Cовременное тестовое оборудование и технологии
Рус Eng

31-01
2013
Новая серия автоматов JUKI. Широкие возможности в лучших традициях качества

Егор Шведюк, руководитель Службы технологического оборудования

Опубликовано в
«Технологии в электронной промышленности», № 8 за 2012 год.


Современная электронная промышленность России достаточно специфична и имеет присущие только ей характерные особенности: огромная и часто меняющаяся номенклатура выпускаемых изделий при небольших объемах производства, необходимость монтажа нестандартных компонентов, высокая сложность изделий, жесткие требования к надежности и стабильности процесса сборки с защитой от влияния человеческого фактора. Данные черты свойственны как контрактным производителям, так и предприятиям авиакосмической отрасли и производителям изделий специального назначения для армии и флота. Учитывая это, закономерно появляется вопрос: как оценить реальные возможности оборудования и сделать правильный выбор установщика компонентов из всего многообразия производителей и моделей, присутствующих сегодня на российском рынке?

В рамках данной статьи мы хотим помочь потребителям определиться с выбором и представляем им новую серию сверхгибких автоматов для установки SMD-компонентов — КЕ-3020 — производства фирмы JUKI Automation Systems (Япония). В материале внимание акцентируется только на реальных возможностях и преимуществах систем, что предоставляет потенциальному покупателю объективную информацию для размышления.

JUKI KE-3020: гибкость, точность, надежность, расширяемость
Основой установщика КЕ-3020, как и всех предшествующих автоматов JUKI, является литая ультражесткая термостабилизированная станина, которая напрямую влияет на долговечность и качество работы машины. Именно она является гарантией высокой точности и стабильности установки компонентов на протяжении всего срока эксплуатации, а также компенсирует вибрации и перепады температур, сохраняя при этом свою геометрию в течение срока жизни автомата.

Рис 1. Автоматический установщик KE-3020

Основой установщика КЕ-3020, как и всех предшествующих автоматов JUKI, является литая ультражесткая термостабилизированная станина, которая напрямую влияет на долговечность и качество работы машины. Именно она является гарантией высокой точности и стабильности установки компонентов на протяжении всего срока эксплуатации, а также компенсирует вибрации и перепады температур, сохраняя при этом свою геометрию в течение срока жизни автомата.

Рис 2. Литая термостабилизированная рама


Модель КЕ-3020 — автомат балочного типа, оснащенный семью вакуумными захватами: 6 захватов с лазерной системой центрирования и 1 захват с видеоцентрированием. Каждый захват (наконечник) имеет независимый привод по оси Z и углу поворота. Большой выбор стандартных и специальных наконечников в сочетании с управляемым вакуумом для каждого захвата дают возможность повысить универсальность наконечников, то есть охватывать минимальным комплектом большое количество корпусов и устанавливать сложные компоненты.

Для того чтобы максимально эффективно осуществлять центрирование всех типов корпусов, специалисты JUKI применяют в своих машинах оба типа центрирования, как лазерное, так и видео, что оптимизирует их под конкретную задачу.

Рис 3. Блок лазерного центрирования с 6 наконечниками

Запатентованная лазерная система осуществляет независимое центрирование шести наконечников одновременно. В случае, когда необходимо установить большой компонент, захват осуществляется только каждым вторым наконечником, таким образом, можно измерять компонент двойной ширины. Высокая разрешающая способность лазерной системы 16.7 мкм позволяет лучше распознавать компонент, а, следовательно, точнее его устанавливать. Это одно из основных преимуществ лазерных систем по сравнению с системами видеоцентрирования. Кроме того, лазер дает возможность осуществлять 3D-измерение компонентов и компенсировать возможные отклонения по высоте.

Поскольку лазерная система очень компактна, она монтируется непосредственно на установочной головке, благодаря чему измерение компонента (центрирование) осуществляется во время перемещения головки от места захвата к месту установки. Таким образом, скорость — еще одно преимущество лазерных систем центрирования.

