпуса до 50х50 мм и шагом выводов 0,3 мм.
Немного о дозировании
Автоматы серии FLX могут быть оснащены пневматическим или
шнековым дозатором для нанесения клея и паяльной пасты, а также
двумя дозаторами одновременно (рис. 13). Дозаторы монтируются
на установочной головке, причем установлены они могут быть уже
на территории заказчика в процессе эксплуатации автомата.
Для нанесения материала не требуется дополнительного программирования. Все данные по координатам точек пасты/клея заложены
в библиотеке компонентов. При созданной программе установки
компонентов, программа дозирования генерируется автоматически.
Рис. 10 СТЗ для считывания реперных знаков
Поверхностный монтаж
Немного об FLX2011: широкие возможности, компактный дизайн,
высокое качество, гибкость и надежность
Рис. 11 Лазерная система центрирования «на лету»
Рис. 13 Дозаторы смонтированные на установочной головке
можностях FLX2011 чрезвычайно компактен. Занимаемая основанием автомата площадь всего 92х92 см, что позволяет устанавливать его практически в любом помещении.
Таблица 2 Основные технические характеристики FLX2011
Параметр
Рис. 12 СТЗ фирмы Cognex для центрирования и инспекции компонентов
Автомат FLX, оснащенный системой дозирования - это чрезвычайно
эффективное решение для сборки прототипов и экономичное с точки
зрения рационального использования производственных площадей.
Немного об исключении ошибок
Основные источники ошибок при автоматизированной сборке - это
ошибки операторов при подготовке автомата к работе. Использование
сканера штрих-кода позволит, во-первых, быстро и удобно создавать
рабочие программы, а во-вторых, исключит ошибку при присваивании какого-либо типономинала конкретному питателю. А с опцией
верификатора FLX-CVU перед установкой на плату могут быть измерены
электрические параметры дискретных компонентов, что сводит вероятность брака в случае ошибки оператора или поставки некачественных
ЭРИ к нулю. Для верификации компонентов, упакованных в ленту,
например, после смены катушки или смены программы, заданное их
количество автоматически переносится к системе верификации и тестируется между двумя электрическими контактами (рис. 14). Проверка
компонентов осуществляется с высокой точностью и скоростью. Только
после успешной проверки компонент устанавливается на плату.
Опция FLX-CVU также может быть установлена на автомат на территории Клиента.
Таблица 1 Спецификация
Компонент
Резистор
Конденсатор
Индуктивность
Диод
Диапазон
Погрешность
0,01мОм – 90 МОм
± 0,5%
10пФ – 9F
± 2,5%
0,1 нГн-90 Гн
± 5%
FLX2011-V
FLX2011-LV
Максимальная скорость
установки
6000 компонентов в час
6000 компонентов в час
Скорость установки согласно IPC9850
5100 компонентов в час
5100 компонентов в час
180 (190 без нижней СТЗ)
300 (310 без нижней СТЗ)
01005-50х50 мм
01005-50х50 мм
Точность установки
< 20 мкм
< 20 мкм
Минимальный шаг
выводов
0,3 мм
0,3 мм
Минимальные
габариты ПП
25 х 25 мм
25 х 25 мм
Максимальные
габариты ПП
400 х 300 мм
450 х 350 мм (при уменьшении числа позиций для
питателей)
700 х 600 мм
Количество позиций для 8
мм питателей
Диапазон устанавливаемых компонентов
750 х 650 мм (при уменьшении числа позиций для
питателей)
Занимаемая площадь (без
зоны обслуживания)
92 х 92 см
123 х 123 см
Заключение
Модель FLX2011 была выпущена совсем недавно, в 2009 году, но
уже успела доказать свою востребованность. Подтверждением тому
является ряд крупнейших отечественных предприятий, специализирующихся, в том числе, на изготовлении спецтехники, уже ставших
обладателями данного автомата. В качестве основных критериев
сыгравших роль при выборе в пользу FLX2011, были скорость переналадки, высокая точность монтажа и большое количество типономиналов компонентов, устанавливаемых одновременно.
Полярность
И еще немного об FLX2011
Конструкция FLX2011 оказалась настолько удачной и эффективной,
что на её базе разработчики компании Essemtec реализовали несколько дополнительных проектов:
• автомат монтажа кристаллов FLX2011CVD;
• автомат монтажа металлических мембран на гибкие основания
(для изготовления мембранных клавиатур) FLX2011-MK;
• автоматический программатор и многое другое.
Дополнительно хочется отметить, что при всех своих широких воз-
Рис. 14 Станция измерения номиналов
ЗАО Предприятие Остек
11
ПЕРЕДОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Инновационная технология пайки
или что такое NanoFoil?
Станислав Баев
materials@ostec-group.ru
П
еред выставкой ЭлектронТехэкспо 2010 ЗАО Предприятие Остек представило в России новую
технологию пайки NanoBond®, и после этого у российских производителей и разработчиков
электроники появилось много вопросов:
Что это за технология?
Что за материал?
Что спаивает?
Какое оборудование необходимо?
И так далее… много, много вопросов…
Данная статья посвящена ответам на большинство из этих вопросов.
Итак, давайте начнем с ответа, наверное, на самый актуальный вопрос: что такое NanoFoil?
NanoFoil – фольга, состоящая из тысяч нанослоев алюминия (Al)
и никеля (Ni), которые реагируют экзотермально, когда подается
импульс энергии. Активируясь, фольга создает и поддерживает
реакцию, она действует как быстрый и управляемый, ограниченный
12
№5 (85), октябрь 2010
по области воздействия источник высокой температуры (реакция
сопровождается выделением большого количества тепла), который
расплавляет прилегающие слои припоя, соединяя компоненты
вместе. Этот процесс называют NanoBond®. При этом не возникает
необходимости нагревать всю сборку для осуществления процесса
пайки, что позволяет соединять компоненты с различными КТР без
возникновения существенных термомеханических напряжений.
Процесс NanoBond® может применяться в любых задачах, где
соединение осуществляется с помощью припоев. Компанией Indium
проведены успешные испытания для пайки отдельных компонентов,
сборки печатных плат, монтажа теплоотводов и крепления больших
разъёмов. Технология NanoBond® обладает следующими преимуществами:
• пайка при комнатной температуре;
• пайка, которая не требует нагрева всего изделия;
• пайка в течение долей секунд;
• пайка без необходимости создания специальной атмосферы.
Теперь, когда мы знаем, что это за технология, рассмотрим процесс пайки с использованием технологии NanoBond® по шагам и
разберем каждый шаг процесса подробно, чтобы ответить на все
вопросы.
Поверхностный монтаж
Инновационная технология пайки или что такое NanoFoil?
Процесс NanoBond®
Шаг 1: Вырезанная под нужную форму фольга NanoFoil (как и чем
вырезать фольгу под необходимый размер и технологию этой операции мы рассмотрим позже) аккуратно помещается между двумя
поверхностями, которые нужно соединить при помощи пайки.
A. Е сли спаиваемые по технологии NanoBond® поверхности не покрыты припоем, то необходимо использовать припой для пайки в
виде преформы или фольги.
Рис. 1 Паяное соединение, выполненное с использованием фольги NanoFoil
B. П
айку с использованием фольги NanoFoil можно реализовать без
дополнительного припоя, если соединяемые поверхности покрыты припоем (облужены).
Рис. 2 Активация фольги NanoFoil
равномерно распределиться и полностью смочить спаиваемые
поверхности. Например, при использовании компонентов, предварительно покрытых индием, при пайке необходимо приложить
давление 3,52 кгс/см2. Не рекомендуется снимать давление до
окончания процесса пайки.
Для технологии NanoBond® используются припои с температурой
плавления до 350оС. Максимальная площадь пайки – 1м2, установлена в лаборатории корпорации Indium в ходе последних экспериментальных работ.
Шаг 2: Подготовка поверхностей. Спаиваемые поверхности должны
быть плоскими, ровными, паралельными и чистыми. Когда спаиваемые поверхности предварительно покрыты припоем, желательно удалить с поверхностей оксидную пленку механически или
химически. Для удаления оксидной пленки, как правило, достаточно
10% раствора соляной кислоты.
Шаг 3: Точное совмещение спаиваемых поверхностей и приложение давления в течение технологического процесса обеспечивают
хорошее качество пайки.
Для обеспечения полного и качественного смачивания спаиваемых поверхностей важно точно совместить преформы из припоя,
NanoFoil и спаиваемые поверхности. Также необходимо приложить
давление на компоненты – это позволит расплавленному припою
NanoFoil – фольга, состоящая из тысяч
нанослоев алюминия (Al) и никеля (Ni), которые
реагируют экзотермально, когда подается
импульс энергии
Шаг 4: Активация NanoFoil
Фольга NanoFoil активируется локальным небольшим импульсом
энергии, который может быть создан практически любым источником энергии: оптическим, электрическим или термальным.
Воздействие энергетического импульса на NanoFoil порождает химическую реакцию, сопровождающуюся выделением необходимого
количества тепловой энергии для расплавления припоя и пайки.
После прохождения химической реакции в месте пайки остается
соединение Al/Ni, перемешанное с припоем.
Теперь, зная, как происходит процесс NanoBond® по шагам, мы
можем разобраться, какое оборудование необходимо для его
реализации.
Рис. 3 Цифровой калибровочный пресс со столиком-подставкой, регулируемым по
высоте
ЗАО Предприятие Остек
13
ПЕРЕДОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 4 Инструмент для активации
Рекомендуемое оборудование
Ниже приведен список оборудования, которое может использоваться для процесса NanoBond®. Оборудование может быть заменено
эквивалентным, например, активация NanoFoil может быть произведена с помощью лазера, а не электрическим источником энергии.
Оборудование:
• ц ифровой калибровочный пресс со столиком-подставкой, регулируемым по высоте;
• инструмент для активации;
• пластиковый или металлический пинцет.
Так выглядит набор оборудования, необходимый для процесса
NanoBond®, конечно, жестких требований к нему нет. Но помните,
что для правильного протекания процесса пайки по данной технологии необходимы давление и энергия, активирующие NanoFoil, а
главное – сама фольга NanoFoil, вырезанная по строго определенной форме и размеру. Поэтому самое время описать технологию
резки фольги NanoFoil и инструмент.
Резка NanoFoil®
Для резки фольги NanoFoil нам пригодятся средства индивидуальной защиты, а именно: кожаные перчатки и защитные очки.
Также для резки нам потребуется следующее оборудование:
• стеклорез с алмазным резаком;
• уголок;
• линейка;
• антистатическая защита.
