Организация гибкого многономенклатурного производства электронных изделий на предприятии ОАО «НПК «ТРИСТАН»

Фото: «Диполь Технологии»

В статье, посвященной семинару, проводившемуся компанией Диполь в ноябре 2009 года, опубликованной на портале Элинформ ранее, мы упоминали об одном из решений в организации гибких мелкосерийных производств, прозвучавших в докладе Сергея Сергеевича Рыбакова: автоматизированный участок поверхностного монтажа без объединения оборудования в линию. В данной концепции предполагается, что за счет отсутствия необходимости в согласовании производительности отдельных установок в соответствии с определенным тактом можно оптимизировать загрузку оборудования. Такая обработка, по своей сути являющаяся пакетной, основана на работе оборудования «по очереди», что позволяет экономить как энергоресурсы, так и время работы оператора. Еще раз подчеркнем, что речь идет о многономенклатурном производстве, которое, однако, составляет существенную часть российского рынка производства электроники.

Мы побывали на одном из предприятий, в компании ОАО «НПК «ТРИСТАН», производство которого организовано именно по такому принципу. Экскурсию по производству провели представители компании ОАО «НПК «ТРИСТАН» и поставщика оборудования – компании «Диполь Технологии», за что мы выражаем им свою благодарность.

Автоматизированный участок поверхностного монтажа ОАО «НПК «ТРИСТАН»

Помимо конфигурации оборудования вне линии, также интересен и состав оборудования. Практически каждой из основных операций техпроцесса поверхностного монтажа соответствует по две установки: классической и высокой гибкости. При этом все оборудование рассчитано на мелко- и среднесерийное производство.

Паяльная паста на предприятии может наноситься с помощью одной из двух установок: трафаретной MPM-125 и бестрафаретной MY-500. По словам генерального директора компании Игоря Николаевича Дымковского, обе установки были приобретены одновременно, и каждая из них рассчитывалась на решение определенного круга задач. Бестрафаретная печать обеспечивает высокую гибкость и быстроту подготовки производства небольших партий изделий. Кроме того, она позволяет отработать нанесение пасты в сложных случаях, когда необходима особая конфигурация отпечатка или существенно различные объемы пасты на разных площадках одной платы.

Нанесение пасты через трафарет используется при изготовлении СВЧ изделий, автоматизированная сборка которых представляет отдельную задачу со своими особенностями, среди которых отсутствие паяльной маски и особые термомеханические свойства базовых материалов СВЧ плат.

Установка бестрафаретной печати MY500

Из-за отсутствия паяльной маски, на некоторых типах СВЧ плат нет механического препятствия для растекания паяльной пасты. Кроме того, конфигурация проводящего рисунка микрополосковых изделий не позволяет выполнять термобарьеры и уменьшение ширины проводника перед контактной площадкой. Поэтому при нанесении паяльной пасты на такие платы отпечаток должен быть особенно четким.

Установка компонентов осуществляется с помощью автомата MY-12 компании MYDATA. Автомат оснащен сверхточной монтажной головкой Midas. Выбор данного автомата был продиктован требованиями гибкости и точности монтажа: подобные решения MYDATA предназначены для изготовления малых партий сложных и ответственных изделий, которые составляют основную номенклатуру компании ОАО «НПК «ТРИСТАН».

Автомат установки компонентов MY-12

Пайка печатных узлов, так же как и нанесение паяльной пасты, может осуществляться двумя методами: парофазным или конвекционным. Парофазная пайка в настоящее время приобретает все большую популярность, прежде всего, благодаря физическому ограничению на максимальную температуру элементов сборки. Поскольку температура пайки не может превышать температуру кипения рабочей жидкости, отсутствует риск перегрева отдельных компонентов, что особенно важно при пайке крупных BGA-компонентов, плат с существенно различной теплоемкостью, а также бессвинцовых изделий.

В ранее опубликованных на портале Элинформ статьях (1, 2) мы уже писали о практике применения парофазной пайки на российских предприятиях. Но если на производствах ОАО «НПО «Пирамида» и ЗАО «ЦСИ» применяются печи для работы в линии, в компании ОАО «НПК «ТРИСТАН» используется установка пакетной обработки VP800. Данная установка относится к классу оборудования для лабораторного и единичного производства, однако позволяет с успехом справляться с небольшими партиями сложных изделий. По сравнению с печами в линии, которые, в силу особенностей операции парофазного оплавления вертикального типа, имеют относительно сложную механику, VP800 с ручной загрузкой при пакетной обработке позволяет существенно сэкономить на инвестициях в оборудование.

