Семинар компании ООО «Диполь Технологии», Группа Компаний «Диполь», «Организация эффективного высокотехнологичного производства сборки радиоэлектронной аппаратуры нового поколения на базе инновационных решений»

Фото: Диполь

Осень – традиционно активное время с точки зрения мероприятий в отрасли производства электроники. В это время проходит несколько крупных отраслевых выставок и множество профессиональных семинаров. В этом году большинство организованных компаниями-представителями российского рынка производства электроники семинаров имело одну общую черту: они были в той или иной мере посвящены вопросам эффективности производств, что часто отражалось в их названиях. Причины этого очевидны: мировой экономический кризис заставил задуматься о разумной экономии, что потребовало от компаний изменения подходов и процессов для того, чтобы минимизировать затраты без существенных потерь в производительности и качестве. Это можно считать достаточно общим определением повышения эффективности в кризисных условиях. Однако на этом общие моменты и заканчиваются. Каждая компания подходит к решению этой задачи по-своему, а компании-поставщики оборудования и технологий, взявшие на себя роль консультантов при поиске путей повышения эффективности, предлагают различные стратегии, которые в большой степени зависят от позиционирования компании на рынке, ее взгляда на существующую обстановку и особенностей использования опыта своих поставщиков – преимущественно европейских компаний, имеющих опыт в преодолении кризисной ситуации методами оптимизации производства.

Мы хотели бы поделиться с вами одним из таких подходов, который был представлен компанией «Диполь Технологии» на ежегодном семинаре, который в этом году проходил 25-26 ноября в г. Санкт-Петербург под названием «Организация эффективного высокотехнологичного производства сборки радиоэлектронной аппаратуры нового поколения на базе инновационных решений».

Семинар открыли Председатель Совета директоров Группы Компаний «Диполь» Николай Владимирович Ковалев и Управляющий директор компании MYDATA automation в странах Бенилюкс, Великобритании и России, а также Директор по стратегическому развитию «Диполь Технологии» Пол Ройманс. Каждый из них произнес небольшое вступительное слово, задав при этом общий лейтмотив мероприятия: повышение эффективности, прежде всего, основывается на оптимизации производства, мерах по повышению загрузки оборудования и применении передовых технологий, учитывающих особенности выпускаемой продукции. Эти слова можно интерпретировать как подчеркивание того факта, что эффективность по определению не может повышаться экстенсивным способом.

Первый доклад семинара, представленный Техническим директором компании «Диполь Технологии» Сергеем Владимировичем Рыбаковым, был посвящен «расшифровке» очень популярного в настоящее время понятия «инновация» и его места в вопросе развития производств электроники. С. В. Рыбаков указал на большое внимание руководства страны к инновационным технологиям, упомянув, в частности, пять приоритетных направлений, определенных Президентом РФ: Энергоэффективность и ресурсосбережение, Ядерные технологии, Космические технологии, Технологии в области медицины, Стратегические компьютерные технологи и программное обеспечение. Вместе с тем, докладчик подчеркнул, что в самом определении понятия «инновация» заложена готовность к практическому использованию, и производители должны в первую очередь исходить из фактической потребности и реализуемости передовых технологий. С. В. Рыбаков выделил ряд решений, предлагаемых компанией, для внедрения новых технологий на предприятиях отрасли, позволяющих повысить их эффективность и конкурентоспособность, учитывая особенности приоритетных направлений. Это:

• Интеллектуальные системы хранения и учета компонентов.
• Каплеструйное нанесение паяльной пасты.
• Проверка электрических параметров компонентов перед монтажом.
• Специализированные питатели и программное обеспечение, позволяющие сократить время перехода на новое изделие.
• Установочное оборудование высокой точности.
• Парофазная пайка.

Как несложно заметить, эти решения направлены на снижение времени простоя оборудования при переходе на новую продукцию и повышение качества отдельно взятого изделия. Иными словами, это инструменты повышения эффективности многономенклатурных производств с высокой стоимостью изделия за счет снижения затрат путем повышения выхода годных изделий и увеличения степени загрузки оборудования.

Следующие несколько презентаций более подробно раскрывали технические аспекты данных решений.