Рис. 6 Процесс резки фольги NanoFoil
А теперь, когда есть все необходимые инструменты и рекомендуемые средства индивидуальной защиты, мы также по шагам рассмотрим порядок действий при резке NanoFoil.
1. О
тмерить и разметить лист фольги NanoFoil по необходимому размеру и форме. При разметке рекомендуется добавлять небольшой допуск – это гарантирует, что NanoFoil перекроет место пайки
и компенсирует потери при резке. Необходимо обязательно
предусмотреть открытую (выступающую или легкодоступную) часть
фольги, через которую удобно провести активацию.
2. Теперь найдем место, где будем резать NanoFoil - выберем
правильную поверхность или подложку. Место для резки – это,
конечно, устойчивый стол, а вот в качестве поверхности рекомендуется использовать пластиковый антистатический коврик. Вот
тут пригодятся пластиковый уголок или линейка, их очень удобно
использовать, чтобы стеклорез двигался точно по линии.
3. Стеклорез помещается в начало линии разметки и ведется вдоль
неё.
4. Уголок или линейку нужно плотно прижимать к NanoFoil, для того
чтобы при резке не возникало смещения, но не слишком сильно,
иначе можно повредить фольгу.
5. Иногда может понадобиться больше, чем один проход стеклореза
до полного разреза фольги NanoFoil.
Для правильного протекания процесса пайки
по данной технологии необходимы давление и
энергия, активирующие NanoFoil, а главное –
сама фольга NanoFoil
Теперь, когда фольга NanoFoil вырезана и имеет необходимый
размер, спаиваемые поверхности подготовлены, и мы знаем, какое
оборудования для процесса NanoBond® нам понадобиться, давайте
Рис. 5 Разметка фольги NanoFoil для резки
14
№5 (85), октябрь 2010
Поверхностный монтаж
Инновационная технология пайки или что такое NanoFoil?
рассмотрим все возможные варианты активации фольги NanoFoil и,
возможно, выберем более подходящий вариант под свой технологический процесс или убедимся, подходит ли в данном случае
имеющееся оборудование.
Активация NanoFoil
Активация фольги NanoFoil – это самая важная и ответственная
часть процесса NanoBond® и, конечно, она вызывает больше всего
вопросов. Поэтому мы рассмотрим все виды активации,
начав с активации электричеством:
• Чтобы активировать фольгу нужен кратковременный точечный
контакт с источником тока минимум 5 В и 10 А, при этом ток короткого замыкания для активации фольги должен быть 100-120 А для
контактов диаметром 15 мкм и 250-300 А для контактов диаметром
300 мкм.
Рис. 7 Состав испытательного набора NanoFoil
Активация лазером
Ниже приведена таблица условий для различных типов лазеров,
которые подходят для активации NanoFoil.
Таблица 1 Условия для различных типов лазеров, подходящих для активации
NanoFoil
Тип лазера
YAG – лазер длина
волны 1064нм,
импульсный
YAG – лазер длина
волны 1064нм,
импульсный
YAG – лазер длина
волны 1064нм,
импульсный
Лазер на углекислом газе: 200W,
длина волны 1060
нм, непрерывный
IPG: 100W, длина
волны 1085 нм,
непрерывный
IPG: 50W, длина
волны 1085 нм,
непрерывный
Длительность
импульса
(сек)
Диаметр светового пятна
(мкм)
8x10-9
100
Действующее [эффективное]
значение
мощности
импульса
(мДж)
>300
8x10-9
50
>50
8x10-9
10
>10
3x10-4
100
-
1x10-4
50
-
5x10-4
100
-
NanoFoil может активироваться от многих других источников энергии, выделяющих большое количество тепла, таких как ИК-лампы
или открытое пламя.
• NanoFoil активируется при нагревании до 200°C или с помощью
любого способа нагрева, который будет увеличивать температуру
фольги с градиентом 200°C/мин.
Примечание: При меньшем градиенте роста температуры нагрева энергии будет недостаточно для начала стабильной реакции в
NanoFoil и паяное соединение будет некачественным.
Теперь, наверно, остался только один вопрос, практический: «Как
опробовать процесс NanoBond® на практике для решения своей
технологической задачи?» Именно для решения этого вопроса
корпорация Indium разработала специальный испытательный набор
NanoFoil для опробования и отработки технологии.
Испытательный набор состоит из:
• батарея (9 В) и выводы, которыми будет удобно активировать
NanoFoil,
• металлический пинцет;
• стеклорез с алмазным резаком;
• 4 покрытых оловом медных пластины;
• руководство пользователя NanoFoil + видеодемонстрация;
• зажимы для обеспечения давления и надежной фиксации пластин;
• 6 кусочков фольги NanoFoil NF40 размером 2,5 мм x 2,5 мм
(толщина 40 микронов).
Немного об использовании Испытательного набора NanoFoil.
1. Аккуратно пинцетом возьмите один из кусочков фольги и поместите его между двумя медными покрытыми оловом пластинами.
Поместить фольгу надо так, чтобы остался небольшой кусочек, доступный для начала активации. Медные пластины кладите аккуратно,
не бросайте – это может вызвать активацию.
2. Используйте зажимы из набора для фиксации пластин между собой и для создания необходимого давления.
3. Поместите подготовленный пакет на устойчивую поверхность, желательно из неподдерживающего горения материала, и активируйте
фольгу NanoFoil, коснувшись ее открытой поверхности одновременно двумя проводниками, присоединенными к батарейке 9 В.
Проведя опытную работу с этим набором, вы получите практический
опыт работы с технологией NanoBond® и оставшиеся образцы фольги NanoFoil направите на решение Вашей конкретной задачи.
Дополнительную информацию по NanoFoil, а также по всем материалам, производимым корпорацией Indium, можно получить по телефону:
(495) 788-44-44 (отдел технологических материалов) или по электронной почте materials@ostec-group.ru. При желании Вы можете приобрести
Испытательный набор NanoFoil или саму фольгу NanoFoil NF40-A1.
ЗАО Предприятие Остек
15
Обеспечение качества и надежности
Пробой от статики – кто виноват, как контролировать
Иван Тренисов
info@arttool.ru
Р
оссийские предприятия радиоэлектронной промышленности всё больше внимания уделяют
защите изделий от влияния статического разряда в ходе произодства. Эти вопросы становятся
акутальнее день ото дня, т.к. размер компонентов уменьшается, а чувствительность к статическим
разрядам увеличивается. Организация работоспособной защиты изделий от статики на производстве –
это процесс, требующий участия практически всего персонала предприятия: от высшего руководства до
рядового сотрудника. Он включает в себя обширную подготовительную программу, анализ проблемных
мест, разработку методов, методик и средств по защите.
Статическое электричество – это постоянный спутник деятельности
человека, оно окружает нас практически везде и всегда. Любое
движение вызывает образование статического заряда – движение
плотных слоев атмосферы, конвекционные потоки, насыщенные водяным паром, приводят к образованию статического электричества
в атмосфере, в результате чего образуются молнии. На бытовом
уровне мы каждый день встречаемся с явлениями статики: расчёсывание волос, процесс снятия/надевания одежды и т.п.
Разница лишь в том, что на производстве электростатический разряд – это убийца, который безжалостно и без разбора уничтожает
Ваши изделия и Вашу репутацию.
Зачастую повреждение не выводит компонент полностью из строя
– дефектное изделие при контроле может показать характеристики,
находящиеся в допустимых пределах. Проявляется дефект, когда
модуль начинает эксплуатироваться в регулярном рабочем режиме,
либо устройство просто перестает работать по прошествии небольшого промежутка времени.
Что же нужно сделать, чтобы быть уверенным в качестве своих изделий? Как сохранить свою репутацию, свое время и нервы?
Для решения данной проблемы необходим комплексный подход,
учитывающий все звенья цепи, которую проходит компонент: от
момента попадания на производство до того, как готовое изделие
покидает его территорию.
Все операции (такие как входной контроль, комплектовка, все
технологические операции, монтаж, ремонт, регулировка и т.п.)
должны проводиться с учетом требований по защите от статического
электричества.
Персонал – это ключевая фигура в вопросах защиты от статического
электричества. Основной способ образования заряда – трибоэлектрика. В этом случае статика возникает в результате разделения
поверхностей. Персонал постоянно двигается, любое, даже малозначительное движение – это образование статического заряда
на человеке. Он же является основным виновником повреждения
изделий, т.к. чаще всего персонал пренебрегает и не соблюдает
правила защиты от статики, поэтому является носителем заряда.
16
№5 (85), октябрь 2010
Защита от статического электричества – это комплекс мер, регламентирующий методы и средства, направленные на защиту элементов (изделий), чувствительных к электростатическому разряду. Если
есть разработанная программа защиты, то необходимо оценить,
как она работает и работает ли вообще, или существует лишь на
бумаге. Для этого нужно проводить обучение персонала и проводить
постоянный контроль за средствами защиты на предмет выполнения
всех норм и правил.
На производстве электростатический разряд –
это убийца, который безжалостно и без разбора
уничтожает Ваши изделия и Вашу репутацию
Рис. 1 Тестер браслетов заземления и обуви
Поверхностный монтаж
Пробой от статики – кто виноват, как контролировать
Рис. 2 Ножной электрод
Основными пунктами введения программы по защите от статического электричества на предприятии являются:
• принятие решения на верхнем уровне управления о введении
программы по защите от статики;
• назначение и обучение координатора (лица, отвечающего за разработку и работоспособность программы по защите от статики);
• проведение систематического осмотра всех участков производства, через которые проходит изделие, чувствительное к ЭСР*, в
ходе производственного цикла;
• разработка программы по защите от статического разряда;
• оценка и выбор материалов для защиты от ЭСР;
• разработка списка годной продукции и оценка ее стоимости;
• установка всех средств для защиты от ЭСР;
• проведение обучения персонала;
• проведение периодического аудита во избежание нарушения
требований программы ЭСР - защиты, выявления слабых мест и
разработки корректирующих мероприятий;
• пересмотр программы для идентификации и устранения оставшихся проблем со статикой.
Персонал, как мы уже сказали, является основным источником
поражения изделий статическим разрядом. Поэтому одно из самых
важных условий – это донести до сотрудников необходимость и
обязательность соблюдения всех норм по защите от статики. Когда
прописаны все процедуры, когда закуплены все необходимые аксессуары – вся выстроенная на бумаге система может не действовать
лишь от нежелания, либо не понимания персоналом своей роли в
этом важном процессе.
Рис. 3 Тестер PGT2000
корректно работали оба ботинка (либо оба ножных хомута), для чего
необходим разделенный ножной электрод, который обеспечивает
тестирование каждой ноги (рис. 2).
