Wybór dostawcy urządzeń technologicznych nie jest łatwy

Jakość wytwarzanych wyrobów, a przede wszystkim wydajność procesów w głównej mierze zależna jest od technicznych możliwości maszyn i urządzeń wykorzystywanych w produkcji. Wybór maszyn produkcyjnych bądź serwisowych w realiach gospodarki przedsiębiorstwa determinowany jest nie tylko przez walory użytkowe sprzętu, ale w znacznej mierze przez stosunek jakości oraz wydajności do ceny.

Kolejne aspekty rozważane przy zakupie urządzeń produkcyjnych to obsługa posprzedażna (serwis, gwarancja), dostępność urządzeń oraz historia i postrzeganie marki przez klientów. Dlatego przed osobami decydującymi o zakupach postawione jest trudne zadanie łączące wybory technologiczne, finansowe i logistyczne w zawiłe równanie.

Jakich urządzeń potrzebujemy?

Automat do montażu SMD Yamaha ZLEX YSM20

Konfigurowanie linii do montażu elementów SMD zaczyna się od wyboru automatu pick & place. W przypadku urządzeń firmy Yamaha wszystkie modele charakteryzują się wysoką precyzją montażu, możliwością montowania komponentów o różnych wielkościach i kształtach (także nieregularnych) oraz dużą wydajnością. Maksymalna liczba komponentów, jakie mogą być zamontowane w ciągu godziny, wynosi nawet 90 tys. (zgodnie z IPC-9850).

Takie osiągi zapewnia automat YSM20 (Z:LEX), który umożliwia produkcję pakietów elektronicznych zawierających bardzo szerokie spektrum komponentów. Urządzenie wyposażono w nowe silniki liniowe oraz ulepszony system sterujący ich pracą. Zredukowana została też masa głowicy montującej. Rezultatem tego jest wzrost prędkości układania, a co za tym idzie wzrost wydajności o 25% względem znanych już maszyn z serii YS.

Modułowa budowa maszyny sprawia, że mogą one korzystać z dwóch typów wymiennych głowic - HM z 10 dyszami, FM z 5 dyszami lub oboma jednocześnie. Pierwsza obsługuje elementy o wysokości do 15 mm i zawiera kamerę skanującą. Głowica FM wyposażona jest w system kontroli siły docisku i może układać szersze spektrum podzespołów o wysokości do 28 mm. Obie głowice zapewniają możliwość pobierania elementów 03015, o 56% mniejszych w stosunku do popularnych 0402.

Oczywiście oferta automatów Yamaha nie ogranicza się do jednego wymienionego modelu. Inna seria automatów, I-Pulse zapewnia wydajność montażu na poziomie od 23-45 tys. komponentów na godzinę. Obsługują one podzespoły o rozmiarach od 01005 i są zdolne do pracy z PCB o wymiarach do 1830×510 mm.

Automatyczna inspekcja 3D

Rys. 1. Funkcja 4V

Niezawodność produkowanych pakietów PCB jest często powiązana z rynkową wartością produktu końcowego. Wysoką jakość, przy dzisiejszej miniaturyzacji, producenci zapewniają za pomocą automatycznych systemów inspekcji. Urządzenie AOI Yamahy oznaczone modelem YSi-V zostało opracowane jako system typu in-line z możliwością szybkiej inspekcji także w produkcji typu dual-line.

Japoński producent chcąc zbudować przewagę rynkową nad pozostałymi systemami, zadbał tu o wdrożenie integracji systemu AOI z pozostałymi systemami Yamaha (YS12, YS24, YSM20 oraz pozostałymi) w celu uzyskania w czasie rzeczywistym informacji zwrotnej wyników inspekcji do automatu. Dzięki integracji programowej automat otrzymuje informacje o błędach wykrytych przez AOI, co umożliwia szybkie wprowadzenie korekt już na etapie montażu komponentów.

Dzięki temu minimalizuje się liczbę wadliwych produktów, zwiększając tym samym wydajność przy zachowaniu płynności procesu produkcji. System wyposażono w 12-megapikselową kamerę do inspekcji 2D, która jest podstawową funkcją każdego AOI. Nowością jest funkcja inspekcji 3D oraz 4V. Ta pierwsza kontroluje między innymi wysokość i kąt nachylenia podzespołu, czyli wady, których inspekcja 2D niestety może nie wykryć.

Na uwagę zasługuje druga funkcja będąca nowością w opisywanym systemie - czterokierunkowa kamera kątowa. Funkcja 4V (rys. 1) sprawia, że kamera przechwytuje obrazy komponentu z czterech różnych perspektyw. Sprawdzanych jest wiele szczegółowych danych np. kąt nachylenia, podgięcie wyprowadzenia. Obrazy z tych widoków są przechowywane w bazie danych i umożliwiają dodatkową inspekcję bez usuwania płytek z linii.

Automat do montażu SMD Yamaha I-Pulse M10

Automat do montażu SMD Yamaha I-Pulse M20

Piece lutownicze

Urządzenie AOI Yamaha YSi-V

Ważnym procesem, decydującym o jakości produkcji, jest prawidłowy i powtarzalny proces lutowania w piecu rozpływowym. Takie cechy ma TWS 1385 EVO składający się z pięciu stref, który standardowo wyposażony został w transport siatkowy wykonany ze stali nierdzewnej o maksymalnej szerokości 400 mm. Opcjonalnie może być wyposażony w dodatkowy transport brzegowy z podparciem centralnym.