Рис 4. Принцип технологии лазерного центрирования

Существует и ряд других преимуществ, которые сложно отобразить в цифрах, но в условиях реального производства они играют значительную роль: простота программирования, минимум обслуживания и невосприимчивость к воздействию окружающей среды.

Поскольку лазер, имеющий возможность измерять компонент с высокой точностью и действительно «на лету», обеспечивает высокую производительность, целью применения видеосистемы является обеспечение максимальной гибкости.

Главная часть камерной системы JUKI — уникальная для автоматов-установщиков, гибкая система подсветки FlexLight для разных типов корпусов (BGA, QFP, CGA и пр.) с тремя направлениями: верхняя, нижняя, боковая; и тремя длинами волн: синий, красный, зеленый для корпусов с разной отражающей способностью (пластик, полиамидная фольга и т. д.). Использование разделения изображения позволяет устанавливать компоненты больших размеров: микросхемы до 75×75 мм или разъемы 50×150 мм.

Рис 5. Видеосистема FlexLight

Опции, расширяющие возможности
Дополнительная камера с высоким разрешением (HRC — High Resolution Camera) является высокопрецизионным дополнением штатной видеосистемы центрирования автоматов JUKI и предназначена для установки микросхем с минимальным на сегодняшний день шагом выводов до 0,2 мм. Если количество таких корпусов на плате увеличивается и необходимо повысить скорость установки компонентов с мелким шагом, то покупать еще один автомат нет необходимости, поскольку предусмотрена опция одновременного видеоцентрирования всех наконечников (MNVC — Multi-Nozzle Vision Centering), которая повышает в несколько раз производительность автомата в базовой конфигурации по установке микросхем.

Большинство SMD-компонентов не критичны к силе воздействия на них наконечника при установке на плату, но есть и такие, которые требуют более деликатного обращения. Функция контроля силы давления измеряет и контролирует установочное давление каждого наконечника с помощью встроенного датчика нагрузки и осуществляется непосредственно в процессе монтажа. Сила давления устанавливается индивидуально для каждого компонента, что предохраняет чувствительные компоненты от чрезмерного давления.

Рис 6. Сдвоенный электропитатель

Еще одна полезная опция в автомате JUKI КЕ-3020 — измерение электрических параметров пассивных компонентов (CVS). Однако назначение данной функции не 100% тотальный контроль каждого компонента в катушке. Такой контроль следует производить на выходе у изготовителя компонентов, а автомат-установщик не должен заниматься входным контролем. Если же возможность входного контроля пассивных компонентов автоматом предусмотрена, то возникают следующие вопросы.

Как влияет измерение компонента на производительность автомата: если измерения резисторов осуществляются быстро, то так ли это в случае с конденсаторами? Зачем измерять каждый компонент в катушке? Один из ключевых вопросов в данном случае — метрологический. Насколько точен модуль автомата, который отвечает за измерения электрических параметров? Такой модуль автомата является измерительной системой и в соответствии с Законом о единстве средств измерения должен иметь первичную, а затем проходить периодические поверки. При недостаточной точности Вы не сможете поверить измерительный модуль автомата, а, следовательно, не сможете использовать результаты измерений в качестве аргумента при возврате отбракованных компонентов поставщику или в качестве подтверждения характеристик для Заказчика.

Гораздо более важная задача для автоматов  — убедиться в том, что в питатель установлена катушка с «правильным» номиналом, а для этого достаточно взять первый компонент из катушки и измерить его. Именно эту задачу решает опция CVS, которая устанавливается на автоматах JUKI. Эта опция является очень хорошей и бюджетной частью интеллектуальной системы автомата, ее задача — взять по одному компоненту из каждой катушки, измерить его и убедиться в соответствии компонента, питателя и позиции, в которой установлен питатель.

