А-КОНТРАКТ на выставке RADEL с 21 по 23 сентября 2020 г

|   Статьи А-КОНТРАКТ

Компания А-КОНТРАКТ приглашает на свой стенд А2-6 в павильон Н на выставке «Радиоэлектроника и приборостроение» (Санкт-Петербург, КВЦ «ЭКСПОФОРУМ»)

Далее

Новая цифровая PPL — самая маленькая в мире. Часть 1

автор Перевод: Сергей Шихов | |   Статьи А-КОНТРАКТ

Статья переведена и подготовлена к публикации в журнале "Компоненты и технологии" (№8, 2020г.) при поддержке компании А-КОНТРАКТ.

Далее

Новое оборудование: совершенствование технологии серийного производства СВЧ электронных блоков

автор С. Федоров | |   Статьи А-КОНТРАКТ

В начале 2011 года компания «Абрис» запустила новый участок собственного монтажного производства в Санкт-Петербурге. Расширение производственной базы, включающей на сегодняшний день три линии автоматического поверхностного монтажа, является логическим продолжением выбранного более 6 лет назад пути развития компании.

Новое оборудование приобретено в конце 2010 г. на волне закономерного увеличения сложности и  объёмов поступающих к нам заказов. К тому же очевидным является тот факт, что планомерное расширение производственных возможностей в соответствии с запросами времени – залог успешного развития компании, предоставляющей услуги контрактного производства электроники. Но есть повод в данном материале подробнее остановиться на технических особенностях нового оборудования, потому что оно даёт возможность нашим клиентам не ограничивать себя в своих замыслах и разработках стандартными решениями.

На данный момент «Абрис» располагает оборудованием, во многом уникальным по своим техническим характеристикам; позволяющим найти решения новых острых задач, обусловленных стремительным развитием технологий в сфере электроники.

Развитие СВЧ-технологии как предпосылка для приобретения новых мощностей.

Предпосылок для столь значимых приобретений было несколько. Во-первых, это мощное развитие технологии серийного производства СВЧ электронных блоков, работающих в диапазоне десятков ГГц, которая была разработана специалистами компаний холдинга в 2009 году в рамках одного из заказов.

Техническое решение, которому по силам главные задачи серийного выпуска СВЧ блоков данного диапазона (высокая воспроизводимость параметров, технологичность изделия, надёжность и высокие эксплуатационные качества), к 2011 году прошло проверку временем и качеством получаемой продукции уже не на одном заказе. В частности, по нему были серийно изготовлены и испытаны системы контроля скоростного режима автотранспорта с рабочими частотами 6, 12, 24 и 38 Ггц, а также другие устройства как гражданского, так и двойного назначения.
Большое количество участников семинаров на тему "Практика серийного изготовления СВЧ-блоков диапазона десятки ГГц на  импортных материалах (Rogers, Taconic др.) с медным основанием", которые регулярно проводят наши специалисты в рамках крупных выставок по теме электроники, подтверждают высокую актуальность темы.
Соответственно, необходимость и стремление наших технических специалистов к максимально возможному совершенствованию технологии привели к усилению технической базы.

Во-вторых, общие тенденции среди заказов наших клиентов на монтаж печатных плат внесли свою лепту.
С течением времени электронные блоки становятся всё сложнее, требования к качеству сборки растут.

  • "Абрис" делает акцент на производстве сложных электронных блоков (не только СВЧ, цифровых блоков, но и других, характеризующихся большой плотностью электронных компонентов на платах), имеющих нестандартные требования к качеству монтажа. К примеру, сегодня требования к объему пустот в паяных соединениях, предъявляемые заказчиком, могут быть жёстче, чем это допускает стандарт IPC. Как правило, это типично для проектов, реализуемых в малых количествах (1-100 шт.), что до данного времени представляло некую трудность.
  • Всеобщая тенденция к усложнению и интеграции приводит к тому, что при увеличивающейся сложности электронных блоков, их размеры должны уменьшиться или, как минимум, остаться такими же.
  • Порой является проблемой обеспечить соответствие требованиям по качеству поставляемой комплектации для автоматизированного монтажа. Зачастую электронные компоненты поставляются в повреждённых паллетах, обрезках лент и в россыпи.
  • Подготовке печатных плат к автоматизированному производству на этапе разработки прототипов так же уделяется недостаточно внимания.


Новое оборудование, объединённое в новый участок прототипного производства сложных блоков, приобретено с прицелом на то, чтобы задачи, перечисленные выше, решались проще, что, несомненно, положительным образом скажется на сроках и качественном уровне выполнения заказов.

