Testarea Optica a Pcb Urilor In Industria Automotiva

CUPRINS

Cap.1: INTRODUCERE

1.1 Automobilul, scurtã istorie

Automobilul, una din cele mai faimoase metode de locomoție, este un vehicol folosit principal de drumuri publice dar care poate fi folosit și pe alte suprafețe. Automobilele au avut un impact important asupra dezvoltãrii industriale ale țãrilor, au condus la creșterea suburbiilor și la dezvoltarea și elaborarea unor sisteme avansate de autostrãzi, acest vehicol supranumit « trãsura fãrã cai  » a schimbat total modul de viața a oamenilor.

Istoria automobilului a început uimitor acum 4000 de ani, când a fost folositã pentru prima datã o roata pentru transport în India.

La începutul secolului 15 portughezii au intrat în contact cu chinezii iar din aceastã interacțiune a rezultat o varietate de noi tehnologii printre care și « creearea unei roți care se rotea sub propria putere » ; prin 1600 a fost creat un motor propulsat cu aburi.

În 1769 un ofițer al armatei franceze a construit prima mașinã. Acesta se numește Nicolas Joseph Cugnot, el a inventat un vehicol cu trei roți, cu un motor cu aburi în care încãpeau patru persoane. Proiectat la mutarea dintr-un loc în altul a pieselor de artilerie avea o viteza de 3.2 km/h (2mph) și trebuia sã se opreasca la fiecare 20 minute pentru a face plinul de energie. Acesta s-a dovedit a fi nemanevrabil ceea ce a condus la ceea ce va fi considerat ulterior primul accident de mașinã.

În jurul anului 1870, inventatorul austriac Siegfried Marcus realizează primul vehicul propulsat cu benzină. În 1883, acesta patentează un sistem de aprindere cu magnetou. O altă inovație a acestuia o constituie carburatorul cu perii rotative.

Vehiculul Panhard & Levassor, model 1899, unde forma caroseriei amintește de cea a trăsurilor.

Primele motoare moderne cu benzină cu adevărat eficace au fost realizate de Karl Benz, invenție patentată pe 29 ianuarie 1886, pe care a utilizat-o la o mașină cu trei roți. În 1885, Gottlieb Daimler realizează un motor cu ardere internă, care utiliza drept combustibil benzina și în anul următor, împreună cu Wilhelm Maybach, proiectează un automobil care să nu mai semene cu un vehicul tras de cai și prevăzut cu un astfel de motor.

Automobilul se impune cu rapiditate în țările dezvoltate ca principal mijloc de transport. Industria constructoare de automobile ia un avânt puternic mai ales după cel de-al Doilea Război Mondial.

Dacă la începutul secolului XX existau câteva sute de mii, la începutul perioadei postbelice existau pe plan mondial peste 500.000 de automobile, ca în 2007 producția mondială anuală să depășească 70 de milioane de unități.

De atunci și pânã în secolul nostru tehnologia nu a încetat sã ne uimeascã, dozvoltarea autovehicolelor s-a produs încontinuu, modificãrile asupra acestor autovehicole au fost nenumãrate. Cu toate cã numãrul accidentelor a fost într-o continuã creștere firmele producãtoare nu s-au axat foarte mult pe producerea unor mașini mai sigure, ele s-au axat pe producerea unor autovehicole luxoase și scumpe.

Producerea, vinderea și întreținerea automobilelor au devenit puncte cheie în economia industrializată, dar o datã cu dezvoltarea aceasta uimitoare cu toate avantajele sale cum ar fi : mobilitate, crearea de noi locuri de muncã, automobilul a adus cu sine și anumite dezavantaje cum ar fi : poluare fonicã, poluarea aerului, accidente. Accidentele de mașinã sunt principala cauzã a rãnirilor grave și a deceselor pe tot parcursul globului.

1.2 Industria Automotive

Noua ramurã industrialã dezvoltatã în domeniul automobilelor a primit denumirea de Industria Automotivă, aceastã industrie se ocupã cu proiectarea și cu asamblarea autovehicolelor. Nu numai cã se ocupã cu asamblarea dar se și ocupã cu găsirea de noi metode de protejare a pasagerilor dintr-un automobil în cazul unui impact. Aceastã industrie se bazeazã pe concepte de genul 0 defecte, nu se acceptã nici un fel de defect, viața pasagerului este extrem de importantã de aceea firmele producătoare trebuie sã ținã cont de conceptele automotive în momentul în care proiecteazã un nou autovehicol.

Aceastã industrie a intrat recent și la noi în țară cu tot cu conceptele sale pe care le urmeazã firmele producãtoare de componente pentru automobile.

Analiza pieții auto din România

Fig.1 Piața Auto : România 2007-2012 (sursa – 0-100.ro și DRPCIV)

Piața auto mașini noi

Înmatriculările de mașini noi din România au marcat în 2012 al cincilea an de scădere consecutivă, ajungând la infimul total de 66.436 unitați. Față de maximul din 2007, înmatriculările de mașini noi au scăzut de aproape cinci ori. Nu același lucru se poate spune însă și despre mașinile rulate provenite din import și nici despre tranzacțiile din piața internă cu mașini deja înmatriculate în România.

La mașinile noi declinul a început în 2008, cu o scădere de 8% față de anul anterior, iar în 2009 scăderea a fost de-a dreptul dramatică, aproape 60%.

În 2010 piața a scăzut cu peste 18%, în 2011 tendința a continuat cu un declin de peste 13%, iar în 2012 scăderea a fost și mai abruptă, peste 18%. Explicațiile sunt multiple. Recesiunea și accesul mai dificil la finanțare sunt principalele cauze globale. În plus, să nu uităm că foarte multe persoane fizice și-au cumpărat mașini noi cu credite pe 5-7 ani sau în leasing financiar pe perioade similare.

Astfel, acei clienți care au făcut ca piața să explodeze în 2007, abia începând cu 2012 își termină de achitat ratele. Și probabil că nu la fel de mulți vor intra pentru încă 5-7 ani în “hora datoriilor” pentru încă o mașină nouă.

Gradul de motorizare rămâne în continuare scăzut în România, față de alte țări din Europa, însă realitatea e dură și pe termen mediu nu avem cum să ajungem la un grad de motorizare semnificativ mai ridicat. România celor care și-au permis o mașină nouă (cu banii jos sau finanțare) este deja motorizată, iar cei care nu au încă un automobil sunt oricum foarte departe de a-l avea. Cu atât mai mult unul nou. În aceste condiții, vânzările de mașini noi sunt susținute în primul rând de vânzările de flote și mașini de companie, din ce în ce mai puțin de vânzările către persoane fizice.

Evoluția pieței de mașini noi ne arată că vârful (312.589 unități) din 2007, adunat cu perioada scursă de atunci (5 ani), au condus la vânzări modeste (66.436 unități), demne de începuturile anilor 2000. În acest caz 312.589 + 5 = 66.436.

Piața auto second-hand

România celor care aspiră la o mașină, dar care își permit doar una rulată, este însă mult mai mare. Și asta se vede și în importurile de mașini la mâna a doua. Așa se face că anul trecut au intrat în țară 174.950 de automobile second hand din import. Această cifră este de 2,5 ori mai mare decât cea care stă în dreptul mașinilor noi înmatriculate anul trecut. Și vorbim exclusiv de importuri de second hand, nu și de cele tranzacționate intern, cu numere de înmatriculare românești. Dacă le adunam și pe acelea vom vedea o piață totală de second hand mult mai mare.

Piața mașinilor rulate provenite din import a crescut cu 85% anul trecut (la 174.950 unități), față de 2011 (94.488 mașini), însă nu a depășit importurile din anii 2010 (214.606 unități), 2009 (212.836 automobile) și 2008 (300.891 unități). Cu alte cuvine, e loc de crestere.

Acum, în 2013, când pe piața second hand mașinile rulate din România și cele din alte state sunt chiar pe picior de egalitate privind taxarea (taxa pe poluare auto), este de așteptat ca importurile de rulate să crească și în 2013. Normal, când pui față în față un Volkswagen Golf V din 2005 românesc cu un Volkswagen Golf V din 2005 nemțesc, parcă e mai tentant al doilea pentru un client obișnuit. Mitul mașinii germane și rulată în Germania n-a murit. Ba chiar e posibil să fie mai alimentat ca niciodată.

Reînmatriculări

Puțini iau în calcul reînmatriculările când discută despre piața auto, dar ele sunt cât importurile de mașini rulate și noi la un loc. Arată că banii circulă, că oamenii tranzacționează intens mașini aici pe plan local, în România.

Anul trecut numarul de reînmatriculări a scăzut cu peste 13% față de 2011, deși așteptam o creștere.

Se pare că introducerea din 2013 a taxei pe poluare auto și pentru mașinile deja înmatriculate în România înainte de 1 ianuarie 2007 nu i-a determinat pe români să scape de mașinile lor aflate în această situație.

Apogeul reînmatriculărilor a fost în 2011 (411.439 cazuri), iar cifrele din 2009 (356.607 cazuri) sunt în linie cu ce s-a întâmplat în 2010 (377.947), 2009 (349.404) și 2008 (343.444).

Fig. 2 Evoluție înmatriculări mașini noi, rulate din import și reînmatriculări în perioada 2007-2012 (sursa – 0-100.ro și DRPCIV) V2.

Top zece al mărcilor auto în funcție de înmatriculările de mașini noi în 2012. Procentul indică variația față de 2011.

1. Dacia                          16.388            -30%

2. Volkswagen               7.702               -11%

3. Skoda                          6.235              -18%

4. Ford                             5.054            +5%

5. Renault                       4.580               -33%

6. Hyundai                      3.068              +18%

7. Opel                            2.563             -43%

8. Toyota                        2.281              -17%

9. BMW                           2.215            +17%

10. Audi                         1.818              +23%

După cum se observă, marcile premium germane au fost printre puținele care au înregistrat creșteri, însă la fel s-a întamplat și cu alte brand-uri exclusiviste.

S-au înmatriculat 174.950 mașini second-hand anul trecut în țară, creștere de 85% față de 2011.

Top zece al mărcilor auto în funcție de înmatriculările de mașini second-hand în 2012

1. Volkswagen              42.675               +98%

2. Opel                            34.421              +54%

3. Ford                           21.834              +88%

4. Audi                            11.191            +112%

5. BMW                            9.611            +105%

6. Skoda                          7.835                +84%

7. Mercedes                   7.100                +108%

8. Renault                      6.909                 +87%

9. Fiat                              6.881                 +76%

10. Peugeot                   4.347                 +89%

După cum se observă, toate mărcile de volum au avut creșteri semnificative, însă cele mai bune procente le-au avut brand-urile germane premium.

1.3 Factori perturbatori în caz de impact

În interiorul autovehicolelor din zilele noastre nu poate fi localizat aproape nici un dispozitiv menit sã asigure siguranța pasagerului în caz de coliziune. În cazul unei coliziuni portierele se desprind la impact, scaune neadecvate din punct de vedere al siguranței, oglinda retrovizoare cu margini ascuțite, obiecte și instrumente proeminente în cadrul panoului de comandã și pe interiorul portierei, parbriz care se sfãrâmã, structura deasupra capului, sunt doar câteva dintre numereoasele probleme ale mașinii în cazul unei coliziuni, toate acestea demonstreazã capacitatea automobilului de a dăuna vieții în caz de impact.

Pentru a continua șirul de exemple devastatoare pe care le poate avea un autovehicol :

frânare bruscã, volanul smuls sau proeminentele bordului pot devenii obiecte devastatoarare pentru oasele sau pieptul pasagerului ;

paravantul deasupra capului se poate sfãrâma iar cioburile pot produce rãniri grave la nivelul capului pasagerului ;

tetiera care a fost desprinsã la impact poate cauza o rănire fatalã ;

tetiera nu poate fi consideratã ca fiind un moderator de forțã eficient, nu contribuie la absorbția șocului transmis pasagerului ci dimpotrivã funcția acestei componente este de a reflecta stil ;

structura capotei a fost în așa fel modificatã de-a lungul timpului, cã în momentul de față nu mai oferã aproape deloc protecția necesarã în cazul în care un automobil se rostogolește în cazul unui impact, oferã chiar mai puțina protecție decât poate oferi o mașinã decapotatã.

potatã.

Cercetãri în domeniul siguranței și mãsuri luate în urma lor

Toate aceste puncte slabe în construcția unui automobil modern au fost investigate și stabilite de cãtre mai multe grupuri specializate printre care și grupurile :

Grupul de cercetare a rãnirilor în cazul accidentelor autombilistice al Universitãții de medicinã Cornell;

Institutul de Inginerie în cadrul Transportului și Traficului al Universitãții California;

Grupul de cercetare a autovehicolelor din Lee New Hampshire.

Urmãtoarele concluzii la care au ajuns grupurile mai sus menționate nu pot fi contrazise deoarece sunt general valabile :

Existã o legaturã stransã între proiectul automobilului și frecvența, tipul și severitatea rãnirilor.

