От входного до выходного контроля:
как производится электроника ответственного применения

Для экскурсии ЗАО НПФ «Доломант» организаторы конференции — Издательский дом «Электроника» и медиагруппа Finestreet — выбрали не случайно. Предприятие, специализирующееся на производстве сложной высоконадежной электроники, сегодня по уровню оборудования и технологий занимает одно из ведущих мест в России. Во многом к этому обязывает его специ-фика, ориентированная на разработку и выпуск продукции для сложных условий эксплуатации, к качеству которой предъявляются самые высокие требования. Среди заказчиков «Доломанта» — телеком, нефтегазовая отрасль, атомная энергетика, железнодорожный транспорт, медицинское приборостроение и другие.

Следует отметить, что высокие требования к качеству и надежности продукции определяют и структуру компании: из 250 сотрудников инженерно-технических специальностей от 60 до 70% занимаются испытаниями, проверкой, тестированием, точками контроля на производстве. Сейчас создаются подразделения, чья задача — осуществлять разрушающий и неразрушающий контроль компонентов и печатных плат (методом электрошоков и термошоков), лаборатория, где будет проводиться проверка компонентов плат и материалов на соответствие ГОСТам, ОСТам, IPC и другим нормативам. Все это не производственные, а подготовительные и контрольные направления, но они необходимы в рамках организации выпуска электроники специального назначения и экстремального использования. Развитие контрольно-испытательных подразделений — это ответ на потребности заказчиков и стратегическое направление, в которое вкладываются и людские, и финансовые ресурсы. В последние годы дополнительным стимулом для развития этих подразделений стали ограничения на поставку зарубежных комплектующих и связанный с ними курс на импортозамещение. К сожалению, качество отечественных компонентов очень низкое, что вынуждает предприятие проводить их тщательный входной контроль.

Первый этап прохождения заказа — инженерно-техническая подготовка (рис. 1). Ею занята управленческая структура, насчитывающая от 10 до 30 человек, в зависимости от проекта. Есть постоянная группа технологов, группа контроля, а также команда из 30 специалистов — из них формируется временный коллектив для реализации очень крупных и сложных проектов. «Я не знаю другого российского предприятия, где есть столь же мощная группа подготовки, — говорит Вадим Лысов. — Сегодня все серьезные проекты, выполняющиеся на предприятии, проходят тщательную экспертно-аналитическую обработку — это крайне необходимо».

Рис. 1. Подготовка проекта: технолог, инженер и архивариус

На этапе инженерно-технической подготовки проводится контроль рабочей конструкторской документации и ее архивирование (электронные и бумажные копии хранятся в разных местах), нормирование работ, разработка и изготовление оснастки, формирование технологической документации (маршрутных карт, сопроводительных ярлыков и этикеток), подготовка трафаретов и программ управления для автоматизированных установок. К сожалению, качество техдокументации к заказам на контрактное производство сторонних разработок зачастую не отвечает установленным нормативам, поэтому инженерам-технологам приходится тесно сотрудничать со специалистами заказчика, доводя техническую документацию до нужного уровня.

В силу ограниченного времени посещение затронуло лишь одно подразделение компании — монтажный цех. Отметим, что общий подход к требовательному обеспечению качества — сквозной и единообразный во всей производственной цепочке компании, включающей равноценные по площади цеха кабельного производства, промышленной сборки, тестирования, испытаний, механической обработки деталей, селективной автоматизированной влагозащиты и участок рентген-контроля сборочных узлов.

Основной склад, где осуществляется консолидация комплектующих и готовой продукции, комплексное комплектование к работе заказов, находится на другой территории, также в Москве. Готовая, подобранная в соответствии с планом производства комплектация заказов передается на оперативный склад рядом с производственными цехами, еще раз проверяется, в том числе на соответствие сборочным чертежам и допускам при изготовлении, а затем направляется на участки (рис. 2). Комплектующие обязательно проверяют на соответствие этикеток реальным номиналам, исключая потенциально существующий человеческий фактор пересортицы.

Рис. 2. Контроль комплектования участков

В производственных помещениях полы, столы, стеллажи — все антистатическое. Используются антистатические халаты и обувь. Перед входом в цеха персонал проверяется на соответствие антистатическим требованиям.

В монтажном цехе две производственные линии автоматизированного поверхностного монтажа (Surface-Mount Technology, SMT) имеют стандартную структуру: установка трафаретной печати паяльной пасты, автомат быстрой установки стандартных компонентов с точностью до 25 мкм, автомат установки компонентов с критической точностью 15 мкм, 20‑зоновая печь конвекционного оплавления (рис. 3), стыкующие конвейеры и кассетные загрузчики-выгрузчики печатных плат.

