Разговор на тему «Какое все-таки сборочно-монтажное оборудование нужно в России?»

Максим Шмаков

Аркадий Медведев

Данная статья «родилась» из одного разговора, можно сказать дискуссии, с одним моим хорошим другом, когда мы коснулись вопроса сборочно-монтажного оборудования для отраслевых предприятий России. Тема дискуссии звучала приблизительно следующим образом: «Какое оборудование целесообразно поставлять в Россию: мелкосерийное или все-таки для крупной серии?» То есть, другими словами, нужно ли на предприятии, имеющем программу выпуска порядка 5000 печатных узлов в год, оборудование для крупносерийного производства?

Работая технологом на одном из ведущих предприятий приборостроения, участвующего во многих НИР, я сформулировал собственную точку зрения по поводу ответа на данный вопрос. И ее можно обосновать, подходя комплексно и разложив проблему на ряд пунктов, непосредственно касающихся выбора сборочно-монтажного оборудования:

1. Финансирование предприятий отрасли.
2. Объем производства.
3. Конструкция печатной платы (далее ПП).
4. Конструкция печатных узлов (далее ПУ).
5. Используемая элементная база (далее ЭБ).
6. Дополнительные факторы, влияющие на выбор сборочно-монтажного оборудования.

Финансирование предприятий отрасли

Техническое перевооружение научной и производственной базы представляет собой очень серьезную проблему, поскольку необходимые средства не могут быть обеспечены за счет кредитования из-за высокой кредитной ставки, малости сроков и недостаточности объемов кредитов, предоставляемых банками (рисунок) [1].

К тому, же в последнее время наблюдается финансирование предприятий, связанных с производством спецтехники, что ведет к определенным требованиям к качеству изготавливаемой продукции и, как следствие, к требованиям применяемого оборудования.

Объемы производства

Объем производства в большей степени влияет на производительность автомата установки.

Для российских предприятий характерна широкая номенклатура изделий при малой программе выпуска [2].

Производительность автомата рассчитывается по формуле:

где N_ПУ — объем производства, шт./год, N_КОМП — среднее количество SMD-компонентов на ПУ, Ф — фонд рабочего времени в год, Т_ПР — время на написание программ для каждого ПУ.

Примечание. В данной формуле не учитывается переналадка автомата, которая также занимает определенное время.

Конструкция ПП

В этом пункте меня больше интересуют следующие параметры:

1. Размер ПП.
2. Количество слоев ПП.
3. Распределение меди по слоям ПП.

Многие знают, как скажутся эти параметры при пайке оплавлением. Но все же, чем больше размер платы и количество слоев, тем сложнее обеспечить минимальный градиент температуры по всей области платы. Если к тому же учесть опыт конструктора (п. 3), то выбор печи оплавления становится довольно серьезным вопросом.

Конструкция ПУ и применяемая ЭБ

С точки зрения конструкции ПУ и применяемой ЭБ наиболее важными параметрами являются:

4. Типы устанавливаемых чип-компонентов (от 01005 или выше).
5. Максимальный размер корпуса микросхем.
6. Минимальный шаг микросхем (0,5 или менее).
7. Наличие микросхем в корпусе BGA.
8. Наличие бессвинцовой ЭБ.

Пункты 4–6 непосредственно влияют на выбор автомата установки компонентов. Для установки всей номенклатуры применяемых SMD-компонентов необходимо, чтобы количество питателей было больше, чем количество номиналов, иначе в процессе сборки ПУ появится необходимость замены питателей, что приводит к некоторым неудобствам при сборочно-монтажных операциях.

Из минимального размера чип-компонента можно получить максимальную погрешность автомата, основываясь на стандарте IPC-A-610D:

• Максимальное смещение компонента для аппаратуры, создаваемой для спецтехники, — 25%.
• Размеры чип-компонента типоразмером 01005 — 0,25×0,12 мм.

Получается, при использовании чип-компонентов 01005 погрешность установки автомата составляет 0,05 мм, то есть 50 мкм (для чип-компонентов 0201 — 60 мкм).