Studii în cadrul toleranței corpului la diferite reduceri de accelerație (frâne bruște) aratã cã forțele declanșate în cadrul unui accident care în momentul de fațã sunt fatale ; sunt defapt în limitele fiziologice de supraviețuire în condiții normale și adecvate.

Îmbunãtãțirea inginereascã în cadrul sistemelor de siguranță ar reduce fizic rata fatalitãții și gravitatea rãnirilor în cazul accidentelor de mașinã (se estimeazã cã s-ar salva de la douãzeci pânã la treizeci de mii de vieți salvate anual).

Reproiectarea componentelor automotive care cauzeazã rãniri este posibilã cu tehnologia inginereascã actualã deci nu se impune nici o schimbare majorã în stilul actual.

Multe îmbunãtãțiri ale modelelor automobilelor au fost deja dezvoltate și aprobate dar nu sunt încã date în producție.

Uimitoarele progrese fãcute în domeniul protecției automotive fãcute de cãtre aceste organizații de cercetare cu costul de 6 000 000 dolari sunt într-un contrast uluitor cu aceeași sumã practicatã de cãtre firmele producãtoare de automobile pentru a înbunãtãții sunetul închiderii unei portiere.

Toate aceste fapte se petrec nu din cauza lipsei de talent și dibãcie a inginerilor, aceștia sunt destul de bine pregatiți și sunt frustrați de faptul cã toate ideile lor în legaturã cu siguranța mașinii au fost ignorate de prea multe ori și au fost mutate pe locul doi deoarece pe locul întâi se aflã designul mașinii.

În 1954 s-au înregistrat aproximativ 600 000 decese în cazul accidentelor rutiere, ulterior un inginer de la U.C.L.A. a tras concluzia cã « Nu s-a făcut nici o contribuție semnificativã din punct de vedere al ingineriei automotive în domeniul siguranței automobiliștilor de la începutul celui de-al Doilea Razboi Mondial ». În anul 1955, în raportul său anual grupul de cercetãri din cadrul Laboratorului Cornell în domeniul impactelor a ajuns la o concluzie similară cu adăugarea urmatoare « noile modele de automobile ( 1950-1954 ) cresc rata fatalităților și rãnirilor în cazul accidentelor ».

Laboratorul Cornell a ajuns la aunumite concluzii pe baza unor analize fãcute mai multor accidente de mașină, cele de larg consum ; ei au ajuns la concluzia din numãrul total de accidente urmate cu rãniri studiate adicã 3 203 :

74% dintre mașini circulau cu o vitezã de aproximativ 60 mph;

88% din cazuri viteza la care s-a făcut impactul era sub 60 mph;

Viteza medie în cazul unui impact pe străzile urbane este de 27 mph;

Viteza medie în cazul unui impact pe străzile rurale este de 41 mph.

Rãnirile grave și decesele observate în accidente care au avut loc la o viteză mai micã decât 60 mph sunt influențate mai mult de designul interior al automobilului, de componentele automobilului din jurul pasagerului în momentul impactului decât de viteza la care rula mașina în momentul impactului. Multe decese au fost înregistrate în cazul coliziunilor la o viteză sub 25 mph.

Testele statistice demonstrează și indicã faptul cã o limită de viteză de 60 mph ar putea fi absolut respectată dar totuși 73% din rãnirile periculoase și grave s-ar produce oricum, controlul vitezei nu face decât sã limiteze frecvența rãnirilor grave nu sã elimine cauza lor.

Designul automobilului a suferit schimbãri majore, multe dintre schimbãri au fost fãcute sã se ținã pas cu stilul de viațã al pasagerilor dar au fost fãcute și din punct de vedere al siguranței, modelul este unul dintre punctele cheie în cazul creării unui nou automobil dar și siguranța joacã un rol la fel de important.

De-a lungul timpului tehnologia s-a dezvoltat foarte mult și s-au implementat noi metode de siguranțã de la un model de automobil la altul.

Cu toate cã multe dintre automobilele din zilele noastre sunt mai mici și mai ușoare dacât au fost ele vreodatã , ele sunt echipate cu o gamă variată de elemente de siguranțã pasive care protejează pasagerul și amortizeazã impactul în cazul unui accident care nu mai poate fi evitat. Alte elemente de siguranțã pot ajuta șoferii sã opreascã și sã evite accidentele.

Este adevărat cã centurile de siguranțã și air bag-urile sunt cele mai mediatizate sisteme de siguranțã pasive dintr-un automobil dar mai sunt și alte sisteme la fel de eficiente care nu sunt la fel de mediatizate, cum ar fi :

centurile de siguranțã retractabile;

centuri de siguranțã cu sezori care activeazã niște leduri avertizând pasagerul din scaunul din fațã sã-și lege centura de siguranțã;

lumina deasupra capului șoferului și pasagerului de lângă a fost îmbunătățită întroducându-se o sursã care sã reziste cu pânã la 50% mai mult;

lumini laterale, mecanisme de semnalizare care sã indice cã o mașinã întoarce;

lumina intermitentã atunci când o mașinã oprește pe dreapta;

cadrul automobilului puternic produs special sã absoarbã forța impactului;

tetiere ajustabile conform înălțimi ocupantului scaunului, care absorb forța impactului, acestea protejeazã pasagerul în momentul în care impactul are loc din spate;

frâne anti-blocare; un sistem ABS (anti-lock braking system), acest sistem folosește senzori electronici și un computer care controleazã frânele cu scopul de a menține direcția automobilului în caz de frânare bruscã;

o altã aplicație a ABS este aceea cã menține tractarea prin adăugare de energie.

Controlul tracțiunii monitorizeazã viteza roților în timpul accelerãrii, dacã sistemul simte cã o roatã începe sã alunece, semnalizeazã o posibilã alunecare, controlul tracțiunii aplicã automat frânarea. În cazul în care acest lucru nu este de ajuns computerul mașinii oprește viteza motorului pânã când roata nu mai alunecã și castigă tracțiunea necesară.

Problema ABS-ului este aceea cã majoritatea șoferilor apasã pe frână puternic în caz de urgență și iau piciorul imediat, ceea ce face ca sistemul de frânare sã nu mai fie la fel de eficient. Sisteme relativ noi de frânare compensează aceastã eroare prin continuarea aplicãrii presiunii asupra sistemului de frânare pânã în punctul în care mașina se oprește în siguranțã, chiar dacã șoferul nu o face.

Toate echipamentele eletronice au la baza lor tehnologia SMT de fabricare a plăcilor electronice. Un rol foarte important după producerea propiu-zisă a plăcii populată cu componente SMD îl are testul AOI ( Automatical Optical Inspection ). Acesta este ultimul test vizual al liniei de SMT care certifică producerea fără defecte a unităților după standardele cerute în industria automotive, IPC A610.

In industria automotive nu se poate vinde mai departe un produs fara a fi inspectat 100% prin statiile de verificare. Testarea computerului de bord a masinii și prin AOI este o cerinta ce ține de siguranța șoferului .

1.4 Prezentarea generală a AOI-ului

Omron VT-S720 este următoarea generație în tehnologia AOI, revoluționar în procesarea imaginii 3D, VT-S720 analizează cu exactitate caracteristicile de lipire pentru a asigura calitatea și fiabilitatea PCB-ului.

Această tehnologie 3D este capabilă de efectuarea inspecțiilor de lipire care imită liniile directoare ale IPC-ului, standard mai strâns ca niciodată înainte.

VT-S270 a fost proiectat pentru industrie, prima abordare pentru care ajută utilizatorii să reducă costurile de inspecție și de a optimiza investiția lor în calitate.

Adevărata procesare a imaginii color și software-ul avansat capabil să absoarbă neconcordanțe de producție și de zgomot, creează noi niveluri de adaptabilitate și de stabilitate a programelor de inspecție. VT-S720 reprezintă apogeul actual de calitate a inspecției 3D.

VT-S720 este disponibil cu măriri a camerei de 15 sau 20 de microni și este capabil să proceseze PCB-uri de până la 460mm x 510mm.

Caracteristici:

 Patentat de prelucrare, Next-Generation Modelul 3D;

 Imagini avansate cu culori reale;

 Camera Lens telecentric;

 Camere multi-unghi, oblice;

 Software-ul ușor de utilizat folosind și interfața touch-screen;

 Monitorizarea procesului în timp real;

 Stație de clasificare a erorilor;

 Instrumente software pentru analiza datelor și controlul calității;

 Service și asistență mondială Omron.

Cap. 2: FUNDAMENTARE TEORETICĂ

2.1 Sisteme de conducere a proceselor cu calculatorul

Utilizarea calculatoarelor în conducerea proceselor industriale trebuie privită ca fiind o componentă dintr-un sistem complex de conducere automatizat.

În prezent, procesele tehnologice de orice natură sunt dotate în mod obligatoriu cu sisteme de conducere automată.

Datorită progreselor făcute în domeniul științei conducerii proceselor, conducerea on-line în timp real a devenit indispensabilă, rolul esențial revenind sistemelor inteligente adaptive, autoadaptive și optimale, sistemelor expert. Deoarece conducerea se face în timp real, răspunsul sistemului devine o componentă esențială, el fiind aproape instantaneu cu desfășurarea procesului.

Prin utilizarea programelor specializate de conducere a proceselor, acestea devin flexibile, extensibile, adaptive și autoadaptive.

2.2 Evoluția conceptului de "conducere a proceselor cu calculatorul "

Primele aplicații de utilizare a calculatoarelor împreună cu sistemele industriale au fost de tip "conducere off-line". Calculatorul de tip universal necesită condiții de funcționare extrem de pretențioase (mediu climatizat și lipsit de praf).

De asemenea, prezintă marele dezavantaj al incompatibilității dintre tipul și forma datelor pe care le acceptă (numerice și sub formă de caractere) și cele oferite de procesul "condus" (analogice, semnal electric).

Această incompatibilitate a impus citirea de către operator a datelor din proces, trecerea lor pe un suport adecvat calculatorului, prelucrarea datelor de către acesta și emiterea rezultatelor sub formă scrisă pentru a servi operatorului ca ghid de manevrare a posibilităților de comandă pe care le avea la dispoziție. Modul de conducere off-line excludea orice legătură între calculator și procesul "condus".

Apariția sistemelor de interfață cu procesul a deschis perspective largi utilizării calculatoarelor în conducerea proceselor. Sistemul de interfață realizează adaptarea caracteristicilor informațiilor din proces la cele ale informațiilor care pot fi introduse în calculator precum și a caracteristicilor informațiilor produse de calculator la cele ale comenzilor acceptate de proces. Astfel, s-a trecut la o nouă etapă în care calculatorul este mult mai aproape de proces, având și posibilitatea de funcționare în condiții industriale.

Conducerea unui proces în regim "ghid operator" a presupus utilizarea unui calculator care să realizeze numai achiziția de date din procesul condus pe care apoi să le prelucreze în conformitate cu strategia de conducere impusă prin programare, elaborând nu comenzi spre procesul condus ci indicații pentru operator asupra modului în care ar trebui condus procesul, în scopul realizării unui criteriu de performanță prestabilit.

Un asemenea mod de conducere presupune o echipare adecvată a procesului cu mijloace de automatizare convențională (regulatoare, traductoare etc.). Cu toate acestea, utilizarea unui echipament complex cum este sistemul de calcul numai pentru a ajuta operatorul la luarea deciziilor pe care tot el le implementează nu se justifică, în majoritatea cazurilor, din punct de vedere economic.

Un pas înainte spre integrarea deplină a calculatorului în conducerea proceselor îl face conducerea prin fixarea mărimilor de referință în care calculatorul furnizează valorile mărimilor de referință ale regulatoarelor cu care este echipat procesul. Intrările în calculator sunt valorile parametrilor reglați precum și valorile altor parametri asociați acestora.

Calculatorul mai primește și semnale de tip numeric care furnizează informații asupra stării diverselor elemente componente ale procesului, informații de tipul pornit – oprit, normal – avarie, în funcțiune – în rezervă etc. În afara referințelor regulatorului procesului, calculatorul comandă și pornirea sau oprirea unor elemente componente ale procesului tehnologic condus.

Activitatea pe care o desfășoară calculatorul este implementată într-un pachet de programe care conține toți algoritmii necesari aplicării strategiei de conducere.

Metoda de conducere asigură în general o eficiență economică de aproape 10 ori mai ridicată decât a oricărei alte metode, deoarece valoarea investițiilor legate de introducerea conducerii cu calculatorul este redusă în raport cu valoarea întregii automatizări a procesului. Deoarece un proces bine dotat cu aparatură de automatizare convențională este foarte bine cunoscut, programele necesare conducerii pot asigura în plus o bună realizare a indicelui de performanță ales drept criteriu de conducere.

Eliberând procesul de aparatura de automatizare convențională și cuplând la el un calculator, se poate realiza o conducere numerică directă în cadrul căreia calculatorul comandă elementul de execuție cu care este prevăzut sistemul condus. În acest caz, funcțiile de reglare ale regulatoarelor cu care este prevăzut procesul sunt preluate de calculator, întregul complex de echipamente și prețul se micșorează, se asigură o creștere a calității conducerii datorită algoritmilor noi folosiți și a preciziei de calcul. Această structură nu poate asigura conducerea numerică directă în cazul unui proces complex, la care numărul de bucle de reglaj ar necesita un volum foarte mare de calcul, ceea ce ar duce la un timp de răspuns foarte mare din partea calculatorului.

