Российская сборка печатных узлов в зеркале мероприятий компаний

Введение

Российская электронная промышленность в течение последних нескольких лет развивалась высокими темпами. Это находило отражение не только в повышении объемов производств, но и в техническом оснащении и внедрении современных технологий, многие из которых являются передовыми в мировом масштабе. Нынешние кризисные явления привели к замедлению роста, однако накопленный за последние годы потенциал вселяет надежду в способность российской электронной отрасли к возврату к докризисным темпам развития при нормализации экономической обстановки.

Тем не менее, следует заметить, что это развитие коснулось различных секторов электронной промышленности в разной степени. Пожалуй, наиболее высокий уровень технологий и объемов производств достигнут в области сборки печатных узлов. Это вполне объяснимо, поскольку развитие данного сектора по современной модели началось существенно раньше других - почти одновременно с переходом России на рыночную экономику. Вторым по темпам развития можно считать сектор кабельной промышленности. Достаточно большое внимание уделяется переоснащению и автоматизации ручных производств кабелей и жгутов, что, по-видимому, связано с растущим рынком сбыта данной продукции.

Поскольку российской отрасли производства печатных плат не удалось сделать качественный скачок в момент перехода промышленности на платы 4 класса, это направление попало в разряд отстающих. До сих пор подавляющее большинство контрактных производителей печатных узлов и других представителей коммерческого сектора работают на платах зарубежного производства, что связано не столько со стоимостью, сколько с недоверием качеству и невозможности выполнения сложных плат на российских производствах. Эта ситуация стала меняться лишь в последнее время. На российских производствах внедряется новое оборудование и уделяется большее внимание качеству и организации такого сложного процесса, как изготовление печатных плат. Лишь недавно появились заявления коммерческих компании о возможности достижения 5 класса на собственных производствах, на выставках представляются сложные конструкции многослойных плат, выполненных из различных материалов, однако, возможности этих производств в условиях больших объемов еще ждут подтверждения.

Четверым по своему потенциалу является сектор микроэлектроники. Поскольку в коммерческом секторе и среди многих производителей специальной электроники российская элементная база почти не используется в течение нескольких лет, и эта ситуация пока не меняется, судить о потенциале данного направления можно лишь по возросшей активности ведущих российских поставщиков оборудования, уделяющих большое внимание оборудованию для микроэлектроники.

В предлагаемой статье пойдет речь о современном состоянии российской сборки печатных узлов в таких аспектах, как применяемые технологии, их тенденции и уровень производств. Основой для этой статьи послужил ряд семинаров и конференций, проводившихся российскими и зарубежными компаниями в последние несколько месяцев, на которых присутствовали представители проекта Элинформ, а также ввод нескольких новых линий на российских предприятиях, которые также посетили наши специалисты. На наш взгляд, анализ этих событий позволяет составить представление не только о нынешней ситуации в данном секторе, но и о тенденциях его развития.

Проблемы современного российского производства печатных узлов

Мероприятия, организуемые поставщиками оборудования и направленные, в конечном счете, на продвижение поставляемой продукции, за последнее время претерпели существенные изменения.

Прежде всего, это изменение традиционного подхода «от оборудования к технологии» на подход «от технологии к оборудованию». Семинары все менее похожи на зачитывание каталога компаний. Предлагаемая компаниями продукция и услуги позиционируются как средства решения имеющихся у клиентов технологических задач.

За последнее время достаточно четко выделились несколько вопросов, с которыми сталкиваются российские производители печатных узлов. Эти вопросы становятся «отправными точками» предлагаемых решений. Среди них:

• Проблема гибкости: большое число партий малого объема, высокая номенклатура, разнородная элементная база
• Проблема бессвинцовой и смешанной технологии
• Проблема качества конструкций с точки зрения технологичности сборки (DFA)
• Проблема качества монтажа
• Проблема косвенных издержек и оптимальной организации производства

Следует отметить, что некоторые из этих вопросов являются очевидными для производителей, и они приходят на семинары и конференции за конкретным решением и для обсуждения этих проблем с коллегами. Некоторые же вопросы ставятся самими организаторами мероприятий для привлечения внимания производителей к скрытым проблемам.

Важным моментом является то, что в отношении основного оборудования (автоматов установки компонентов, печей, установок нанесения пасты) все реже явно всплывает вопрос цены. Между тем, стоимость прочего оборудования (оборудования отмывки, испытательного оборудования, конвейерных систем) часто звучит в докладах, как одна из важнейших характеристик. Также часто задаются вопросы из аудитории, касающиеся стоимости владения (затрат на обслуживание, расходные материалы и т.п.), что явно свидетельствует об изменении отношения пользователей к инвестициям в основное оборудование в сторону учета косвенных затрат.

