Процесс производства плат поверхностного монтажа
Обзор процесса. Наиболее наглядно процесс производства плат SMD нагляднее всего обозревать со стороны производственной линии. Производственная линия поверхностного монтажа — это комплекс установок, полностью покрывающий процесс сборки SMD устройства от нанесения паяльной пасты до контроля качества. Но производственная линия и предлагаемые готовые решения полностью покрывают только процесс сборки платы, весь процесс изготовления платы немного шире.
Производственный процесс начинается с технического задания и разработки. Сборку платы и даже закупку расходных материалов и электронных компонентов невозможно начать без списка компонентов и определения размеров их корпусов. Размеры корпусов также необходимы для установки «PnP (Pick and place/ дословно – подъем и установка)» или робота, который занимается монтажом электронных компонентов. В случае ручной сборки при грамотном подходе к монтажу изделия размер компонентов также важен, так как персонал сборки платы должен знать сколько места нужно выделить на хранение компонентов и каким образом наладить их хранение и каталогизацию. В общем и целом, не вдаваясь в дальнейшие подробности раньше их детального рассмотрения, перед закупкой любого оборудования, расходных материалов и электронных компонентов, нужно подготовить принципиальную электронную схему, печатную плату и список компонентов электронного прибора.
В ходе проведения учебной практики мы воспользовались услугами ООО «Резонит», которая способна поставить печатную плату с трафаретом для SMT печати на готовом профиле. Резонит – не единственная компания, предоставляющая подобные услуги в России, производство печатных плат, монтаж компонентов и сборка плат в России имеется.
Зная характеристики печатной платы, можно приступать к налаживанию процесса производства плат. В зависимости от бюджета и размера производства лишь одна производственная линия может варьировать по стоимости от 700000 рублей до 8 миллионов долларов на момент написания отчета. Платы можно собирать и вручную, и при мелком производстве сборка прототипов даже выгоднее чем полуавтоматизированный процесс. Но ни качество готового товара ни объемы производства ни рентабельность труда не позволяют даже думать о ручной сборке SMT приборов. В ходе учебной практики я оценил имеющееся предложения по оборудованию с учетом бюджета и ограниченности рабочего пространства и создал производственную линию SMD. В качестве начальных данных у меня были готовая принципиальная электронная схема с некоторыми ошибками, методы контроля и исправления которых вне процесса производства мы опустим, как и другие чисто организационные процессы. И монтажная схема, также с ошибками. Доведение прототипов до рабочего состояния отчасти также выполнялось мной. Не идеальный, но налаженный в ходе учебной практики рабочий технологический процесс в этом реферате будет рассмотрен как основной, но параллельно с ним будут рассмотрены и другие техпроцессы.
Схема процесса. ГОСТ предлагает обобщённую схему производства плат одностороннего, двустороннего, сквозного монтажа и так далее. Схема и пояснения не учитывают множества важных деталей, пропуск которых может либо ухудшить либо вовсе забраковать любую произведенную плату. ГОСТ должен быть расширен, дополнен деталями. Рассмотрим схему налаженного мелкосерийного производства электронных плат. В качестве основы для выбранных действий и порядка их выполнения приведем конкретные инструменты и установки. Параллельно рассмотрим полностью автоматизированное конвейерное производство SMT плат.
Рисунок 1. Обобщенный схематичный процесс производства SMT плат
Как
видно из схемы производственного
процесса (рис. 1), для мелкосерийного
производства достаточно SMT
принтера, печи и УЗ ванны. Конечно,
основой экономии времени и главным
преимуществом SMT
является возможность автоматизированного
монтажа компонентов (рис. 2), которого
нет в первой схеме, так как PnP
машины и монтажные роботы требуют
большого вложения ресурсов, а самое
главное – квалифицированных операторов.
В России на данный момент сложно найти
хотя бы какое-нибудь производство для
практики и обучения операторов PnP
машин и монтажных роботов. Редкими
исключениями являются производственные
линии технологических институтов.
Рисунок 2. Автоматизированный процесс производства SMT плат
Для начала кратко опишем технологию сборки SMT плат параллельно по обоим схемам, и дальше подробно опишем каждый из пунктов.
1. Подготовка платы, компонентов, расходных материалов. Мойка платы в УЗ ванне, сушка печатной платы в SMT печи. Замешивание паяльной пасты, контроль качества и консистенции паяльной пасты. Чистка трафарета.
2. Нанесение слоя паяльной пасты. В мелкосерийном производстве используется ручной SMT принтер. В автоматизированном – автоматический принтер и загрузчик плат.
3. Контроль качества нанесения паяльной пасты. Устранение известных дефектов нанесения слоя паяльной пасты. Отбраковка плат с плохим слоем и буферизация для монтажного робота.
4. Монтаж SMD компонентов. Буферизация для SMT печи или при полуавтоматическом процессе – ручной контроль на буферном конвейере.
5. Пайка оплавлением.
6. Контроль качества пайки, устранение недостатков. При автоматизации – автоматическая оптическая инспекция.
7. Монтаж компонентов сквозного монтажа.
8. Промывка платы, удаление флюса. Промывка платы в УЗ ванне. При автоматизированном производстве используют безсмывочные флюсы.
9. Тестирование и ремонт. Запуск платы, последовательная проверка цепей питания.
10. Технический контроль. Запуск в условиях, имитирующих рабочие.