Conducerea optimală reprezintă de regulă un caz particular al conducerii prin fixarea mărimilor de referință, deoarece determinarea valorii referințelor se face în urma extremizării unui indice de performanță. Conducerea optimală se recomandă a fi aplicată în special proceselor continue în care există un număr mare de variabile care interacționează simultan, influențând procesul, produsul și performanța economică.

Conducerea adaptivă reprezintă în general o formă particulară a conducerii numerice directe deoarece este folosită în cazul proceselor ale căror parametri tehnologici se modifică, ceea ce impune reajustarea parametrilor regulatoarelor; în anumite situații acest lucru nu poate rezolva complet problema, fiind necesară și o modificare de structură.

2.3 Structura sistemelor de conducere

Abordarea problemelor legate de conducerea proceselor industriale se face pornind de la caracteristicile acestora :

– procesele sunt în general complexe, se desfășoară în timp și posedă un număr mare de parametri interdependenți care trebuie controlați în paralel, individual și în interacțiune;

– comanda și controlul procesului au loc în timp real, în același timp cu desfășurarea procesului;

– pentru a fi posibilă comanda și controlul proceselor este necesară o interfață industrială de proces care să asigure legătura dintre proces și sistemul de conducere;

– activitatea de comandă și control trebuie să fie continuă, indiferent dacă procesul condus este continuu sau discret;

– rolul operatorului uman în conducerea în timp real a procesului este obligatoriu și diferă în funcție de gradul de automatizare a procesului.

Problema conducerii sistemelor și proceselor complexe trebuie abordată ierarhizat, prin distribuirea funcțională și geografică a funcțiilor de conducere.

O structură ierarhizată se caracterizează prin:

– dispunerea verticală a subsistemelor componente;

– prioritatea de acțiune a nivelurilor superioare;

– dependența bunei funcționări a nivelurilor superioare de performanța nivelurilor inferioare.

Pentru realizarea unei astfel de structuri este necesară:

– descompunerea sistemului condus și/sau a celui de conducere (sau a problemei de conducere) în părți a căror analiză, proiectare și implementare este mai simplă;

– realizarea unui mecanism de coordonare în scopul asigurării obiectivelor globale.

Conducerea proceselor industriale moderne este integrată în sisteme informatice, care au atât rolul de conducere propriu-zisă a proceselor tehnologice cât și de management al tuturor resurselor.

Sistemul informatic reprezintă un ansamblu coerent structurat, format din echipamente electronice de calcul și de comunicație, procese, proceduri automate și manuale; sunt incluse de asemenea structurile organizatorice și personalul care folosesc echipamentele de calcul ca instrumente de prelucrare automată a datelor, în scopul optimizării funcționării proceselor.

Sistemul informatic preia și dezvoltă o parte din operațiile de prelucrare ale întregului sistem informațional și de conducere a procesului pe care le automatizează, devenind astfel un subsistem informațional automatizat.

Sistemele informatice pentru conducerea proceselor tehnologice sunt formate din ansamblul de echipamente de calcul și comunicație sau telecomunicație integrate în sistemul de comandă – control, programe pentru calculator, proceduri de operare și operatori umani, care colaborează pentru conducerea parțială sau în totalitate a procesului, în scopul realizării performanțelor tehnice și economice dorite.

Din punct de vedere fizic, sistemul informatic realizează prelucrarea integrată a informațiilor prin intermediul unei rețele de echipamente de calcul și elemente periferice adecvate. Informațiile sunt furnizate ca o colecție unică de date și reprezintă baza unor variante multiple de prelucrare, în raport cu funcțiile și cerințele concrete de conducere ale procesului în care este implementat sistemul informatic.

Din punct de vedere logic, funcționarea sistemului informatic este subordonată specificului procesului în care este implementat, prin intermediul bazelor locale de date sau a bazelor de date distribuite.

Obiectivul fundamental al unui sistem informatic de conducere a proceselor tehnologice constă în funcționarea optimă a instalațiilor și echipamentelor din proces și furnizarea de informații corecte, relevante și la timp.

Structura generală a unui sistem informatic cuprinde un ansamblu de intrări, prelucrări și ieșiri definite în funcție de obiectivele sistemului care urmează a fi realizat. Intrările sunt parametrii de referință de comandă și parametrii de stare reală ai funcționării procesului obținuți prin feedback. Ieșirile sunt datele (semnalele) de comandă ale procesului, de memorare a stării procesului și de informare sintetică a operatorilor de proces și factorilor de decizie.

Prelucrările sunt asigurate de un ansamblu omogen de proceduri automate care realizează, prin datele de ieșire, comanda și controlul procesului. Baza informațională este formată din ansamblul entităților informaționale și atributelor componente ale acestora, care descriu dinamica proceselor și fenomenelor.

2.4 Calculatorul de process

Necesitatea cuplării unui sistem de calcul la procesul care trebuie condus a adus modificări în structura standard a acestuia. Astfel, se poate defini calculatorul de proces ca fiind o entitate formată dintr-un calculator universal de uz general și un sistem de interfață care cuprinde sistemul de interfață al intrărilor și sistemul de interfață al ieșirilor.

În structura unui calculator de proces conectat la un proces industrial se remarcă:

– echipamentele periferice generale (tastatura, unitățile de disc, imprimanta etc.);

– consola operatorului de proces, echipament destinat asigurării unei comunicații eficiente între operator și proces, astfel încât operatorul procesului să nu sesizeze existența unui mediu intermediar între el și procesul pe care îl va conduce.

Spre deosebire de calculatorul universal, calculatorul de proces are o structură modulară, deoarece fiecare bloc al acestuia realizează o anumită funcție: culegerea și conversia informației de intrare, stocarea informației, prelucrarea ei etc.

Calculatorul universal poate funcționa în timp real, în timp accelerat sau în timp dilatat pe când calculatorul de proces trebuie să funcționeze numai în timp real.

Funcționarea în timp real condiționează necesitatea sincronizării procesului prelucrării electronice cu ritmul prelucrării informațiilor de intrare și, implicit, cu dinamica desfășurării procesului tehnologic. Informația achiziționată prin sistemul de interfață trebuie să fie prelucrată și memorată într-un interval de timp minim, pentru ca rezultatul calculului să fie obținut în timp util transmiterii mărimii de comandă la procesul condus.

Calculatorul de proces trebuie să ia permanent în considerare toate solicitările de rezolvare a anumitor algoritmi și să determine pentru situația dată succesiunea optimă a executării lor pe durata perioadei date de discretizare.

O altă caracteristică a calculatorului de proces constă în aceea că rezolvă diferite probleme de supraveghere și de comandă, care rămân relativ neschimbate pe durate de timp relativ lungi de exploatare a instalației sau de desfășurare a procesului.

Calculatorul de proces dispune față de calculatorul universal de un sistem de interfață cu ajutorul căruia rezolvă pe lângă problemele de calcul și problemele legate de schimbul de informații (conversie) cu obiectul condus.

Calculatorul de proces trebuie să funcționeze neîntrerupt o mare perioadă de timp, deci trebuie să aibă o fiabilitate și o stabilitate la perturbații ridicată, deoarece orice defecțiune sau întrerupere în funcționare poate produce o avarie în instalație.

Configurația calculatorului de proces depinde de caracterul aplicației. Există două clase de aplicații:

informaționale, de culegere și prelucrare a informației. Calculatorul de proces asigură culegerea datelor de la traductoarele din proces, filtrarea semnalelor pentru separarea semnalului util, compararea semnalului cu valoarea admisă, prelucrarea informației în vederea diagnosticării și prognozării stării instalației industriale. Calculatorul de proces va semnaliza momentul ieșirii parametrilor tehnologici în afara valorilor admise precum și momentul în care sunt atinse valorile prescrise.

de conducere. Calculatorul de proces asigură, pe lângă funcția de prelucrare a datelor efectuate în aplicațiile informaționale și probleme de conducere: pornirea și oprirea echipamentelor conduse, optimizarea funcționării instalației după un criteriu impus de programator, identificarea proceselor conduse în cazul variației parametrilor lor, schimbul de informații cu calculatorul de conducere de la nivelurile superioare ale sistemului ierarhic de conducere. Calculatoarele de proces din această clasă au o configurație și o structură mai complexă decât cele din aplicațiile informaționale.

Trăsăturile calculatoarelor de proces specificate anterior se asigură prin utilizarea în cadrul acestor calculatoare a unor soluții arhitecturale și structurale adecvate.

Astfel, prin utilizarea unei magistrale comune, toate blocurile și dispozitivele calculatorului se conectează la un sistem comun de circuite informaționale și de comandă, realizat sub forma unui canal de comunicații unificat, utilizat pentru transmiterea informației între procesor, memorie, sistemul de interfață și echipamentele periferice. Pe canalul unic de comunicații se transmit date, adrese, instrucțiuni, informații despre starea echipamentelor periferice, semnale de comandă. Informația transmisă este însoțită de adresa blocului sau dispozitivului căruia îi este adresat mesajul, deci informația va fi acceptată numai de blocul căruia îi este destinată.

Utilizarea unei magistrale unice reduce productivitatea calculatorului, deoarece într-un ciclu de funcționare al acestuia, pe canalul comun se poate transmite numai un cuvânt, dar datorită magistralei unice de comunicații, în calculator se poate organiza schimbul direct de informații între dispozitivele periferice și memorie, fără participarea procesorului. Pe magistrala unică pot fi conectate diferite procesoare specializate pentru adaptarea sau orientarea calculatorului de proces pentru rezolvarea unei anumite aplicații. De asemenea se asigură o mare flexibilitate și se permite creșterea puterii de calcul și de comandă prin cuplarea mai multor procesoare într-un complex de calcul unic.

O soluție adoptată frecvent este modularitatea sistemelor de conducere cu calculatorul, care constă construcția sistemelor pe baza unei familii de module caracterizate prin autonomie funcțională, universalitate structurală și standardizare constructive

2.5 Cuplarea calculatorului de proces la procesul condus

Legătura dintre procesul condus și calculatorul de proces se realizează în principiu astfel :

– parametrii fizici ai procesului industrial sunt măsurați cu ajutorul unor traductoare de măsură adecvate ale căror semnale de ieșire sub formă de mărime electrică au o valoare proporțională cu mărimea fizică măsurată.

Acestea sunt transmise la un sistem de interfață (SI) care realizează eșantionarea în timp, multiplexarea mărimilor de intrare și transformarea lor adecvată prin conversia analog/numerică (A/N) cu precizia impusă și rata de conversie corespunzătoare vitezei de variație a mărimii măsurate, pentru a putea fi memorate și/sau prelucrate de calculatorul de proces (CP);

– informațiile de comandă emise de CP în urma preluării datelor numerice primite de la SI, conform algoritmului de conducere, sunt transformate de SI în semnale electrice adecvate (tren de impulsuri, durată impuls, conversie D/A) și transmise elementului de execuție, care va acționa în sensul dorit asupra procesului industrial.

Principalele probleme tehnice care trebuie luate în considerare și rezolvate la fiecare aplicație sunt:

– alegerea traductoarelor și a elementelor de execuție adecvate: tipul și gama de variație a mărimii de intrare, clasa de precizie, tipul semnalului de ieșire, condițiile de instalare și funcționare, prețul;

– transmiterea semnalelor de măsură și de comandă la/de la CP; tipul transmisiei și tipul canalului de transmisie, traseu, distanță, nivel de perturbații, atenuarea semnalului, viteza de transmisie;

– modul de preluare de către calculatorul de proces a fiecărui semnal de măsură, tip semnal, necesități de filtrare și (pre)amplificare, separare electrică, viteză de eșantionare;

– structura sistemului de cuplare a calculatorului de proces cu procesul industrial: structură centralizată, structură descentralizată, structură mixtă ș.a.;

– alegerea tipului și parametrilor calculatorului de proces care constă în alegerea acelor echipamente și configurații de sistem de interfață care să permită asigurarea performanțelor sistemului de conducere a procesului în condiții de restricții date.

Observație: alegerea mijloacelor tehnice necesare pentru realizarea sistemului de conducere nu se face fără stabilirea precisă a parametrilor procesului tehnologic care trebuie măsurați și controlați.

2.6 Sistemul de interfață al calculatorului de process

Sistemul de interfață (SI) reprezintă un echipament complex format din mai multe module care îndeplinesc diferite funcții specifice: conversie analog/digital (A/D), digital/analog (D/A), intrări binare sau trenuri de impulsuri, ieșiri binare sau trenuri de impulsuri.

Deoarece există o largă varietate de aparate, traductoare sau blocuri de măsură și comandă speciale, realizarea blocurilor componente ale SI devine specifică fiecărei aplicații. Pentru a se putea utiliza un astfel de sistem pentru o gamă largă de aplicații se tinde spre folosirea interfețelor standardizate, simple în utilizare și acceptabile ca preț.