"Абрис" приводит подробное описание каждого элемента участка и его характеристик, чтобы можно было составить полное представление о новых возможностях.  

Установленное оборудование и его преимущества.

Участок нового оборудования включает в себя: парофазную печь Asscon VP800 с вакуумной зоной, установщик SMD Fritsch PlaceAll 510, установку струйной отмывки печатных плат Riebesam 23-ОЗТ, ремонтный центр FinePlacer Core. Также, в связи с увеличением объёмов выпускаемой продукции, закуплены шкафы сухого хранения для склада электронных компонентов и печатных плат.

Парофазная печь Asscon VP800.

Парофазная печь в выбранной конфигурации - достаточно уникальное оборудование. Основное отличие от печей, получивших распространение в нашей стране, – это наличие вакуумной зоны, необходимость в которой обусловлена особыми требованиями к монтажу СВЧ электронных блоков, а также электронных блоков ответственного применения.

Одной из самых сложных задач, которые необходимо решить при монтаже подобных блоков, является обеспечение минимального объема пустот в паяном соединении. Именно эта цель  и достигается.

Особенностью технологии парофазной пайки является то, что для нагрева печатных плат используется энергия, получаемая при смене состояния теплопередающей рабочей жидкости: из газообразного в жидкое. Такая смена состояния (конденсация) происходит на всей поверхности платы и длится до тех пор, пока температура печатной платы не сравняется с температурой пара. Из-за высокой плотности пара и из-за образования пленки в результате конденсации весь процесс нагрева происходит в среде, лишенной кислорода (т.е. инертной среде).
Между количеством переданной энергии и подаваемой энергией нагрева существует линейная зависимость.

Необходимо отметить такое преимущество парофазной печи по сравнению с конвекционными и инфракрасными печами, как более низкая температура пайки и отсутствие возможности повредить электронные компоненты и печатные платы вследствие перегрева (превышения допустимой пиковой температуры). Так как максимальная температура печатной платы никогда не превышает температуру кипения рабочей жидкости.

Кроме того, технология пайки в парофазной печи отличается следующими достоинствами:

  • Эффективное использование энергии благодаря высокому коэффициенту теплопередачи рабочей жидкости, по сравнению с воздухом, азотом или тепловым излучением. В связи с этим эксплуатационные расходы значительно ниже расходов при других технологиях пайки в инфракрасных или конвекционных печах. Градиент температуры можно задать с помощью управления получаемой энергией во время нагрева и оплавления. Благодаря этому достигается равномерное распределение тепла по всей печатной плате, поэтому работа с электронными модулями, имеющими несколько уровней в горизонтальной плоскости, не представляет проблем.
  • Высокое качество пайки, соответствующее самым жестким требованиям, предъявляемым производителями специальной и ответственной электроники;
  • Полная пригодность для работы по бессвинцовой технологии;
  • Возможность визуального наблюдения за процессом оплавления припоя;
  • Возможность демонтажа микросхем в корпусе BGA с использованием «щадящего профиля».  

К слову о микросхемах: технические параметры печи допускают работу с электронными  модулями (плата с компонентами) высотой до 55 мм, максимальный размер платы без компонентов 320*300 мм.
Ну и главное, о чём уже было сказано, наличие вакуумной зоны позволяет бороться с пустотами, снижая этот показатель до 1-2% от общего объёма паяного соединения.
Возможность выполнить монтаж электронных компонентов с минимально возможным показателем объёма пустот в паяных соединениях между выводами электронных компонентов и контактными площадками особенно важна в СВЧ, цифровой и силовой технике. Небольшое количество пустот помимо механической надёжности, позволяет добиться лучших показателей по отводу тепла от электронных компонентов, обеспечению заземления микросхем. Электронные блоки, пайка которых производится по технологии вакуумной пайки, характеризуются высоким качеством паяных соединений и отсутствием в них пустот большого объёма, поэтому эти печи достаточно популярны среди производителей ответственной электроники стран Запада.

На сегодняшний день это одна из самых прогрессивных систем пайки, позволяющая паять одновременно и массивные компоненты, и очень лёгкие при соблюдении режимов пайки, рекомендованных изготовителями электронных компонентов.

Что важно для компании, как для контрактного производителя с широким диапазоном заказов, включение/выключение функции использования вакуума обеспечивает максимальную гибкость работы.
    
Установщик SMD Fritsch PlaceAll 510.