Специалист компании MYDATA automation (Швеция) Нико Кунен представил доклад, посвященный каплеструйной (бестрафаретной) печати. Данный метод предназначен для обеспечения высокой гибкости при нанесении паяльной пасты в условиях большой номенклатуры и относительно небольших серий за счет отказа от применения трафаретов. Эта технология обеспечивает достаточно высокую точность нанесения, что позволяет применять ее для изготовления изделий с компонентами до 0201 и шагом выводов до 0,4 мм.

Технически каплеструйная печать реализуется подобно струйной печати на принтере. При этом материал (паяльная паста или клей), в отличие от дозирования, наносится бесконтактно и очень малыми дозами с большой скоростью, что позволяет формировать из нескольких доз отпечатки необходимой формы и объема.

Современные каплеструйные принтеры MY500 компании MYDATA automation позволяют наносить до 1,8 млн. доз в час, благодаря чему их с успехом можно применять вместо недостаточно точного и очень медленного нанесения дозированием, а также в условиях мелко- и среднесерийного производства вместо трафаретной печати. Благодаря этому экономится не только время на замену трафарета, но также полностью отсутствуют затраты на его разработку, изготовление, отмывку и хранение.

Кроме того, данный метод позволяет исключить влияние коробления платы и решить проблему существенно разных объемов отпечатков, которая при трафаретной печати решается только в определенных пределах с помощью дорогих и сложных ступенчатых трафаретов, которые, помимо прочего, накладывают ограничения на расстояние между отпечатками разной высоты. При бестрафаретном методе данного ограничения нет, что открывает дополнительные возможности для конструктора, в частности, с точки зрения уменьшения размера плат. Также этот метод позволяет выполнять простое и качественное нанесения пасты для компонентов QFN с теплоотводом, что трафаретным способом решается достаточно сложно.

Следующий доклад представил Коммерческий директор «Диполь Технологии» Сергей Сергеевич Рыбаков. Данный доклад был посвящен целому ряду решений для мелко- и среднесерийного производства изделий для ответственных применений. Докладчик начал с вопросов уровня построения производства. В частности, он осветил вопрос эффективности использования линий и отдельностоящего оборудования. По его словам, в условиях мелких и средних серий часто бывает более эффективно не объединять оборудование в линию, позволяя тем самым варьировать загрузку оборудования. Например, если установка компонентов производится достаточно долго, конвейерная печь в линии будет работать вхолостую, ожидая завершения работы автомата установки. Если же печь используется отдельно, ее можно включить, например, во второй половине смены, когда уже имеется большой задел собранных, но не спаянных плат, тем самым существенно снизив потребляемую электроэнергию.

Представив ряд подобных вариантов организации процесса, С. С. Рыбаков перешел к техническим аспектам повышения гибкости и степени загрузки оборудования. Здесь он упомянул такие решения компании MYDATA, как: питатели Agilis, загрузка ленты в которые производится за считанные секунды, и которые обеспечивают работу с обрезками лент без необходимости их наращивания; 100% программирование вне линии; возможности быстрого обучения новым компонентам без ввода геометрических параметров, а также проверку электрических параметров компонентов на установщике.

Также докладчик уделил внимание хранению компонентов. Для этого компания «Диполь Технологии» предлагает интеллектуальные склады хранения компонентов компании MYDATA automation, позволяющие не только обеспечить контролируемые параметры атмосферы для компонентов, чувствительных к влаге, но и вести автоматизированный учет воздействия влажности на такие компоненты. Данное решение представляет собой «электронный склад», позволяющий автоматически управлять запасами, и, исходя из данных производственного процесса, заранее подготавливать компоненты для загрузки.