Interfețele standardizate trebuie să satisfacă următoarele cerințe:

– sistemice, determinate de caracterul larg și foarte diversificat al utilizării calculatorului de proces în conducerea proceselor, constând în probabilitatea asigurării legăturii cu o gamă largă de traductoare și elemente de execuție precum și în posibilitatea reconfigurării sistemului de interfață odată cu modificările intervenite în sistem (schimbarea traductoarelor, a numărului lor);

– privind legăturile cu unitatea centrală – calculatorul de proces (UC – CP) care constau în conectări flexibile cu acestea și simplitate în organizarea schimbului de semnale. De asemenea, trebuie să se asigure protecția canalelor de transmisie dintre interfață și calculator împotriva perturbațiilor generate de mediul industrial;

– tehnico-constructive, constând în asigurarea unei construcții comode în exploatare.

Pentru satisfacerea acestor cerințe, sistemul de interfață (SI) trebuie realizat pe baza principiului modular (structură și construcție) și să aibă două diviziuni:

– internă – standardizată, nemodificabilă, permițând existența unei baze unice pentru elaborarea de noi module;

– externă – modificabilă, constând dintr-un bloc de cuploare specializat care permite cuplarea interfeței interne cu magistrala internă proprie tipului deunitate centrală de calcul (UC) utilizată.

Metodologia de achizitie a datelor experimentale. Evoluția sistemelor de măsură

Sistemele de măsură reprezintă o parte integrantă a procesului de dezvoltare a unui produs sau proces. În ultimii 20 de ani, sistemele de măsură au cunoscut o schimbare radicală, o adevărată revoluție, care a condus la o nouă arhitectură în care calculatorul are rolul principal.

În urmă cu peste 20 de ani, comunicațiile seriale (RS-232 și GPIB) au permis calculatorului să devină pentru prima dată o parte componentă a sistemelor de măsură.

Prin conectarea echipamentelor de măsură direct la calculator s-a putut reduce timpul de lucru și erorile de procesare specifice transferului manual al datelor care erau introduse în calculator pentru analize ulterioare.

Prin utilizarea calculatorului ca un „controler” central pentru toate instrumentele sistemului de măsură s-au putut integra și coordona mai multe instrumente de măsură într-un singur sistem. Pentru aceasta, a fost necesară crearea unei interfețe software care să permită transmiterea comenzilor și primirea răspunsurilor de la instrumentele din sistemul de măsură într-un sistem centralizat bazat pe calculator. Au fost dezvoltate astfel driver-ele care se instalau ca o parte a sistemului de operare (standardul API = Application Programming Interface – Interfața de Programare a Aplicațiilor).

Pe la jumătatea anilor ’80, progresele realizate în arhitectura sistemelor de calcul (respectiv a magistralelor de transmisie) a permis dezvoltarea echipamentelor de măsură modulare pe care utilizatorii le puteau instala în calculator.

Apariția plăcilor de achiziție modulare a eliminat necesitatea cuplării la un procesor dedicat și a existenței programelor integrate și memoriei în interiorul instrumentelor de măsură independente. Avantajele oferite de plăcile de achiziție au fost următoarele: componentele calculatoarelor au căpătat dimensiuni mai mici, s-au redus costurile și au crescut performanțele sistemelor de măsură.

Aceste platforme flexibile și ieftine solicitau însă de la programul sistemului mai mult decât trimiterea comenzilor și primirea răspunsurilor. Interfețele de programare a aplicațiilor (APIs = Application Programming Interfaces) de înalt nivel au simplificat procesul de transferare rapidă a datelor de la placa de achiziție în memoria calculatorului. Cu ajutorul algoritmilor de procesare a semnalelor și a instrumentelor software, specialiștii au creat propriile lor rutine de analiză

Programele de interfață cu utilizatorul au fost realizate utilizând reprezentări grafice, butoane și cursoare ale instrumentelor de măsură pe ecranul calculatorului.

Dezvoltarea mediilor specifice de măsurare a condus la dezvoltarea instrumentelor puternic integrate de control și achiziție a datelor, analiză și vizualizare a acestora.

În ultimii ani, inovațiile în domeniul arhitecturii magistralelor de transmisie (de exemplu: PXI/Compact PCI) au permis crearea unor platforme specializate pentru măsurare avansată și control.

Spre deosebire de variantele tradiționale, sistemele moderne integrate de măsură și control constau dintr-o varietate mare de echipamente de măsură. La început au fost conectate instrumentele de măsură independente, ulterior s-au adăugat echipamentele de măsură analogice și digitale; în prezent, sunt incluse și echipamente de achiziție a imaginilor pentru verificări vizuale și controlere de mișcare [NI, 2002].

În plus, sistemele de măsură și control integrate oferă posibilitatea conectării simple la echipamentele din familia automatelor programabile (PLCs).

2.8 Integrarea diferitelor echipamente de măsură

În prezent, instrumentele de măsură independente sunt optimizate pentru a putea fi utilizate în sisteme de măsură integrate. Din cauza rapidității cu care evoluează tehnica de măsurare și echipamentele specifice, trebuie redus timpul necesar elaborării sau dezvoltării programelor aferente de testare. Pentru aceasta, specialiștii au ales să utilizeze mai multe limbaje de programare cum ar fi Visual Basic sau Visual C++.

Componenta software joacă un rol vital în dezvoltarea sistemelor automate de achiziție a datelor și control. Este imperativ necesar ca programele utilizate în cadrul unui sistem integrat de măsură să poată fi menținute simplu și modificate rapid. Un mediu software integrat de măsurare și automatizare trebuie să aibă o structură modulară, necesară pentru construirea sistemelor de măsură și control automate de înaltă performanță.

Pentru a asigura performanțe maxime, dezvoltare ușoară și coordonare a nivelelor sistemului, componentele mediului de lucru trebuie să fie independente (modulare) și puternic integrate în ansamblul sistemului. Această structură modulară integrată permite utilizatorilor construirea rapidă a unui sistem de măsură și modificarea lui simplă atunci când cerințele sistemului se schimbă.

Programele de măsură și control joacă un rol esențial în dezvoltarea sistemelor de măsură modulare bazate pe sistemele de calcul și comunicarea în rețea. Modulele programului, driverele echipamentelor, interfața programelor de aplicație (APIs) și managerul de configurare trebuie să integreze totul în mediile de dezvoltare ale aplicațiilor (ADEs) pentru a atinge performanța maximă și creșterea productivității.

Funcțiile specifice ale programelor de măsură și control includ atât integrarea echipamentelor de măsură, configurarea locală și distribuită cât și programarea echipamentelor de măsură. Adesea, dezvoltatorii sistemelor de măsură și automatizare consideră că este suficientă existența driverelor echipamentelor pentru integrarea acestora în sistemul de măsură și control. Driverele echipamentelor trebuie să ofere performanțe rapide, flexibilitatea programării echipamentului, o interfață API scalabilă și consistentă, configurare și operare la distanță și integrarea cu algoritmii de conducere (Driver Engines and Algorithms = Motoare și Algoritmi de Conducere).

2.9 Mediile de dezvoltare a aplicațiilor (Application Development Environments – ADEs)

Mediile de dezvoltare a aplicațiilor joacă un rol important în cadrul programelor de măsurare și automatizare. Cu aceste instrumente, dezvoltatorul sistemului proiectează și integrează sistemul care preia măsurătorile, controlează procesele, afișează informațiile la utilizatorul final, asigură conectarea cu alte aplicații etc.

Mediile de dezvoltare a aplicațiilor (ADE) utilizate pentru dezvoltarea măsurărilor și automatizarea aplicațiilor trebuie să furnizeze un model cu o concepție ușor deutilizat, performanțe de calcul și flexibilitate de programare a nivelului de aplicare pentru o întreagă categorie de aplicații. La fel de important este ca aceste medii de dezvoltare a aplicațiilor să poată fi integrate complet atât cu programul de măsurare și control care conectează o mare varietate de echipamente de intrare/ieșire (I/O) cât și cu instrumentele sistemului cum ar fi bazele de date sau programul de management al încercărilor [NI, 2002].

Pentru o completă integrare a mediilor de dezvoltare a aplicațiilor cu programele de măsură și control, este deosebit de important ca mediul ADE utilizat să dezvolte un sistem de măsurare și automatizare care să poată gestiona și procesa măsurătorile.

Pentru aceasta, mediile de dezvoltare a aplicațiilor – ADE trebuie să incorporeze tipuri de date de măsurare direct în mediul lor, astfel încât să poată fi utilizate ușor în rutinele de procesare adițională.

Pentru a crește la maximum productivitatea, mediile de dezvoltare a aplicațiilor – ADE trebuie să includă atât funcții statistice și de analiză numerică cât și algoritmi de procesare a semnalelor și control de înaltă performanță, comuni în aplicațiile de măsurare. Mediile de dezvoltare a aplicațiilor trebuie să includă rutine tipice întâlnite în aplicațiile de măsurare și automatizare, incorporând funcții de reglare PID sau control cu logica fuzzy, de reducere a zgomotului, măsurări spectrale, filtrare digitală, măsurarea răspunsurilor, detecția semnalelor, integrare și derivare numerică, trasarea și ajustarea curbelor, etc.

Mediile de dezvoltare a aplicațiilor trebuie să asigure:

– conectivitatea cu alte instrumente software utilizate, pentru a permite integrarea sistemelor de măsură cu aplicațiile respective (prin integrarea cu alte instrumente software cum ar fi ActiveX și DLL-uri);

– conectarea la o bază de date existentă cu ajutorul limbajului de interogare structurată SQL și interfețele bazelor de date ale aplicațiilor;

– conectarea la rețele de calculatoare prin intermediul tehnologiilor TCP/IP sau UDP;

– crearea rapoartelor care să poată fi partajate, în formate cum ar fi XML sau HTML.

Tehnologiile moderne, de exemplu Microsoft.NET, permit conectivitatea între sisteme aflate la distanță.

Cap. 3: PREZENTAREA GENERALA A PROIECTULUI

3.1 Introducere în tehnologia S.M.D.

Încă din anii 70, în industria electronică miniaturizarea a devenit mai importantă decât costurile. Așa s-a înfiripat idea de tehnologie în dimensiuni minimale care, în versiunea tehnologiei S.M.D., a revoluționat echiparea circuitelor imprimate. Astăzi, tehnologia S.M.D. este considerată tehnologia viitorului iar gradul înalt de automatizare specific acesteia a creat standarde noi de calitate și fiabilitate în domeniu.

Circuitele imprimate convenționale (P.C.B.) folosesc componente care sunt conectate prin pini care trec prin găuri (tehnologie de plantare în gaură = T.H.T.) pe fața cealaltă a cablajului pe care se solderizează în val (sau manual).

Componentele S.M.D. creează marele avantaj de a se așeza și solderiza cu zonele lor de contact direct pe padurile circuitului imprimat. Acesta este principiul inovatic al tehnologiei S.M.D.

Majoritatea produselor conțin în interiorul lor și o placă electronică facută pe SMT.

Pentru a garanta functionarea dispozitivului pe cât mai mult timp posibil, trebuie să ne asigurăm ca pcb-ul a fost inspectat corespunzator la ultima stație de pe linia de SMT , AOI -ul ( Automatical optical inspection ).

Mai departe voi prezenta noțiuni de bază în tehnologia SMT dar și tipuri de componente pe care AOI-ul trebuie să le indice ca find cu defect real sau nu.

Noțiuni de baza în tehnologia S.M.D.

Există trei elemente pe care se bazează tehnologia și implicit orice abordare:

– componentele;

– substratul;

– sistemul de asamblare (plantare).

Componente S.M.D.

O mare varietate de componente S.M.D. există în arealul practic; configurația lor acoperă o gamă opțională de la componente fără terminale cu extremități metalizate până la componente cu terminale lungi și flexibile. Fiecare tip de terminal și încasetare asigură totalitatea cerințelor impuse de manipulare și montaj cerute de standardele internaționale.

Clasificarea componentelor electronice se poate realiza:

După modul de lipire pe placă :

Componente ale căror piciorușe trec prin placă (PTH = pin through hole )

figura nr. 3 Componentă PTH

Clasificarea componentelor PTH:

Componente Axiale = componente PTH (pin through hole) care au două piciorușe ce ies din componentă orizontal în ambele capete.

Componente Radiale = componente PTH (pin through hole) care au două sau mai multe piciorușe ce ies vertical din partea inferioară a componentei.

Componente ale căror piciorușe sunt lipite pe suprafața plăcii (S.M.T.)

figura nr. 6 Componentă S.M.T.

Exemple de componente S.M.T.:

După modul de montare pe placă:

Componente cu polaritate: sunt componentele care au o conexiune pozitivă (pol pozitiv sau anod) și una negativă (pol negativ sau catod) cu placa.

Fig10 Exemple de marcări de polaritate

Componente cu orientare: sunt componentele care trebuie montate într-o anumită poziție.