Существуют более интересные устройства тестирования, такие как
PGT 2000 (рис. 3). Данный тестер, помимо основных функций, обладает рядом дополнительных сервисных опций, которые облегчают
контроль:
• возможность идентификации персонала по магнитной карте или
магнитному маяку, который крепится на одежде;
• возможность подключения в компьютерную сеть с ПО, работающим в среде MS Windows;
• персонализированный контроль доступа;
• учет рабочего времени.
На особо ответственных участках необходим постоянный мониторинг
работоспособности браслетов. Для этого существуют специальные
модели тестеров непрерывного контроля, такие как 7100.181.К.
Данная модель обеспечивает постоянный контроль и индикацию работоспособности браслета (рис. 4). Прибор обладает светодиодной
индикацией целостности цепи, устанавливается под поверхность
рабочего стола, и к нему подключается браслет заземления. Если
вдруг происходит нарушение цепи, то тут же включается индикация,
которая сигнализирует о неисправности. Для лучшего контроля
данный тестер можно дооснастить светофором (7100.181.К.М), который крепится на рабочем месте, в хорошо просматриваемой точке
и является индикатором для начальника участка. В этом случае
значительно проще отследить, на каком рабочем месте осуществляется работа с нарушением средств защиты от статики, и принять
Вторая важная составляющая успешной борьбы со статическим разкорректирующие меры.
рядом – это оснащение предприятия совреВ борьбе со статикой нет мелочей, и требуется
менными средствами для контроля и защиты
Персонал – это ключевая
от статики.
фигура в вопросах защиты от системный подход в разработке комплекса мер
по борьбе с данным явлением. Каждый пункт
Один из важнейших приборов – это тестер растатического электричества
мероприятий очень важен, так как именно он
ботоспособности браслетов и обуви на входе в
может оказаться критическим в перечне мер по
зону, защищенную от статики. Данный прибор
защите от статического разряда. Контроль рабонеобходим, так как проверка на работоспотоспособности средств персонального заземления – это лишь малая
собность – это каждодневная обязательная процедура при входе в
составляющая, необходимая для создания эффективной программы
антистатическую зону (рис. 1).
защиты от статики.
Существуют различные модели тестеров.
Например, тестер PGT-120 – достаточно простая модель, которая
обеспечивает надежное тестирование работоспособности браслета, а также обуви. При этом данное устройство имеет релейный
выход (для подключения магнитного замка либо для установки
на турникет), который позволяет установить контроль доступа.
Если средства защиты от статического электричества удовлетворяют требуемым параметрам, происходит открытие двери (доступ
обеспечивается), если не удовлетворяют, то сотрудник получает
отказ в доступе.
Важный момент при тестировании обуви – необходимость тестирования каждой ноги сотрудника отдельно, т.к. генерация статического
заряда осуществляется при каждом шаге человека и нужно, чтобы
*ЭСР – электростатический разряд
Рис. 4 Тестер непрерывного контроля
ЗАО Предприятие Остек
17
Обеспечение качества и надежности
Два направления JTAG Technologies
Алексей Иванов
alexey@jtag.com
Н
аверное, многие производители и разработчики цифровой электроники заметили, что в
последнее время средства тестирования JTAG Technologies разделились на два направления.
Данное разделение назревало довольно давно, так как основные системы периферийного
сканирования, которыми изначальнозанималась компания, все-таки больше подходили для
тестирования и программирования продукции, нежели для отладки. Компания JTAG Technologies
запустила два разных сайта по обоим направлениям: www.jtag-technologies.ru и www.jtaglive.ru.
Давайте представим, что у нас есть плата, пригодная для тестирования при помощи периферийного (граничного) сканирования,
которое мы, собственно, и хотим применить. Плата содержит, к
примеру, несколько ПЛИС, процессор и набор микросхем памяти
как оперативной, так и ПЗУ. Если при этом основные микросхемы
выполнены в корпусах BGA, то периферийное сканирование дает
нам отличный шанс получить тестовый доступ к цепям и компонентам на данной плате без попыток что-нибудь отпаять, оторвать
или просверлить.
При этом задачи для использования периферийного сканирования и его преимуществ могут быть абсолютно разными. Выделим
из них две основные:
• протестировать плату. Найти и локализовать все возможные
неисправности;
• проверить состояние заранее известных цепей в целях верификации.
В этих двух пунктах кроется разница между тестированием и
верификацией, о которых немало было написано в предыдущих
публикациях. Первый пункт означает полную проверку всех цепей
платы (а их может быть несколько тысяч) на наличие возможных дефектов. Такая проверка может выполняться как на плате,
причина отказа которой не может быть установлена, так и для
предотвращения перехода производственных дефектов на этап
функционального теста, а также контроля качества.
Объясним второй вариант использования периферийного сканирования. Предположим, что нам требуется всего лишь проверить
логический уровень на двух-трех заранее определенных цепях
или проверить соединение в исследовательских целях. Для этого
не требуется автоматическое тестирование платы. Мы заранее
знаем, какие цепи нам нужно проверить, и, в принципе, могли
бы использовать для этих целей обычные измерительные приборы, если бы не отсутствие физического доступа.
В общем, первый вариант - это электрическое тестирование, ко-
18
№5 (85), октябрь 2010
торое используется для поиска дефектных цепей или компонентов на плате и отвечает на вопросы «где» и «что», а второй – для
исследования известных цепей и компонентов.
Наверное, многие производители и разработчики цифровой
электроники заметили, что в последнее время средства тестирования JTAG Technologies разделились на два направления. Данное
разделение назревало довольно давно, так как основные системы
периферийного сканирования, которыми изначально занималась
компания, все-таки больше подходили для тестирования и программирования продукции, нежели для отладки. При этом Компания JTAG
Technologies теперь запустила два разных сайта по обоим направлениям: www.jtag-technologies.ru и www.jtaglive.ru.
Тестирование
Первое и основное направление – это профессиональные
системы тестирования плат и систем (www.jtag-technologies.ru).
Принцип работы показан на рис. 1.
Для тестирования электронного модуля или блока из нескольких
плат сначала строится проект в системе проектирования JTAG
ProVision. Проект основывается на списке соединений из САПР
(net-лист) и моделях компонентов. Данная информация является
базой для генерации приложений для тестирования. При этом
модели могут быть взяты из библиотеки или созданы при помощи
редактора. Также существуют модели компонентов с поддержкой
периферийного сканирования, называемые BSDL-файлами,
которые обычно могут быть загружены с сайта производителя
микросхем или входят в пакет документации на чип. BSDL-файл
описывает архитектуру регистров периферийного сканирования
внутри соответствующих микросхем. После того, как система
«узнает» о межкомпонентных связях и функциональности самих
компонентов, приступают к генерации тестовых и других приложений. При добавлении в проект исходных файлов для флэш-ПЗУ
и ПЛИС к тестам можно добавить операции программирования.
Поверхностный монтаж
Два направления JTAG Technologies
Рис. 3 Только лишь при одном тесте окружающих цепей микроконтроллера можно
найти многие дефекты, а в сочетании с другими видами тестов (рис. 2) можно добиться
полноценного тестового покрытия
Рис. 1 Принцип работы профессиональных средств JTAG-тестирования на примере JTAG
ProVision
При генерации создаются тестовые последовательности (векторы), которые во время тестирования будут выставляться с
выводов компонентов, с поддержкой JTAG. Количество тестовых
векторов зависит от сложности платы, параметров генерации и
типа тестового приложения. Например, для теста межкомпонентных соединений система обычно создает несколько десятков
векторов, а для теста цепей оперативной памяти типа DDR – до
нескольких тысяч.
После генерации и редактирования созданных тестов тестовые последовательности преобразуются в файлы приложений,
компилируются и отправляются в контроллер периферийного
сканирования, который выполняет тестирование плат или блоков. Полученные после тестирования результирующие векторы
анализируются, и выдается информация о найденных дефектах
и их местоположении. Каждое приложение создается со своими
векторами, своими словарями для диагностики и может выполняться как самостоятельно, так и в составе последовательности.
Важно, что программа сама создает все таблицы ожидаемых
откликов на основе анализа схематики и функциональности
компонентов и выполняет поиск дефектов по этим данным. Хотя
существуют также и типы приложений, использующие «пользовательские» векторы.
Рис. 2 Тестирование плат при помощи профессиональных средств периферийного
сканирования
На рис. 2 показан типичный процесс тестирования плат при помощи профессиональных средств периферийного сканирования.
Если сложить между собой все составляющие данного цикла, то
можно получить довольно неплохую картину тестового покрытия.
Здесь следует отметить, что при выполнении хотя бы одного теста
межкомпонентных связей, тестовые паттерны могут диагностировать дефекты на других компонентах платы, даже если те не
поддерживают периферийное сканирование. Пример показан на
рис. 3. В данном примере всего лишь один компонент (DSP) имеет тестовую логику JTAG. Однако при генерации «расширенного»
набора векторов будут проверяться как неподключенные выводы
процессора, так и возможные дефекты на соседних компонентах.
В нашем случае – это тестирование между собой цепей, которые,
вообще говоря, на управляющем процессоре соседними не являются. Теперь давайте представим, что мы знаем логику работы
микроконтроллера (или любой другой микросхемы на ее месте)
или установили для него особый, «тестовый» режим работы (запрограммировали). В этом случае мы можем протестировать и
диагностировать все дефекты на линиях связи, сообщив системе
модель функционирования данного микроконтроллера. Полноценный тест при помощи периферийного сканирования как раз и
состоит из таких «взаимодополняющих» комбинаций, объединяемых в производственные последовательности.
Зачастую бывает, что тестируемая плата содержит один центральный
процессор или ПЛИС и множество окружающих его микросхем ОЗУ.
При этом, если обеспечен доступ к сигналам памяти (напрямую или
через связующую логику), то благодаря тесту соединений с устройствами памяти удается получить исчерпывающий тест почти всей
платы. Для микросхем ОЗУ генерация происходит следующим образом: модель содержит информацию о циклах чтения/записи, проект
содержит названия цепей, соединенных с данным чипом. На основе
этой информации генерируются сотни тестовых векторов, записывающих и считывающих данные в разных комбинациях, предоставляя точнейшую диагностику дефектов. Если на плате установлена не
одна такая микросхема ОЗУ, а несколько, то тестовые приложения
для остальных создаются подобным образом с использованием той
же самой модели. Добавим к этому тест окружающих цепей самого
процессора и внешних интерфейсов, и локализация причин неисправности платы и даже скрытых дефектов будет приближаться к
идеальной.