Следующая презентация, которую представил Хан Раетсен, специалист компании Balver Zinn / Cobar (Германия / Нидерланды), была посвящена крайне актуальному для современной российской промышленности вопросу – смешанной технологии пайки, т.е. пайки бессвинцовых компонентов свинцовыми сплавами. В докладе были представлены данные, полученные в результате испытаний надежности паяных соединений компонентов BGA. Основные представленные выводы, полученные в результате анализа структуры паяных соединений и испытаний на надежность, следующие:

• Бессвинцовые выводы компонентов типа BGA, CSP, Flip-Chip и т.п. не рекомендуется паять при температурах профилей для свинцовосодержащих сплавов. В противном случае паяные соединения приобретают неоднородную микросруктуру.
• В результате испытаний наибольшую надежность, как и следовало ожидать, показали паяные соединения свинцовосодержащих шариков, спаянных свинцовосодержащим припоем. Близкую, но несколько меньшую надежность продемонстрировало сочетание SAC/SAC. Надежность сочетания шариков и припоя разнородных сплавов оказалась существенно ниже гомогенных вариантов.

Арьен Коппенс, специалист компании DIMA (Нидерланды), представил доклад, посвященный нанесению защитных покрытий. В этой очень информативной презентации были приведены классификации воздействий, от которых защищает покрытие, материалов покрытий, видов нанесения, приведены параметры оборудования и окружающей среды, влияющие на процесс нанесения, а также даны достоинства и недостатки различных типов материалов, на основе которых можно осуществить выбор наиболее подходящего решения для конкретной задачи.

Докладчик также выделил ряд моментов, на которые следует обратить внимание при проектировании процесса отверждения:

• При полимеризации под действием тепла следует использовать ИК-излучение, а не конвекцию, так как конвекционные печи опасны при работе с защитными покрытиями,
• При УФ-отверждении следует правильно выбирать длину волны,
• Среди дефектов покрытия наиболее распространенными являются: смещение материала, апельсиновая корка и пузырьки в слое покрытия, которые возникают, прежде всего, при неправильном выборе технологического процесса и параметров этого процесса.

В качестве резюме А. Коппенс подчеркнул, что при получении качественного покрытия не все зависит от оборудования, и к данному процессу следует подходить комплексно.

Следующий доклад представил специалист компании Asscon (Германия) Уве Филор. Данный доклад был посвящен технологии парофазной пайки и в целом знакомил с основами данного метода и его отличиями от наиболее распространенной на сегодняшний день конвекционной пайки.

Помимо шагов выполнения пайки в паровой фазе, а также основных преимуществ данного метода, среди которых: высокая скорость теплопередачи, возможность пайки изделий с высокой теплоемкостью, упрощенное термпрофилирование, естественная пайка без доступа кислорода и физическая невозможность перегреть сборку,– У. Филор упомянул о таком решении как вакуумирование, которое позволяет свести к минимуму образование пустот в паяных соединениях. Принцип вакуумирования заключается в помещении платы с еще не застывшим припоем в камеру, в которой создается разряжение. Пузырьки воздуха, находящиеся в паяных соединениях, под воздействием разности давлений начинают увеличиваться в объеме, пока не достигнут поверхности припоя, после чего воздух выходит из объема будущего паяного соединения.

Теплоотдача рабочей жидкости во много раз превышает теплоотдачу воздуха, поэтому в парофазной печи нагрев осуществляется гораздо быстрее, чем в конвекционной, даже когда теплоемкость изделия очень высокая. Для предотвращения термоудара в печах Asscon применяется программное управление количеством пара. Суть этого метода заключается в том, что при погружении сборки в облако пар конденсируется на изделии, отдавая ему тепловую энергию, пропорциональную количеству пара. При этом температура изделия повышается на величину, зависящую от его теплоемкости. Для дальнейшего повышения температуры изделия необходим дополнительный пар, который формируется увеличением мощности на нагревателях рабочей жидкости. Новый пар вновь конденсируется на поверхности сборки, обеспечивая следующую ступень подъема температуры и т.д. При этом несложно заметить, что температурный профиль, хотя и в меньшей степени, чем при использовании конвекции, но зависит от теплоемкости изделия. Поэтому определенное термопрофилирование парофазной пайки все же требуется.

