Темпы развития производства радиоэлектронной аппаратуры сегодня явно опережают темпы развития традиционной трафаретной печати. Ее возможности вызывают все больше вопросов. Сроки изготовления трафаретов, невозможность мгновенного внесения изменений, количество дефектов и сложность работы с многоуровневыми печатными платами — вот лишь некоторые задачи, которые требуют решения. И таким решением может стать технология каплеструйной печати. Бестрафаретная и полностью программно-управляемая технология каплеструйной печати быстро получила признание на рынке SMT благодаря непревзойденной гибкости и существенному сокращению времени выполнения заказа. Пользователи получили возможность оптимизировать объем наносимой паяльной пасты на каждой отдельной контактной площадке печатной платы, в результате чего улучшилось качество паяных соединений и расширились возможности работы со сложными платами.
В прошлом — 2009 году объемы продаж каплеструйного принтера компании MYDATA (MY500, см. рис. 1) выросли на 50%, в то время как продажи трафаретных принтеров сократились на 63% (данные PROTEC). Создается впечатление, что каплеструйная технология нанесения паяльной пасты прочно встала на ноги. Но что именно в этой технологии позволяет ей стать настоящей альтернативой традиционной трафаретной печати?
 |
|
Рис. 1. Каплеструйный принтер MY500 |
Самое очевидное отличие от трафаретной печати заключается в отсутствии этих самых трафаретов. Каплеструйная технология печати предлагает совершенно другой принцип нанесения паяльной пасты на печатные платы: уникальный, полностью программно-управляемый механизм (эжектор) наносит пасту, не касаясь поверхности печатной платы (см. рис. 2).
Совершенное программное управление и ряд других возможностей позволяют пользователям добиться непревзойденной гибкости в работе. Время выполнения заказа теперь исчисляется не днями, а минутами. Причем в условиях ужесточения требований к качеству собираемой продукции каплеструйная печать также пригодна для работы со все усложняющимися по дизайну печатными платами, так как дает возможность пользователям оптимизировать объем наносимой паяльной пасты на каждую отдельную контактную площадку.
 |
|
Рис. 2. Принцип бесконтактного нанесения паяльной пасты в каплеструйном принтере MY500 |
Расширение возможностей производителей радиоэлектроники
Каплеструйная печать обладает достаточной гибкостью для выполнения самых разнообразных производственных задач, но особенно эффективно ее внедрение на многономенклатурных производствах. Стоит отметить, что скорость работы каплеструйного принтера достаточна для совместной работы в линии с установщиком со скоростью монтажа до 30 000 компонентов в час. Также каплеструйную печать можно использовать для нанесения как свинцовой, так и бессвинцовой пасты, а также SMT клея.
В случае больших объемов производства каплеструйная печать полезна для донанесения материалов на отдельные участки платы. Или же ее можно использовать на второй линии, которая предназначена только для сборки небольших партий изделий или опытных образцов. Как и все производственные секторы экономики, радиоэлектронная промышленность всегда находится в состоянии неопределенности. Независимо от номенклатуры производства каждый производитель должен быть способен реагировать на изменение спроса.
В тройку самых насущных задач, которые сегодня стоят перед производителями электроники, входят: сокращение сроков выполнения заказа, повышение качества паяных соединений и способность работать со сложными печатными платами. И укрепление позиций каплеструйной печати, скорее всего, связано именно с ее поразительной способностью решать эти задачи.
Сокращение сроков выполнения заказа
«Среди производителей электроники все больше растет спрос на оборудование, которое могло бы работать с постоянно меняющейся номенклатурой». Этот комментарий представителя Фраунгоферовского института интегральных схем в Германии сегодня на слуху у всех производственников.
При трафаретной печати время сборки с учетом заказа и доставки трафарета занимает, как минимум, дни. И сроки существенно увеличиваются, если трафарет теряется, если при его травлении допускается ошибка или если в схему платы в последний момент вносятся изменения. Драгоценное время тратится и на отмывку трафаретов.
В противовес всем этим случаям каплеструйная печать отличается большей гибкостью и возможностью переключения между выполняемыми задачами. Время сборки заказа может исчисляться всего лишь часами. Новый заказ может поступить утром, а вечером того же дня собранные платы будут доставлены заказчику.
CAD- или Gerber-данные пересылаются в каплеструйный принтер с удаленного рабочего места программиста, который подготавливает программу нанесения паяльной пасты или клея за считанные минуты. Полное программное управление работой принтера также допускает простое изменение программы нанесения паяльной пасты.
Каплеструйная печать также прекрасно совместима с принципами организации «бережливого производства» и производства «точно в срок» благодаря «умной» работе с данными, сокращению времени простоя оборудования и устранению затрат, которые не способны увеличить ценность конечного продукта. В этом смысле MY500 прекрасно вписывается в ассортимент решений, предлагаемых компанией MYDATA для компаний, работающих по принципу «бережливого производства».
Каплеструйная печать позволяет разбивать собираемые партии изделий, чтобы справляться со скоростью работы оборудования, установленного в производственной линии после него, не снижая уровень загрузки машин. А благодаря тому, что переналадка занимает меньше минуты, производители могут выполнить очень срочный заказ с минимальными помехами для собираемой партии изделий.
Высокое качество каждого паяного соединения
 |
|
Рис. 3. Принцип дозирования через иглу |
Качество каждого паяного соединения — это ключевой момент в формировании качества всего печатного узла. И даже при хорошо отлаженном процессе на этапе трафаретной печати возникает больше всего брака.