Fig 11 Exemplu de marcare de orientare

Fără polaritate și fară orientare

Exemple de componente și notația lor simbolică:

Condensator= C

Rezistor= R

Circuit integrat= U,IC

Cristal= Y,X

Bobină= L

Diodă= D

Conector = P,J,X

Transformator= T

Ambalarea componentelor S.M.D.

Necesitățile de ambalare a componentelor S.M.D. s-au definit în baza necesității de alimentare automată a procesului de plantare și sunt: rola, bagheta, tavița. Dintre acestea, rola este varianta cea mai des întâlnită, în cazurile uzuale asigurând 10.000 de componente pe o singură rolă. Componentele sunt ambalate într-o bandă de masă plastică sau hârtie cu lăcașuri preformate, în care componentei i se asigură un bun control al orientării în momentul "culegerii", o bună protecție în timpul stocării, transportului și manipulării. Dimensiunile standard ale lățimii benzii sunt: 8, 12, 16, 24, 32, 44, 56, 72, 88 mm.

Pentru circuitele integrate cu gabarit mare și componentele cu forme atipice, care nu se acomodează la ambalarea pe rolă, s-au configurat tuburi (baghete), sau tavite. Pe o baghetă se găsesc aproximativ 200 de componente. Ca și în cazul rolelor, mașina de plantat asigură prin mecanismele ei proprii avansul componentelor într-o cadență și cu un pas regulat și reglabil.

Materialele folosite în tehnologia S.M.D. includ: materialul, circuitul imprimat, adezivi, aliaje de lipit, decapanți dezoxidanti, măști protectoare electric sau chimic, agenți de curățire.
Alegerea substratului circuitului imprimat depinde de tipul componentelor, densitatea de plantare și de costuri.

Adezivii de înaltă eficiență sunt folosiți pentru a reține componentele în pozițiile corecte pe substrat în timpul plantării și solderizării (în cazul solderizării în baie cu val).

Aliajele de lipit asigură lipirea componentei pe padurile circuitului imprimat: solderul ca topitură în cuva mașinii de cositorit în val, solder paste-ul ca strat conductiv (15-30mm) depus prin printare pe padurile circuitului imprimat.

Alegerea aliajelor de lipit, a fluxurilor și agenților de spălare se face în contextul efectiv al procesului tehnologic.

Componente electronice

Componente electronice pasive destinate tehnologiei S.M.T

Generalități.

O caracteristică definitorie pentru S.M.T. este montarea componentelor electronice pe suprafața circuitului imprimat, fară a pătrunde prin găurile practicate în circuitul imprimat, ca în tehnologia T.H.T.

Această modificare, minoră la prima vedere, avea să influiențeze practic toată industria electronică, de la proiectare, procese de prelucrare sau asamblare, materiale și capsule ale componentelor electronice, etc.

În figura nr. 2.1 se prezintă un condensator ceramic montat în variantele S.M.T. și T.H.T.. Se observă modul de conectare la circuitul imprimat, în cele două cazuri. Se observă, de asemenea și faptul că varianta T.H.T. a condenstorului are două lipituri suplimentare, cele ale terminalelor, fapt care constituie o sursă de reducere a fiabilitătii asamblării.

Fig 12 Condensator ceramic S.M.T.

Idea montării pe suprafață a componentelor nu este nouă. Primele componente S.M.D. așa numitele flat packs sau capsule plate, într-o traducere aproximativă, au fost utilizate la circuitele hibrie în ani 1970.

Metodele de proiectare și echipamentele tehnologice ale tehnologiei montarii pe suprafață actuale însă diferite de cele de atunci. Tenologia actuală necesită regândirea profundă a proceselor tehnologice alături de o infrastructură corespunzătoare care să le susțină.

În stadiul actual de dezvoltare nu toate componentele sunt disponibile în variantă S.M.D. și de aceea, procesul tehnologic trebuie să permită și utilizarea componentelor cu montare prin inserție.

Există trei mari categorii de module S.M.T. numite Tipul I, Tipul II, și Tipul III. Ordinea operațiilor și procesarea sunt diferite pentru fiecare tip și fiecare variantă necesită echipament diferit. Tipul I de subasamblu care conține numai componente cu montare pe suprafață, mai este numit și S.M.T. pur. Poate exista varianta echipată pe o față sau pe ambele. Tipul II de subansamblu S.M.T. conține numai componente discrete cu montare pe suprafață (cum ar fi rezistoare, pe fața superioară fiind componente T.H.T.). Tipul III de model reprezintă o combinație între tipurile I și II. De regulă, nu conține nici o componentă S.M.D. integrată pe partea inferioară, conține componente discrete lipite pe această parte.

Complexitatea modurilor electronice S.M.T. poate fi crescută prin utilizarea alături de componentele S.M.D. clasice cu pitch-ul de 50 de mii (1000 mils=1 inch; 50 mii=1,27mm) a componentelor fine pitch(0,5 mm) cu număr mare de terminale sau ultra fine pitch (sub 0,5 mm) de tipul QEP (Quard Fiat Pack), BGA (Ball Grid Array) sau a componentelor discrete chip cu dimensiuni mici de tipul 0603, 0402, 0201 etc. Detalii privind codificarea componentelor S.M.D. vor fi date odată cu descrierea principalelor tipuri. Subansamblurile S.M.T. complexe din ultima categorie amintită se vor numi Tip IC, Tip IIC și Tip IIIC. Această descriere a variantelor de module S.M.T. nu este universal acceptată, dar este mai utilizată în industria electronică.

Componentele cu monate pe suprafată de tipul pasiv sau activ nu diferă funcțional de componentele cu terminale pentru inserție (T.H.T.), componentele devin acum clasice. Ceea ce le diferențiază este varianta diferită de package (încapsulare) a celor două. Componentele S.M.D. asigură o densitate mare de echipare a circuitelor, în mod special prin dimensiunile reduse ale acestora. Reducerea dimensiunilor este benefică nu numai pentru economisirea spațiului pe placă de circuit imprimat dar și pentru reducerea elementelor parazite ale componentelor, componentele S.M.D. având astfel performanțe electrice superioare, acest lucru fiind valabil atât pentru componentele active cât și pentru cele pasive.

Așa cum s-a amintit, componentele S.M.D. se montează pe suprafața circuitului imprimat, fără a pătrunde prin găurile metalizate ca în tehnologia T.H.T. În acest caz, zona lipiturii asigură pe lângă contactul electric și robustețea mecanică a asamblarii, având un rol decisiv în fiabilitatea produsului electronic.

Componentele S.M.D. sunt destinate celor două mari categorii de aplicații: comerciale și militare. Pentru aplicațiile comerciale mediul ambiant este mai blând și se pot utiliza și capsule care nu sunt ermetice. Cerințele de temperatură acoperă intervalul de la 0 la 70 grade Celsius. Pentru aplicațiile militare sunt necesare încapsulari ermetice care să poată fi utilizate în gama de temperaturi -55 de grade Celsius și +125 de grade Celsius.

Capsulele ermetice sunt scumpe și se utilizează numai pentru produse cu grad înalt de fiabilitate. La realizarea acestora trebuie utilizate materiale cu coeficient de dilatare compatibil cu cel al substratului pe care vor fi montate. Există desigur și produse la care se pot uliliza componente din ambele categorii pentru a satisface anumite cerințe de fiabilitate impuse.

O altă caracteristică comună componentelor S.M.D. este solicitarea termică sporită a lor față de componentele T.H.T. în timpul procesului de lipire. Această solicitare le face mai sensibile la apariția de crăpături datorită umiditătii. Crăpăturile se produc atunci când umiditatea acumulată în componentă este eliberată brusc la apariția șocului termic provocat de procesul de lipire. Pe de altă parte, la lipirea prin procedeul reflow, terminațiile componentelor S.M.D. sunt mai puțin solicitate termic decât terminalele componentelor T.H.T. la lipirea în val, temperatura componentelor S.M.D. în timpul lipirii fiind mai redusă.

De aceea, cerințele privind solderabilitatea sunt mai mari pentru componentele S.M.D. Acest fapt este accentuat și de tendința actuală de diminuare a utilizarii fluxurilor active la asamblarea componentelor S.M.D.

Altă caracteristică a componentelor S.M.D. este faptul că, datorită dimensiunilor mici, marcarea acestora este dificilă, în special pentru componentele discrete. Dacă se pierde posibilitatea de identificare a acestora, atunci de cele mai multe ori componentele nu se mai utilizează. Desigur, este posibilă măsurarea lor, dar este o operație mare costisitoare de timp. Dimensiunile mici ale componentelor și posibilitățile limitate de identificate fac ca să se prefere plasarea automată a acestora.

Fig 13 Capsule rectangulare pentru componente pasive, rezistoare și condensatoare (R, C)

Tabelul 1 Dimensiuni rezistoare si condensatori

3.4.1.1 Rezistoarele S.M.D.

Fig 14 Dimensiunea rezistoarelor “chip” S.M.D.

Rezistoarele S.M.D. se livrează de regulă în benzi și role („tape and reel”) sau în vrac (bulk, engl.). În general, pentru rezistoarele mai mari ca 0805 valoarea nominală se marchează, iar pentru dimenșiunile mai mici ca 0603 nu. Marcarea se realizează codificat respectând în general standardele internaționale, dar pot fi întâlnite și coduri specifice de firmă, și pentru înlăturarea evenimentelor ambiguitați ce poate să apară, este indicat ca pentru fiecare tip de componentă să fie consultat catalogul firmei producătoare, unde este prezentat modul de mancare.

O variantă a codului de marcare constă din exprimarea cifrelor semnificative ale rezistenței nominale și a unui multiplicator.

În tabelul de mai jos sunt prezentate câteva exemple de marcare cu cele două variante sus-amintite. În cazul în care valoarea nominală necesită marcarea cu patru digiți iar rezistorul are dimensiuni mici, se utilizează o marcare pe corpul rezistorului după standardul EIA-96 care reduce marcarea cu un digit.

Conform acestei codificări numărul de ordine al unei valori nominale în serie de valori E96 codifică chiar valoarea respectivă. Acest număr este cuprins între 1 și 96 și formează primii doi digiți ai codului de-al treilea digit fiind de fapt o literă cu rol de multiplicator.

Tabelul nr. 2 Dimensiunile standardizate (inch)

Tabelul nr. 3 Exemple de marcare a rezistoarelor S.M.D. CIP

3.4.1.2 Componentele MELF se livrează sub formă de role cu bandă.

Rețelele rezistive pentru montarea pe suprafață sau (R-pack) se utilizează pentru a înlocui un număr mare de rezistoare discrete. Un alt avantaj important pe lângă economia de spațiu este dat de faptul că rezistoarele au toleranțe similare, variații cu temperatura similare și sunt practic la aceeași temperatură a substratului.

Variantele actuale sunt derivate din capsulele SONIC cu 16 sau 20 de pini, având o putere nominală ce variază de la 1/2W la 2W pe capsulă. Fiind utilizate destul de rar, rețelele rezistive S.M.D. au rămas componente relativ scumpe.

fig15 Componente tip MELF

O alternativă la rețelele rezistive în capsulă SO o constituie mai nou apărutele arii sau matrice rezistive. Aceste rețele rezistive sunt disponibile în capsule de dimensiunea rezistoarelor discrete, de exemplu 1206. Mai nou au apărut variații de la aceste dimensiuni în scopul integrarii a cât mai multe rezistoare.

Principalele tipuri de conectare a rezistoarelor în interiorul componentei sunt cele de tip izolat-rezistoare independente, sau de tip „bus” cu un terminal comun tuturor rezistoarelor.

3.4.1.3 Condensatoare S.M.D.

a. Condensatoare S.M.D ceramice multistrat

Pentru varianta S.M.D., se utilizează în cvasitotalitatea cazurilor condensatoare ceramice multistrat „chip” cunoscute sub denumirea MLC (Multilayer Chip Capacitor). Aceste condensatoare s-au impus pentru capacitatea specifică mare obținută, fapt ce permite o mai bună utilizare a suprafeței disponibile pe placa de circuit imprimat.

Fig16 Condensator ceramic multistrat

Condensatoarele multistrat ceramice sunt construite prin stratificarea unor folii dielectrice ceramice care prezintă depuneri conductoare metalice, cu rol de armături, folii aflate în starea „verde”- („green tape” din engleză).

Dimensiunile plane ale condensatoarelor ceramice „chip” sunt aceleași cu cele ale rezistoarelor. Există însă deosebiri în ceea ce privește înălțimea acestor componente, condensatoarele având înălțimea dublă față de cea a rezistoarelor. Înălțimea diferită a condensatoarelor face ca pastilele de lipire („land pattern”) să fie diferite pentru condensatoare și rezistoare, chiar dacă au aceleași dimensiuni plane.

În ultimul timp, condensatoarele ceramice multistrat, în special cele produse de firme importante se marchează printr-o inscripționare cu laser. Codul conține una sau două litere și o cifră. Prima literă, care poate lipsi, este codul producătorului (de exemplu A pentru AVX, V pentru Vishay Vitramon, ș.a.). Cea de-a doua literă exprimă cifrele semnificative ale valorii capacității, iar cifra reprezintă codul multiplicatorului adică puterea (exponentul) lui 10 necesar pentru a exprima capacitatea în picofarazi.