Рис. 3. Линии СМТ, снятие профиля печи

К каждому заказу предусмотрен сопроводительный ярлык и маршрутная карта. Прежде чем загрузить в трафаретный принтер пасту, оператор сканирует штрихкод на ее упаковке; он сохраняется в базе данных, куда поступает вся информация о каждом заказе: кто, когда и какие операции выполнял, какие материалы использовал и т. д. Если срок годности пасты истек, система выдает сообщение о том, что данный материал запрещен к использованию.

Перед загрузкой плат в установку трафаретной печати они проходят визуальный контроль: проверяется наличие штрихкода и качество плат (рис. 4). Если обнаруживается, например, изменение цвета маски, загрузчик останавливают и определяют причину изменений — это новая партия плат от другого производителя или дефект.

Рис. 4. Подготовка заказа к монтажу

В трафаретных принтерах здесь применяют только нерастягивающиеся и нестираемые трафареты, они регулярно проходят промывку и чистку ультразвуком. Трафареты для тех заказов, которые будут использованы в ближайшие два-три месяца или только что сняты с работы, хранятся в цехе, в непосредственной близости от производственной линии. Тут же располагается пункт контроля и промывки трафаретов. Если трафарет отработал свой срок, изготавливается новый. Трафареты здесь рассматривают как расходный материал. Конечно, новый трафарет стоит $300–500, но если не произвести своевременную замену, то возникнут проблемы и при установке компонентов, и в печи, а в конечном итоге — и в ОТК. Периодичность контроля трафарета и его замены устанавливается регламентом.

Сами платы предприятие обычно заказывает в Южной Корее. «Доломант» работает с многослойными печатными платами (до 18–24 слоев), платами со сложной несимметричной компоновкой токопроводящих слоев, платами на металлическом основании и другими. Может производиться двусторонняя установка сложных поверхностно монтируемых элементов, монтаж по свинцовой, бессвинцовой и переходной технологии пайки, с флюсами и присадками по отмываемой и безотмывной технологиям и т. д.

Питатели с комплектующими для установочных автоматов подготавливаются для всех заказов на данный день заранее, чтобы можно было легко переключать линию с одного заказа на другой. К сожалению, еще нередко клиенты поставляют комплектующие не на бобинах, а в пакетиках, где могут находиться обрывки лент. «Для Европы это нонсенс, — говорит Вадим Лысов, — а у нас приходится работать и в таких условиях, самим наносить штрихкоды».

Автоматические установщики-шутеры производства Siemens устанавливают пассивные компоненты со скоростью до 19 тысяч штук в час. Если плата сложная, установка выполняется не на быстром шутере, а на самом точном станке. На участке SMT-монтажа производится также поверхностный монтаж микросхем в корпусах BGA и micro-BGA с количеством контактов более 1000 и шагом выводов до 0,3 мм.

После установки компонентов каждая плата проходит визуальный контроль (в сопроводительном ярлыке заказа технологи указывают критические места на плате, требующие проверки); ее отправляют в печь лишь в том случае, если все компоненты точно легли на положенное им место (рис. 5). Если обнаруживаются незначительные и несистематические дефекты, контролер сам исправляет их на месте; платы с серьезными изъянами передаются в цех для исправления. Перед тем как плата будет загружена в печь, контролер делает отметку о прохождении контроля.

Рис. 5. Работа с внутрицеховыми рекламациями

Первая плата каждого нового заказа после установщика передается в ОТК, линия останавливается, и только после проверки толщины намазки пасты, качества установки компонентов и других показателей дается разрешение на включение линии (рис. 6).

Рис. 6. Промежуточный контроль первой детали

Все станки хранят всю историю действий по каждому заказу в течение 5–7 лет: номер заказа, название платы, штрихкод каждой платы, которая проходила по линии, остановки линии, если они случались (это момент, когда могла произойти ошибка), и т. д. Если, например, возникает необходимость заменить катушку на новую с тем же артикулом, то сначала предсклад проверяет ее номинал и дает разрешение на установку. Более того, при работе со сложными изделиями, содержащими много не идентифицируемых визуально комплектующих, можно включить режим, при котором станок выдает сообщение, если вместо одного артикула пошел другой артикул. Сообщение можно игнорировать, если так и планировалось, либо прореагировать на него, пойти на предсклад и проверить, почему появился другой артикул.

На участке автоматизированной селективной пайки (TNT-монтажа) на плату вручную устанавливаются компоненты в выводных корпусах, крупногабаритные и нестандартные компоненты, а затем она по конвейеру отправляется в установку селективной пайки ERSA VERSAFLOW, где производится локальное нанесение флюса на места пайки, предварительный подогрев платы и пайка микроволной припоя в атмосфере азота (рис. 7).