Еще одним показателем современного состояния является изменение отношения к производительности. Как со стороны организаторов, так и со стороны посетителей мероприятий все большая роль отводится не максимальным показателям производительности оборудования, а вопросам согласованности линии и реальной производительности.

Проблема гибкости

Говоря о проблеме гибкости для российских производств, следует упомянуть один из основных стратегических вопросов развития электронной промышленности в России. Существует два мнения, по какому пути будет развиваться электроника в России: по европейскому, т.е. с преобладанием высоких технологий, собственных разработок и гибких производств с высокой добавленной стоимостью, либо по азиатскому - по пути снижения себестоимости и изготовления изделий чужой разработки по известным отработанным технологиям.

Большинство представителей зарубежных компаний склонны видеть в России рынок, развивающийся по европейскому принципу. Это также подтверждает тот факт, что большая часть компаний-производителей электронной аппаратуры, даже работающие на рынке контрактного производства, обладают собственными продуктами.

Тем не менее, существует и противоположное мнение, основанное на относительно низкой стоимости труда в России, а также на тенденции глобальных производителей переносить производства ближе к рынку сбыта для сокращения издержек на логистику.

Нынешняя обстановка скорее свидетельствует в пользу первого мнения по следующим признакам:

• Россия имеет научно-технический и разработческий потенциал, несмотря на ущерб, нанесенный ему в переходные годы.
• Качество продукции, выпускаемой отечественными предприятиями, по крайней мере, более управляемое, чем в азиатской модели.
• Новые российские предприятия, прежде всего в коммерческом секторе, занимают нишу, более близкую к европейской. Это производства с объемами партий от малых до средних: медицинская электроника, промышленное оборудование, автоматика, коммуникационное оборудование, специализированная электроника. К крупносерийным и массовым областям можно отнести автомобильную электронику и системы безопасности. Все эти направления требуют специальных решений и управляемого качества. В направлениях, характерных для азиатских компаний, а именно в области бытовой техники и индивидуальных средств коммуникации, российские компании представлены незначительно.

Следуя этим соображениям, производители и поставщики оборудования стремятся принести на российский рынок решения, отражающие тенденции европейских производств: повышение гибкости и эффективности оборудования и прослеживаемости процессов.

Рост значения гибкости производств в мировом масштабе приводит к доработке конструкции оборудования. Многие ведущие производители автоматов установки компонентов, даже те, которые позиционировали свое оборудование, как, прежде всего, высокопроизводительное, снабжают автоматы интеллектуальными питателями, стремятся увеличить базу питателей, обеспечить минимальное время замены питателя в установке и ленты в питателе, снижают время подготовки программ. Классическая схема «ЧИП-шутер -> автомат повышенной точности» размывается, поскольку как высокопроизводительные, так и прецизионные автоматы обладают способностью монтажа подавляющего большинства существующих на рынке компонентов.

Однако гибкость - один из тех параметров, который диктуется не только мировыми тенденциями, но и особенностями внутреннего рынка. Отчасти из-за невысокой культуры конструирования и снабжения, отчасти из-за специфики разрабатываемых изделий контрактные производители и собственные производства компаний сталкиваются с проблемой излишне широкой номенклатуры компонентов, частых доработок изделий, поставки неполных аналогов, частичной упаковки (обрезков лент) и т.п. Кроме того, упомянутая выше особенность современных производств, заключающаяся в больших объемах при большой номенклатуре изделий, для России является особенно актуальной.

В результате проблема гибкости оказывается очень важной, и предлагаемые на рынке решения находят применения на российских производствах.

Проблема бессвинцовой и смешанной технологии

Как известно, переход на бессвинцовую технологию - вынужденный шаг для российских производителей, которые из-за широкого применения зарубежной элементной базы должны использовать бессвинцовые процессы.

Решения основных проблем чистой бессвинцовой технологии уже можно считать отработанными, в том числе, для российских компаний. Это видно и из основных приводимых характеристик оборудования: стало нормой считать «по умолчанию», что оборудование обеспечивает работу с бессвинцовыми процессами, а в качестве достоинства обычно выделяется только наличие раздельных емкостей для разных сплавов (например, в системах селективной пайки) или возможности их быстрой смены при переходе со свинцовосодержащей на бессвинцовую технологию.

Однако возникшая в результате проблема смешанной технологии, т.е. одновременной пайки компонентов со свинцовосодержащим и бессвинцовым покрытием, стала специфической чертой российских производств.

Здесь важно отметить, что сам факт широкого рассмотрения данной проблемы на различных мероприятиях, в том числе с привелечением иностранных специалистов, является показательным. Несколько лет назад подобный интерес у производителей к проблемам, влияющим, в первую очередь, на надежность и качество при длительной эксплуатации, не возникал. Повышение значения качества при разработке техпроцессов является весьма явной тенденцией.