При расчете количества питателей необходимо учитывать то, что в большинстве случаев считается количество 8-миллиметровых питателей, поэтому не надо забывать о том, что 12-миллиметровые и 16-миллиметровые питатели занимают два места и сокращают количество питателей автомата вдвое.

Максимальный размер компонента (п. 5) влияет на его распознавание видеосистемой автомата и, как следствие, точность установки данного компонента.

Наличие и количество микросхем в корпусе BGA (п. 7) связано как с выбором установщика, так и печи оплавления припоем. В первом случае это непосредственно влияет на размер ПП, во втором — на способность печи оплавления обеспечить равномерность нагрева как одной микросхемы в отдельности, так и всей гаммы микросхем.

К этому пункту относится и способ нанесения паяльной пасты, поскольку при применении микросхем в корпусе BGA не рекомендуется использовать дозирование.

Пункт 8 влияет на выбор печи оплавления. Сейчас практически все ПУ конструируются с применением смешанной ЭБ, что является, по моему мнению, самой большой проблемой. В данном случае пайка должна производиться при температурах, максимальных для свинцовой ЭБ и минимальных для бессвинцовой ЭБ. Этот диапазон формирует технологическое «окно» — 5…7 °С по всей области платы. Его можно достичь на оборудовании с минимальным разбросом температур в рабочей области.

В таблицах 1, 2 приведены сравнительные характеристики автоматов установки компонентов (табл. 1) и печей конвекционного оплавления припоя (табл. 2) [3].

Дополнительные факторы, влияющие на выбор сборочно-монтажного оборудования

К дополнительным факторам пришлось отнести то, каким образом будет эксплуатироваться приобретаемое оборудование: в составе линии или как отдельно стоящие автоматы. Это влияет в первую очередь на комплектацию автомата. Большое количество питателей часто приходится размещать по четырем сторонам. Тогда где у нас будет конвейер, если интегрировать установку в линию? Следовательно, при работе в линии половина питателей «уходит», и мы получаем то, от чего хотели уйти.

Другим наиболее важным фактором, на мой взгляд, является выбор поставщика. Выбор профессионального партнера — наиболее сложная задача, поскольку дальнейшая эксплуатация и ремонт поставленного оборудования ложится именно на его «плечи». Отсюда следует обязательное наличие своей собственной сервисной службы в России и большой накопленный опыт, связанный, конечно, не с низкой надежностью оборудования, а с большим количеством его запусков. Сюда же следует добавить не менее важный фактор — обучение.

Профессиональные фирмы-интеграторы не ограничивают свою деятельность поставкой оборудования, они поставляют технологический процесс, где оборудование является лишь составной частью комплексного проекта. Они владеют оценкой современного состояния и ближайшей перспективы развития технологий электронных изделий, чтобы при капитальных вложениях в развитие производства оптимизировать затраты на комплектование производства оборудованием — наиболее капиталоемкой составляющей инвестиций в обновление производства — с учетом задела на будущее [4].

Выводы

Согласен, что есть еще много нюансов приобретения оборудования, но для начала надо все-таки понять, что для покупателя важнее: надежность или экономия средств, будет ли загружена линия на 75% или все-таки большее количество времени она простоит.

Не устану повторять, что загруженность линии будет зависеть от того, какие у вас на нее планы. Автор знает массу компаний, которые тоже начинали с загрузки <50%. Но благодаря дальновидным планам руководителей сегодня они получают неплохой доход от контрактного производства и продолжают приобретать сборочно-монтажное оборудование для крупносерийного производства. Да, на это сложно решиться и необходимо предусмотреть массу сложных моментов. Но в России уже есть подобный опыт.

Литература

1. Меткин Н. Кадровое обеспечение высокотехнологичных предприятий радиоэлектроники. Проблемы и перспективы // Производство электроники. 2007. № 7.
2. Вотинцев А., Зеленюк И. Технология поверхностного монтажа step-by-step // Технологии в электронной промышленности. 2005. № 1.
3. http://www.elinform.ru
4. Медведев А. Обновление технологий в российской электронной промышленности // Технологии в электронной промышленности. 2005. № 1.