Одной из отличительных особенностей профессиональных средств
тестирования при помощи JTAG является возможность глобального
контроля всех компонентов платы или системы во время каждого из
тестов. Обладая обширной базой моделей компонентов и данными
САПР, система сканирования во время тестов тех или иных участков
платы автоматически включает или выключает различные устройства памяти, интерфейсов, логики и т.д., хотя пользователь имеет
возможность вручную выставить свои ограничения. На рис. 4 показан пример контроля некоторых микросхем памяти во время теста
межкомпонентных связей. В следующем тесте система наоборот
подаст сигнал включения на данные компоненты, когда наступит их
очередь участвовать в тесте.
ЗАО Предприятие Остек
19
Обеспечение качества и надежности
Рис. 4 Контроль над состоянием компонентов в системе JTAG ProVision при выполнении
тестов
Отладка – новое направление
Второе направление JTAG Technologies, которое является довольно новым – это отладка схем при помощи того же самого стандарта JTAG IEEE 1149.1. Средства отладки объединены не только в
отдельный сайт www.jtaglive.ru, но и имеют собственный логотип
семейства JTAG Live (рис. 5). На сайте JTAG Live можно загрузить
бесплатную программу «прозвонки» и мониторинга цепей под
названием Buzz, а также заказать более функциональные платные программы. Цель создания такого направления – сделать
периферийное сканирование полезным не только при тестировании плат, но и при верификации определенных участков схемы в
целях отладки. При этом использование сканирования позволяет
производить отладку «железа» без наличия аппаратного ПО, что
часто бывает затруднительным. Как следствие, основная ожидаемая аудитория пользователей – это разработчики схем, которые
уже давно требовали появления такого рода средств, которые
отвечали бы требованиям задачи № 2, обозначенной в начале
нашей статьи.
Данные продукты ни в коем случае нельзя рассматривать как
средства тестирования. Они выполняют функцию проверки конкретных цепей, выбранных пользователем, поэтому отсутствует
Рис. 5 Семейство программных средств JTAG Live
Рис. 6 Ручные методы отладки прототипов
20
№5 (85), октябрь 2010
Рис. 7 Измерительное окно программы JTAG Live Buzz
анализ списков соединений из САПР, автоматическая генерация
тестов, модели компонентов без JTAG и все прочее. В сущности,
средства JTAG Live выполняют ту же функцию, что и «прозвонка»
цепей при помощи обычного мультиметра или, в крайнем случае,
при помощи клипс логического анализатора (рис. 6), не проводя целенаправленный поиск дефектов на плате. Преимущество
периферийного сканирования перед «ручным» методом в данном
случае – это возможность «влезать» в недоступные участки платы,
например, под корпуса BGA.
Рассмотрим более подробно возможности бесплатной программы Buzz. Прежде всего, данное средство работает не только с
контроллерами JTAG Technologies, но и с отладочными кабелями
фирм Xilinx и Altera, не требуя никаких капиталовложений. Принцип работы программы прост – нужно задать программе только
компоненты, поддерживающие JTAG, указав, соответственно, их
BSDL-файлы. При этом программа не знает ничего о межсоединениях на плате, и пользователь должен сам выбрать выводы
микросхем, между которыми необходимо установить контакт.
Следует также отметить, что выбирать можно только пины JTAGсовместимых микросхем, так как об остальных информация у
системы отсутствует.
После ввода такой информации можно проводить несколько
типов экспериментов. На рис. 7 показана измерительная область
Buzz. В окне «Watch» можно наблюдать за состоянием того или
иного вывода. При этом используется JTAG-режим SAMPLE для
мониторинга в реальном времени, кроме того, это никак не
сказывается на общей работе устройства, позволяя проводить
измерение на работающем изделии.
Поле «Buzz» используется для проверки наличия соединения
между двумя выводами одной или разных микросхем с поддержкой JTAG и загорается красным или зеленым цветом. Поле
«Measure» позволяет проводить считывание сигнала на какомлибо выбранном выводе при стимуляции определенных воздействий на другие.
Существуют и другие программы семейства JTAG Live, например,
Clip и Script, о которых имеет смысл написать отдельный обзор.
Кстати говоря, все они включены по умолчанию в профессиональные средства тестирования как дополнительные утилиты.
Целью данной статьи было показать разницу между двумя направлениями JTAG Technologies, их возможными применениями и
целевой аудиторией. Зачастую происходит так, что разработчики
принимают станции тестирования плат за средства отладки, а
работники производства пытаются использовать JTAG Live как
метод электрического контроля, что может привести к некоторым
конфузам. Автор искренне надеется, что в доступной форме сумел изложить две различные концепции применения периферийного сканирования как для тестирования и программирования
плат в целях поиска дефектов, контроля качества и диагностики
отказов, так и для отладки прототипов в частных целях.
Поверхностный монтаж
Методы испытаний
и контроля печатных узлов
ЗАО Предприятие Остек
21
Обеспечение качества и надежности
«Бессвинцовые» автоматы установки компонентов
или влияние бессвинцовой технологии на
конструкцию автоматов
Евгений Липкин
lines@ostec-group.ru
В
настоящее время ряд предприятий, производящих радиоэлектронную аппаратуру, либо
освоили бессвинцовую технологию, либо проводят соответствующие исследования. Переход
на бессвинцовую технологию стимулируется целым рядом факторов, и даже предприятия,
производящие спецтехнику, осваивают её, так как это дает гибкость в использовании современной
компонентной базы. В частности, большинство предприятий при выборе технологии учитывают
возможность пайки по «бессвинцовому» температурному профилю, потому что микросхемы в корпусе
BGA в большинстве своем бессвинцовые. Очень часто важно и то, что работа по «бессвинцовой»
технологии может помочь в привлечении дополнительных заказов.
Как правило, когда речь идет о подборе оборудования с возможностью работы по бессвинцовой технологии, вопрос сужается до
выбора соответствующей системы пайки. Стоит признать, что пайка
является действительно ключевой операцией с точки зрения освоения бессвинцовой технологии, однако, не единственно важной.
В отличие от паяльных паст, содержащих свинец, бессвинцовые пасты
в большинстве случаев характеризуются практически отсутствующим
эффектом самоцентрирования компонентов при пайке (рис. 1).
Эти факторы оказывают существенное влияние на процессы нанесения пасты и установки компонентов на платы, так как для получения
качественной продукции необходимо обеспечить новый уровень
точности нанесения паяльных паст и установки компонентов. Данная
статья посвящена изменениям, которые были внесены в автоматы
установки компонентов производителями в связи с развитием бессвинцовой технологии.
В общем виде направление внесения изменений в конструкцию автоматов установки компонентов можно выразить простой схемой (рис. 2).
Приведенная схема демонстрирует вполне очевидные выводы:
если компонент не может быть выровнен при пайке относительно
контактных площадок, его надо сразу ставить точно; если паста не
позволяет удержать неоплавленный компонент на месте при вибрациях, то надо эти вибрации уменьшить.
Точность, приведенная в спецификации автоматов установки
компонентов, замеряется в идеальных лабораторных условиях при
температурах (помещение и агрегаты станка), близких к идеальным.
При этих измерениях учитывается только точность позиционирования компонента относительно контактной площадки в соответствии с
данными программы. В реальных условиях компоненты подвергаются вибрациям в процессе сборки, и при транспортировке уже после
установки станок подвергается различным видам деформации, и
фактическая точность позиционирования компонента после выхода
из автомата может быть далека от ожидаемой и не соответствовать
рекомендуемым критериям качества.
Рис. 1 Пример эффекта самоцентрирования компонента при пайке, характерного для
традиционной (свинцовой) технологии
Рис. 2 Направления внесения изменений в конструкцию автоматов установки
компонентов, вызванные внедрением бессвинцовой технологии
22
№5 (85), октябрь 2010
Поверхностный монтаж
«Бессвинцовые» автоматы установки компонентов или влияние бессвинцовой технологии
на конструкцию автоматов
Рис. 3 Схема причинно-следственных связей между конструктивными особенностями автоматов установки компонентов и качеством сборки при бессвинцовой технологии
Одним из наиболее “проблемных” видов
деформации является температурное
расширение конструкции автомата установки
компонентов
Дальнейший анализ и исследования более детально обозначили
направления конструктивных изменений в области разработки и производства автоматов установки компонентов (рис. 3). Можно легко
заметить, что все современные разработки отличаются от предшественников изменениями в особенностях, приведенных на рис. 3.
УМЕНЬШЕНИЕ ГАБАРИТОВ СТАНКА
Специалисты в области станкостроения прекрасно знают, что чем
станок компактней, тем легче обеспечить его точность. Это объясняется, в первую очередь, тем, что относительные величины искажения и деформации при меньших габаритах установки выливаются в
меньшую ошибку в абсолютном выражении.
Одним из наиболее «проблемных» видов деформации является температурное расширение конструкции автомата установки компонентов. Подобные изменения определяются изменением температуры
в рабочем помещении, нагреванием узлов автомата в процессе
работы, расположением источников тепла и холода в рабочем помещении, особенностями выделения тепла разными узлами автомата
и системой их вентиляции, различиями в степени расширения узлов
станка при нагревании и другими факторами.
Основной закон теплового расширения гласит, что тело с линейным
размером L в соответствующем измерении при увеличении его
температуры на ΔT расширяется на величину ΔL, равную:
ΔL = αLΔT, где α —коэффициент линейного теплового расширения.
Основным материалом, используемым при изготовлении большинства
станин автоматов установки компонентов, является чугун. Для расчетов
влияния размера установки на ошибку, возникающую при температур-
ных деформациях станины, мы учитываем, что коэффициент линейного
температурного расширения чугуна в среднем равен 10-5 град-1, коэффициент расширения в диапазоне эксплуатации автоматов установки
компонентов постоянен, и материал станка имеет свойства изотропности (однородности) при расширении. Идеальная температура эксплуатации автоматов установки компонентов, рекомендуемая большинством
производителей, составляет 24°С.
В результате мы можем построить графики зависимости линейных
расширений конструкции автоматов установки компонентов от размера установки при разных избыточных температурах (рис. 4).
График расширения для избыточной температуры 5 градусов характеризует линейные расширения станка в выключенном состоянии,
так как в подавляющем большинстве случаев на отечественных
предприятиях колебания температуры в помещении, вызванные
изменениями погоды, сменой времени суток и режима отопления
помещения, могут составить ±5 градусов.