В предустановках печи имеется три профиля для «легких», «средних» и «тяжелых» сборок, которые позволяют качественно паять большинство типовых изделий. У. Филлор заметил, что, несмотря на определенную зависимость термопрофиля от конструкции, профили похожих плат отличаются существенно меньше, чем в конвекционных системах. Кроме того, поскольку сборку физически невозможно нагреть до температуры выше точки кипения рабочей жидкости, а момент окончания пайки определяется системой автоматически, то применение самого «мягкого» профиля позволяет спаять даже очень массивное изделие, хотя и с совершенно другими затратами времени. Т.е. термопрофилирование парофазной пайки сводится к уменьшению длительности профиля так, чтобы при этом не возникало опасных скоростей роста температуры.

Последней презентацией первого дня стал доклад Пола Ройманса, подчеркнувшего особенности компании MYDATA automation, которые сильно коррелирует с тем, как развивается производство электроники в России. Эти особенности были сформулированы как:

• Мы другие,
• Мы думаем по-другому,
• Мы не мыслим шаблонно,
• Мы действуем инновационно,
• Мы раздвигаем границы технологий.

П. Ройманс призвал не «зацикливаться» на уже ставших традиционными решениях, поскольку многие из них уже достигли своего предела, и чтобы сделать шаг вперед, нужны качественные изменения в технологии. По его словам, если Россия будет перенимать традиционные и отработанные решения из-за рубежа, она всегда будет отставать. Чтобы она могла занять конкурентоспособную позицию в мире, ей необходимо обратиться к решениям завтрашнего дня, однако, не забывая, что это должны быть «работающие» решения, а не далекие перспективы.

Подтверждая то, что компания MYDATA automation следует именно таким принципам, П. Ройманс рассказал о слиянии компаний MYDATA automation и Micronic AB с целью эффективной работы на стыке уровней электронных узлов и микроэлектроники, поскольку тенденция объединения этих дисциплин является качественно новым, перспективным, но вместе с тем логичным шагом в дальнейшем развитии технологии электронного оборудования.

В конце первого дня все докладчики ответили на вопросы аудитории. Бóльшая часть вопросов касалась особенностей тех или иных технологий, а также планов компаний по усовершенствованию своего оборудования.

Второй день семинара состоял из двух частей: продолжения презентаций и практической части на предприятии ОАО «НПП «Пирамида».

Презентацию, посвященную контрафактным компонентам, представил специалист компании Dage (Великобритания) Кит Брайант. Он рассказал, что проблема поддельных компонентов в настоящее время достигает опасных масштабов и приобретает катастрофические формы: от продажи компонентов, снятых с неисправных плат, до промышленного производства корпусов, не содержащих кристаллов вообще. По всему миру существует множество дистрибьюторов, готовых в любой срок за разумную цену поставить любой компонент, даже снятый с производства или вовсе не существующий, само собой, не заботясь о его происхождении и качестве. Одним из наиболее распространенных способов подделки является перемаркировка компонентов, в особенности, при заказе очень дорогих или устаревших компонентов, которые сложно достать.

По словам К. Брайанта, основная проблема заключается в том, что если упаковка вскрыта, то производитель уже не может предъявить претензий к поставщику. Хотя российская аудитория в этом вопросе с ним не согласилась, вспомнив, что в России имели место прецеденты возврата некачественных компонентов дистрибьюторам после вскрытия упаковки, все, тем не менее, признали важность определения поддельного компонента до его установки на плату. К. Брайант предложил использовать для этого возможности рентгеновского контроля, позволяющего не только убедиться в наличии кристалла, но и качественно сравнив изделие с оригиналом, сделать вывод о его подлинности. У компании Dage уже есть такой опыт, что было продемонстрировано в виде серии сравнительных изображений, полученных с помощью рентгеновского контроля, на которых очевидны отличия подлинных и поддельных компонентов, выглядящих снаружи практически идентично.

Следующий докладчик Крис Малвхилл, директор по производству EMS Wireless Security Systems (Великобритания), поделился с присутствующими историей своей компании, являющейся одним из лидеров в области беспроводных противопожарных систем и систем безопасности в Великобритании. С увеличением объемов производства перед компанией в определенный момент встал вопрос о передаче производства контрактному производителю, либо о существенных инвестициях в развитие собственных производственных мощностей. Решение данной дилеммы было непростым и потребовало рассмотрения всех «за» и «против» обоих подходов.