Рис 7. Установка компонентов по отпечатку паяльной пасты

Флюсователь предназначен для нанесения флюса или паяльной пасты методом окунания на выводы таких компонентов, как CSP и flip chip перед установкой. Благодаря опции флюсователя JUKI расширяет возможности автомата, позволяя собирать микроэлектронные и гибридные модули по технологи Chip-On-Board, что повышает его универсальность за счет концентрации большого количество функций в одной машине.

Электропитатели нового поколения — одна из новинок в автоматах JUKI, обеспечивающих уникальную гибкость. По сравнению с традиционными, прекрасно зарекомендовавшими себя механическими питателями, новые — так называемые «умные питатели» — стали электрическими и программируемыми. Уникальные технологии JUKI позволили сконструировать сдвоенный электропитатель, который занимает столько же посадочных мест, сколько один механический и, таким образом, в машинах КЕ-3020 теперь можно устанавливать до 160×8 мм питателей при сохранении все тех же компактных габаритных размеров автомата 1,5×1,5. В отличие от других электропитатели JUKI предоставляют автомату информацию о своем типе, позиции, установленном шаге, а также корректируют позицию компонента по оси Y. Замена питателей может осуществляться «на ходу», при этом автомат «понимает», что питателя не хватает и автоматически оптимизирует программу установки. Все эти возможности не только значительно упрощают работу оператора, уменьшая тем самым общее время на подготовку производства, но и исключают, в конечном итоге, появление ошибок. Говоря о гибкости и универсальности нельзя не отметить специальный питатель для работы с отрезками лент и питатель для компонентов в россыпи, который дает возможность применения отечественной комплектации.

В процессе трафаретной печати нередко возникают различные ошибки, такие как смещение отпечатка паяльной пасты относительно контактных площадок компонентов. Данные ошибки могут возникать из-за незначительных отличий в размерах печатных плат разных партий, а также при нанесении пасты на гибкие платы или при неточном совмещении трафарета и платы. Для крупных компонентов подобные неточности возможно будут не критичны, но для чипов 0402 и меньше отпечаток паяльной пасты может выйти за пределы контактной площадки более чем наполовину. Если такая плата поступает на сборку, то это влечет за собой дефекты типа thombstone («надгробный камень») и плата отправляется на ремонт.

Рис 8. SENTRY: дефекты не пройдут

Опция автоматической компенсации смещения паяльной пасты при установке компонентов (OPASS) позволяет распознать смещение отпечатка до сборки платы. Используя локальные реперные точки, автомат проверяет расположение паяльной пасты относительно контактных площадок. При установке компоненты центрируются по паяльной пасте, а не по контактным площадкам, и при оплавлении в печи становятся на свои места благодаря силам поверхностного натяжения расплавленного припоя. С функцией OPASS предотвращаются дефекты сборки без помощи дорогостоящей АОИ после трафаретной печати.

Создав систему SENTRY — новейшую дополнительную опцию к автоматам-установщикам, компания JUKI внедряет оптическую инспекцию непосредственно в процесс сборки, выявляя и предотвращая ошибки в тот момент, когда их еще можно исправить без дорогостоящего ремонта платы. SENTRY — это комплекс специальных датчиков и камер, которые отслеживают и анализируют каждый шаг сборки, позволяя только правильно собранным платам попадать в печь оплавления.

С момента поступления платы в рабочее поле автомата-установщика система SENTRY записывает все операции захвата и установки, отслеживает наличие/отсутствие компонентов, а также контролирует упавшие компоненты, которые могут в дальнейшем привести к дефектам при попадании на более крупные компоненты на печатной плате. Если печатная плата собрана на 100% правильно, то она отправляется в печь оплавления. Если обнаруживается ошибка, то плата следует во второй буфер-накопитель, подается звуковой сигнал ошибки, а на дисплее буфера отображается информация об обнаруженном дефекте. Функция предотвращения проблемы является одним из ценнейших качеств системы SENTRY.

Кроме того, SENTRY предлагает совершенно новую возможность — фотографическую прослеживаемость. Теперь помимо записи таких данных, как артикул, код партии, дата и время сборки, имя оператора, в отчет включаются фотографии процесса сборки. Впервые мы получаем ясные доказательства качества сборки каждого компонента. Изображения, отсортированные по серийному номеру и типу платы, извлекаются из архива по щелчку мыши.

