Подготовка производства: что, где, когда?

Технологическая подготовка производства представляет собой совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства, т.е. наличие на предприятии полных комплектов конструкторской и технологической документации и средств технологического оснащения, необходимых для выпуска заданного объема продукции с установленными технико-экономическими показателями. Зачастую именно на этапе ТПП выявляются ошибки, неточности или нетехнологичные «узкие» места будущего изделия, что обуславливает необходимость уделения ТПП первостепенного внимания.

Конечно, всегда есть возможность воспользоваться услугами аутсорсинговых организаций, но это значит разбить единый техпроцесс и поставить под сомнение качество конечного результата, что может обнаружиться на этапе сборки и тестирования. При таком подходе виновных не найти, клиент пострадает, а репутация будет испорчена и у той компании, которая занималась ТПП, и у производителя.
Правильнее, если ТПП занимаются специалисты производителя, отвечающего за весь цикл изготовления изделия начиная с анализа технического предложения потребителя и заканчивая отгрузкой готовой продукции. В этом случае ТПП производится с учетом требований и возможностей имеющегося технического оснащения (т.е. потенциальному заказчику не придется платить еще за одну ТПП под конкретные условия). Более того, по уровню специалистов, которые занимаются подготовкой ТПП, можно судить об уровне предприятия-производителя.

Имея многолетний опыт работы с контрактными заказчиками, а также опыт внедрения изделий собственной разработки от единичных опытных образцов до больших серий различной степени сложности, специалисты ЗАО «НПФ «Доломант» разработали алгоритм, позволяющий преобразовать достаточно «сырое» изделие в высокотехнологичный продукт на уровне международных стандартов.
Вся необходимая для работы информация общего характера, производственная информация (конструкторская и технологическая библиотека стандартов и технических условий; научно-техническая литература на русском и английском языках), информационные каталоги (маркировки и кодировки радиоэлектронных компонентов; каталоги иностранных фирм) находятся в электронной научно-технической библиотеке предприятия.

В ЗАО «НПФ Доломант» принято начинать ТПП с проработки КД с точки зрения достаточности входных данных и анализа технологичности КД. Следующими этапами ТПП являются упреждающий анализ технологии сборки и монтажа с учетом нестандартных компонентов, контрольные операции, разработка необходимой технологической документации. Все этапы ТПП рекомендуется проводить параллельно.

В процессе проработки КД на достаточность входных данных нужно обращать внимание на наличие следующих документов и файлов:
– РСВ-файл печатной платы (ПП);
– сборочный чертеж печатного узла и готового изделия (СБ);
– спецификации или ведомости покупных деталей (СП, ВП);
– сборочные чертежи на корпусные детали (СБ);
– перечень ключевых характеристик изделия.

Предоставленная заказчиком техническая документация анализируется на:
– наличие в спецификации наименований компонентов, их позиционных обозначений и типов корпусов;
– наличие в монтажной схеме (сборочном чертеже) расположения устанавливаемых компонентов, ориентации полярных элементов; при наличии компонентов с нестандартной установкой — указание вариантов их установки; при наличии особых требований, например, при нанесении влагозащитных покрытий — указание этого в ТТ КД, перечисление применяемых материалов и т.д.
– наличие/отсутствие бессвинцовых компонентов;
– тип материала ПП для оценки возможности изготовления изделия по бессвинцовой или смешанной технологиям;
– соответствие указанных вариантов установки компонентов требованиям ГОСТ РВ 15.002-2003 и ГОСТ Р ИСО 9001–2001 при изготовлении изделий оборонной продукции или продукции двойного назначения;
– соответствие требованиям экологической безопасности.

Анализ технологичности предложенного КД начинается с оценки технологичности сборки изделия на имеющемся оборудовании. При необходимости по согласованию с заказчиком КД корректируется в сторону улучшения вплоть до редизайна ПП и компонентов.

