Непрерывный контроль над температурой в процессе парогазовой пайки WPS 2.4: на пути к Индустрии 4.0

Полная отслеживаемость процессов изготовления электроники необходима не только в автомобильной промышленности. Производители медицинской и аэрокосмической отраслей также предъявляют высокие требования к документированию и отслеживанию процессов производства и использования материалов своих поставщиков. В большинстве случаев это предполагает дополнительные усилия и финансовые затраты, поскольку для реализации поставленных задач нужны квалифицированные кадры, программное обеспечение для цифрового документирования и оценки, а также специальные базы данных. В 2015 году компания Kraus Hardware GmbH, выпускающая изделия электроники, подняла свое производство на качественно новый уровень за счет внедрения программы отслеживаемости. Наряду с автоматизированной системой сбора информации на предприятии появились необходимые технологические средства, в частности система отслеживания выпуска изделий с помощью штрихкода.

Отслеживаемость профиля пайки

Для того чтобы обеспечить отслеживаемость, в установках пайки в парогазовой сфере Condenso X от компании Rehm предусмотрена возможность дооснащения оборудования беспроводной системой измерения температуры и документирования данных профиля пайки. С помощью этой системы обеспечивается непревзойденная точность измерений каждого цикла и передача данных программному обеспечению установки в режиме реального времени. За счет привязки данных термопрофиля к технологической документации специалистам Kraus удалость обеспечить отслеживаемость всего процесса пайки. Наряду с такими параметрами, как давление в процесс-камере и количество затрат теплоносителя (жидкости Galden), можно получать и сохранять график зависимости температуры от времени пайки (рис. 1). Посредством частоты повторений измерений (5 Гц) программа получает достаточно информации для детальной и автоматизированной оценки профиля пайки. Например, это позволяет вычислить показатели воспроизводимости и реализуемости процесса (C_p C_pk), градиент нагрева и охлаждения, а также установить индивидуальные значения срабатывания аварийного сигнала при отклонении от заданного режима.

Рис. 1. Зависимость температуры от времени

Автоматическая регистрация температуры

Измерение температуры осуществляется с помощью температурного датчика, установленного на высоте сборочного узла. Температурный датчик очень легко крепится на палете и не требует трудоемкой подготовки и подключения термопар (рис. 2). Процесс регистрации температуры и занесения данных в базу полностью автоматизирован. Это обеспечивает полный контроль над процессом и гарантирует занесение всех без исключения температурных показателей в базу данных. Беспроводной температурный датчик WPS 2.4 контролирует печатные платы на протяжении всего цикла пайки, от зоны предварительного нагрева до зоны охлаждения, что позволяет отстроить идеальный и повторяемый термопрофиль.

Рис. 2. Палета с прикрепленным температурным датчиком в зоне загрузки

Принцип работы системы WPS 2.4

Система измерения температуры базируется на использовании технологии поверхностных акустических волн (ПАВ) ISM-диапазона 2,4 ГГц. В конструкции системы беспроводного измерения пассивный датчик соединен с двумя антеннами, расположенными в процесс-камере и зоне охлаждения (рис. 3). Частота генерации электромагнитной связи между антеннами близка к резонансной частоте датчика. Сигнал от антенн преобразуется в акустическую волну, которая распространяется вдоль чувствительной поверхности датчика, отражается от конца линии и передается на модуль электронного измерительного оборудования. Измерительное оборудование анализирует сигнал, содержащий информацию о температуре, и затем передает полученные данные на промышленный контроллер. С помощью промышленного контроллера Condenso и рекордера REHM информация отображается на дисплее и заносится в запоминающее устройство. Пассивный датчик WPS 2.4 функционирует в температурном диапазоне до 300 °С с точностью измерения <1K. Производитель гарантирует заявленную точность в течение 12 месяцев эксплуатации или 3000 циклов. По истечении указанного срока датчик рекомендуется заменить.

Рис. 3. Антенна в зоне охлаждения

Термопрофилирование будущего

Возможность непрерывной регистрации температуры и времени открывает новые возможности для построения термопрофилей. Существовавшая до сих пор практика пошаговой настройки термопрофиля в зависимости от времени требовала от технологов большого опыта, прежде всего при постоянно меняющемся объеме загрузки. Количество впрыскиваемого теплоносителя (Galden), время выдержки и уровень создания вакуума в камере теперь можно точно определять, анализируя данные о температуре.

Беспроводное термопрофилирование выполняется не только с палеты печи серии Condenso, но и при помощи беспроводного устройства контроля температуры. При этом датчики контроля температуры размещают непосредственно на плате. Это позволяет отработать температурный профиль. Затем, используя датчики температуры на палете, можно точно определить, что температурный профиль на каждом изделии реализован правильно.

Сравнительно простое дооснащение установки Condenso беспроводной системой регистрации температуры WPS 2.4 позволило компании Kraus Hardware не только перейти на новый технологический уровень, но и выпускать решения, соответствующие требованиям Индустрии 4.0, что является отличительной особенностью качества производства электроники.