В заключение
Как правило, большинство российских производителей электроники при выборе оборудования для сборки печатных плат вынуждены руководствоваться не только текущими производственными условиями, но и учитывать будущие перспективы: возможное увеличение объемов выпускаемых изделий, возможное повышение точности установки компонентов, возможная необходимость установки новых корпусов и др. Элементная база также постоянно меняется, и неизвестно, какие задачи поставят завтра конструкторы-разработчики перед участком сборки ПП.

В данной ситуации есть два пути. Первый — покупка оборудования, требуемого не только для выполнения текущих процессов, но и на перспективу, так сказать «с запасом» по характеристикам и комплектации. Это своего рода страховка от возможных непредвиденных на момент выбора ситуаций. Однако любая страховка имеет свою стоимость, в этом случае немалую, да и может вообще не понадобиться.

Второй путь — оборудование приобретается под существующие на сегодняшний день производственные требования без учета перспективы. Это более бюджетный вариант, но без страховки на будущее. Если через год-два производство сталкивается с необходимостью увеличения объемов выпуска или требует более сложных сборок, то в большинстве случаев для их осуществления приходится покупать новые машины.

Сделав свой выбор в пользу автоматов JUKI, вы получаете возможность обрести «золотую середину», то есть учесть будущие производственные изменения при минимальных затратах на оборудование. На практике это выглядит так. Предприятие составляет техническое задание на приобретение установщика компонентов на основе текущих производственных задач, где указывается требуемая производительность, типы устанавливаемых компонентов, питатели и т. д. Например, автомат JUKI KE-3020 в базовой конфигурации полностью соответствует техзаданию и отвечает всем нынешним требованиям заказчика. Оборудование закупается, поставляется, вводится в эксплуатацию, работает. Проходит время, разработчики приносят на производство новую плату, на которой есть чипы 01005, BGA, микросхемы с шагом 0,2. Причем их много, соответственно скорость автомата должна быть выше. В большинстве случаев с автоматами других производителей подобная ситуация приводит к покупке нового автомата, соответствующего новым требованиям. В нашем случае все гораздо проще: докупается соответствующая опция к автомату (HRC, MNVC) и задача решена при минимальных временных и финансовых затратах, поскольку все возможные опции, расширяющие возможности автоматов JUKI, доступны после покупки/поставки автомата и по желанию заказчика могут быть установлены в любой момент.

Рассмотрим другую ситуацию. Примерно через 5 лет после покупки первого установщика требуется повысить производительность линии в 2–3 раза. Возможны два варианта развития событий.

Вариант, А: если Вы используете автомат любой другой марки.
Фирма-производитель обновила модельный ряд машин, обновился интерфейс и программное обеспечение, машины прошлых поколений зачастую становятся несовместимыми по питателям и другим опциям с современными моделями, что влечет за собой дополнительные расходы.

Вариант В: если Вы используете автомат фирмы JUKI.
Докупается автомат-установщик в базовой комплектации из существующего на момент покупки модельного ряда и без проблем встраивается в уже существующую линию с автоматом JUKI предыдущего или еще более раннего поколения. Это становится возможным, потому что JUKI еще на этапе разработки закладывает принцип совместимости во все новые поколения машин, тем самым делая совместимыми модели прошлых, настоящих и будущих поколений.

В заключение материала хочется обратить внимание на основной девиз фирмы JUKI: «Отдыхайте — работает Ваша линия!», который подкреплен не только многочисленными положительными отзывами пользователь систем данного производителя, но и высочайшим качеством оборудования и его уникальными возможностями.


Вложение Размер
Новая серия автоматов JUKI.pdf 326.28 КБ

Получите подробную информацию о технических характеристиках, ценах и условиях поставки оборудования, направив официальный запрос с сайта.
Отправить запрос