Когда говорят про установку оптовых компонентов SMD, многие сразу представляют монтажные пистолеты и ручные паяльники, но в промышленных масштабах всё иначе. Сам видел, как новички пытаются экономить на автоматизации, а потом месяцами разгребают брак из-за неравномерного прогрева. Вроде бы мелочь — температура подъёма на 2°C выше нормы, а уже десятки плат с отставшими контактами.
Начну с паяльной пасты — тут вечный спор между свинцовыми и бессвинцовыми составами. В прошлом году на производстве пробовали перейти на экологичный вариант, но столкнулись с повышенной хрупкостью швов после пайки инфракрасными печами. Пришлось возвращаться к классике, хотя для медицинской техники пришлось разрабатывать компромиссный состав.
Трафареты — отдельная история. Если для крупных компонентов вроде BGA-корпусов ещё можно взять стандартный шаблон, то для микросхем с шагом 0.3 мм уже нужен лазерный раскрой. Как-то раз сэкономили на полировке краёв — результат: на 30% плат оставались следы перемычек, которые потом приходилось исправлять вручную.
А вот про автоматический принтер для паяльной пасты многие забывают, пока не столкнутся с проблемами выравнивания. Помню случай с платой управления для телеком-оборудования: вибрации при печати приводили к смещению трафарета всего на 0.1 мм, но этого хватало для коротких замыканий в цепях питания.
Современные установочные автоматы требуют калибровки под каждый тип компонентов. Для QFN-корпусов, например, критична точность позиционирования — даже визуальные системы иногда пропускают смещение, если освещение настроено неправильно. У нас был инцидент с партией контроллеров, где вакуумные захваты не учитывали высоту компонента, что приводило к 'сползанию' чипов при переносе.
Температурные профили в печах пайки — это отдельная наука. Для плат со смешанным монтажом (сквозные и SMD-компоненты вместе) приходится идти на компромиссы: выставлять нагрев так, чтобы не повредить чувствительные элементы, но обеспечить прогрев сквозных отверстий. Обычно начинаем с зоны предварительного нагрева при 150-180°C, потом резкий подъём до 240-250°C для активации флюса.
Интересно, что китайские производители вроде Shenzhen HTGD Intelligent Equipment Co., Ltd за последние годы серьёзно продвинулись в автоматизации. На их сайте gdk-smt.ru видел модели принтеров с системой обратной связи по давлению ракеля — решение для проблем с однородностью нанесения пасты на платы с разной толщиной.
Автоматическая оптическая инспекция (AOI) — не панацея, хотя многие думают иначе. Например, 'гроб-камни' (tombstoning) мелких резисторов система замечает легко, а вот недостаток паяльной пасты под BGA-чипами — только рентген. Причём настройка чувствительности AOI — это всегда баланс между ложными срабатываниями и пропуском брака.
Самое коварное — это 'поплавки' (drawbridging) у выводных компонентов. Возникают, когда паста на соседних контактах сливается при нагреве. Лечится уменьшением количества пасты или коррекцией геометрии контактных площадок. Один раз пришлось переделывать всю библиотеку компонентов в CAD-системе из-за такой проблемы.
Ещё есть скрытая угроза — остатки флюса под корпусами микросхем. После мойки плат кажется, что всё чисто, но через полгода эксплуатации начинаются коррозийные процессы. Сейчас перешли на no-clean флюсы, хотя они и дороже.
Скорость конвейера — параметр, который часто недооценивают. Для многослойных плат с медными плоскостями приходится снижать скорость до 30-40 см/мин, иначе внутренние слои не успевают прогреваться. Проверяли тепловизором — разница температур между внешними и внутренними зонами достигала 15°C при стандартных настройках.
Влажность в производственном помещении влияет не только на паяльную пасту, но и на электростатические разряды. Особенно критично для MOS-структур — ставили дополнительные ионизаторы воздуха, хотя изначально в проекте их не было. Затраты окупились снижением процента отказов на 7%.
Для массового производства стоит обратить внимание на решения от HTGD — их оборудование хоть и не европейское, но хорошо адаптировано под реальные условия. В описании на gdk-smt.ru упоминается, что компания с 2008 года занимается разработкой автоматических принтеров, и это заметно по продуманной механики позиционирования.
С появлением компонентов 0201 и 01005 пришлось полностью менять подход к установке оптовых компонентов SMD. Пневматические захваты не справляются с таким размером, перешли на электромагнитные системы с обратной связью. Зато точность возросла до ±25 мкм, хотя обслуживание стало сложнее.
Гибкие платы — отдельный вызов. Пришлось разрабатывать специальные держатели, чтобы избежать деформации при нагреве. Использовали композитные материалы с коэффициентом теплового расширения, близким к полиимидной основе самих плат.
Интересный опыт был с бессвинцовыми припоями для военной техники — требования к температурной стойкости заставили пересмотреть весь процесс. В итоге остановились на сплаве Sn-Ag-Cu с добавками висмута, хотя стоимость производства выросла почти вдвое.
Автоматизация окупается не сразу — наши расчёты показывают, что для серий менее 1000 плат в месяц ручной монтаж всё ещё выгоднее. Но при больших объёмах разница в качестве становится определяющим фактором. Особенно если учесть стоимость переделки бракованных изделий.
Китайские производители типа HTGD сейчас активно развивают направление 'умных' фабрик, где оборудование объединено в единую сеть. На их сайте gdk-smt.ru видел системы с удалённым мониторингом параметров пайки — интересное решение для распределённых производств.
Думаю, в ближайшие годы акцент сместится на предиктивную аналитику — когда оборудование само предупреждает о необходимости замены расходников или калибровки. Уже сейчас некоторые линии собирают статистику по тысячам параметров, осталось научиться её правильно интерпретировать.