Ponadto urządzenie ma wbudowany profilomierz, zapewniający precyzyjne stworzenie profilu termicznego lutowania dla każdej aplikacji. Rozwiązanie to nie jest standardowym wyposażeniem w konkurencyjnych urządzeniach tej klasy. Opcjonalna aplikacja do komunikacji w standardzie SMEMA daje możliwość ustawienia urządzenia w ciągu produkcyjnym.

Z kolei Niemiecka firma produkcyjna SMT Wertheim wprowadziła w systemach lutowania rozpływowego nową ideę środowiska pracy, której celem jest minimalizacja kosztów procesu przez maksymalizację wykorzystania zasobów. Opiera się ona na konstrukcji urządzeń i cyklu ich pracy podporządkowanym możliwie najniższemu zużyciu energii, inteligentnemu wykorzystaniu azotu i minimalizacji wydatków na konserwację.

Każde urządzenie SMT Wertheim wyposażone jest w technologię Power Nozzle - jest to specjalny system dysz, który wykorzystuje wysokiej wydajności wentylator, przy zachowaniu jednocześnie niskiej prędkości przepływu. Udoskonalona geometria dysz pozwala na doskonały transfer gazu procesowego skutkujący podniesieniem jakości i oszczędnością energii. Dzięki systemowi podwójnej komory absorpcyjnej uzyskano przekonywające rozwiązanie do oczyszczania gazu procesowego oraz wyeliminowano dodatkowe wyposażenie czyszczące.

Zapewnia to minimalizację przestojów (dzięki usuwaniu poprzez stały odzysk odpadów) i dużą wydajność procesu. Wąskie i szczelne wpusty PCB zmniejszają do minimum wypływ gazu, zmniejszając tym samym jego zużycie, koszty energii oraz zapewniając wyraźną separację temperatur w strefach, przy czym każda ze stref może być regulowana oddzielnie. Kolejną zaletą systemu Power Nozzle jest więc doskonały rozkład temperatur we wszystkich strefach grzewczych.

Lutowanie rozpływowe z podciśnieniem

Piec rozpływowy SMT Wertheim z modułem Vaccum

Występowanie miejsc pustych (void) w procesie lutowania jest bolączką każdego kontrolera jakości i musi być uwzględniane w produkcji. Luki te mogą negatywnie wpływać na niezawodność aplikacji na PCB, osłabiając jej integralność elektryczną, mechaniczną i parametry termiczne. Przyczyny formowania się pustych miejsc podczas lutowania rozpływowego i na fali nie zawsze są łatwe do zdefiniowania i dotyczą bezołowiowych i ołowiowych połączeń lutowanych.

Biorą się one z krystalicznych wtrąceń topnika, pęcherzyków ulatniających się gazów i wilgoci z komponentów i ich obudów. Powodem są również ulatniające się gazy z niespolimeryzowanymi fotorezystami maski lutowniczej, a także inkluzje powietrza poniżej komponentów na skutek niedoskonałego druku lub projektu padów.

Negatywny wpływ pustek na jakość produktu to m.in. ograniczone odprowadzanie ciepła z komponentów lub struktur punktów lutowniczych, zmniejszona stabilność połączenia lutowniczego, ograniczenie wydajności komponentów w aplikacjach wysokich częstotliwości i dużej mocy oraz zwiększenie problemów lutowniczych (mostkowanie, lutowanie z odpryskami, np. w μBGA).

Można wskazać szereg możliwości redukcji zjawiska pustek, jednakże proces oparty na stałym podciśnieniu jest aktualnie najbardziej korzystny i rozwijany w nowoczesnych urządzeniach produkcyjnych. Niemiecki producent rozwijając technologię stałego podciśnienia, opracował metodę Vacuum Plus N2, która ma na celu wyeliminowanie tych problemów w procesie lutowania rozpływowego (rys. 2). Wymagania rynku zainspirowały SMT Wertheim do stworzenia technologii opartej na zasadach wykorzystujących podciśnienie, którą dodatkowo ze względów ekonomicznych wprowadzono w całym procesie lutowniczym.

Rys. 2. Lutowanie z zastosowaniem modułu Vaccum SMT Wertheim

Istnieją inne procesy próżniowe, jednak są one typu stop-and-go, są mniej przyjazne środowisku, bardziej kosztowne i nie mogą sprostać korzystniejszej ekonomicznie metodzie Vacuum Plus N2. Moduł próżniowy Vacuum Plus N2 jest niezależnym urządzeniem, które może być w pełni zintegrowane z systemem lutowania rozpływowego. Ponieważ prezentowane systemy pieców rozpływowych również są konstrukcjami modułowymi, moduł Vacuum Plus N2 można łatwo zamontować w istniejącym już piecu rozpływowym.

Urządzenie Vacuum Plus N2 umieszczane jest bezpośrednio za strefą peak (grzanie właściwe - rozpływ) i może być aktywowane jedynie w razie potrzeby a proces podciśnienia jest centralnie sterowany z opcją włączenia lub wyłączenia. Podczas stałego rozpływu moduł Vacuum Plus N2 jest automatycznie przełączany do podciśnienia a PCB wystawiona na jego działanie przez krótki czas utrzymywana w zadanym zakresie podciśnienia po czym odpowietrzona. Pustki w złączach lutowniczych zostają w procesie zredukowane do akceptowalnego minimum. Czas cyklu próżniowego lutowania rozpływowego wynosi od 60 do 90 s.

Renex
www.renex.com.pl