Из графика видно, что при длине станины в два метра в выключенном
состоянии изменения линейных размеров автомата, а, соответственно,
Рис. 4 Зависимость уровня деформации станины автомата (погрешность
позиционирования головки) от температуры в помещении и габаритов автомата
ЗАО Предприятие Остек
23
Обеспечение качества и надежности
и погрешность установки компонента, при колебании температуры в помещении ±5°С составляет ±100 мкм. Если к этому прибавить погрешность установки, которая измерена в идеальных условиях и указана в
спецификации (как правило, она составляет ±30 мкм), то мы получим
погрешность установки ±130 мкм. Если учесть требования стандарта
IPC 610 по точности позиционирования компонента на контактных
площадках и рекомендующие смещение не более 25% от линейных
размеров компонента, то очевидно, что при длине станины в два
метра монтаж компонентов меньше 0402 (размеры 1,0х0,5 мм) будет
под вопросом в помещении с переменной температурой. Разумеется,
это относится к автоматам установки компонентов, не оснащенным
средствами компенсации температурных и других деформаций. Такие
автоматы, к сожалению, присутствуют на рынке.
При этом в наших расчетах мы не учитывали нагрев узлов автомата
и их деформацию в процессе работы, когда избыток температуры
будет существенно выше 5 градусов. Что произойдет в этом случае,
видно на других зависимостях, приведенных на графике (рис. 4).
Подобные ошибки являются неприемлемыми и несовместимыми с
качественной сборкой сложной современной техники, когда используются компоненты с малым шагом и габаритами.
Кто-то может сказать, что точные приводы и высокое разрешение
энкодеров являются решением проблемы. Но ошибочность этих выводов легко доказать простым примером. Так как конструкция автомата
неоднородна и выполнена из различных материалов с разными
свойствами, то взаимное изменение расположения точек автомата
при температурных деформациях может происходить в различных осях
и направлениях. Распространены случаи, когда в результате подобных
деформаций станины опоры, на которых крепятся направляющие
привода, смещаются относительно друг друга и сборочного стола. Происходит отклонение направляющей привода на угол ±0,001°. Это может
привести к погрешности позиционирования установочной головки
относительно сборочного стола, на котором располагается плата, вплоть
до ±17 мкм с каждого метра длины направляющей. То есть при длине
направляющих приводов станка в один метр ошибка составит до ±17
мкм, при длине два метра - ±34 мкм. При этом показание энкодера,
расположенного на самих направляющих приводов, не могут отразить
или помочь скомпенсировать ошибку, так как относительно сборочного
стола сместилась сама система координат, в которой перемещается
установочная головка.
Именно по этой причине конструкторы современных автоматов
делают все возможное, чтобы уменьшить габариты установок без потери функциональности.
Сегодня невозможно встретить автомат установки компонентов с
датой разработки позднее 2005 года, габариты станины которого по
длине и ширине превышают 1,5-1,8 метра. Более того, уже встречаются установки и меньшего размера.
Для того, чтобы соответствовать современным требованиям, производители переходят к модульным конструкциям автоматов установки
компонентов. В этом случае линия собирается из нескольких небольших автоматов (модулей), размещенных на короткой станине.
Разумеется, можно обеспечить высокую точность гораздо более габаритных станков и машин, но это требует наличия специальных средств
компенсации погрешностей и калибровки. Такие решения, как правило,
дорогостоящие, и не все производители оснащают станки данными
средствами. Когда речь идет об автоматах установки компонентов, далеко не все модели оснащаются полным арсеналом необходимых средств
обеспечения точности, а в результате страдает функциональность.
Современные автоматы установки компонентов
должны учитывать новые технологические
требования - более высокую точность монтажа
и минимальные вибрации платы и компонентов
при сборке
24
№5 (85), октябрь 2010
Рис. 5 Реперные точки для калибровки автомата в режиме реального времени автомата
SM-421
Рис. 6 Результаты измерения точности и повторяемости установки компонентов (SM421) с включенными функциями автокалибровки и термокомпенсации
Поверхностный монтаж
“Бессвинцовые” автоматы установки компонентов или влияние бессвинцовой технологии
на конструкцию автоматов
Рис. 7 Основные недостатки конструкции автоматов установки компонентов с подвижным сборочным столом в контексте перехода на бессвинцовую технологию
АВТОМАТИЧЕСКАЯ КАЛИБРОВКА АВТОМАТА УСТАНОВКИ КОМПОНЕНТОВ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО
ВРЕМЕНИ
Как уже было сказано, одной из основных причин деформации конструкции станка в процессе работы и, как следствие, ухудшения точности, являются деформации, возникшие по причине температурных
расширений. Они возникают вследствие нагрева узлов автомата
установки компонентов в процессе работы, изменения температуры
в помещении и под воздействием других факторов.
Кроме температурной существуют и другие виды деформации конструкции автомата, которые могут повлиять на точность монтажа. В
частности, деформация конструкции автомата, вызванная установкой на неровный пол.
Как было описано выше, в результате деформации узлов автомата
происходит взаимное смещение друг относительно друга системы координат установочной головки и стола, на котором расположена плата.
Для того чтобы обеспечить высокую точность установки компонентов
на плату при различных негативных факторах, в современных автоматах установки компонентов применяются средства калибровки в
режиме реального времени.
Например, для того чтобы исключить проблему снижения точности, в
автомате SM-421 используются специальные реперные точки (рис.
5), позволяющие совместить системы координат головки и платы. С
установленной периодичностью камера чтения реперных знаков на
платах, расположенная на одном суппорте с установочной головкой,
считывает координаты этих специальных реперных точек на станине,
сравнивает с эталонными координатами и при необходимости вносит поправку в систему позиционирования установочной головки.
Данная система позволяет обеспечить максимально возможную точность и повторяемость установки компонентов. Результаты измерения
точности и повторяемости установки компонентов с помощью автомата
SM-421, оснащенного функциями автоматической калибровки и
термокомпенсации, приведены на рис. 6. По результатам измерений,
фактическая точность оказалась в диапазоне ±11 мкм при 3α.
процессе перемещения сборочного стола перемещается и плата вместе
с установленными на неё неоплавленными компонентами. А так как мы
говорим о применении бессвинцовой технологии, то при пониженной
клейкости пасты любые вибрации могут быть критичными для смещения компонентов в процессе монтажа.
Современной альтернативой подвижному сборочному столу является фиксированный сборочный стол. В этом случае плата неподвижна в течение всего цикла сборки и не подвергается избыточным
вибрациям и ускорениям.
МИНИМИЗАЦИЯ УСКОРЕНИЙ ПРИ
ТРАНСПОРТИРОВКЕ ПЛАТЫ
Большое внимание разработчики современных автоматов установки компонентов уделяют снижению вибраций и ускорений платы с
компонентами при транспортировке по конвейерной системе и сборочному столу. Несмотря на и без того низкие значения ускорения
конвейера, разработчики пытаются снижать и их в разы (рис. 8).
К сожалению, не все автоматы установки компонентов в состоянии
обеспечить такой низкий уровень ускорений при транспортировке
по конвейеру и это, как правило, приводит к смещению компонентов уже после установки на плату.
Переход на бессвинцовую технологию требует комплексного подхода
к выбору технологического оборудования. Современные автоматы
установки компонентов должны учитывать новые технологические
требования, такие как более высокая точность монтажа и минимальные вибрации платы и компонентов при сборке. Учитывая
приведенные критерии, можно выбрать современный автомат установки компонентов, который позволит эффективно работать по двум
технологиям – бессвинцовой и свинцовой и осуществлять качественный и точный монтаж компонентов любой сложности и размеров.
УХОД ОТ ПОДВИЖНОГО СБОРОЧНОГО СТОЛА И ФИКСИРОВАННЫЙ СБОРОЧНЫЙ СТОЛ
Большинство автоматов установки SMT-компонентов, разработанных
в 80-х годах прошлого века, имели подвижный сборочный стол. При
такой конструкции печатная плата фиксировалась на подвижной
платформе, которая пошагово перемещалась в процессе сборки по
одной или двум осям по заданной программе.
Применение подобной технологии существенно упрощало систему
приводов и снижало её стоимость. Именно поэтому такая конструкция была крайне популярной в течение длительного времени.
Однако со временем большинство производителей автоматов компонентов отказались от производства подобных автоматов по двум основным причинам (рис. 7). Во-первых, такие автоматы характеризуются
большой длиной, как правило, не менее 3-х метров, что, как известно,
не способствует высокой точности установки компонентов. Во-вторых, в
Рис. 8 Снижение ускорения платы при транспортировке в автоматах серии SM-4xx (б) по
сравнению с серией SM-3xx (а) производства компании Samsung Techwin
ЗАО Предприятие Остек
25
Оптимизация затрат
Оптимизация сборочного электронного производства.
Современные средства автоматизации ручных
операций пайки компонентов, монтируемых в
отверстия печатной платы
Станислав Гафт
lines@ostec-group.ru
М
аксимальное использование компонентов, монтируемых на поверхность печатной платы –
традиционный в настоящее время способ повышения технологичности проектируемых
печатных узлов. Однако в некоторых случаях полностью отказаться от применения
компонентов, монтируемых в отверстия, не представляется возможным. Характерным примером
является монтаж разъёмов, когда по условиям применения необходимо обеспечить повышенные
механические нагрузки на разъём в процессе эксплуатации. Кроме того, технологам необходимо
думать о снижении трудоёмкости изготовления изделий устаревших конструкций, включённых в план
производства. Современным методам оптимизации технологического процесса сборки печатных узлов
с компонентами, монтируемыми в отверстия печатной платы, посвящена настоящая публикация.
Давно канули в лету времена, когда разработчиков и конструкторов
необходимо было уговаривать применять компоненты, монтируемые
на поверхность печатной платы для повышения уровня технологичности проектируемых печатных узлов. Учитывая постоянное развитие электронной компонентной базы, применение компонентов,
монтируемых на поверхность, стало весьма распространённым
и предпочтительным для вновь разрабатываемых изделий. В то
же время полностью отказаться от компонентов, монтируемых в
отверстия печатной платы, на сегодняшний день не представляется
возможным по следующим причинам:
• условия эксплуатации изделий в расширенном диапазоне вибрационных и ударных нагрузок;
• повышенные требования к механической прочности паяных
соединений разъёмов и соединителей;
• необходимость применения массивных компонентов, например
таких, как трансформаторы, дроссели и пр.;
• ограничения, связанные с невозможностью использования компонентов, монтируемых на поверхность в высоковольтных (более
100 В) цепях.
А так как предъявляемые к технологам требования по постоянному
снижению трудоёмкости выпускаемых изделий никто не отменял,
26
№5 (85), октябрь 2010
вся тяжесть решения указанной задачи полностью переносится в
область технологическую.