Приобретение установщика Fritsch также обусловлено ростом количества заказов небольших по объёму серий. При их монтаже скорость установки компонентов отходит на второй план. При сохранении основных технических возможностей (минимальный размер устанавливаемого компонента 0201, максимальный 70х70 мм, включая BGA, microBGA, QFP с шагом до 0,4 мм), минимальный размер платы 5х5 мм. По сравнению с имеющимися  установщиками электронных компонентов, новый установщик наиболее приспособлен для монтажа электронных блоков без подготовки к автоматизированному монтажу. Имеются в виду случаи, когда, например, отсутствуют реперные знаки и технологические зоны, блоки с контуром платы сложной формы и т.д.
Установщик применяется в мелкосерийном многономенклатурном производстве изделий с поверхностным монтажом с производительностью до 4000 комп./час.
Новый установщик позволит  и снизить требования к качеству упаковки комплектации для подобных заказов; наличие встроенного электрического теста электронных компонентов даст возможность контролировать параметры электронных компонентов перед их установкой.   
   
Помимо выше обозначенных, важны следующие ключевые характеристики:

  • Габариты плат - 5х5…620x420 мм
  • Максимальная толщина плат -  10 мм
  • Максимальная высота компонентов 20 мм    
  • Точность установки компонентов +/- 30 мкм
  • Интеллектуальные питатели из лент различных размеров (до 200 дорожек ленты 8 мм)
  • Питатели для микросхем в пеналах
  • Питатели для матричных поддонов
  • Цифровой дозатор с возможностью нанесения на печатные платы паяльной пасты, клея и герметиков
  • Возможность установки компонентов без упаковки (из россыпи)
  • Питатель для установки компонентов из обрезков лент


Автомат содержит в себе все необходимое для полной автоматизации процесса сборки и реализации высокой точности и гибкости при производстве. До 200 питателей для лент 8 мм с возможностью «горячей» замены, быстрота переналадки автомата при переходе с одного изделия на другое, автоматическое распознавание питателей, широкий диапазон устанавливаемых компонентов, высокая точность установки при центрировании «на лету», современная система оптического центрирования для компонентов с малым шагом, мелкодисперсная система автоматического дозирования.

Данные возможности ускоряют процесс переналадки автомата и позволяют избежать ошибок при зарядке электронных компонентов в питатель в процессе монтажа.
Возможности установщика, на которых хотелось бы остановится чуть подробнее, это система электрического теста для пассивных электронных компонентов и дозатор.

Система электрического теста позволяет производить контроль параметров электронных компонентов непосредственно перед монтажом. Это функция особенно полезна при сборке электронных блоков в небольших количествах. Т.к. достаточно часто электронные компоненты поставляются в россыпи или в обрезках лент, что затрудняет их идентификацию и существенно повышает вероятность ошибочной установки на печатную плату.

Дозатор. Для производства опытных образцов и небольших серий печатных плат (если изготовление трафаретов нерентабельно или занимает слишком много времени) в автомате PlaceAll 510 может быть задействована система дозирования паяльной пасты или клея. В варианте, выбранном компанией "Абрис", используется цифровой дозатор CD-04 с микропроцессорным управлением и контролем температуры (работает с компонентами с малым шагом до 0,5 мм и позволяет наносить микродозы паяльной пасты до 0.001 мм3).

Установка струйной отмывки печатных плат Riebesam 23-ОЗТ.
До последнего времени наша компания располагала полуавтоматической установкой отмывки с возможностью агитации отмывочной жидкости ультразвуком. Эта установка позволяет отмывать электронные блоки с высокой эффективностью. Наряду с высокой производительностью данной установки, существует ряд ограничений на её применение для отмывки блоков ответственного применения (в т.ч. и военного назначения). Входящая в состав установки система агитации отмывочной жидкости сжатым воздухом в ряде случаев не способна обеспечить требуемое качество отмывки электронных блоков. Для обеспечения стабильно высокого качества отмывки электронных блоков была приобретена установка струйной отмывки, которая обладает превосходными техническими возможностями. Вращающиеся форсунки с ассиметрично расположенными на них распылителями позволяют избежать возникновения «теневого эффекта». Автоматические системы подготовки и контроля качества отмывочной жидкости, автоматическая система подготовки деионизированной воды позволяют полностью автоматизировать и контролировать процесс отмывки на всех этапах.Различные по принципу работы установками отмывки электронных блоков дают широкие возможности по выбору технологических процессов монтажа изделий.  