Одна из причин заключается в том, что при трафаретной печати всегда приходится искать компромиссы, чтобы достичь оптимального объема наносимой паяльной пасты как для больших, так и маленьких компонентов (см. рис. 4). Хотя разнотолщинные трафареты и позволяют как-то оптимизировать объем наносимой пасты, их использование повышает стоимость конечного изделия и не решает всех проблем относительно объема наносимой пасты, а также допустимого расстояния между контактными площадками разного размера.
 |
|
Рис. 4. Нанесение пасты с помощью MY500 |
Каплеструйная же печать позволяет полностью контролировать процесс нанесения паяльной пасты, в том числе, наносить паяльную пасту поверх уже нанесенного слоя. Изначально паста наносится согласно настройкам программного обеспечения, используемым по умолчанию на основании введенных CAD-данных. Тем не менее, у пользователя есть возможность изменять объем наносимой паяльной пасты, область нанесения, высоту и количество слоев для каждой отдельной контактной площадки, компонента или корпуса (см. рис. 5). Таким образом и происходит оптимизация нанесения паяльной пасты даже для самых сложных печатных плат с очень высокой плотностью монтажа. Так, например, один из заказчиков использует каплеструйный принтер для нанесения паяльной пасты на печатную плату, на которой на одном квадратном сантиметре размещено 69 компонентов.
 |
|
Рис. 5. Контактные площадки с нанесенной принтером MY500 паяльной пастой различной высоты: |
Также качество повышается благодаря тому, что это достаточно «закрытая» система. В каплеструйном принтере, по сравнению с трафаретным, существенно уменьшено количество параметров, которые может изменить оператор, а значит, уменьшается вероятность того, что он допустит ошибку. Оптимальное качество печати поразительно быстро достигается за счет программного управления процессом печати. Изменение объема наносимой пасты производится за считанные секунды.
Кроме того, программы нанесения паяльной пасты автоматически адаптируются к смещению реперных знаков на печатной плате («растяжению» печатных плат). Бесконтактный принцип нанесения паяльной пасты также позволяет адаптировать программу к короблению печатной платы.
Работа со сложными платами
В радиоэлектронной промышленности наблюдается неоспоримая тенденция к уменьшению корпусов компонентов, усложнению печатных плат и повышению плотности монтажа. Именно эти трудности и оказываются не по зубам для традиционной трафаретной печати (см. рис. 6). Этот факт был подчеркнут в отчете консорциума International Electronics Manufacturing Initiative (iNEMI), в котором говорилось, что «трафаретная печать достигла предела своего развития, если говорить о работе с печатными платами, объединяющими в себе несколько технологий».
 |
|
Рис. 6. Допустимое расстояние между контактными площадками разной величины при использовании: а) принтера MY500 и б) разнотолщинного трафарета |
Благодаря возможности оптимизации наносимого объема паяльной пасты, каплеструйная печать может использоваться для работы с такими сложными компонентами как QFN и выводные компоненты (см. рис. 7б и 7в). В то же самое время, каплеструйная печать открывает новые возможности для разработчиков печатных плат. Например: все чаще и чаще для уменьшения высоты конечного изделия на платах появляются углубления, т.е. платы становятся многоуровневыми. И зачастую каплеструйная печать — единственное автоматизированное решение в этом случае (см. рис. 7а).
 |
|
Рис. 7. Нанесение паяльной пасты: а) в углубления многоуровневой печатной платы; б) для компонента QFN; в) для монтажа выводных компонентов; г) для монтажа корпуса на корпус |
Еще одна трудность, с которой сталкиваются в последнее время сборщики электроники, — монтаж корпуса на корпус. Окунание компонентов во флюс или пасту — достаточно грязная и трудоемкая операция, которая редко используется при серийном производстве. Каплеструйная печать не только позволяет автоматизировать этот процесс, но также помогает компенсировать коробление компонентов в результате оптимизации высоты наносимого слоя пасты для каждого отдельного паяного соединения (см. рис. 7г).
Возможность работы со сложными компонентами и корпусами означает, что эта технология прекрасно подходит для донанесения паяльной пасты на участки печатных плат, на которые уже нанесена паяльная паста через трафарет. Это позволяет производителям избежать дорогостоящих и трудозатратных операций, выполняемых вручную.
Возврат инвестиций
Инвестиции в новые технологии должны точно соответствовать текущим и планируемым потребностям. Очень просто сделать инвестиции в ненужные производственные мощности просто «на всякий случай». Но если производственный процесс не настроен на планируемый уровень производительности, то дорогостоящее оборудование будет использоваться не на полную мощность.
   |
|
Рис. 8. Монтаж разъема: а) нанесенная принтером MY500 паяльная паста; б) установленный разъем в отверстия с нанесенной пастой (вид платы снизу); в) этот же разъем после оплавления припоя |
Каплеструйная печать позволяет производителям «сгладить» неравномерные потоки заказов за счет поразительной гибкости, быстрой наладки и переналадки, а также высокой степени полезной загрузки и эксплуатации принтера. Каплеструйная печать легко и гарантированно позволяет добиться высокого качества паяных соединений даже в самых сложных и ответственных случаях.
Если же ко всему вышеперечисленному прибавить еще и скорость выполнения заказа, то бестрафаретная печать отличается большим потенциалом к быстрой самоокупаемости. И в этом случае неудивительно, что все больше производителей склонны заменять устаревающие трафаретные принтеры новой технологией каплеструйной печати.
Перевод: Ольга Зотова,ООО «Диполь Технологии»