В процессе постоянно проводящихся в технологическом центре
нашей компании проверок качества изготовления печатных узлов, в
том числе смонтированных на предприятиях с давними традициями
производства техники ответственного применения и высококвалифицированным персоналом, регулярно выявляются дефекты паяных
соединений разъёмов (рис. 1). Наиболее вероятные причины
возникновения дефектов подобного типа: неудовлетворительная
паяемость выводов разъёма, контактных площадок печатных плат и
отклонение параметров технологического процесса (время и температура жала паяльника) при ручных операциях. При этом визуальный контроль качества монтажником в процессе выполнения пайки
невозможен: со стороны монтажа паяные соединения закрыты
корпусом разъёма.
При обеспечении контроля паяемости выводов разъёма и контактных площадок печатных плат на этапе входного контроля, возникновение дефектов по этой причине можно исключить. А вот соблюдение параметров технологического процесса при ручных операциях
лежит на совести электромонтажника. Как известно, наиболее
эффективный способ преодоления пресловутого “человеческого
Поверхностный монтаж
Оптимизация сборочного электронного производства. Современные средства автоматизации ручных
операций пайки компонентов, монтируемых в отверстия печатной платы
Рис. 1 Наиболее вероятные причины возникновения дефектов паяных соединений
разъёмов связаны с неудовлетворительной паяемостью выводов и трудностью
обеспечения повторяемости параметров технологической операции ручной пайки
фактора” лежит в максимальной автоматизации процесса.
Установки пайки волной припоя 40 лет назад совершили настоящую революцию: было достигнуто 50-кратное увеличение производительности на операции пайки для массового производства.
К сожалению, традиционные установки пайки волной припоя
практически непригодны для современных электронных модулей на
многослойных печатных платах с компонентами, расположенными с
двух сторон с высокой плотностью. Рынок настоятельно потребовал
новое решение, и лидеры-производители оборудования предложили
его, разработав системы селективной пайки.
Огромная популярность систем селективной пайки за последние 10
лет привела к тому, что в настоящий момент только ленивый произ-
Рис. 2 Применение компонентов, монтируемых в отверстия печатной платы, с
различными диаметрами и массой выводов создают, на первый взгляд, неразрешимую
проблему повторяемости параметров технологического процесса пайки для каждого
паяного соединения, необходимую для обеспечения высокого уровня качества и
надёжности выпускаемой продукции. Для обеспечения высокого уровня автоматизации
технологического процесса пайки печатных узлов со смешанным двухсторонним
монтажом компонентов необходимы новые технологии и оборудование
Рис. 3 Традиционные ручные операции пайки не могут обеспечить повторяемость
параметров технологических режимов и, как следствие, гарантировать высокий уровень
качества и надёжности паяных соединений. Особенно это заметно при монтаже кроссплат с большим количеством многовыводных разъёмов с массивными теплоёмкими
выводами. Монтажные отверстия заполнены припоем не полностью, а контролировать
их в процессе пайки со стороны монтажа компонентов невозможно – паяные
соединения закрыты корпусами разъёмов
водитель технологического оборудования не предлагает на рынке
свои установки. Перед технологами в настоящий момент стоит
непростая задача: для всех изделий, включённых в план производства, и перспективных, находящихся в разработке, выбрать систему,
которая будет удовлетворять требованиям по производительности,
обеспечивая запланированный уровень качества и надёжности выпускаемой продукции.
При решении задачи снижения трудоёмкости и себестоимости за
счёт повышения уровня автоматизации технологам необходимо
учитывать требования, диктуемые особенностями конструкции современных печатных узлов:
• повышение количества сигнальных и экранных слоёв печатных
плат;
• увеличение толщины и массы печатных плат;
• необходимость применения компонентов, монтируемых в отверстия печатной платы, с различными диаметрами и массой
выводов (рис. 2), в том числе для обеспечения механической
прочности печатных узлов, эксплуатируемых в условиях расширенного диапазона температур и вибрационных нагрузок;
• необходимость обеспечения максимальной автоматизации, в том
числе и для печатных узлов с плотным двухсторонним монтажом
компонентов, монтируемых на поверхность и в отверстия печатной платы (рис. 2);
• необходимость снижения затрат на проведение операции отмывки печатных узлов для экономии технологических материалов и
снижения себестоимости выпускаемой продукции;
• обеспечение возможности работы с традиционными, бессвинцовыми и/или смешанными технологиями пайки.
В этих условиях отказ от традиционных установок пайки волной
припоя в пользу систем селективной пайки стал не только правилом,
но и традицией. Автор, находясь в служебных командировках, неоднократно видел выставленные за ненадобностью на задние дворы
современных европейских сборочных предприятий почти новые
установки пайки волной припоя, а в цехах – современные многофункциональные системы селективной пайки.
Одно из наиболее эффективных применений систем селективной
пайки – сборка кросс-плат с большим количеством многовыводных
разъёмов. Элементарный расчёт показывает, что для пайки двадцати 96-выводных разъёмов вручную опытному электромонтажнику
потребуется, по крайней мере, (20*96*3/0,7)/60=137 минут. На
самом деле трудоёмкость будет существенно больше, так как при
ЗАО Предприятие Остек
27
Оптимизация затрат
Рис. 4 Современные системы селективной пайки (слева) гарантируют высокое
качество и надёжность паяных соединений за счёт точного селективного
флюсования, равномерного предварительного нагрева и возможности обеспечения
программирования и поддержания параметров процесса пайки для каждого паяного
соединения
пайке массивных выводов разъёмов на многослойную печатную
плату необходимо увеличивать время пайки каждого соединения
и делать паузы, чтобы восстановилась заданная температура жала
паяльника. При этом трудно добиться хорошей повторяемости и
качества паяных соединений (рис. 3).
Применение современных систем селективной пайки (рис. 4) позволяет повысить производительность на операции пайки многорядных разъёмов, монтируемых в отверстия печатной платы, в 3…10
раз, гарантируя при этом высокое качество и надёжность паяных
соединений за счёт возможности обеспечения программирования
и поддержания параметров процесса для каждого паяного соединения (рис. 5).
В начале настоящей публикации мы уже говорили о требованиях,
предъявляемых к процессу селективной пайки. Сейчас мы покажем, какими элементами конструкции должно обеспечиваться их
выполнение.
1. Производительность
Для обеспечения высокой производительности система селективной пайки должна иметь конструкцию сопла волнообразователя,
Рис. 5 Патентованная конструкция сопла волнообразователя систем селективной пайки
компании ERSA (слева) гарантирует равномерное смачивание припоем со всех сторон
и обеспечивает возможность программирования перемещения при пайке в любом
направлении, позволяя оптимизировать его перемещения (справа) и минимизировать
время обработки печатного узла
гарантирующего равномерное смачивание припоем со всех сторон
(рис. 5). Только в этом случае волнообразователь при пайке может
двигаться в любом направлении, и появляется возможность оптимизации его перемещений, а значит и сокращение времени выполнения обработки печатного узла (рис. 6).
Патентованная конструкция сопла волнообразователя систем селективной пайки компании ERSA (слева) гарантирует равномерное
Рис. 6 Модульная конструкция современных систем селективной пайки серии VersaFlow 3/45 компании ERSA удовлетворяет требованиям самых взыскательных заказчиков
28
№5 (85), октябрь 2010
Поверхностный монтаж
Оптимизация сборочного электронного производства. Современные средства автоматизации ручных
операций пайки компонентов, монтируемых в отверстия печатной платы
Рис. 8 Применение гибридной технологии предварительного нагрева, комбинация
инфракрасных и конвекционных нагревателей с патентованной технологией MultiJet,
обеспечивает высокую повторяемость параметров технологического процесса
и качество паяных соединений при работе, в том числе с печатными узлами на
многослойных платах
Рис. 7 Патентованная система предварительного нагрева снизу и сверху
конвекционными модулями Multijet обеспечивает равномерный нагрев печатных узлов,
не допуская перегрева термочувствительных компонентов. Рекомендуется для флюсов с
низким содержание летучих органических соединений (VOC free)
смачивание припоем со всех сторон и обеспечивает возможность
программирования перемещения при пайке в любом направлении,
позволяя оптимизировать его перемещения (справа) и минимизировать время обработки печатного узла
Популярность систем селективной пайки заставила лидеровпроизводителей оборудования разработать встраиваемые в линию
универсальные модульные системы (рис. 6), обеспечивающие
специфические требования потребителей для различных областей применения. Установки с одним селективным флюсователем, одной зоной
предварительного подогрева и одним волнообразователем наиболее
часто заказываются производителями с мелкосерийным характером
производства. Системы с тремя волнообразователями и тремя зонами
предварительного подогрева наиболее популярны среди производителей массовой продукции: автомобильной и промышленной электроники, систем пожарной и охранной сигнализации.
2. Обеспечение качественных паяных соединений при работе с
многослойными печатными платами.
Современная система селективной пайки для обеспечения работы
с печатными узлами на многослойных печатных платах должна обеспечивать равномерный предварительный их подогрев и дополнительный подогрев в процессе пайки. В противном случае велика
вероятность ухудшения качества паяных соединений, так как при
остывании платы невозможно обеспечить полное заполнение при-
поем монтажных отверстий (рис. 3).
Разработчики компании ERSA предусмотрели предварительный нагрев
перед каждой зоной пайки (рис. 6), используя эффективную патентованную конструкцию конвекционного нагревателя MultiJet (рис. 7).
При работе с современными печатными узлами на многослойных
платах для обеспечения качественных паяных соединений необходимо обеспечить быстрый и равномерный предварительный нагрев
и подогрев в зоне пайки. В противном случае резко возрастает вероятность появления дефектов, связанных с неполным заполнением
припоем монтажных отверстий (рис. 3).
Для обеспечения высокого качества паяных соединений при работе
с печатными узлами с массивными компонентами на многослойных
платах эффективным является использование гибридной технологии
предварительного нагрева: сочетание конвекционных и инфракрасных нагревателей (рис. 8).
Рис. 9 Устройство селективного флюсования фирмы ERSA (слева) обеспечивает точное
нанесение флюса (справа) и минимальные расходы на отмывку печатного узла после
пайки
ЗАО Предприятие Остек
29
Оптимизация затрат
Рис. 10 Применение двух волнообразователей повышает производительность и
снижает расходы, связанные с необходимостью частой замены припоя вследствие его
загрязнения
3. Обеспечение экономии материалов
Для того чтобы было чище, нужно меньше пачкать. Для обеспечения
экономии материалов и снижения трудоёмкости операции отмывки
печатных узлов современная система селективной пайки должна
иметь модуль селективного флюсования (рис. 9), позволяющий снизить загрязнение печатного узла в процессе пайки и резко снизить
затраты на отмывку, необходимую для предотвращения коррозии и
улучшения адгезии перед нанесением влагозащитных покрытий.
