Miért elengedhetetlen az automatizált SMT-felszerelés ma az elektronikai gyártásban

Az automatizálás stratégiai szükségszerűsége SMT berendezés

Ágazati áttörés: A kézi összeszereléstől a teljesen automatizált SMT-gyártóvonalakig

Az elektronikai gyártás drámaian megváltozott, mivel a hagyományos kézi összeszerelés egyszerűen nem tud lépést tartani a mai modern gyártási igényekkel. Amikor a technikusok még kézzel helyezték el az alkatrészeket, a folyamat lassú és hibákra hajlamos volt. Ma SMT berendezés kiváló pontossággal kezeli az alkatrészeket, és óránként több mint 25 ezer darabot helyez el. Ez a változás messze túlmutat a mindennapi működésen; befolyásolja, hogyan tervezik vállalataik egész stratégiáját a cégek. Azok a gyárak, amelyek teljes mértékben automatizált SMT-technológiára váltanak, körülbelül 70 százalékkal csökkentik az összeszerelési időt, és majdnem nulla hibaráta érhető el a sűrű áramkörök gyártása során. Mivel az alkatrészek egyre kisebbek lesznek – néha akár 01005 méretre is –, a gyártók egyszerűen nem tudnak versenyképesek maradni manuális rendszerek nélkül. A termelés skálázásának és a folyamatok pontos, minden egyes alkalommal azonos ismétlésének képessége elengedhetetlenül szükséges ahhoz, hogy ebben az iparágban vezető pozíciót lehessen megtartani.

Hajtóerők: miniaturizáció, alkatrész-sűrűség és piacra jutási nyomás

Három kulcsfontosságú piaci dinamika erősíti az automatizáció szükségességét:

• Miniatürizáció : A fogyasztói elektronika ma már 40 százalékkal kisebb alkatrészeket igényel, mint öt évvel ezelőtt, amelyek pontossága manuális módszerekkel elérhetetlen.
• Komponenssűrűség : A modern nyomtatott áramkörök (PCB-k) egymagukban több mint 5000 alkatrész-elhelyezést tartalmaznak – ez 2,5-szörös növekedés 2018 óta.
• Időkompresszió : A gyártók 63%-a 90 napnál rövidebb termékfejlesztési ciklusokkal küzd, ami miatt a gyors prototípus-készítés és a gyors átállás képessége elengedhetetlen.

Az automatizált SMT-felszerelés közvetlenül ezen nyomásokra reagál zárt hurkú folyamatirányítással, amely során a valós idejű optikai ellenőrzés a forrasztási folyamat előtt korrigálja a komponensek elhelyezését. Ez a megelőző hibacsökkentés évente akár 740 000 USD-t is megtakaríthat a közepes termelési kapacitású gyártóknál. Az eredmény? Azok a gyártók, amelyek elmulasztják az automatizálást, elavulásra kerülnek, mivel az alkatrészek egyre növekvő összetettsége túllépi az emberi képességeket.

Hogyan optimalizálja az automatizált SMT-felszerelés a teljes gyártási folyamatot

Végponttól végpontig tartó folyamatirányítás: forrasztópaszta nyomtatása, komponensek begyűjtése és elhelyezése, forrasztás és ellenőrzés

Az SMT automatizáció olyan gyártósor építését teszi lehetővé, ahol minden lépés kommunikál a következővel, így kiküszöböli az időt pazarló, kézi átviteleket az egyes állomások között. A forrasztópaszta nyomtatók rendkívül pontosak, és a pasztát kb. ±0,025 mm pontossággal viszik fel. Emellett beépített fűtőelemek is találhatók, amelyek megakadályozzák, hogy a paszta túlságosan folyós vagy éppen túlságosan kemény legyen, így elkerülhetők a kellemetlen hidegforrasztási hibák. Ezután jönnek a nagysebességű pick-and-place gépek, amelyek óránként kb. 30 000 alkatrészt tudnak elhelyezni a nyomtatott áramkörös lapokon. Ezek a gépek kifinomult látási rendszerekkel vannak felszerelve, amelyek rendkívüli pontossággal vezérlik őket. Amint az alkatrészek továbbhaladnak a folyamaton, nitrogénnel telt újrafolyósító kemencékbe jutnak, amelyek több hőmérsékleti zónából állnak. Ez a beállítás biztosítja, hogy az összes apró kapcsolat megfelelően kialakuljon az egész nyomtatott áramkörös lapon. Az automatizált optikai ellenőrző rendszerek a folyamat különböző pontjain ellenőrzik a minőséget: a nyomtatás után ellenőrzik a felvitt paszta mennyiségét, a szerelés után megerősítik az alkatrészek helyes elhelyezését, végül pedig a kemence áthaladása után ellenőrzik a forrasztási kapcsolatok stabilitását. Az egész rendszer körülbelül háromnegyeddel csökkenti az emberi beavatkozást a régebbi félig automatikus rendszerekhez képest. A legtöbb gyártó azt tapasztalja, hogy az első átmeneti kihozatal (first pass yield) akár a bonyolult, sűrűn telepített áramkörök esetén is jól meghaladja a 99 százalékot.