Несмотря на то, что в это время большинство компаний стремилось перенести свои производства на восток, что имело очевидные преимущества как в стоимости производства, так и в том, что компании не требовалось самим решать производственные проблемы, для К. Малвхилла оказались более весомыми аргументы в пользу собственного производства. Это:

• Более короткая обратная связь, как следствие, более высокая гибкость и лучшее управление качеством.
• Отсутствие проблем с перемещением готовой продукции.
• Отсутствие проблем с часовыми поясами.
• Возможность сокращения склада готовых изделий.
• Возможность оперативного изменения планов производства при срочных заказах.

На основе этого анализа было принято решение инвестировать в собственное оборудование. С учетом особенностей организации производства выбор пал на линию на основе автомата MY12 компании MYDATA automation. Впоследствии был также приобретен автомат MY9E, а в сентябре 2008 автомат My100DX заменил в линии автомат MY12. Кроме это на предприятии установлено два отдельностоящих установщика серии ТР компании MYDATA automation.

Однако объемы продолжали расти, и перед компанией встал новый вопрос: закупать еще оборудование, либо добиваться большей эффективности в работе имеющихся производственных средств. В августе 2006 года был проведен совместный анализ эффективности вместе с компанией MYDATA automation. Анализ реальной производительности производства показал, что, повышение эффективности возможно без дополнительных инвестиций в новое оборудование за счет реорганизации подхода к управлению производством: четкое планирование переналадок, сокращение времени переналадок каждой линии до максимум 9мин. 59 сек., удаленное написание инструкций и программ переналадки, правильное программирование корпусов.

В результате данных работ с 2006 по 2008 год эффективность отдельных линий была повышена примерно в 1,5 раза. При таких параметрах контрактное производство в Китае оказывается неконкурентоспособным по экономическим показателям собственному производству.

Последний доклад был представлен специалистом компании «Диполь Технологии» Антоном Владимировичем Сизовым и был посвящен технологии селективной пайки.

Селективная пайка в настоящее время приобретает все бóльшую популярность в качестве замены пайки волной и ручной пайки. По сравнению с первой, она экономичнее, дает меньше дефектов, а также не требует маскирования областей, на которые припой наноситься не должен. По сравнению со второй, селективная пайка существенно снижает влияние человеческого фактора и при определенных объемах оказывается дешевле.

Существует два типа селективной пайки: с подвижным соплом (или «рисования») и с адаптером (или «окунания»). В первом типе применяется координатное перемещение сопла миниволны, которое позволяет последовательно осуществлять пайку в каждой точке. Этот метод очень гибкий, но обладает невысокой производительностью. Адаптерный метод основан на применении специальной оснастки, формирующей сразу все миниволны во всех точках пайки. Данный метод высокопроизводительный, но гибкость его очень низкая из-за большой стоимости адаптеров, которые должны изготавливаться для каждого типа платы.

Поскольку компания «Диполь Технологии» делает ставку на гибкость, А. В. Сизов остановился, прежде всего, на методе «рисования», показав, какие способы повышения качества и производительности при этом могут быть применены. В частности, он упомянул о соплах нецилиндрической формы и спаренных соплах для обработки мультиплицированных плат. Также он рассказал о модульном принципе построения системы селективной пайки, позволяющем наращивать производительность в линии.

Практическая часть семинара проходила на новой производственной площадке компании «НПП «Пирамида». На портале Элинформ был опубликован репортаж с данного предприятия, в котором говорилось о составе оборудования и возможностях новой линии поверхностного монтажа. За прошедшее время на данном участке появилась новая система компании m.b.tech (Франция), предназначенная для отмывки печатных узлов после пайки. По словам начальника производства компании С. А. Чичева, выбор системы был непростым, поскольку большинство рассматривавшихся моделей не удовлетворяли требуемому уровню качества отмывки. В результате была выбрана данная система, отмывка в которой осуществляется струйным способом в объеме жидкости. Кроме этого платы совершают поступательные движения вверх-вниз, что улучшает проникновение моющей жидкости под BGA компоненты и подобные им, а также, при необходимости, в первой ванне может быть дополнительно задействован ультразвук. Сушка плат осуществляется также непосредственно в установке.