Ремонтный центр FinePlace Core.
Увеличение сложности электронных блоков коснулось не только области их монтажа, но и области ремонта электронных блоков. Диапазон типоразмеров и номенклатура устанавливаемых компонентов существенно расширен, при этом вопрос ремонта электронных блоков стал весьма актуальным. Технические возможности новой системы позволяют осуществлять ремонт электронных блоков на новом уровне.

Fineplacer Core - универсальный, полностью конвекционный ремонтный центр, предназначенный для монтажа/демонтажа компонентов: от 0201 до сложных микросхем в корпусах BGA, QFP, QFN и т.д. с габаритами до 50х50 мм. Ремонтный центр имеет возможность работать с печатными узлами с габаритами до 300х400 мм.

Технология COMIS IV конвекционного нагрева компании Finetech обеспечивает высокую повторяемость отработки температурных профилей за счет комбинированной подачи холодного и горячего воздуха в необходимом объеме в камеру перед подачей воздуха в сопло и нижний конвекционный нагреватель.

Для обеспечения полного технологического процесса ремонта система доукомплектована модулями бесконтактного удаления припоя, инструментом для локального нанесения паяльной пасты на печатную плату, специализированным модулем для непосредственной печати на компоненты, для работы с корпусами QFN, MLF и т.д. Для восстановления шариковых выводов микросхем BGA система имеет специальный модуль восстановления шариков.

Основными характеристиками ремонтного центра являются:

  • Базовый модуль, включая видеосистему совмещения
  • Модуль нижнего конвекционного подогрева для работы с платами размером до 300х400 мм
  • Модуль конвекционного монтажа-демонтажа элементов
  • Видеосистема контроля и наблюдения процесса монтажа-демонтажа
  • Модуль очистки печатной платы от остатков припоя
  • Модуль восстановления шариков BGA
  • Устройство трафаретной печати для непосредственного нанесения пасты на компонент

Программное обеспечение ремонтного центра Fineplacer Core позволяет обеспечить прослеживаемость процесса для каждого печатного узла. Это реализуется благодаря возможности создания отдельного профиля для монтажа, демонтажа, удаления припоя, привязав эти профили к названию печатного узла и конкретной микросхеме.

    Несомненным достоинством системы является возможность монтажа-демонтажа электронных компонентов на печатных платах с высокой степенью интеграции. Данная система позволяет производить эти операции, если расстояние до компонентов, расположенных рядом, составляет не более 1 мм.

Модульные шкафы сухого хранения СРС 1000 компании Matronics позволяют обеспечивать условия для хранения электронных компонентов и печатных плат перед монтажом в соответствии со стандартами IPC. Их конструкция позволяет по мере необходимости увеличивать полезный объем. При необходимости, добавляя к основному модулю объёмом 1000 литров до 3-х дополнительных модулей, увеличивая, таким образом, полезный объём до 4000 литров. Данная особенность оказалась очень полезной  в связи с ростом объёмов производства и необходимостью хранения большого количества электронных компонентов и печатных плат.

Лазерный маркировщик, приобретённый  в середине 2010 года, используется  как для нанесения маркировки на электронные блоки (цифро-буквенные и графические обозначения, линейные и 2D коды и т.д.), так и для нанесения маркировки на различные элементы корпусов выпускаемых  изделий. Наличие маркировки позволяет идентифицировать электронные блоки, произведённые нашей компанией. А способ нанесения даёт возможность получить устойчивую к внешним воздействиям и небольшую по линейным размерам маркировку.

Увеличение количества заказов с применением миниатюрных электронных компонентов, а также необходимость обеспечения высочайшего качества заказов ответственного применения, потребовали модернизации участков контроля. В дополнение к уже имеющимся системам визуального контроля,  приобретены стереоувеличители MANTIS Elite и стереомикроскоп LYNX S16.

Подводя итог, можно подтвердить: перечисленное оборудование, входящее в состав нового участка, в совокупности с имеющимися мощностями даёт базу для качественного повышения объёмов и уровня выполнения заказов, что и являлось стратегической задачей на начало 2011 года.
Благодаря приобретению, возможно не только шагнуть вперёд в рамках развития нашей технологии производства СВЧ электронных блоков, но и решить ряд насущных проблем с производством сложных блоков малых серий. В связи с закупкой оборудования, были расширены площади производства, они теперь составляют 3300 м кв, был сделан ремонт помещений.

Позиция компании "Абрис" в том, чтобы всегда быть на передовой самых актуальных тенденций и современных решений в нашей сфере, чутко прислушиваться ко всем её течениям и направлениям, стараясь пополнить и на 100% реализовать свои знания и опыт на благо развития электроники России.

Назад