производительность при снаряжении их различными насадками
для пайки компонентов с различным диаметром выводов.
Указанные причины: возможность программирования параметров
для каждого паяного соединения, азотная среда, точное селективное флюсование, качественный подогрев предварительный и в зоне
пайки обеспечивают хорошую повторяемость процесса и гарантируют высокое качество и надёжность печатных узлов (рис. 11).
Постоянно отслеживая требования рынка и идя навстречу требованиям своих потенциальных клиентов, безусловный лидер в данном
сегменте – компания ERSA, Германия - выпустила новую модель
VERSAFLOW ECOSELECT 2 (рис. 10) с длиной всего в 2300 мм, что
позволяет применять её даже на небольших сборочных участках,
обеспечивающих выпуск опытных образцов и мелкосерийной продукции.
В завершение хотелось бы ещё раз отметить, что применение современных систем селективной пайки позволит:
• снизить трудоёмкость за счёт уменьшения (а в ряде случаев и
полного исключения) доли ручных операций и повышения уровня
автоматизации технологического процесса;
• снизить затраты на материалы за счёт использования селективного флюсования;
• исключить (особенно в тех случаях, когда не требуется нанесение
влагозащитных покрытий) операции отмывки;
• снизить себестоимость изготовления изделий;
• повысить объёмы производства без увеличения численности
персонала;
• повысить производительность труда на предприятии и увеличить
прибыль.
4. Высокое качество паяных соединений
Для обеспечения высокого качества паяных соединений конструкция современной системы селективной пайки должна обеспечивать:
• работу в азотной среде;
• большой набор насадок (сопел) и простую их замену;
• возможность программирования параметров технологического
процесса для каждой точки пайки;
• возможность работы по смешанной технологии без опасности
загрязнения припоя волнообразователя. Нужно учитывать, что
при работе с компонентами, имеющими традиционные и бессвинцовые покрытия, возникает опасность загрязнения припоя,
находящегося в ванне волнообразователя. Указанное обстоятельство послужило в своё время одной из главных причин отказа от
традиционной технологии пайки волной припоя: необходимость
замены припоя из-за его загрязнения каждые две недели –
слишком дорогая процедура. Конструкция с двумя волнообразователями (рис. 10) позволяет решить задачу пайки печатных
узлов с компонентами, имеющими традиционные и бессвинцовые
покрытия: один снаряжается традиционным припоем, другой –
бессвинцовым.
• наличие второго волнообразователя позволяет также увеличить
Рис. 11 Применение современных систем селективной пайки, обеспечивающих
возможность программирования режимов для каждого паяного соединения, точное
селективное нанесение флюса равномерный эффективный подогрев предварительный
и в зоне пайки, азотная среда гарантируют высокое качество и надёжность
выпускаемой продукции
30
№5 (85), октябрь 2010
Рис. 12 Сниженные габариты новой системы селективной пайки ECOSELECT 2 компании
ERSA, Германия позволяют использовать её, в том числе и для оснащения участков для
производства опытных образцов и мелкосерийной продукции
Поверхностный монтаж
ЗАО Предприятие Остек
31
Техническая поддержка
Многофункциональные материалы - потенциал для
повышения эффективности сборочных процессов
Вячеслав Ковенский
materials@ostec-group.ru
П
еред разработчиками и производителями промышленной и силовой электроники, светотехники
и устройств специального назначения все чаще встает задача: реализовать эффективную защиту
устройства от негативного воздействия внешней среды и механических нагрузок, одновременно
обеспечив эффективный отвод тепла от мощных компонентов или узлов устройства. В дополнение к
этому нужно получить высокую технологичность сборки и высокую надежность изделия. Такие задачи
в ряде случаев требуют применения специальных решений и материалов, обеспечивающих высокую
конкурентоспособность и технологичность сложной продукции. В статье мы рассмотрим применение
современных материалов на кремнийорганической основе для решения сложных и нестандартных
конструкторско-технологических задач.
Исходя из нашего опыта, в ряде случаев решения задач по защите
электронного устройства от негативного воздействия внешней среды
и задач по обеспечению теплового режима работы электронного
устройства рассматриваются независимо друг от друга. Такой подход может быть оправдан, однако иногда он усложняет решение по-
ставленной задачи, уменьшает технологичность сборки, увеличивает
количество применяемых материалов и в итоге даже увеличивает
стоимость производимой продукции.
В сегодняшних условиях, когда скорость разработки и вывода
продукции на рынок, а также технологичность сборки являются
Рис. 1 Функции, которые могут быть реализованы с помощью материалов
32
№5 (85), октябрь 2010
Поверхностный монтаж
Многофункциональне материалы - потенциал для повышения
эффективности сборочных процессов
определяющими факторами для успешного будущего производимой продукции, все больше конструкторско-технологических задач
требуют комплексного подхода. Для повышения скорости и качества
разработки и последующего эффективного производства конкурентоспособной продукции становится все более обоснованным
применение материалов, одновременно реализующих несколько
функций. Например, обеспечение защиты от повышенной влажности, обеспечение теплоотвода, дополнительная механическая
фиксация компонентов (рис. 1).
Рассмотрим возможные комбинации функций, реализация которых
может быть объединена в одном материале. Для этого мы сделаем
специальную матрицу, в которой покажем наиболее возможные и
востребованные сочетания функций (таблица 1).
Получается четыре возможные комбинации функций, которые
могут быть реализованы в конструкции изделия с применением
современных технологических материалов. Конечно же, важно
понимать, что не существует материалов, одновременно обладающих высокими характеристиками для реализации каждой из
функций. У материала будет основная функция, для которой он
разработан (например, защита от повышенной влажности), и дополнительная, которая имеется у материала на некотором уровне
(например, теплоотвод). Поэтому, прорабатывая возможность
применения материала для одновременного решения нескольких задач, важно понимать, какая задача является основной, а
какие задачи вторичны.
Поиск решения
В первую очередь, нужно ориентироваться на характеристики
материала для решения основной функции, а уже затем из подходящего ряда выбирать один материал для одновременной реализации
других функций. Например, вам нужно (по приоритету функций):
• защитить устройство от негативного воздействия внешней среды;
• организовать отвод тепла от печатного узла;
• обеспечить устойчивость устройства к вибрациям.
Итак, для реализации первой функции нам могут помочь три группы
материалов: влагозащитные покрытия, силиконовые заливочные
компаунды и силиконовые гели. При оценке материалов по реализации второй функции мы знаем, что влагозащитные покрытия
обладают недостаточной теплопроводностью, и далее рассматривать
их как вариант для решения поставленной задачи нецелесообразно.
Зато специальные силиконовые гели и заливочные компаунды обладают теплопроводностью, достаточной для обеспечения эффективной теплопередачи. Итого, осталось два материала для выбора
по третьему критерию.
Для обеспечения защиты устройства от вибраций и ударов в
принципе могут подойти оба материала. Однако силиконовые гели
все-таки обладают лучшими демпфирующими свойствами за счет
своей уникальной структуры. Таким образом, для решения задачи
настоящего примера нужно подобрать силиконовый теплопроводящий гель (из линейки материалов Dow Corning® это может быть
материал SE 4446 CV с теплопроводностью 1,32 Вт/М*К).
Таблица 1 Функции материалов и их возможные сочетания
Возможные
сочетания
функций
Сочетание № 1
Функции
Защита от повышенной влажности, соленого
тумана, агрессивных сред

Сочетание № 2
Сочетание № 3

Сочетание № 4

Теплоотвод
Дополнительная
механическая
фиксация и
демпфирование
вибраций






Поиск решения для сочетания функций №1:
• защита от повышенной влажности, соленого тумана, агрессивных
сред;
• теплоотвод.
Традиционно для защиты
печатного узла от негативного
воздействия внешней среды
используются влагозащитные
покрытия или герметизация
корпуса для ограничения доступа влаги. Однако ни одно
из приведенных решений
не обеспечит теплоотвод от
мощного компонента или узла.
Влагозащитные покрытия не обладают достаточной теплопроводностью. Кроме того, применение теплопроводящих материалов
поверх влагозащитного покрытия также не принесет требуемой
эффективной теплопередачи, так как влагозащитное покрытие
будет барьером на пути теплового потока. При герметизации корпуса тем более требуется дополнительное решение для обеспечения теплопередачи от источника тепла к радиатору или другой
рассеивающей тепло поверхности (корпусу). Таким образом,
нужен материал, который одновременно обладает защитной
функцией и теплоотводом.
В ряде случаев в качестве таких материалов могут выступать
силиконовые теплопроводящие заливочные компаунды. Современные материалы этой группы обладают умеренной теплопроводностью, достаточной для многих приложений (для материалов
Dow Corning® до 1,1 Вт/м*К). Кроме того, благодаря высокой
влагоустойчивости, заливочные компаунды являются очень
надежным решением для защиты электронного устройства от
негативного воздействия внешней среды. Таким образом, там,
где требуется защита от внешней среды и обеспечение теплового режима работы устройства, силиконовые теплопроводящие
заливочные компаунды – это материалы, которые могут одновременно и эффективно решить обе задачи.
Прорабатывая возможность применения материала для одновременного решения нескольких
задач, важно понимать, какая задача является
основной, а какие задачи вторичны
Поиск решения для сочетания функций №2:
• теплоотвод;
• дополнительная механическая фиксация и демпфирование
вибраций.
Одновременное обеспечение теплоотвода и фиксация
электронных компонентов или
других деталей достаточно
распространенная задача. В
некоторых случаях применяют
теплопроводящие пасты и
дополнительную механическую фиксацию. Однако такое
решение в ряде случаев может
усложнить конструкцию изделия и процесс сборки. Наиболее простым и технологичным решением могут быть теплопроводящие клеи.
Этот класс материалов достаточно хорошо сегодня развит. Данные
материалы обладают высокой теплопроводностью (для материалов
Dow Corning® до 1,97 Вт/М*К) и исключительно высокой адгезией
ко многим видам поверхностей.
ЗАО Предприятие Остек
33
Техническая поддержка
Поиск решения для сочетания функций №3:
• защита от повышенной влажности, соленого тумана, агрессивных сред;
• дополнительная механическая фиксация и демпфирование вибраций.
Защита электронного устройства от негативного воздействия внешней
среды и дополнительная механическая фиксация или демпфирование
вибраций – задача, распространенная для устройств,
работающих на транспорте или
в сейсмоопасных зонах нашей
планеты. Традиционных решений
такой задачи достаточное количество, но в ряде случаев они
основаны на применении сразу
нескольких материалов (клеи,
влагозащитные покрытия, герметики). Такие решения могут обеспечить требуемые свойства продукции,
но не всегда являются наиболее технологичными и эффективными с
точки зрения конструкции изделия и организации процесса сборки.