În ceea ce privește indentificarea tipului condensatoarelor S.M.D. ceramice multistrat care nu sunt marcate se poate folosi ca indiciu culoarea corpului lor, care este de regulă culoarea dielectricului. Condensatoarele tip I pot avea culorile : gri, alb, violet, maro-roșiatic iar cele de tip II maro-roșiatic sau maro închis.

Condensatoarele multistrat ceramice sunt componente destul de fiabile, dar pot prezenta în timp crăpături, în special în zona terminalelor. Aceste crăpături (cracks) pot fi cauzate de suprasolicitare termică (la lipirea în val) sau suprasolicitare mecanică. Solicitările mecanice excessive se pot datora fie lipirii defectuoase, fie cu aliaj de lipire distribuit neuniform sau în exces.

Condensatoarele ceramice sunt livrate uzual în benzi (role), dintre care cea mai răspândită este cea de 8 mm. Există și varianta de livrare în vrac într-o cutie (casetă) care se poate atașa la mașina de plantare automată.

b. Condensatoare S.M.D. cu folie

În varianta pentru montarea pe supratață au fost realizate și condensatoarele cu folii plastice dielectrice. Construcția cea mai convenabilă a fost cea cu folii metalizate, iar diversele materiale posibile cel mai utilizat este polisterul sau polietilentereftalatul cunoscut sub denumirea comercială de mylar.

Condensatoarele cu folie în varianta S.M.D. sunt condensatoarele de uz general care se utilizează în aplicațiile de curent alternativ sau continuu de joasă și medie tensiune sunt cerințe deosebite privind miniaturizarea. Aplicațiile tipice sunt în domeniul auto, telecomunicații și în domeniul aplicațiilor industriale de conversie a energiei.

Capacitatea condensatoarelor cu mylar variază considerabil cu temperatura, fiind de circa ± 5% pe întregul interval al temperaturilor de lucru, interval care este în general cuprins între -55 °C și + 100°C, existând și condensatoare cu limita maximă de temperatură de + 125°C.

Construcția condensatoarelor de bazează pe o structură stratificată (multistrat) neprotejată de folii de mylar metalizat, rezistent la temperaturi ridicate, rezultând în final o formă de tip „chip” care este prezentată în figura nr. 17 (a). Este posibilă să se realizeze și o variantă protejată prin mulare în rășină, ca în figura nr. 17 (b).

fig17 Condensator chip cu peliculă de polister, variantă neprotejată și condensator S.M.D cu peliculă de polister în varianta mulată în rășină

c. Condensatoarele electrolitice cu tantal

Condensatoarele electrolitice cu tantal în varianta S.M.D. se utilizează atunci când în aplicații se dorește o capacitate mare și stabilă. Varianta constructivă care s-a impus în practică este varianta cu corp plastic mulat cu terminale îndoite sub corpul componentei. Condensatoarele de acest tip (condensatoare mulate-„Molded Capacitors”) mai sunt numite tip cărămidă („brick”). Corpul condensatoarelor mulate prezintă o teșitură ca o indicație a polarității. Construcția acestui tip de condensator poate fi urmărită în figura nr. 18.

fig18 Construcția condensatorului S.M.D. cu tantal

Construcția condensatorului cu tantal în varianta T.H.T., fiind construit în jurul electrodului anodic din tantal sintetizat. Există două clase de valori numite standard și extinsă, în fiecare clasă fiind patru dimensiuni ale capsulei codificate cu literele de la A la D.

Capacitatea condensatoarelor cu tantal variază de la 0,1 la 100 nF iar tensiunea nominală de la 4 la 100 Vcc.

Este de remarcat că diferite firme produc condensatoare cu tantal de mici dimensiuni în varianta „cip”, asemănătoare condensatoarelor ceramice, de regulă cu codurile 0603 și 0805.

Fig19 Condensatoarele cu tantal varianta „cip”

Acest tip de condensatoare se realizează de regulă pentru tensiuni nominale mici (<10V), dardiferența de dimensiuni față de varianta mulată în plastic este evidentă. Marcarea polarității la aceste componente se face cu o bandă colorată.

d. Condensatoare electrolitice cu aluminiu

În varianta S.M.D. sunt disponibile și condensatoare electrolitice cu aluminiu. Ele au dimensiuni ceva mai mari decât condensatoarele electrolitice cu tantal, la aceleași capacității și tensiuni nominale. De asemenea, parametrii electrici cum ar fi variația cu temperatura și curentul de fugă sunt inferiori condenastoarelor cu tantal. Condensatoarele electrolitice cu aluminiu de utilizează însă acolo unde nu este posibilă utilizarea condensatoarelor cu tantal.

Condensatoarele electrolitice cu aluminiu se pot utiliza în circuite de alimentare sau în alte circuite cu solicitarea în impulsuri.

Există două variante constructive mai importante, tip cărămidă- „brick”, asemănător tipului cu tantal mulat, având corpul orizontal și de tipul cu placă de bază, cu corpul vertical. În figura 20. se poate observa construcția variantei mulate în plastic.

fig20. Construcția condensatoarelor electrolitice cu Aluminiu SM.D. cu montare orizontală

Condensatorul este realizat prin bobinarea a două folii de aluminiu având foi de hârtie ca izolator. Bobina impregnată în acest caz tubul de aluminiu ce conține condensatorul propriu-zis se atașează unei plăci de bază de plastic, cu rol în susținerea terminalelor și fixarea pe plca de circuit imprimat.

3.4.1.4 Inductoare S.M.D.

Inductoarele montate pe suprafață sunt utilizate în general în aplicații unde se cere o mare densitate de echipare. În unele aplicații de înaltă frecvență, inductoarele monatet pe suprafață pot oferi performanțe similare unor inductoare T.H.T. Desigur, componentele S.M.D. fiind limitate ca dimensiuni, nu se pot obține valori foarte mari ale inductanței sau a factorului de calitate.

În prezent, există două variante de realizare a inductoarelor în variantă S.M.D.: inductoare având conductorul bobinat și inductoare multistrat.

Inductoarele S.M.D. cel mai des utilitzate în prezent sunt de tip clasic, cu fir bobinat. Pentru valori mari ale inductanței se utilizează bobinajul cu miez de ferită, de cele mai multe ori sub forma unui mosor. Pentru utilizarea la frecvențe înalte se utilizează ca suport un material nemagnetic, de obicei alumină. Utilizarea materialelor nemagnetice este impusă de faptul că proprietațile materialelor magnetice se modifică substanțial peste o frecvență de câșiva MHz.

Construcția inductoarelor S.M.D. bobinate poate fi următită în figura nr. 21 (a). Inductoarele bobinate pentru frecvențe medii ți joase cu miez de ferită sunt de obicei mulate în rășină, inductorul S.M.D. având aspect similar cu cel al condensatoarelor cu tantal mulate, după cum se poate observa în figura nr. 21 (b). Există însă și variante neîncapsulate, la care miezul magnetic de ferită este vizibil, acesta fiind cazul inductoarelor penru curenți mari.

fig21 Structura inductoarelor S.M.D. bobinate cu miez nemagnetic și cu miez magnetic

3.4.1.5 Alte componente pasive SMD

Alături de familiile clasic de componente pasive amintite până acuma, se utilizează o gamă extrem de variată de alte componente electronice pasive sau componente electromecanice pentru montarea pe suprafață. Există astfel, rezistoare variabile, condensatoare reglabile, termistoare, varistoare, comutatoare, conectoare, socluri, rezonatoare piezo-electrice, siguranțe fuzibile, etc. Aceste componente, chiar dacă nu au modificări spectaculoase ale construcției față de varianta T.H.T. trebuie sa reziste trecerii prin cuptorul de lipire, fiind asadar utilizate materiale plastice cu punct de topire mai mare decât al materialelor utilizate în cazul componentelor clasice.

Domeniul componentelor pasive compatibile cu tehnologia S.M.T. este foarte dinamic și în plină ascensiune. În prezent apar în revistele de specialitate la fiecare editie noutăți privind componentele S.M.D., numai trecerea lor în revistă fiind o sarcină dificilă. În figura nr. 22 sunt prezentate câteva componente S.M.D.

fig22 Alte componente S.M.D. (a) Push button, (b) rezistor semireglabil, (c) releu, (d) DIP-switch

3.4.2 Componente electronice active destinate tehnologiei S.M.D.

3.4.2.1 Diode S.M.D.

Odată cu larga utilizare a componentelor pasive S.M.D., pentru a avea o anumită omogenitate a procesului tehnologic de asamblare, au fost cerute de industrie și componente active în variantă S.M.D.. Diodele au fost componente ușor de adaptat pentru montarea pe suprafață și au fost realizate în acest scop diverse variante constructive, unele variante fiind derivate din componentele utilizate în corcuitele hibride. Cu trecerea timpului, câteva din capsule s-au impus în utilizare. Acestea sunt prezentate în figura nr. 23.

fig23 Diode S.M.D

Capsula cilindrică MELF- Metal Electrode Face este similară cu cea utilizată pentru rezistoare. În cazul diodelor MELF capsula are un corp de sticlă cu electrozi metalici la capete, pentru lipire.Cei doi electrozi metalici conectează de asemenea structura de siliciu care este prevăzută cu bumbi de lipire. Pentru diodele MELF există două variante, identificate ca MLL 34 (SOD-80) și MLL 41 (SOD 87).

Dimensiunile în inch ale capsulelor dielectrice MELF sunt prezentate în figura nr. 24.

fig24 Dimensiunile în inch ale capsulelor dielectrice MELF

3.4.2.2 Tranzistoare „SMALL OUTLINE”

Tranzistoarele „Small Outline” au fost printre primele componente active utilizate la monatrea pe suprafață. Tranzistoarele sunt disponibile în capsule cu trei sau patru terminale, identificate ca SOT (Small Outline Tranzistor).

Fig25 Capsule pentru tranzistoarele cu montare pe suprafață tip SOT (cele mai utilizate tipuri)

3.4.3 Componente electronice active integrate destinate tehnologiei S.M.D.

Capsule folosite la integrate S.M.D.

Evoluția în domeniul capsulelor compoentelor active integrate a fost rapidă. Evoluția rapidă a capsulelor a fost o consecință a cererii de componente cu un număr cât mai mare de terminale având dimensiuni cât mai reduse.

Dacă în ani 1970 capsula standard DIP (Dual In-line Package) domina familia circuitelor imprimate, în prezent se utilizează circuite în capsule de tipul BGA, TAB, CSP, toate fiind compatibile cu tehnologia montării pe suprafață.

În figura nr. 26. sunt prezentate diferite familii de capsule ale componentelor active S.M.D. Capsulele ceramice, mai performante sunt scumpe și sunt utilizate în special în domeniul militar.

fig26 Capsule active S.M.T.

Capsulele cele mai răspândite în aplicații unde nu sunt cerințe speciale de etanșeitate sunt însă cele din material plastic. Dacă în cazul capsulelor ceramice pot apărea crăpături datorită diferențelor dintre coeficienții de dilatare ai substratului și ai capsulei, în cazul capsulelor plastice crăpăturile apar în special datorită umidității acumulate în interior.

O altă caracteristică a capsulelor plastice este domeniul limitat al temperaturilor de lucru (0- 70°C). Cele mai utilizate capsule de plastic sunt cele ale circuitelor integrate SOIC cu terminale în formă de pescăruș „gull wing” și în formăde „J”, urmate de capsule PLCC și de componente „fine pitch” PQFP.

Formarea unui PCB cu tehnologie SMT

Fig27 Flux linie SMT

3.5.1 Procesul de printare a PCB-urilor

Prezentare generala

Scop

Prezintă o vedere de ansamblu a echipamentului de printare.

Echipament

Mașina de printat P.C.B. (figura nr. 28)

fig 28 Mașina de printat P.C.B.

Procedura

Mașinile de printat P.C.B. au o interfață constând dintr-o interfață grafică, tastatură

și butoanele Sistem și Jog

Lampa de semnalizare indică starea mașinii:

Lumina rosie: Sistemul nu este setat sau eroare de sistem

Lumina galbenă: Inițializarea sistemului, setarea parametrilor, tub de pastă gol, lipsa hîrtie de curățat, nivel scăzut al lichidului de curățare, etc.

Lumina verde: Mașina e OK.

Butonul Sistem este folosit pentru inițializarea mașinii și restartarea acesteia după apariția unei erori.

Butoanele Jog sunt folosite pentru controlul manual al diferitelor subansamble mecanice ale mașinii.

Setarea produsului

Scule și materiale

Squeegee

Stencil

Pini magnetici sau suport susținere placă dedicată

Manuși de latex

Procedura

Interfața grafică e intuitivă și usor de utilizat (figura nr. 29).

fig.29 Interfața grafică

Folosind ecranul tactil se poate lucra în modul manual sau automat.