На этом этапе во внимание принимается:
– Наличие/отсутствие защитной маски, толщина и тип материала маски, покрытие металлизации под маской. Проводники и переходные отверстия, размещенные под компонентами, должны быть закрыты защитной маской. Вокруг контактных площадок компонентов тоже должна присутствовать защитная маска — для исключения растекания припоя вдоль проводников. Грамотный выбор материала защитной маски позволяет исключить такие дефекты как отсутствие адгезии маски к плате, к металлизации и, как следствие, локальное отслаивание маски с оголением проводников. Автоматизированная пайка предъявляет особые требования к покрытию металлизации под маской, к размерам вскрытого окошка в защитной маске вокруг контактных площадок.
– Наличие, расположение, форма и размеры реперных знаков Fiducial Marks. Отсутствие реперных знаков значительно усложняет автоматизированную сборку и контроль качества паяных соединений на установках автоматической оптической инспекции, а в некоторых случаях делает это невозможным. Грамотно спроектированные реперные знаки — гарантия точного совмещения трафарета с ПП, а, следовательно, и точного нанесения припойной пасты на контактные площадки платы, а также гарантия точной установки компонентов при автоматической сборке. Требуется минимум два реперных знака. Реперные знаки должны быть на всех слоях, содержащих компоненты. Размер и форма также имеют большое значение. На печатной плате (на заготовке) реперные знаки должны быть одной формы и размера. Все реперы должны быть изображены в слое проводников. Реперные знаки должны иметь гладкое, хорошо отражающее свет металлическое покрытие (никель, сплавы олова, серебро, золото).
– Наличие и ширина технологических полей, которые выполняют функцию фиксации заготовки в трафаретном принтере (для нанесения припойной пасты) на автоматизированных линиях SMD- и DIP-монтажей, предусматривают возможность размещения компонентов у самого края платы без ограничений и места для размещения реперных знаков и т.д. Технологические поля, как правило, располагаются вдоль длинной стороны заготовки, а их ширина зависит от типа применяемого оборудования (от типа захвата конвейером). Если применение технологических полей недопустимо, то при ТПП возможна коррекция топологии ПП для автоматизированной пайки без техполей.
–  Мультиплицирование заготовки. Определение оптимальной компоновки плат на заготовке является важнейшим этапом в процессе ТПП, т.к. не только приводит к экономии материала ПП, но и снижает трудозатраты на всех этапах монтажа и сборки. Мультиплицирование возможно для плат разных размеров в зависимости от применяемого оборудования на линии поверхностного и штыревого монтажа. В зависимости от конфигурации ПП («фигурные» платы), существуют разные способы мультиплицирования под скрайбирование, скрайбирование плюс фрезерование, технологические перемычки с перфорацией, техперемычки с перфорацией плюс фрезерование, а также смешанный метод из всех описанных выше.
– Размещение полигонов на внешних и внутренних слоях (для многослойных плат). Грамотное размещение полигонов позволит предотвратить деформацию платы в процессе автоматизированной пайки.
– Расположение компонентов. Например, с учетом требований по минимальному расстоянию от края платы до ближайших компонентов и минимальному электрическому зазору между токопроводящими элементами.
– Расположение проводников и переходных отверстий. Расположение переходных отверстий оказывает значительное влияние на качество монтажа поверхностно-монтируемых компонентов. Неправильное размещение переходных отверстий относительно площадок SMD-компонентов — распространенная ошибка разработчиков.
– Расположение, размеры контактных площадок под компоненты. Размеры площадок должны соответствовать рекомендуемым для данного типоразмера корпуса (информацию о размерах площадок можно уточнить в технической документации на компонент либо в стандарте IPC782). Например, неправильное проектирование контактных площадок для SMD-компонентов, находящихся на больших полигонах, а также для микросхем в различных корпусах является одной из наиболее распространенных ошибок разработчиков.
– Наличие, метод выполнения и полнота маркировки на ПП. Желательны графические и позиционные обозначения компонентов с указанием полярности; наличие на плате места для нанесения маркировки, например, даты изготовления. Элементы маркировки компонентов, расположенных друг с другом, не должны пересекаться, накладываться друг на
друга и т.д.

На этапе анализа технологии сборки и монтажа особое внимание уделяется:
– разработке предварительного пооперационного маршрута изделия с учетом применяемого оборудования и оснастки, с указанием технологических режимов;
– определению предварительного перечня материалов;
– предварительному расчету трудозатрат;
– определению необходимых контрольных операций с подробным описанием критериев контроля, контролируемых параметров применительно к имеющемуся парку оборудования. Например, неразрушающий контроль на установке рентгеновского контроля Phoenix|x-ray nanome|x 180 NF, автоматической визуальный контроль с помощью системы оптической инспекции Orbotech, визуальный контроль, функциональный электрический контроль и т.д.;
– необходимости дооснащения новым оборудованием, оснасткой, приспособлениями, инструментом;
– оценке поставщиков комплектующих в соответствии с критериями системы менеджмента качества предприятия и техпроцессов;
– необходимости специальной упаковки;
– подготовке норм расхода материалов.

Далее, на завершающем этапе ТПП оценивается возможность выполнения требований заказчика к качеству продукции с наименьшими затратами в разумные сроки:
– соответствие требованиям рынка и конкретного заказчика;
– обеспечение устойчивого функционирования изделия на всех этапах его жизненного цикла (от разработки до утилизации);
– минимальные затраты на изготовление и доставку изделия.

В заключение следует отметить, что совершенствование технологических и управленческих процессов в ЗАО «НПФ Доломант» носит непрерывный характер и ведется на основе постоянного анализа разнообразной информации: публикаций в специальных изданиях, каталогах, а также на основе материалов технических конференций, семинаров, выставок, личного общения с представителями научных учреждений, взаимодействия с потребителями и поставщиками.