Помимо новой системы отмывки, участникам семинара были продемонстрированы в работе установка бестрафаретной печати MY500, автомат установки компонентов MY12E и парофазная печь Asscon VР3000. В результате демонстрации был выполнен полный техпроцесс поверхностного монтажа образца платы, содержащей компоненты до 0201, QFP с шагом 0,4 и microBGA.

При программировании установки бестрафаретной печати было показано, как технолог может изменять параметры нанесения «на лету». В частности, были заданы различные формы (прямоугольная и овальная) отпечатков для разных площадок одного компонента QFP, показана компенсация смещения, изменен порядок нанесения отдельных точек на площадки QFP для снижения вероятности перемычек на угловых площадках. На установке был продемонстрирован процесс замены картриджа, автоматический контроль температуры пасты, калибровка и очистка, и был выполнен процесс нанесения.

Далее плата была передана в автомат установки SMD-компонентов. Специалисты компании «Диполь Технологии» показали весь процесс, начиная от программирования автомата до непосредственной сборки печатной платы. Было продемонстрировано, как подготовка нового изделия производится независимо и во время сборки предыдущего. В качестве основы для программы был взят CAD-файл. Во время подготовки было определено, используя специальное средство наложения подготавливаемой программы на исходный Gerber файл печатной платы, что часть элементов имеет неправильную ориентацию на плате. Это было устранено простыми и удобными командами мышью, все изменения в реальном времени были видны на мониторе.

Также один из компонентов отсутствовал в библиотеке автомата. Для внесения нового компонента в библиотеку автомата была использована функция автообучения. При этом автомат временно остановил сборку предыдущей платы, захватил новый компонент из питателя, получил его изображение с помощью СТЗ, вернул компонент в питатель и продолжил сборку. От оператора потребовалось лишь указать углы корпуса компонента на изображении СТЗ. После этого новый компонент со всеми геометрическими параметрами был автоматически внесен в библиотеку. Вся операция преобразования CAD-файл в программу заняла не более пяти минут.

<

После установки компонентов был продемонстрирован процесс оплавления в паровой фазе. Через окно камеры можно было наблюдать все стадии перемещения платы, изменения высоты пара и собственно плавления припоя.

Последним элементом практической части стала демонстрация антистатического оборудования и методов контроля и обеспечения ESD-безопасности Генеральным директором компании ESD-Expert Дмитрием Владимировичем Трегубовым, который провел небольшой экскурс по теории возникновения электростатических зарядов и их воздействия на электронную аппаратуру, рассказал о методах контроля соответствия помещения требованиям ESD-защиты и с помощью специализированных приборов показал опасные напряжения (десятки тысяч вольт) на одежде посетителей семинара, незащищенных предметах и обычных упаковочных пакетах. При этом антистатическая одежда, инструмент и упаковка показали почти полное отсутствие заряда.

Заключение

Семинар компании «Диполь Технологии», безусловно, был построен вокруг оборудования и решений, предлагаемых компанией. Однако его выгодно отличает целостность и четкое позиционирование данных решений, как передовых технологий для мелко- и среднесерийных производств изделий повышенного качества и надежности – т.е. для ниши наукоемких решений, ставка на которые делается в российской промышленности. Также положительным аспектом семинара явилось то, что предлагаемые передовые решения обладают достаточной перспективой, не образуя при этом непреодолимой пропасти с существующим в настоящее время положением вещей в российской электронике. Но повышение эффективности в данном случае связано с качественным пересмотром применяемых технологий.

И, наконец, нельзя не отметить, что организаторам семинара как нельзя лучше удалось реализовать лозунг «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать» благодаря практической части, наглядно продемонстрировавшей особенности оборудования, прежде всего, при подготовке производства. Вопрос сокращения простоя оборудования при переходе на новое изделие – едва ли не самый активно обсуждаемый в области технологического оборудования для производства электроники. В то время, когда пресс-релизы переполнены понятиями программирования вне линии, скорости загрузки, использования CAD/CAM-данных и проч., увидеть преимущества оборудования в этих вопросах можно только на практике.

Ноябрь 2009 г.

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