CC BY
103ПОВЕРХНОСТНЫЙ МОНТАЖ: технологические приемы, оборудование и материалы
Переход электронной промышленности с традиционного навесного на современную технологию поверхностного монтажа (БМТ) имеет объективные предпосылки.
Игорь Слонский
pribor@spb.tsi.ru www .prib or.ru
Зто обосновано экономическими и технологическими факторами. Предприятие при применении поверхностно монтируемых компонентов получает следующие преимущества:
1. Значительное повышение качества и надежности изделий благодаря применению лучших материалов и компонентов.
2. Снижение себестоимости изделий. Современная комплектация, монтируемая на поверхность платы, дешевле, чем навесная.
3. Упрощение и удешевление демонтажа компонентов.
4. Значительное уменьшение трудоемкости производственных циклов.
5. Достижение современного технического уровня, соответствие современным стандартам (180 9000).
6. Уменьшение габаритных размеров изделий при увеличении их функциональных возможностей. Итак, преимущества очевидны, и теперь мы хотели бы рассказать на примере конкретных моделей оборудования, как наиболее эффективно создать
участок поверхностного монтажа.
Внедряя современное технологическое оборудование на российские предприя-
Рис. 1
на такую закономерность: в 90 % случаях меняется малая часть комплектации, и предприятию требуется малопроизводительное оборудование. Иными словами, предприятия начинают с оборудования опытного участка поверхностного монтажа. Для оснащения такого участка зачастую хватает одноканальных или многоканальных паяльных станций, оборудованных встроенным компрессором. В этом случае выбор небольшой, это паяльные станции, широко известные по предыдущим публикациям, производимые фирмами РАСЕ и WELLER.
Предлагаемые модели паяльного оборудования способны осуществить монтаж и демонтаж всех современных элементов, включая BGA. Это становится возможным за счет высокой термостабильности, возможности поддержания работы наконечника «МИНИ-ВОЛНА», наличия активной системы борьбы со статикой.
Упомянутое паяльное оборудование при своей относительно невысокой стоимости способно решить многие задачи. При оснащении участка такими станциями заказчик получает следующие возможности:
• установка любых типов поверхностно монтируемых микросхем с помощью технологии «МИНИВОЛНА»;
• установка безвыводных элементов с применением горячего воздуха (термофена). Также этот инструмент можно применять и при работе с микросхемами;
• демонтаж любых типов элементов при сохранении работоспособности самого элемента и платы;
• ремонт печатных плат.
Более подробно о возможностях паяльных станций РАСЕ и WELLER вы можете ознакомиться на сайте официального представителя этих фирм: www .pribo r.ru, а также в офисе компании.
Итак, при минимальных затратах предприятия получают полноценный сборочный и ремонтный участок поверхностного монтажа, оборудованный по стандарту ISO 9001.
Следующим шагом предприятий обычно является приобретение более производительного оборудования. При этом паяльные станции, о которых мы
говорили ранее, сохраняют свою актуальность и переходят на ремонтные участки.
Наиболее распространенным набором оборудования при создании участка поверхностного монтажа является:
• оборудование для нанесения паяльной пасты/клея;
• оборудование, производящее установку компонентов на плату;
• оборудование для оплавления припоя (паяльной пасты).
Каждый тип оборудования соответствует конкретным технологическим этапам.
Мы хотели бы подробнее остановиться на каждом из них на примере конкретных устройств, наиболее популярных по опыту продаж за последние два года.
1. Нанесение паяльной пасты, клея
Применяются два основных способа нанесения. Метод дозирования с применением пневматических дозаторов хорош тем, что он не привязан к трафарету, и оператор может работать с любой платой. Таким дозатором удобно пользоваться при большом количестве различных типов плат или на опытном участке, где при разработке плата меняется несколько раз.
Слабая сторона этого метода в его низкой производительности, которая определяется мастерством оператора.
Второй метод — трафаретной печати, через сетчатый или металлический трафарет. Для этого применяются устройства трафаретной печати. Наиболее интересным является модельный ряд швейцарской фирмы ЕБЗЕМТЕС. Вот эти модели.
Рис. 4
Модели при своей низкой цене имеют большую рабочую площадь, высокие технические характеристики и большой набор дополни-
тельных принадлежностей, которые позволяют существенно модернизировать устройство трафаретной печати.
2. Установка компонентов
Самыми простыми и недорогими устройствами для установки поверхностно монтируемых компонентов являются ручные манипуляторы, которые обычно состоят из следующих узлов.
1. Базовое устройство с пантографом.
2. Головка с автоматическим вакуумным захватом.
3. Встроенная вакуумная помпа или внешний компрессор.
4. Набор вакуумных наконечников.
5. Карусельный питатель для подачи компонентов из россыпи.
Как дополнительное оборудование предлагаются питатели из ленты, из пенала, дозаторы паяльной пасты, системы пайки горячим воздухом, системы визуального контроля.
Производительность такого оборудования существенно зависит от мастерства оператора. В среднем эта цифра колеблется от 200 до 600 компонентов в час,
При изготовлении оборудования такого уровня производители практически не отличаются один от другого, и все марки очень похожи. В России наиболее известны такие фирмы, как ESSEMTEC, FRITSCH, DIMA. При одинаковом качестве наиболее выгодная цена у швейцарской фирмы ESSEMTEC,
Рис. 6
Подробное описание и цены на продукцию этих производителей вы можете получить на сайте www .ргіЬог .га, а также в офисе компании.