Каждый материал нужно нанести, при необходимости отвердить, а это
расходы времени, электроэнергии, трудовых ресурсов. Применение
силиконовых компаундов и гелей может обеспечить реализацию обеих
функций при помощи только одного материала. Выбор между гелями и
компаундами – вопрос конкретной задачи. Компаунды более твердый
(жесткий) материал, поэтому при воздействии сильных ударов могут
быть лучшим решением для обеспечения надежной дополнительной
фиксации элементов устройства и защиты от повышенной влажности, соленого тумана, агрессивных сред. В случае же воздействия
вибраций, силиконовые гели обеспечат лучшую защиту электронного
устройства от обоих воздействий.
Поиск решения для сочетания функций №4:
• защита от повышенной влажности, соленого тумана, агрессивных сред;
• теплоотвод;
• дополнительная механическая фиксация и демпфирование вибраций.
Это наиболее сложное сочетание, так как требуется одновременное обеспечение всех рассматриваемых нами функций.
Подробно с данной задачей мы
ознакомились в начале раздела
«Поиск решения». Поэтому в
этом пункте ограничимся тем,
что еще раз подчеркнем воз-
можное эффективное решение с применением многофункциональных материалов на кремнийорганической основе.
Надежная защита электронного устройства от воздействия внешней
среды, теплоотвод и дополнительная механическая фиксация электронных компонентов (элементов) устройства – все эти функции реализуются с помощью специальных силиконовых компаундов и гелей. Данные
группы материалов находят широкое применение в автоэлектронике,
силовой электронике и при производстве мощных устройств преобразования электроэнергии.
Итак, мы с вами рассмотрели четыре основных сочетания функций,
которые могут быть эффективно реализованы с применением современных кремнийорганических материалов. Для того, чтобы вы
смогли проанализировать возможность применения специальных
силиконовых материалов для решения конкретных задач, в таблице
2 приведены примеры материалов Dow Corning®, применение
которых возможно для решения каждого из сочетаний функций, рассмотренных в статье. Получить образцы и подробное описание перечисленных в таблице материалов можно, обратившись к специалистам отдела технологических материалов ЗАО Предприятие Остек.
Надежная защита электронного устройства от
воздействия внешней среды, теплоотвод и дополнительная механическая фиксация электронных
компонентов (элементов) устройства – все эти
функции реализуются с помощью специальных
силиконовых компаундов и гелей
Заключение
Подводя итог, еще раз подчеркнем, что многие нестандартные или
сложные конструкторско-технологические задачи сегодня до сих пор
решаются с помощью спектра традиционных материалов, в большинстве случаев реализующих лишь одну функцию. Таким образом,
потенциал применения материалов, одновременно реализующих
несколько функций, остается неиспользованным. Хорошо это или
плохо? На наш взгляд неплохо, так как у отечественных производителей точно есть возможность для повышения эффективности сборочных процессов и улучшения надежности производимой продукции.
Мы будем рады, если материалы статьи окажутся вам полезными
и, как результат, вы рассмотрите возможность их использования в
производимой или разрабатываемой продукции! Со своей стороны
специалисты Предприятия Остек готовы подержать вас имеющимися
знаниями, опытом и содействием в проведении испытаний!
Таблица 2 Кремнийорганические многофункциональные материалы Dow Corning® *
Возможные
сочетания
функций
Сочетание № 1
Функции
Защита от повышенной
влажности, соленого тумана,
агрессивных сред
Теплоотвод



Сочетание № 2
Сочетание № 3

Сочетание № 4


Дополнительная
механическая фиксация и
демпфирование вибраций
Компаунд Sylgard® 160
Компаунд 3-6651

Клей-герметик Q1-9226
Клей-герметик 3-6752

Компаунд Sylgard® 160
Компаунд 567
Гель Sylgard® 527

Sylgard® 160
SE 4446 CV
* - линейка материалов Dow Corning® не ограничивается материалами, приведенными в таблице.
34
№5 (85), октябрь 2010
Специальные материалы
Dow Corning®,
реализующие несколько функций
одновременно*.
Поверхностный монтаж
Методы испытаний
ЗАО Предприятие Остек и контроля
печатных узлов
открывает первый блог в отрасли
http://blog.ostec-group.ru/
Мы уже вполне можем конкурировать с
мировыми производителями электроники,
главное сегодня - поставить себе четкие задачи,
поскольку у нас нет другого выбора.
Вадим Гаршин,
генеральный директор
...в нашей каждодневной работе мы ориентируемся
на поиск путей постоянных улучшений. В нашем
блоге мы будем делиться новыми идеями и
решениями, обсуждать возможности в различных
сферах логистической деятельности.
Наталья Зябкина,
начальник отдела логистики
Мы поняли, что блог становится
востребованным, перспективным каналом
для коммуникации с нашими Клиентами,
дает возможность попросить у них совета,
узнать мнение.
Антон Большаков,
начальник отдела маркетинга
и рекламы
идеология интернет
логистика маркетинг мероприятия модернизация
образования образование персонал презентация
выставки заседание госсовета
прикладные исследования
стратегия
тенденции
реклама сайты семинары
технологи эффективность
Найти, распознать, развить и удержать
талант — задача любой компании, амбиции
которой выше одномоментного обогащения.
Яна Родина,
ведущий специалист отдела персонала
Блог Остека воспринимаю как возможность
неформального диалога, общения «без
галстуков» по всем вопросам жизни и
деятельности компании.
Александр Разоренов,
1-й заместитель генерального директора
Цель предприятия – это эффективное производство. И перед многими
сейчас стоит задача технологического перевооружения. Есть несколько
вопросов, которые при этом необходимо решить директору предприятия.
Станислав Гафт,
технический директор
Наш блог это отличная возможность
представить деятельность нашего направления
и вынести на обсуждение непростые вопросы,
иногда требующие принятия коллективного
решения.
Алексей Ефремов,
директор направления развития образования
и прикладных исследований
ЗАО Предприятие Остек
35
Техническая поддержка
Библиотека технолога
85.5 Неудовлетворительное качество паяного соединения
Описание дефекта
Технологический дефект: неудовлетворительное качество паяного соединения по
критерию увеличенного содержания пустот (более 25% по IPC –A-610-D)
Наиболее вероятная причина: некорректные параметры температурного профиля
оплавления, неудовлетворительная паяемость компонента
Возможные последствия: отказ изделия в процессе испытаний или эксплуатации у
потребителя
Предпочтительный этап обнаружения: входной контроль – для контроля паяемости
выводов компонентов
Сборка печатных узлов – для контроля качества паяных соединений
Метод диагностики и локализации
Рекомендуемое оборудование
Контроль паяемости выводов компонентов на этапе входного контроля (выборочный
контроль) в соответствии с требованиями международных стандартов
IPC J-STD-002/003
IEC 68-2-69
MIL-STD-883C meth. 2022
Установка контроля паяемости
Menisco
Контроль качества паяных соединений на сборки печатных узлов метом рентгеновской
инспекции (выборочный контроль) в соответствии с требованиями международного
стандарта IPC-A- 600
Рентгеновская инспекция
Требуемые параметры системы
• Напряжение, kVA, не менее
• Мощность, Вт, не менее
• Разрешение, мкм, не хуже
• Геометрическое увеличение, крат, не менее
160
15
1
2000
Система рентгеновского контроля
Microme|x
Методика стимуляции отказа
Рекомендуемое оборудование
Рекомендуемая методика устранения дефекта
Рекомендуемое оборудование
При диагностике дефекта на этапе входного контроля партия компонентов бракуется и
отправляется в изолятор брака.
При диагностике дефекта на этапе собранного печатного узла, ремонт печатного узла
производится в соответствии с IPC-7711А «Руководство по ремонту и доработке печатных
узлов».
Карта 3.3.1 Демонтаж ЧИП-компонента
Метод с использованием вилкообразного наконечника
Карта 3.3.2 Демонтаж безкорпусного элемента
Метод с использованием термопинцета
Карта 3.3.3 Демонтаж ЧИП-компонента
Метод с использованием минитермофена
Паяльная станция JBC
Предупреждающие действия
Рекомендуемое оборудование
Ужесточение условий контрактов на поставку компонентов, комплектующих и материалов в
части срок годности, например: ”… Разрешённый срок использования компонента должен
составлять не менее 1 года от даты поставки ”
Улучшение организации учёта срока годности компонентов, хранящихся на складе
предприятия
Использование шкафов сухого хранения для обеспечения их сохранности
Шкаф сухого хранения серии 02
ЗАО Предприятие Остек info@ostec-group.ru, тел. (495) 788-44-44
36
№5 (85), октябрь 2010
Поверхностный монтаж
Библиотека технолога
Библиотека технолога
85.6 Неудовлетворительная паяемость выводов компонента
Описание дефекта
Дефект: неудовлетворительная паяемость выводов компонента
Наиболее вероятная причина: нарушение условий хранения
Возможные последствия: отказ прибора из-за неудовлетворительного качества паяных
соединений
Предпочтительный этап обнаружения: входной контроль
Дополнительный этап обнаружения: сборка печатных узлов
Метод диагностики и локализации
Рекомендуемое оборудование
Контроль паяемости выводов компонентов на этапе входного контроля (выборочный
контроль) в соответствии с требованиями международных стандартов
IPC J-STD-002/003
IEC 68-2-69
MIL-STD-883C meth. 2022
Установка контроля паяемости
Menisco
Контроль качества монтажа и паяных соединений печатных узлов после
операции оплавления в соответствии с IPC-A- 610D (сплошной контроль) методом
автоматической оптической инспекции.
Система автоматической оптической
инспекции качества монтажа и паяных
соединений Vantage S 22
Методика стимуляции отказа
Рекомендуемое оборудование
Рекомендуемая методика устранения дефекта
Рекомендуемое оборудование
При диагностике дефекта на этапе входного контроля партия компонентов бракуется и
отправляется в изолятор брака.
Предупреждающие действия
Рекомендуемое оборудование
Ужесточение условий контрактов на поставку компонентов, комплектующих и материалов в
части срок годности, например: ”… Разрешённый срок использования компонента должен
составлять не менее 1 года от даты поставки ”
Улучшение организации учёта срока годности компонентов, хранящихся на складе
предприятия
Использование шкафов сухого хранения для обеспечения сохранности
Шкаф сухого хранения серии 02
ЗАО Предприятие Остек info@ostec-group.ru, тел. (495) 788-44-44
ЗАО Предприятие Остек
37