Pentru setarea mașinii se urmăresc următorii pași:

Se încarcă programul

Se montează squeegee corespunzător

Se montează pinii magnetici sau suportul de susținere al plăcii

Se încarcă stencil-ul

Se depune pastă de lipit pe stencil

Fig30 Interiorul mașinii de printat cu pastă

Inspectarea printării

Scop

Pentru a asigura un proces de printare stabil și de calitate

Scule și materiale

Mănuși de latex

Microscop

Procedura

Prima verificare:

Se printează placa

Se inspectează placa printată la lupa/ microscop

Se ajustează parametri de printare pentru a regla:

Nealinierea pe paduri a pastei

Printare neregulată

Se printează din nou și se inspectează până se obțin rezultatele dorite

Prima verificare se face pentru primele două plăci (deplasarea forward și reverse) la fiecare schimbare de produs și după ce se efectuează următoarele activități:

Schimbarea sau înlocuirea stencil-ului

Schimbarea suportului de susținere a plăcii

Schimbarea sau calibrarea squeegee

După rezolvarea unei probleme care a cauzat defecte de printare

După mentenanța mașinii

Printarea în timpul producției

Se printează placa

Se efectuează inspecția automată 2D a pastei folosind softul masinii de printare

Se ajustează procesul de printare dacă sunt defecte

Se măsoară volumul de pastă pentru anumite componente dacă sunt cerințe speciale din partea clientului

Se inspectează fiecare placă printată

Criterii de acceptabilitate

Suprafețele printate trebuie să aibă următoarele atribute:

Depozitele de pastă trebuie să fie bine definite

Depozitele de pastă trebuie să fie depuse precis pe paduri

Marginile depozitelor trebuie să fie drepte

Padurile trebuie acoperite de pastă, fară zone în care aceasta lipseste fără punți între padurile vecine

Fără urme de pastă în orice parte a plăcii

Doar o cantitate minimă de pastă trebuie să existe pe marginea imaginii de printare

Figura nr.31 și Figura nr. 32 arată de exemple de printare bună respectiv defectuoasă a plăcilor

3.5.2 Tipuri de mașini de plantat componente

Prezenatare generala

Figura 33:FUJI NXT mașina de plantat componente

Termeni utilizați:

PCB (Printed Circuit Board) – placa cu circuite imprimate;

Feeder – dispozitiv de alimentare componente;

Nozzle – dispozitv de ridicare a componentei cu ajutorul vacuum-ului;

Mark Fiducial – punct de recunoastere a plăcii;

Skip – a omite, a sări;

Conveyor – sistemul de transport al plăcii;

Clamp – sistem de prindere;

Device – mecanism de fixare a alimentatoarelor (feeder-e);

Holder – dispozitivul de susținere a nozzle-urilor;

Pick – a ridica;

Display – ecran;

Part number – numarul de identificare al componentelor;

Maintenance – service/întreținere sau după caz nivel de operare;

Set-up – totalitatea componentelor existente într-un program (fișa cu locația, tipul și pasul feeder-ului, Part Number-ul, tipul de nozzle și programe folosite);

Moisture Sensitive Device (MSD) – “Componente sensibile la umiditate”;

CHO – Change Over – schimbare de produs;

Top/Bottom – partea superioară/inferioară a PCB-ului.

Fig34: Subansamble ale mașinii

Mașina Fuji NXT este destinată plantarii de componente mici și mari cu o mare acuratețe de plantare. Pentru utilizarea corectă și sigură a acestei mașini, este necesar să lucreze la această mașină doar operatori calificați.

Modulul de plantare a componentelor

Mașina este compusă din module independente (în cazul apariției unei erori se poate opera modulul respectiv, fără să afecteze procesul de producție la celelalte module) în interiorul cărora se realizează montarea componentelor de pe feedere pe PCB-uri. Modulele sunt câte două pe o bază/system, fiecare modul în parte având modul de comandă și semafor. Modulul de plantare utilizează “Mark Camera”, camera de citire a fiducial-ilor.

Pentru colectarea componentelor rejectate acest modul utilizează cutia de rejecții pentru restul componentelor.

Semaforul are 2 culori: roșu și verde

Roșu: semnalizează oprirea mașinii datorită unei role terminate, apariția unei erori sau semnifică o eroare de vizualizare.

Verde: semnifică un mod de așteptare (așteptare PCB, comandă) sau semnifică acționare automată (montare componente).

Transportul plăcilor se realizează cu ajutorul conveioarelor. Mașina Fuji NXT are conveioare independente în interiorul fiecarui modul. Acestea actionează separat și sunt prevazute cu senzori de prezență care sesizează intrarea sau ieșirea PCB-urilor la stopper-ele din fiecare modul al mașinii. Fixarea și susținerea plăcii pe conveior se realizeza cu ajutorul clamps-urilor.

Back-up pini (pini magnetici) – sunt dispozitive de susținere a PCB-urilor. Sunt situați pe un dispozitiv, pe conveyor în partea din interior a mașinii. Sunt asezați pe masa ridicatoare automat de către mașină doar daca programul încărcat a fost setat în prealabil de ingineri să utilizeze back-up pini.

Nozzle-ul de tip index se indexează între ele în funcție de mărimea componentelor. Se monteaza mai multe pe o turela. O particularitate, reprezintă faptul că la schimbarea programului nozzle-urile se schimbă toate dintr-o stație de nozzle-uri.

Mașina Fuji NXT are 2 tipuri de nozzle:

Fig35: Tipuri de nozzle

Nozzle de tip single – un singur nozzle. Nozzle-urile se schimba doar din stația de nozzle-uri, în funcție de mărimea componentei. După fiecare schimbare de nozzle, acesta este verificat automat de mașina. Acest tip de nozzle-uri se folosesc în general pentru componentele mari (BGA-uri, Fine Pitch-uri, shield-uri, etc).

Stația de nozzle – este o cutie de înmagazinare a nozzle-urilor. Nozzle-urile sunt setate în locațiile din stație .

În cazul unor probleme la nozzle operatorul poate scoate nozzle-urile din stație pentru a fi verificate și curățate.

Fig36:Scoaterea cutiei cu nozzle

3.5.3 Procesul de lipire în cuptor

Prezenatare generala

Fig.37.Cuptor S.M.T.

Sumarul procesului

Scop

Această secțiune va identifica parametrii critici ai procesului de reflow și practicile de operare.

Unelte

Cuptorul SMT XL.

Analizor de oxygen dacă este folosit Azotul.

Oven profiling tools.

Procedura

Rețete

Toate produsele care trec prin cuptor sunt asociate cu o rețetă (figura nr. 38).

Fiecare rețetă are un profil termic (figura nr. 39).

Software-ul mașinii are acces controlat (parolă).

Product Oven Profiles

Profilele sunt stocate într-un mod documentat și sunt disponibile pentru revizii.

Fiecare profil include: numele, istoria reviziilor, data, mașina folosită, poziția termocuplelor, temperatura în zone și viteza conveiorului.

fig38 Interfața grafică

Fig39 Profil termic

Deschiderea și rularea rețetelor

Fiecare produs are altă rețetă care trebuie încarcată. Rețetele diferă în funcție de produs, curba de temperatură, lățimea conveiorului, viteza lanțului, distanța dintre pcb-uri diferă .

Toate rețetele sunt în același folder, se alege rețeta cu același nume cu produsul care dorim să îl rulam.

Reflow Profiles – Pasta de lipit

Scop

Procesul de reflow al pastei de lipit asigură faptul că procesul este controlat/repetabil și componentele, placa și lipiturile nu sunt afectate în mod negativ de către proces (figura nr. 40).

Unelte și materiale

Unelte pentru profile (super GOLD MOLE)

Profile card

Procedurea

Verifică faptul că toate termocuplele de pe placa de profil sunt lipite corespunzător.

Zonele de temperatură

Este recomandat ca în fiecare zonă temperatura de sus (top) și de jos (bottom) din cuptor să aibă aceeași valoare.

Dacă sunt componente de pe bottom-side care cad jos la al doilea reflow, scade temperatura din zonele de reflow cu 10°C sau 20°C.

Oven Convection Rates

Setează rata de convecție la o valoare mică atunci când componentele sunt suspecte de a se mișca (ex: flip chip).

Setează rata de convecție la o valoare mare pentru a avea un tranfser termic cat mai rapid pe placă și componente.

Profilul pastei de lipit Sn-Pb (eutectic)

Scop

Această secțiune descrie un profil standard Sn-Pb. (figura nr. 41)

fig41 Profil eutectic standard

Procedura

Profilul se bazează pe specificațiile clientului, producătorului de pastă și masa termică a plăcii.

Pentru a aduce plăcile cu masa termică la un nivel uniform, se poate folosii a dual soak profile. Zona pentru soak-ul preliminar trebuie să fie sub nivelul de activare a fluxului.

Unele componente (ex. Componentele opto-electronics) au limite speciale de reflow.

În tabelul nr. 4 sunt descrise parametrii profilului cu scopul de a prevenii distrugerea componentelor.

Tabelul .4 Parametrii profilului

Indicatori de proces și identificarea acestora

Scop

Această secțiune arată defectele tipice de reflow.

Procedura

Folosind lupa și microscopul, este posibil să se detecteze următoarele defecte tipice:

Coarse Joints (figura nr. 42)

Căldură excesivă.

Profilul este prea lung.

Tombstoning (figura nr. 43)

Scade viteza conveiorului pentru a avea o temperatura uniformă pe componentă.

Non-Wetting (figura nr. 44)

Crește perioada de soak pentru a avea timp destul pentru activarea fluxului.

Crește cantitatea de azot în cuptor.

De-Wetting (figura nr. 45)

Prea mult timp peste lichid.

Formarea unei plăci de profil Pb-free

Scopul

Identifică cerințele speciale necesare pentru a îndeplini lipirea fară Pb într-un cuptor. Acestea sunt în plus față de cele pentru SnPb.

NITROGEN

Utilizarea de azot depinde de placa finală, complexitatea plăci și a pastei de lipit. Unele paste sunt foarte sensibile la nivelurile de O2.

Aerul în cuptor este acceptat, îmbunatățirea aspectului lipituri în comun crește semnificativ cu utilizarea de azot (O2 ppm < 1000) .

1. Azotul este recomandat pentru OSP .

2. Azotul este opțional pentru ImmAg și finisarea plăcilor din NiAu .

Profilul

Creșterea temperaturile sunt utilizate pentru reflow fară Pb, astfel încât este foarte important pentru a identifica cele mai reci și cea mai tare componentă.

Profilele sunt necesare pentru toate ansamblurile fară Pb. Pentru ansambluri cu două fețe sus și de jos profile sunt obligatorii.

Minim 5 termocuple sunt necesare pe fiecare card de profil.

Pentru Pb-free, este critic pentru a monitoriza:

Temperatura minimă comună de lipire.

Temperatura maximă a corpului componentei.

Temperatura bilei din mijloc și din exterior zona de rețele mare pentru a minimiza ΔT componentei.Partea de jos a BGA cu dimensiunea > 27mm a pachetului trebuie să fie generată de profilul termocuplei parții de sus.

Cardurile de profil să fie construite astfel.

figura nr. 48 Acoperirea cu pastă a figura nr. 49. Acoperirea cu pastă a

padurilor Sn/Pb și Pb-free găurilor cu Sn/Pb și Pb-free

Procesul de bază

Scop

Procedurile din acest capitol sunt pentru identificarea setărilor critice din cuptor reflow și practicile de funcționare. Acest lucru va asigura că acestea sunt aplicate produselor în mod uniform și controlat.

Unelte

Zece zone de cuptor (sau lungime echivalentă).

Zone de răcire suplimentare cu apă rece este recomandat:

Analizor de oxigen în cazul în care folosim azot;

Cuptor profilului unelte.

Procedura Obligatorie

Program pentru cuptor

Toate produsele care trec prin cuptorul vor avea asociat un program specific de profil.

Fiecare program va avea un profil termic pentru cuptor reflow .

Programele care sunt stocate într-o manieră organizată, documentate și să fie disponibile pentru revizuire. O procedură pe hard disk de back-up este necesar.

Pentru a avea acces la programele mașini trebuie să ai parolă .

Procesul de reflow va avea de controlat inclusiv procesul de stabilizare.

Catalogul de instructiuni

Instrucțiunile de lucru trebuie să se refere produselor specifice și programelor asociate. Parametrii critici trebuie să fie în documentația instrucțiunilor de lucru. Operatorii vor verifica setările de pe mașina de la locul de muncă înainte de fiecare placă nouă.

Catalogul cu profile pentru cuptor

Profiluri vor fi depozitate într-o manieră documentate și să fie disponibil pentru revizuire. Fiecare profil pentru cuptor trebuie să includă: numele, istoria revizuire, data, mașina folosită, locații ale termocuplelor, zone de temperaturi, viteza de lipire, rata de convecție, și fluxul de aer sau ratele debitului de azot.

tabelul nr. 5. Exemplu de instrucțiuni de lucru cu parametrii critici.