Hibák megelőzése: A hurok lezárása a reflux előtt valós idejű visszajelzéssel és mesterséges intelligencián alapuló AOI/X-ray integrációval

A mai felületre szerelhető technológiával működő gyártósorok problémákat észlelnek éppen ott, ahol kezdődnek, köszönhetően az érzékelők által folyamatosan intelligens algoritmusoknak küldött adatoknak. A forrasztópaszta-ellenőrző rendszerek észlelik, ha túl kevés paszta került felhordásra, vagy ha híd alakul ki a padok között, amely esetben a gép automatikusan megtisztítja a sablont, illetve korrigálja a nyomásként beállított paramétereket a komponensek elhelyezése előtt. Ha ezt párosítjuk a 3D optikai ellenőrzéssel és az röntgenvizsgálattal, a gyártók részletes virtuális másolatot kapnak minden nyomtatott áramköri lap összeszereléséről. Ezek a rendszerek az aktuális méreteket összehasonlítják a tökéletes referencia-alaplapokkal, és akár 15 mikronos részletekig is lebonyolíthatók. Az intelligens szoftver visszatekint az előző problémákra – például a síkba borult („tombstoning”) alkatrészekre vagy a rosszul igazított chipekre –, hogy előre jelezze a potenciális hibahelyeket. Ezután korrigálja az elhelyezési erőket, illetve módosítja a forrasztás során alkalmazott hőmérséklet-eloszlást. A hibák kijavítása még a forrasztás megkezdése előtt kb. 90%-kal csökkenti a költséges újrafeldolgozás szükségességét. Amikor pedig mégis átcsúszik egy hiba, a javítása kb. tízszer kevesebb erőfeszítést igényel, mint a forrasztás utáni javítás. Legfontosabb, hogy a súlyos hibák – például a ball grid array (BGA) csomagolásban rejtett levegőzónák vagy teljesen hiányzó alkatrészek – ma már ritkán jutnak át a minőségellenőrzésen.

ROI, skálázhatóság és jövőbiztosítás moduláris SMT-felszerelésekkel

Kézzelfogható költséghatékonyság: A közepes termelési volumenű gyártók 9–14 hónapon belül elérhetik az ROI-t moduláris SMT-felszerelésekkel

A közepes termelési volumenű elektronikai gyártók moduláris SMT-felszerelésekkel 9–14 hónapon belül elérhetik az ROI-t, mivel a munkaerő-költségek kb. 30%-kal csökkennek, és az automatizált pontosság révén a hibák száma minimálisra csökken. Ez a gyorsított megtérülési időszak három alapvető hatékonyságból ered:

• Munkaerő-optimálás kézi alkatrész-elhelyezés és -ellenőrzés kiküszöbölése
• Minőségi javulások mesterséges intelligencián alapuló visszacsatolási hurkok segítségével majdnem zéró forrasztópaszta-hiba
• TCO (teljes tulajdonlási költség) csökkentése alacsonyabb karbantartási költségek merev rendszerekhez képest

A pontos ROI-számításoknak figyelembe kell venniük a termelési üzemidő javulását (általában 20–40%) és az éves selejtarány-csökkenést, amely átlagosan 15%.

Skálázható NPI-támogatás: prototípus-gyártástól a magas vegyességű, nagy volumenű gyártásig moduláris SMT-felszerelésekkel

A moduláris SMT-rendszerek lehetővé teszik a zavartalan skálázást a prototípusok gyártásától a tömeggyártásig úgy, hogy újrakonfigurálhatók anélkül, hogy teljes újraindításra lenne szükség. A kulcsfontosságú skálázható funkciók a következők:

• Gyors váltással rendelkező eszközök : Az adagolók és a fúvókák 15 percnél rövidebb időn belül átkonfigurálhatók új alkatrészformátumokhoz
• Kapacitás rétegződés : Helyezési modulok hozzáadása meglévő sorokhoz, amellyel a kimenet fokozatosan növelhető
• Szoftverrel meghatározott munkafolyamatok : Az összeszerelési sorrend újraprogramozása vegyes technológiájú nyomtatott áramkörök esetén

Ez a rugalmasság akár 70%-kal csökkentheti az NPI (új termékbevezetés) átállási idejét a merev rendszerekhez képest; a gyártók azt jelentik, hogy a konfigurálható moduláris rendszerek alkalmazásával új termékeik piacra jutása 50%-kal gyorsabb. Ez a megközelítés jövőbiztosítja a műveleteket az egyre kisebb méretű alkatrészek iránti igény és a változékony keresleti ciklusok miatt bekövetkező fejleményekkel szemben.