Многие ручные установщики могут быть переоборудованы до полуавтоматических При этом работу такого манипулятора контролирует компьютер, что существенно увеличивает производительность за счет исключения ошибок установки. В этом случае работу также производит оператор, но машина существенно облегчает его действия. По заранее разработанной программе машина показывает, какой элемент и из какого питателя необходимо захватить. После срабатывания вакуумного захвата машина показывает, куда необходимо установить компонент, и в точке установки сработают пневматические тормоза, зафиксировав вакуумную головку. Оператору остается только развернуть элемент вокруг своей оси для соблюдения правильности установки и опустить элемент на плату. Вакуумная головка автоматически отпустит элемент.
Этот тип манипуляторов также оборудуется по желанию заказчика дозатором паяльной пасты, системой пайки горячим воздухом, системой визуального контроля.
Производительность таких систем 600-800 компонентов в час. Наиболее известны на российском рынке Е88ЕМТЕС, ИЛИОТЕС, ЕИТБСИ.
Кроме того, необходимо отметить, что и ручные и полуавтоматические манипуляторы могут быть оборудованы системой установки
SPDD2-B Устройство трафаретной печати с плоским столом (435x355 мм)
SPDD2-BL Устройство трафаретной печати с плоским столом (500x410 мм)
SPDD2-V Устройство трафаретной печати (435x355 мм), оборудованное вакуумным прижимом для гибких или искривленных плат
SPDD2-VL Устройство трафаретной печати (500x410 мм), оборудованное вакуумным прижимом для гибких или искривленных плат
SPDD2-M Устройство трафаретной печати, оборудованное магнитными держателями для двухсторонних печатных плат (435х355 мм)
Рис. 8
FINE PITCH компонентов. Эта система позволяет производить точное совмещение выводов микросхемы с контактными площадками
Рис. 9
на плате с помощью микрометрических винтов и автоматическую установку элемента на плату. Такие системы позволяют устанавливать бескорпусные элементы от 0201 и микросхемы с шагом до 0,4 мм.
Наиболее интересным является автоматическое оборудование для установки компонентов. Основными параметрами автоматических манипуляторов являются:
1. Производительность.
2. Точность установки.
3. Гибкость, иными словами быстрота перестройки автомата под другой тип платы.
Эти параметры определяют цену на оборудование. Наиболее недорогими являются машины японской фирмы МЭС — это ЕСМ 93, ЕСМ 96, ЕСМ 98. Они имеют производительность от 2000 до 3500 компонентов в час и работают для своего уровня достаточно стабильно. Эти машины хорошо применять на предприятиях, которые выпускают какую-то одну номенклатуру изделий. Но если предприятие имеет несколько различных типов плат, то работать с такой машиной сложно из-за трудоемкости переналадки на новое изделие.
В этом случае более интересен автомат СЬМ 9000 швейцарской фирмы Е88ЕМТЕС. Производительность этой машины 2200-3600 компонентов в час, в базовую комплектацию включен лазерный центратор и автоматическая система смены инструмента. Машина имеет питатели с микропроцессорным контролем, что позволяет перенастраивать ее
а
Рис. 1D
очень быстро. На практике переналадка сводится к перезагрузке программы.
Более производительное оборудование поставляют фирмы Universal, Philips, Siemens.
3. Оплавление
После нанесения паяльной пасты и установки элементов следует этап оплавления. Для этого используют печи, которые отличаются количеством зон нагрева и методом подогрева — инфракрасным, конвекционным, смешанным.
Инфракрасные печи имеют низкую цену и применяются при изготовлении несложных плат. Обусловлено это тем, что инфракрасный тип нагрева имеет целый ряд отрицательных эффектов. Наиболее существенно влияют на работу следующие:
1. Теневой эффект. Высокие элементы могут закрывать более низкие, создавая так называемую «тень», то есть зону, где высока вероятность непропая. Также некоторые элементы могут закрывать свои собственные выводы.
2. Существенное влияние на процесс пайки оказывает отражающая способность корпуса элемента.
3. Нестабильность распределения температуры внутри отдельных зон.
Всех этих отрицательных моментов лишены печи с конвекционным методом нагрева. Горячий воздух распределяется внутри рабочего объема печи таким образом, что в каждой точке создаются одинаковые условия пайки, одинаковая температура. Зависимость от отражающих качеств элемента отсутствует.
Но управлять горячим воздухом труднее и выполнять это технически также сложнее. Поэтому конвекционные печи имеют цену значительно выше.
Из инфракрасных наиболее распространенными являются печи швейцарской фирмы ESSEMTEC. Это RO 180, RO 260, RO 400.
Рис. 12
Из конвекционных печей более всего российскому потребителю известна продукция английской фирмы Reddish Electronics. Это модели: SM-500 — камерная конвекционная печь, SM-1500, SM-1500, SM-3000 конвейерные конвекционные печи,
Рис. 13
Полноценное же производство включает в себя следующие этапы: входной контроль плат, компонентов, материалов;
• подготовка компонентов, материалов;
• нанесение клея/паяльной пасты;
• установка компонентов;
• отверждение клея;
• оплавление припоя с помощью печей или в машинах пайки волной;
• отмывка;
• выходной контроль;
• ремонт;
• влагозащита;
• упаковка.
Также оборудование сертифицированного производственного участка, соответствующего современным стандартам (1БО 9000), подразумевает целый ряд мероприятий по оборудованию производственных помещений системой антистатики, вентиляции, дымоулавли-вания и т. д.)
Наиболее простым и недорогим набором оборудование для оснащения производственного участка поверхностного монтажа является:
• ручное устройство трафаретной печати;
• один или несколько ручных или полуавтоматических манипуляторов для установки компонентов;
• печь оплавления припоя.
Стоимость такого набора оборудования начинается от 15 000 ШЭ.
Обращаю внимание читателей, что приводимый перечень оборудования далеко не полный, но в некоторых случаях вполне достаточный для начала переоснащения производства или для создания нового участка.