Также интересен факт большого внимания к этой проблеме со стороны представителей зарубежных компаний, поставляющих оборудование и материалы в Россию. Эта проблема также отмечается зарубежными экспертами.

Решения, применяемые компаниями для таких сложных задач, как пайка компонентов BGA по смешанной технологии и одновременная пайка свинцовосодержащих и бессвинцовых компонентов, находятся на разной стадии от частично ручных методов до применения специализированных режимов и материалов, но в целом можно сказать, что ситуация, когда производители не обращали внимание на эту проблему, осталась в прошлом.

Что касается предлагаемых решений для смешанной технологии, то единственным общим моментом можно считать применение паст с оловянно-свинцовым припоем и флюсом, выдерживающим температуры бессвинцовой пайки. В остальном эта область остается дискуссионной.

Проблема качества конструкций с точки зрения технологичности сборки (DFA)

Семинары, посвященные правильности конструирования печатных плат для поверхностного монтажа, проводятся практически с момента прихода этой технологии в Россию. В последнее время содержание данных семинаров существенно дополнилось вопросами, связанными с многослойными платами, платами с контролируемым волновым сопротивлением, платами с корпусами BGA и другими компонентами со специфической трассировкой, а также с особенностями, связанными с бессвинцовой технологией (покрытия, отсутствие самоцентрирования, низкое смачивание).

Тем не менее, основные моменты, такие как термобарьеры, недопустимость «универсальных» площадок, расположение переходных отверстий и т.д. все еще являются важной, если не основной частью семинаров, проводимых, в том числе, контрактными производителями. Причина этого в том, что ситуация с качеством конструирования меняется крайне медленно, несмотря на значительное усложнение конструкций и применяемых технологий, накладывающих все новые и новые требования на конструкцию.

В качестве причины данной ситуации многие называют традиционное выполнение задач конструктора разработчиком-схемотехником, а также малое внимание и недостаток знаний в области технологических ограничений.

Также эту ситуацию усугубляет отсутствие современной нормативной базы, в особенности на предприятиях оборонного комплекса. В результате изделие, разработанное в соответствии с принятыми на предприятии нормами, оказывается крайне низкотехнологичным.

Для решения этой проблемы большинство контрактных производителей осуществляет доработку конструкции изделия в рамках технологической подготовки производства, либо выделяя это в отдельную услугу. Также появляются компании, осуществляющие контрактное конструкторское проектирование изделий.

Проблема качества монтажа

Вопросы качества монтажа играют важную роль в условиях массового производства, при изготовлении дорогостоящих изделий, а также изделий повышенной надежности или работающих в сложных условиях. При этом в первых двух случаях особую важность приобретает качество при первом проходе.

В настоящее время подход к этому важному для российских производств параметру представлен в основном вопросами точности характеристик оборудования и организацией контроля. Современный зарубежный подход - более комплексный. Он предполагает обеспечение прослеживаемости и обратной связи от контроля к режимам оборудования обработки. Такие схемы существуют на единицах российских предприятий и по большей части находятся в «зачаточном» состоянии.

Однако большинство производств с достаточно большими объемами имеют в своем составе не только установки автоматической оптической инспекции, но и оборудование для рентгеновского контроля.

Исходя из анализа мероприятий, можно сказать, что вопросам качества с первого прохода уделяется достаточно много внимания, прежде всего с экономической и организационной точки зрения. Часто подчеркивается роль затрат на ремонт и потерь, связанных с отбраковкой изделий. Однако параметры точности и повторяемости оборудования, стабильности характеристик материала и другие меры обеспечения качества с первого прохода, подвергаются обсуждению достаточно мало, и связь между данными вопросами часто не прослеживается.

С другой стороны, имеет место достаточно большой интерес аудитории к вопросам оценки качества по результатам визуального и рентгеновского контроля.

Также следует отметить, что многие участники мероприятий отмечают сохраняющуюся проблему с дефектами, вызванными ошибками конструирования, полностью нивелирующими технологические меры повышения качества.

Проблема косвенных издержек и оптимальной организации производства

Вопросы оптимальной организации производства вплоть до экономического кризиса для большинства производств являлись второстепенными. Как известно, Европа столкнулась с кризисом отрасли в начале 2000-х годов в связи с уходом производств в Юго-восточную Азию. Выработанные в результате меры по снижению издержек и организации производств активно доносились до представителей российских компаний на различных мероприятиях с участием зарубежных специалистов.

