Линия поверхностного монтажа от компании I.C.T.

Начнем с краткого описания самой технологии. Сегодня поверхностный монтаж представляет собой наиболее популярную в мире технологию производства электронных изделий на печатных платах. Технология состоит из трех базовых технологических процессов:

1. Нанесение паяльной пасты на контактные площадки печатной платы.
2. Установка компонентов.
3. Оплавление припоя.

Каждый из трех перечисленных выше процессов можно выполнить по-разному и с разной степенью автоматизации, что, очевидно, влияет на тип оборудования.

Например, наносить паяльную пасту можно методом ручного или автоматического дозирования, трафаретной или каплеструйной печати. Каждый из методов требует разных вложений и предоставляет пользователю разную производительность и точность. То же самое касается остальных процессов:

монтаж компонентов на паяльную пасту можно осуществлять вручную пинцетом или манипулятором, в полуавтоматическом режиме при помощи интеллектуальных манипуляторов (так называемых полуавтоматов) или в автоматическом режиме с использованием автоматов поверхностного монтажа;

оплавление припоя — также довольно вариативный процесс, использующий такое оборудование, как конвекционные печи оплавления (камерные, конвейерные, с пайкой в инертной среде и прочие), парофазные печи оплавления, вакуумные печи оплавления.

Конечно, при подборе оборудования следует отталкиваться от целей и задач вашего производства. Если вы решили организовать участок поверхностного монтажа с нуля, то наверняка либо посчитали заказ изделий у контрактных производителей нерентабельным, либо считаете оборудование хорошим активом на будущее.

И то и другое будет верно, если грамотно рассчитать ресурсы и оценить перспективы на размещение заказов по монтажу плат на своем производстве. В таком случае мы рекомендуем обратить особое внимание на следующие вещи: сложность продукта (изделия на печатной плате), срок окупаемости оборудования, ремонтопригодность и послепродажное обслуживание.

Первоочередная проработка и подбор оборудования состоят в оценке точности, производительности и прочих технических параметров требуемого оборудования. Прежде всего следует определиться с размерами минимального и максимального компонентов, которые вы будете устанавливать на плату, количеством типономиналов, общим количеством компонентов на плате, габаритами самой платы и, конечно, серийностью производства. Также следует обратить внимание на наличие компонентов, критичных с точки зрения установки (близость к краям платы, разъемы, наличие многовыводных микросхем и прочие особенности).

Собранные данные значительно упростят процесс подбора оборудования — минимальный и максимальный размер контактной площадки на плате, а также их количество повлияют на выбор технологии нанесения паяльной пасты; габариты платы и наличие/количество крупных компонентов повлияют на теплоемкость изделия и, соответственно, подскажут приемлемую технологию пайки. Серийность производства и совокупность перечисленных параметров изделий определят выбор всего монтажного оборудования в целом.

Из сказанного следует, что организовать производство электроники или как минимум участок поверхностного монтажа довольно сложно. Однако существуют готовые комплекты оборудования, равнозначного по производительности и максимально совместимого между собой. Это могут быть как линии поверхностного монтажа, так и комплекты отдельно стоящих установок, собранные профессионалами отрасли. Если цели и задачи вашего производства однозначно определены, а также известен пул заказов на ближайшее время, то готовые решения существенно упростят процесс подбора оборудования.

Предлагаю рассмотреть несколько готовых решений от нашего постоянного и эксклюзивного партнера — компании I.C.T. — для разных производств. Рассматриваемые решения составлены на основе наиболее популярных технологий:

• трафаретная печать;
• установка SMD-компонентов на пасту;
• оплавление конвекцией.

Применение технологий каплеструйной печати и высокоскоростного дозирования, пайка в вакууме или паровой фазе требуют отдельного внимания.

Начнем с мелкосерийного и опытного производства несложных изделий, коими могут быть печатные платы управления бытовой техникой, промышленными контроллерами, систем оповещения и прочих устройств, преимущественно гражданского применения.

На рис. 1 представлена простая линия на базе полуавтоматического принтера, установщика компонентов начального уровня и бюджетной конвекционной печи с 4–6 зонами нагрева. Все перечисленное оборудование производится в Китае.

Рис. 1. Линия поверхностного монтажа на базе полуавтоматического принтера, установщика компонентов начального уровня и бюджетной конвекционной печи

Оборудование составлено в линию, между принтером и установщиком, а также между установщиком и печью предусмотрены соединительные конвейерные модули. Загрузка печатных плат в рабочую зону принтера осуществляется вручную, как и выгрузка после оплавления. Такое решение оптимально в случае монтажа однотипных изделий на постоянной основе. Однако на уровне мелкосерийного и особенно опытного производства важно оценить необходимость приобретения трафаретного принтера и автоматического установщика в принципе, поскольку при частой смене изделий придется заказывать отдельный трафарет и писать новую программу монтажа на автомате-установщике. Поэтому иногда проще пожертвовать производительностью и обойтись манипулятором или полуавтоматом, оснащенным дозатором материалов из шприца, и вакуумными захватами компонентов, например такого вида, как на рис. 2. Если оценивать производительность приведенных комплектов или линий в компонентах в час, то она может составлять до 1000 комп./ч (при использовании автоматического установщика китайского производства) и до 1000 комп./ч с использованием ручного манипулятора или полуавтомата. Нередко производители эксплуатируют оборудование далеко не на 100%: к примеру, имея в цеху высокопроизводительный высокоточный автомат поверхностного монтажа, все равно отдают небольшие партии печатных плат монтажникам РЭА на ручную сборку, поскольку знают, что подготовка к автоматическому монтажу (написание программы, подготовка номенклатуры, зарядка питателей) займет больше времени, чем ручной монтаж. Однако любой автоматический процесс всегда обладает большей повторяемостью и более высоким качеством продукта, к этому мы призываем стремиться наших заказчиков. Обращаясь за подбором оборудования к профессионалам, вы сможете избежать простоя станков, поскольку вам будет предложено решение, максимально соответствующее вашим задачам.