Рис. 7. Автоматизированная линия селективной пайки штыревых компонентов

Для нестандартных компонентов оборудованы рабочие места ручной формовки и пайки компонентов, где предусмотрена подача азота и контроль температуры паяльников (рис. 8).

Рис. 8. Участок формовки и монтажа нестандартных компонентов

В соответствии с техдокументацией для отмывки плат могут применяться различные методы: ультразвуковой, струйный с использованием деионизированной воды, отмывка спиртосодержащими растворами и щелочными жидкостями.

На участке лакировки и защиты изделий производится влагозащита плат с помощью покрытия специально подобранными химически стойкими лаками со сроком службы не менее 20 лет. Серийные изделия поступают на лакирование на автоматизированную линию нанесения, опытные и штучные образцы — на участок ручного нанесения влагозащиты. Качество покрытия проверяется визуально в ультрафиолетовом свете, обнаруженные дефекты покрываются лаком вручную (рис. 9).

Рис. 9. Контроль качества нанесения лака в ультрафиолете

Качество монтажа готовой платы проверяется методом автоматизированной оптической инспекции на установке Orbotech Symbion S36 и методом неразрушающего рентген-контроля на установке YXLON Y.Cougar SMT.

Готовая продукция и полуфабрикаты для дальнейшей сборки в других цехах передаются в ОТК (рис. 10), где производится ее полный или выборочный контроль согласно ярлыку технологов, причем при выявлении дефектов доля проверяемых плат увеличивается и может быть доведена до 100%, даже если это требование изначально отсутствовало в сопроводительной документации. Кроме того, среди продукции «Доломанта» есть чрезвычайно сложные изделия, к примеру, 18‑слойные платы нестандартного размера со сквозными контактами в 14 слоях, несущие более 4000 компонентов. Они проходят обязательный 100%-ный контроль на всех этапах производственного процесса.

Рис. 10. ОТК на страже качества

Специфика предприятия «Доломант» такова, что применение стандартных систем управления производственным процессом оказалось нецелесообразным: они требовали бы постоянной серьезной доработки. В компании создали информационно-аналитический отдел и сформировали собственную программу учета и управления для производства (рис. 11), сейчас на предприятии занимаются тем, чтобы вся документация была представлена в электронном виде (уже действует пилотный проект на 10 рабочих мест). У каждого сотрудника есть индивидуальный номер. Приступая к работе, он проходит идентификацию в системе, открывает по маршрутной карте нужные операции, осуществляет их и отмечает выполнение; все операции регистрируются, на каждую плату нанесен штрихкод или наклеена временная этикетка, и про каждую плату можно точно сказать, кто ее делал.

Рис. 11. Оперативное управление качеством всей цепи производства

В базе данных фиксируются (без возможности удаления) все сведения о том, что происходит с платой в процессе ее изготовления, кто производит с ней те или иные операции, а если речь о спецзаказе, то и многие другие параметры — например, когда и где, на каком заводе была изготовлена плата. Иерархическая организация информационной системы позволяет получить практически любые сведения: где находится архивная документация, кто расписывал ярлыки, кто составлял маршрутную карту, когда она попала в план работы и т. д.

В 2017 году три производственные линии «Доломанта» обеспечат суммарную производительность (максимальную по IPC) 327 000 комп./ч. Это не самоцель: дополнение и смена оборудования связаны с постоянным обновлением технологий и ужесточением требований к точности монтажа, миниатюризации компонентов и выводов проводников. А потому компания не планирует значительно увеличивать производительность, соответствуя строго самым современным возможностям в сборке электроники: она не занимается массовым выпуском и ее приоритеты не в массовости, а в сложности и качестве выполняемых работ, в освоении критических технологий и производственных функционалов. Потребителю поставляются как полуфабрикаты (модули, узлы), так и готовые крупные блоки, шкафы, прошедшие функциональный контроль и тестовые испытания по согласованным с заказчиком методикам. Кабельным производством, сборочными операциями, механическими деталями для сборочных единиц занят соответствующий цех, по оснащенности и квалификации персонала не уступающий монтажному цеху.

С начала производства в 2002 году предприятие выпустило более 2 млн изделий номенклатурой свыше 2100 типов. Компания осуществляет контрактное производство электроники, заказные разработки, сервис и поддержку продукции. У «Доломанта» есть собственное СКБ, где трудится 150 человек — они ведут около 60 проектов, выполняют анализ на наличие в них критических компонентов, подбирают возможные замены и альтернативные решения.