Одним из основополагающих моментов данных мер часто называлось то, что «тонкие настройки» и высокотехнологичное производство полностью теряют преимущества при грубых нарушениях организации. Иными словами, сколь бы производительным ни было бы оборудование, и как бы оптимально ни была бы написана программа, добиться максимальной эффективности не удастся, если оператор опаздывает с обеда, или к моменту запуска изделия нет комплектации на складе и т.п.

Хотя до кризиса складывалось ощущение, что большинство российских компаний не готово к действиям по оптимизации организации производства, было очевидно, что за несколько лет существенно изменился подход к инвестициям в оборудование, в результате чего производителями стала учитываться не только стоимость при покупке оборудования, но и стоимость владения и скрытые затраты, связанные с его использованием.

Эта тенденция коррелирует с подходами, получающими распространение за рубежом, такими как сравнительная инициатива Siplace.

Также за последнее время возросло внимание к вспомогательному оборудованию. На предприятиях с достаточно высокими объемами все меньше автоматического оборудования, не включенного в линии. Широко применяются тележки для питателей, позволяющие сократить время на переналадку, другие дополнительные средства.

С другой стороны, комплексные меры по повышению эффективности требуют дополнительных затрат на первых этапах. Это затраты на аудит и разработку планов реструктуризации. Сейчас этот момент часто оказывается в центре внимания на различных мероприятиях, но в глобальном масштабе готовности к столь серьезным шагам со стороны производителей пока не наблюдается.

Экономический кризис привел как к повышению внимания к снижению издержек, так и к «выжидательной» позиции производителей. При нормализации экономической обстановки роль оптимизации производства должна возрасти, и, по всей видимости, стоит ожидать возрастания интереса к уже имеющимся решениям.

Тенденции внедрения новых конструкторских решений

Российские производства сейчас обладают достаточно хорошим оснащением для изготовления современных изделий. Однако в отношении изготовления устройств с применением передовых конструкторских решений они все еще отстают от мирового уровня.

Фактически это связано с потенциальными возможностями оборудования при отсутствии соответствующей практики.

Так например, почти все ведущие производители обеспечивают монтаж компонентов 0201, потенциально многие новейшие линии позволяют монтировать компоненты 01005, однако реальная практика серийного монтажа 0201 имеется не у многих. То же касается монтажа microBGA и реболлинга BGA.

Также технические возможности многих линий теоретически позволяют монтировать компоненты Flip-Chip, однако автору неизвестны прецеденты серийного выпуска изделий с такими компонентами на российских коммерческих предприятиях.

Большинство производств построено по принципу: несколько линий поверхностного монтажа (с АОИ в линии или отдельно), несколько рабочих мест ручной установки компонентов в отверстия с ручной пайкой или с последующей пайкой волной/селективной пайкой, плюс контрольные и ремонтные рабочие места. Производств, оборудованных автоматическими средствами установки конструктивных элементов (например, экранов), рабочими местами запрессовки разъемов и т.п. достаточно мало.

Тем не менее, потенциально многие российские предприятия небезосновательно заявляют свою готовность к сборке изделий с новыми конструкторскими решениями.

Общие тенденции из анализа мероприятий

Основными тенденциями являются более глубокий подход к анализу инвестиций, чем сравнение начальных вложений, и большее внимание к качеству и гибкости производств при уменьшении первостепенности производительности, как характеристики оборудования.

Большинство компаний-поставщиков позиционирует себя как поставщиков не отдельного оборудования, а производственных решений. Однако, понимание законченных решений различно и варьируется от сочетания оборудования с технической поддержкой до поставки полнофункциональных линий.

Организуемые компаниями мероприятия стремятся к форме научно-технических конференций, и опять же, при очевидно одинаковом направлении данной тенденции результаты различаются. Также существенно разнится уровень подготовки аудитории как от мероприятия к мероприятию, так и в рамках одного семинара или конференции, что, безусловно, создает проблемы с подачей материала. Однако, можно отметить, что такая форма находит отклик у аудитории, и они с готовностью обсуждают имеющиеся проблемы и предлагаемые решения.

Заключение

Развитие электронной промышленности в России привело к сближению тенденций российских и зарубежных производств как в отношении взглядов на организацию и инвестиции, так и в применяемых технологиях и решениях.

Российские производства достаточно хорошо оснащены, однако реальная технологическая практика отстает от передовых мировых решений.

Изменился и подход компаний-поставщиков оборудования, делающих теперь больший акцент на технологические решения и комплексность услуг, а не отдельные преимущества оборудования.

Из-за выжидательной позиции компаний в период кризиса рост существенно замедлился, однако накопленный потенциал и возросший интерес к вопросам оптимизации производства в сложных экономических условиях позволяют надеяться на положительное развитие ситуации при нормализации экономической обстановки.

При перепечатке и цитировании ссылка на ЭЛИНФОРМ (www.elinform.ru) обязательна