Рис. 2. Вакуумный захват компонентов

Линия поверхностного монтажа для мелко- и среднесерийного производства уже не представляется без полностью автоматического перемещения печатных плат по линии. На рис. 3 — автоматическая линия поверхностного монтажа с конвейерным оборудованием для загрузки, перемещения и разгрузки печатных плат, полноценным автоматом трафаретной печати и южнокорейским автоматом поверхностного монтажа от известного бренда. Данное решение может быть использовано как для собственного, так и для контрактного производства. Производительность такой линии, как и любой другой, определяется правилом «бутылочного горлышка», то есть она соответствует производительности самой медленной единицы в линии. Как правило, это автомат поверхностного монтажа, но все зависит от насыщенности платы. К примеру, имея один установщик топ-класса японского или южно-корейского производства, вы достигнете производительности около 20 000 комп./ч. Если этого мало, можно установить в линию два и более автоматов, производительность линии возрастет пропорционально (при условии, что она не будет ограничена менее производительными единицами линии, например автоматической оптической инспекцией). Преимущество приобретения готового решения в данном случае заключается в единовременном техобслуживании, гарантии на линию целиком, отработанном процессе пусконаладочных работ и обучении персонала заказчика. На данной линии вы сможете выполнять монтаж сложных и насыщенных печатных плат за счет того, что технология трафаретной печати позволяет наносить пасту на насыщенные печатные платы с мелкими и частыми апертурами с высокой скоростью, класс автомата поверхностного монтажа позволяет производить монтаж с заданной точностью, а конвекционная печь имеет восемь и более зон пайки для работы в условиях средней серии.

Рис. 3. Автоматическая линия поверхностного монтажа с конвейерным оборудованием для загрузки, перемещения и разгрузки печатных плат, полноценным автоматом трафаретной печати и южнокорейским автоматом поверхностного монтажа

Решение для средне- и крупносерийных производств с высокими требованиями к автоматизации и отслеживаемости процесса представлено на рис. 4. Производительность линии может превышать 100 000 комп./ч, а контроль заключается в инспекции каждого технологического процесса по очереди — после нанесения паяльной пасты, после установки компонентов и после пайки оплавлением. В линии установлены два и более автоматов поверхностного монтажа, используемых для установки разных компонентов, — один из автоматов настраивается для сверхскоростного монтажа наиболее распространенных SMD-чипов, последующие — для более крупных и редких компонентов. Возможно оснащение разнообразным конвейерным оборудованием, позволяющим расширить возможности и повысить гибкость линии: соединительные модули с механической очисткой печатной платы на входе, соединительные и инспекционные конвейеры с подсветкой и функцией остановки для визуального осмотра, телескопические конвейеры (или конвейеры-мосты) для прохода оператора сквозь линию, поворотные модули, буферные модули для регулирования скорости подачи плат в установки инспекции, охлаждающие конвейерные модули после конвекционной печи, а также многофункциональные загрузчики печатных плат и разгрузчики с функциями сортировки и отбраковки (NG/OK). Для контрактных производителей с высокими объемами также важна гибкость линии, иными словами, возможность быстрой переналадки на другой тип изделия, что влечет за собой изменения в номенклатуре и необходимость быстрой перезарядки питателей. Для решения этой задачи многие современные установщики обладают сменными базами на колесиках, что позволяет оператору менять не по одному питателю, а установить целый блок сразу, предварительно заряженный нужной номенклатурой.

Рис. 4. Решение для средне- и крупносерийных производств

Суть готовых решений заключается в простоте подбора для заказчика, мы с радостью окажем вам поддержку в этом вопросе. Но я хотел бы еще раз отметить, что приобретение готового решения невозможно без предварительного обсуждения задач, сбора информации относительно текущего продукта и прогноза будущих заказов. Приобретение и запуск первой автоматической монтажной линии на вашем производстве обязательно будет сопровождаться множеством вопросов относительно программирования, работы, технических аспектов и многого другого. Современные задачи требуют современных решений, поэтому на пусконаладочные работы линии со стороны поставщика отводится не менее 7–10 дней, после чего операторам заказчика предоставляют контакт сервисного инженера в любых удобных мессенджерах и оставляют право задавать вопросы и консультироваться столько, сколько потребуется для полного изучения продукта.

Компания ETA не бросает заказчиков на полпути и доводит процесс организации производства до конца, чему есть множество подтверждений со всего мира, в том числе и в России.