Вторая печь – Heller 1707 MKIII – применяется при изготовлении более крупных партий изделий. Эта семизонная печь конвекционного оплавления обладает большей производительностью по сравнению с парофазной установкой, но, как любая конвекционная система, требует более сложного термопрофилирования, что снижает ее гибкость и ограничивает применение для изготовления особо сложных изделий.

Печь конвекционного оплавления Heller 1707 MKIII

Таким образом, в зависимости от конкретной задачи у технолога есть выбор из четырех маршрутов типового техпроцесса поверхностного монтажа, образованных комбинациями двух вариантов нанесения паяльной пасты и двух вариантов пайки оплавлением.

Отмывка собранных печатных узлов осуществляется на установке Miniclean методом барботажа в сочетании с УЗ методом. При наличии компонентов, чувствительных к воздействию ультразвука, модуль УЗ отмывки может быть отключен.

Для контроля качества изделий применяется установка автоматической оптической инспекции YESTech B3, а также система рентген-контроля YTX-3000.

Система рентген-контроля YTX-3000

Также на предприятии имеется участок ручного монтажа и ремонтный участок, оборудованный станцией MS9000SAN, на котором осуществляется, в том числе, ремонт BGA-компонентов, включая реболлинг.

Рассказывая об истории организации производства поверхностного монтажа на своем предприятии, И.Н. Дымковский заметил, что все оборудование приобреталось в 2009 году одновременно, в рамках общего переоснащения и перехода на автоматизированное изготовление электронных сборок. Таким образом, концепция автономного оборудования и нескольких решений для определенных операций была заложена изначально. На это решение повлияло несколько факторов.

Во-первых, компания выступает одновременно и как производитель собственных изделий, и как контрактный производитель, ориентированный на небольшие партии с короткими сроками изготовления. Следовательно, выбор оборудования и организация производства должны были отвечать требованиям высокой гибкости и малого времени переналадки.

По словам И.Н. Дымковского, многие компании-разработчики ответственных изделий не могли найти контрактного производителя, отвечавшего их требованиям по срокам изготовления и цене, что было вызвано высокой стоимостью подготовки на производствах, ориентированных на средние и крупные серии. Сейчас компания ОАО «НПК «ТРИСТАН» способна предложить соответствующее решение данным заказчикам, обладая технологией с малым временем и небольшими затратами на подготовку производства не в теории, а на практике.

Во-вторых, собственный отдел разработки радиоаппаратуры компании, специализирующийся на технике ответственного применения, стремится применять наиболее современную компонентную базу. Этот повод для «противостояния» разработчиков и технологов хорошо знаком многим производителям. Часто разработчик закладывает в новое изделие компонент, который еще не выпускается, с расчетом, что к моменту получения опытных образцов печатных плат компания-поставщик сможет предоставить первые образцы новых компонентов. Хорошо, если речь идет исключительно о том, что «внутри» микросхемы, однако с быстрым развитием корпусов, свойственным современной электронике, ни в коем случае не исключается возможность, что новый компонент потребует технологических решений, до этого не применявшихся на предприятии. Хотя производство, по словам И.Н. Дымковского, должно придерживаться позиции «сначала отработать то, что есть, а потом улучшать», оно, тем не менее, должно быть по возможности готово к применению передовых решений. Это одна из причин организации производства, позволяющей гибко менять маршрут в зависимости от конструкции изделия.

Еще одним аспектом, которому И.Н. Дымковский уделил внимание в своем рассказе об истории приобретения оборудования, является сухое хранение компонентов перед монтажом. С эффектом «попкорна» производству пришлось столкнуться на практике в начале применения BGA-компонентов. Поэтому предприятием были приобретены системы сухого хранения McDry, поддерживающие относительную влажность 1%.
Сейчас компания ОАО «НПК «ТРИСТАН», начинавшая свою историю в 2002 году как компания-разработчик аппаратуры цифровой обработки сигналов, обладая современным гибким производством электронных изделий, обеспечивает не только собственные нужды в монтаже печатных узлов сложных радиотехнических комплексов, но и выступает в роли контрактного производителя, специализирующегося на малых партиях изделий ответственного применения и предлагающего своим заказчикам короткие сроки изготовления за счет уменьшения времени подготовки производства.

Это является подтверждением того факта, что выбор оборудования и концепция построения производства должны быть основаны в первую очередь на задачах, стоящих перед компанией, и могут отличаться от наиболее распространенных «шаблонных» схем.

Июнь 2010 г.

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