Современные тенденции развития сборочно-монтажных производств аппаратуры специального назначения

Если обобщить, то изменения происходят по следующим основным направлениям:

• технологическая эволюция в сторону микроэлектроники;
• повышение степени автоматизации производств за счет автоматизации установки компонентов, монтируемых в отверстия;
• уменьшение влияния человеческого фактора на контроль качества продукции и соответствие технологического процесса.

Рассмотрим более подробно эти направления.

Технологическая эволюция в сторону микроэлектроники

В этой области происходит не только лавинообразный процесс миниатюризации компонентов, но и внедрение технологий микроэлектроники в единый с технологией поверхностного монтажа цикл. В частности, речь идет о монтаже бескорпусных микросхем — Chip-On-Board, Flip-Chip

По данным компании Murata Manufacturing уже сегодня объем производства керамических конденсаторов размерами 01005 составляет весомую долю в глобальном объеме потребления.

В 2012 году Murata Manufacturing начала производство компонентов существенно меньших, чем 01005, их размер — 100х200 мкм. Данные технологические реалии привели к изменению требований к оборудованию для поверхностного монтажа.

Повышение степени автоматизации производств за счет автоматизации установки компонентов, монтируемых в отверстия

Полная автоматизация установки радиоэлектронных компонентов при сборке печатных узлов для техники специального назначения долго считалась невозможной. Это было обусловлено, в первую очередь, тем, что доля поверхностно-монтируемых компонентов была невысока, всегда присутствовали компоненты, монтируемые в отверстия, а также нестандартные компоненты, для монтажа которых не было эффективного решения по автоматизации. К таким проблемным компонентам относятся, например, разъемы, радиочастотные экраны, габаритные компоненты и т.д.

Все это приводило к тому, что автоматизировалась лишь часть технологических операций, а доля ручного монтажа была высока. В итоге высокая трудоемкость и нестабильность качества «ручных» операций сказывались на себестоимости сборки.

Было необходимо решение, позволяющее существенно сократить долю операций, выполняемых вручную. Для этого требовалось автоматизировать установку на плату нестандартных компонентов и компонентов, монтируемых в отверстия. Сегодня производители автоматов установки компонентов работают над решением данной задачи. Например, в модельном ряду автоматов установки компонентов компании Samsung Techwin задачи автоматизации монтажа нестандартных и штыревых компонентов решает установка SM-451. Она уже работает на ряде отечественных предприятий, производящих технику специального назначения.

Автомат обладает принципиальными конструктивными особенностями. 

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Внедрение автомата, позволяющего осуществлять монтаж штыревых компонентов, позволит для ряда изделий изменить технологический процесс сборки плат и снизить себестоимость. 

Сокращение влияние человеческого фактора на контроль качества продукции и соответствие технологического процесса

Во-первых, существенно снизится трудоемкость по установке и пайке штыревых компонентов.

Это очень важно, так как мы оптимизируем самые трудоемкие и дорогостоящие (с точки зрения себестоимости) операции. Во-вторых, мы можем полностью отказаться от операции ручной установки компонентов перед пайкой в печи оплавления благодаря встроенным возможностям по распознаванию и установке нестандартных компонентов. А это, опять-таки, ручной труд со всеми вытекающими проблемами. Незначительное увеличение цикла сборки на автомате установки компонентов, которое вызвано установкой штыревых и нестандартных компонентов, является незначительным минусом и с запасом перекрывается всеми плюсами данного способа автоматизации сборки.

В случае, когда изделия разработаны с учетом возможностей автомата, можно получить оптимальный процесс сборки без ручных операций и волновой или селективной пайки.

Выделим две взаимосвязанные тенденции:

• активное применение средств автоматического контроля качества;
• автоматизация мониторинга технологического процесса.

АКТИВНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СРЕДСТВ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

Уменьшающиеся размеры компонентов, сокращение шага выводов и увеличение количества соединений на одном изделии привели к тому, что решение задач контроля, пусть и вооруженным, но все-таки человеческим глазом, стало неэффективным, трудоемким и, самое главное, перестало гарантировать результат.

В результате, логичной стала массовая автоматизация операций контроля качества и внедрение автоматических средств на различных этапах производственного процесса: от входного контроля качества комплектующих до выходного контроля качества готовых изделий.

На сегодняшний день в сборочном производстве используются следующие типы автоматизированного контроля качества:

• автоматизированный рентгеновский контроль компонентов, печатных плат, собранных печатных узлов;
• электрический контроль компонентов, печатных плат и собранных печатных узлов;
• автоматический оптический контроль качества нанесения паяльной пасты (крайне целесообразно перед установкой дорогостоящих микросхем с малым шагом);
• автоматический оптический контроль качества разварки кристалла на подложку (например, при применении технологии Chip-On-Board);
• автоматический оптический контроль собранных печатных узлов.

АВТОМАТИЗАЦИЯ МОНИТОРИНГА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Чтобы добиться на выходе меньшего количества дефектов, необходимо обеспечить корректность технологического процесса. И снова мы сталкиваемся

с человеческим фактором. Риск человеческой ошибки и недосмотра может привести с существенным финансовым затратам и потере времени из-за выпуска некачественной продукции.

Для исключения человеческого фактора все активнее используются автоматизированные комплексы мониторинга и управления технологическим процессом. Например, программно-аппаратный комплекс Система_1: Мониторинг позволяет осуществлять автоматизированный надзор за технологическими процессами.

В основе Системы_1: Мониторинг лежит процесс сбора информации с технологического оборудования и рабочих мест. Далее полученная информация обрабатывается и преобразуется в отчет для принятия управленческих решений.

Комплекс СИСТЕМА_1:МОНИТОРИНГ реализует следующие функции:

• мониторинг и анализ эффективности использования оборудования в режиме реального времени;
• автоматический анализ причин простоев оборудования и снижения общей производительности;
• автоматическое оповещение о внештатных ситуациях (рост уровня дефектности, предпосылки к появлению дефектов, длительный простой оборудования и т.д.) в режиме реального времени;
• составление управленческих отчетов согласно пожеланиям пользователей;
• анализ статистики дефектов в режиме реального времени;
• возможность автоматической остановки технологического оборудования в случае резкого увеличения числа дефектов (опционально);
• доступ к системе через сеть интернет с возможностью удаленного мониторинга производства, например, через планшетный компьютер.

В статье мы постарались отразить те изменения в области развития производства радиоэлектронной аппаратуры специального назначения, которые влияют на требования к организации производственного процесса. С учетом того, что для грамотного построения производства требуются существенные инвестиции в основные фонды, внимание к происходящим изменениям позволяет сделать правильный выбор оборудования и средств автоматизации, тем самым обеспечив конкурентоспособность.