Cerințe Echipamentului Pb-free

Scop

Identifică cerințele speciale necesare pentru a efectua lipire fară Pb. Aceste cerințe sunt în plus față de cele pentru reflow eutectic de lipit.

Echipament

Cuptor

Sunt recomandate zece zone de convecțive în cazul în care se dovesește că zona 7 nu poate îndeplini cerințele pentru profilarea Pb-free.

Crearea unei plăci de profil

Scop

În mod corespunzător termocupla pe placă este obligată să asigure formarea de lipire corectă în comun și pentru a preveni deteriorarea componentelor. În timp ce un card de profil dedicat este cea mai bună metodă, un profil poate fi derivat dintr-o placă de producție, cu limite.

Instrumente și materiale

Termocuple de tip K (cu diametrul bilei de 0.25mm la 0.55mm)

Procedura

Termocuplele pot fi atașate pe placă cu metodele prezentate mai jos, care vor fi conectate în termen de + / – 4 grade C. Metodele acceptabile pentru construcția unui card de profi sunt acoperite de MPS.

Se sugerează că un minim de 3 termocuple să fi folosite în orice exercițiu de profil (5 sau mai multe termocuple sunt recomandate). Pentru profilele Pb-free, un minim de 5 termocuple sunt considerate obligatorii.

Pozițiile luate în considerate ar trebui sa conțină:

Distribuția pe întreaga placă X & Y pentru a monitoriza gradienții termici;

Componente reci: BGA, CCGA, radiator, etc;

Cea mai tare componentă discretă;

Componente sensibile MSD parte, opto-electronică, etc;

Componente și articulații conectate la masă (interne sau de suprafață).

În cazul în care componenta mai rece nu este cunoscută, atașați apoi termocuple suplimentare pentru piesele suspecte.

Termocuplele atașate la dispozitive matrice , zona trebuie să fie conectată la o bilă aproape de centrul dispozitivului și pe un plan de masă, dacă este posibil. Utilizarea controlată de foraj adancime pentru a garanta contactul cu bila. Introduceți termocuple și clei în poziție.

3.5.4 Procesul de verificare a prezentei componentelor pe PCB

Procesul de inspecție

Scop

Plăcile trebuiesc inspectate pentru a preveni și depista componentele lipsă, lipiturile necorespunzătoare (open, bad joint, insufficient), scurturile (shorts), componentele cu orientare incorectă (polaritate) sau plasate incorect.

Procedura

Placa va intra automat în mașina de inspecție.

Dacă eticheta a fost corect citită inspecția va începe în mod automat.

După terminarea inspecției placa va fi eliberată din mașină și operatorul v-a scana eticheta plăcii în programul de clasificare pentru a putea vizualiza rezultatele inspecției.

Fig50 Statia de clasificare a defectelor

Operatorul va valida sau invalida erorile după caz respectând criteriile de acceptabilitate.

Operatorul va scana și declara în program placa ca fiind Pass sau Fail în funcție de validarea sau invalidarea anterioară a posibilelor erori.

La prima apariție a erori de polaritate operatorul trebuie să anunțe imediat tehnicianul de linie.

Dacă operatorul găseste aceași eroare (validată) la 3 plăci consecutiv trebuie să anunțe imediat tehnicianul de linie.

Operatorul trebuie să depoziteze separat plăcile bune de cele care nu au trecut testul.

Criteriile de acceptabilitate

Erorile trebuiesc validate respectând specificațiile clientului și specificațiile standardului IPC-A- 610-E

Selectarea programului de inspecție

Scop

Scopul acestui capitol este de a explica metoda corectă de selecție și încărcare a programului de inspecție.

Programul de inspecție corect a fost încărcat.

Produsele nok se trimit în aria de decizie. Aria de decizie este marcata cu rosu.

Dacă clientul acceptă rework la ele, atunci se vor repara conform procedurilor de rework agreate cu clientul. Dacă clietul nu acceptă rework sau defectul nu se poate repara ( fiind restricționat de client sau datorită regulilor interne ) atunci pcb-ul se v-a face rebut și se v-a arunca.

Cap. 4. PREZENATAREA DETALIATA A PROIECTULUI

STUDIU DE CAZ:

Echipamentul de inspectie optica OMRON al liniilor de SMT la Hella România

4.1 HELLA – scurt istoric

Este o firmă germană, care a început ca și o afacere familială, acum având o istorie de mai bine de 100 de ani în afaceri Astăzi compania Hella numără aproximativ 27000 de muncitori în peste 65 de fabrici în întreaga lume și 4800 de ingineri și tehnicieni care lucrează în cercetare și dezvoltare. Produsele și servicile de cea mai înaltă calitate la prețuri competitive oferite clienților săi, au facut ca Hella să se numere printre primii 50 cei mai mari furnizori din lume în industria auto.

Principala activitate este producerea sistemelor de iluminat și a diferitelor părți electronice pentru industria auto precum și asigurarea pieselor de schimb. Clieții Hella includ principalii mari producători de mașini – Audi, BMW, Volkswagen, Ford, General Motors, Renault, Daimler-Chrysler, Scania, DAF.

Momente importante din istoria HELLA:

– 1910 Hella devine marcă înregistrată

– 1911 fabrica din Lippstadt are 370 de angajați

– 1927 numărul angajațiitor Hella ajunge la 1000

– 1939 cifra de afaceri anuală ajunge la 1 milion Reichsmarks

– 1955 se deschide fabrica 3 în Paderbom, prima din afara Lippstadt

– 1961 Australia, se deschide prima fabrică în afara țării

Dezvoltările făcute de Hella în domeniul luminii au contribuit decisiv în repetate rânduri la evoluția automobilisticii.

– 1957 distribuire asimetrică a luminii

– 1971 halogen de tip H4

– 1988 prima generație de faruri pe bază de xenon se produce în serie

– 1993 acreditarea la nivel european a primului far cu sticlă sintetică refractară

– 1999 primul far bi-xenon se produce în serie

– 2003/04 lumina dinamică pentru curbe

– 2005/06 sistem de noapte cu infraroșu; farul IR și camera oferă poze de tip nightvision

Dezvoltarea în electronică a Hella contribuie decisiv la progresul automobilistic.

– 1984 prima reglare electronică a climei (Porsche)

– 1989 primul sistem ASR pentru mașini cu tracțiune pe față

– 1995 reglare dinamică a distanței pentru faruri cu xenon

– 1997 senzor de pedală integrat (kick-down) pentru mașile automatice

– 2003 primul senzor pentru baterie, montat în clema de prindere

– 2004/05 sisteme de asistență pentru șofer bazate pe tehnologia Lane Departure Warning sau Adaptive Cruise Control, asistent pentru schimbarea benzii

4.2 Prezentare generală

S.C. Hella Electronics România SLR, cu sediul pe Str. Hella, Nr.3, Ghiroda, a fost înființată în anul 2005, înregistrată din data de 12 iulie 2005, număr de înregistrare la Registrul Comertului J35/2269/2005, CUI: R17773620.

Motivul pentru care s-a ales Timișoara ca locație pentru această investiție a fost economicitatea și flexibilitatea, structura terenului, existența forței de muncă foarte bine calificată, existența infrastructurii (aeroport, apropierea de șoseaua de centura și de viitoarea autostradă) și buna colaborare cu administrația locală. Demararea lucrărilor de construire a fabricii a început în septembrie 2005 iar în luna mai 2006, are loc pornirea primei linii de producție – APS (Accelerator Pedal Sensor – pedale de accelerație).

Începand cu data de 30.11.2009 procesul de fuziune între companiile Hella Lighting România și Hella Electronics România s-a încheiat ceea ce înseamnă că începând cu 30.11.2009 denumirea societății este SC Hella România SRL.

Fig. 51 Clădirea SC Hella RomâniaSRL

4.3. Personalul în cadrul Hella

În anul 2006, Hella Electronics avea un număr de 85 de angajați, la sfârșitul anului 2007, numărul personalului ajungând la 200, iar în prezent își desfășoară activitatea în cadrul firmei 356 de lucrători.

Domeniul de activitate al SC. Hella România S.R.L este industria automotive, iar suprafața de producție este de 4800mp.

Fig 52. Hala de producție

Fig. 53 Domeniul de activitate

În anul 2006, Hella Electronics avea un număr de 85 de angajați, la sfârșitul anului 2007, numărul personalului ajungând la 200, iar în prezent își desfășoară activitatea în cadrul firmei 377 de lucrători.

Departamentele din cadrul companiei:

– 25% reprezintă personalul productiv (personalul direct)

– 9% reprezintă personalul indirect ( ingineri de proces, planificatori de producție, tehnicieni)

– 7% reprezintă departamentul Calitate (operatori, tehnicieni, ingineri de calitate)

– 8% reprezintă departamentul de Inginerie (ingineri de test, tehnicieni, personal întreținere a utilajelor)

– 7% reprezintă departamentul de Logistică (recepții marfă, depozit materii prime, depozit produse finite, transport)

– 3% reprezintă departamentul de Achiziții (achiziționare și negocieri de prețuri pentru materii prime și consumabile)

– 6% reprezintă sectorul administrativ (Resurse Umane, IT, Financiar)

– 1% reprezintă departamentul de Vânzări

– 34% reprezintă departamentul de Cercetare și Dezvoltare

Fig.54 Organigrama SC Hella România SRL

4.4 Nivelele și procedura de escaladare

În cazul apariției unor defecțiuni care afectează parțial sau total procesul de producție se demarează procesul de escaladare.

Se vor urma pașii descriși mai jos până la reluarea producției prin eliminarea cauzei.

Nivelul 1:

La semnalarea unei defecțiuni sau a unor probleme de orice natură care duc la oprirea liniei Operatorul anunță Tehnicianul de linie de pe linia căruia se află în subordine.

Tehnicianul de linie i-a decizii privind organizarea lucrului, organizarea operatoriilor pe posturile de lucru conform pregătirii profesionale a fiecărui operator și organizarea pauzelor de masă. Tehnicianul de linie este responsabil pentru linia/liniile pe care lucrează, să fie un numar constant de operatori zilnic pe linie conform normei zilnice, în caz că un operator este în concediu sau se învoiește trebuie să gasească o soluție astfel încât să se păstreze numarul de operatori necesari pentru efectuarea normei.

Nivelul 2:

Daca tehnicianul de linie nu poate repara sau rezolva problema pentru care a fost chemat are obligația ca după 30 minute să anunțe departamentul Engeneering pentru defecțiuni tehnice sau să anunțe Departamentul Quality pentru probleme legate de calitate dacă s-a depășit limitele impuse de fabrică, referitoare la rebuturi sau părți defecte.

Nivelul 3:

Dacă după o ora de la oprirea liniei nu este rezolvată problema inițială se anunță Supervizorul. Când se anunță Supervizorul, Tehnicianul de linie trebuie să cunoască toate datele pentru care linia a fost oprită, ora la care s-a oprit dar și ce s-a făcut pentru rezolvarea problemei și repunerea în funcțiune a procesului de lucru.

Nivelul 4:

Supervizorul are obligația ca după două ore de la oprirea producției din orice motiv să anunțe Managerul de producție, informândul cu toate detaliile necesare pentru a lua o decizie.

Nivelul 5:

Managerul departamentului engineering anunță pe COO din cadrul HER și,împreună cu managerul de producție, decid următorii pași necesari.

Supervizorul trebuie sa țină cont de producția obținută în zilele sau săptămâniile trecute, pentru a ști gravitatea problemei și urgentarea reluării producției.

Cifrele produse pe liniile de producție sunt introduse zilnic de Tehnicianul de linie în Raportul de producție.

Fig. 55 Evoluția producției zilnice

Fig. 56 Evoluția producției lunare

În ședințele zilnice pe care le au Supervizorii linilor de producție cu Managerul de producție dar și cu Managerii Departamentelor Engeneering și Quality i-au decizii ținând cont de timpii pierduți și caută soluții pentru rezolvarea problemelor ce pot apărea în decursul zilelor/ săptămâniilor viitoare.

Se pot verifica și graficele disponibile în rețeaua internă privind timpii pierduți cu fiecare problemă separat.

Fig.57 Distribuția timpului

Pentru a putea produce exporturile dorite trebuie să fim siguri că utilajele funcționează corespunzator și softul mașinilor este cel potrivit. Majoritatea produselor făcute de Hella România conțin și o placă electronică făcută pe linia de SMT.

Orice problemă apărută la stațiile anterioare de lucru v-a fi detectată de AOI. Pcb-urile defecte vor fi puse separat de cele ok.

4.5 AOI-ul OMRON

După cum am prezentat în capitolele anterioare, Omron-ul este capabil să inspecteze toate tipurile de componente folosite pe pcb-uri.

Fig58. Tipuri de componente folosite pe pcb-uri

OMRON-ul deosebește urmatoarele tipuri de piciorușe lipite în cositor:

Fig59 Tipuri de terminale ale componentelor

Culorile pe care le folosește programul de la Omron sunt :

Alb – corpul componetei

Albastru deschis – zona în care caută componenta

Galben – pad-ul

4.5.1 Principiul funcționarii Omron-ului

Principiul pe care funcționează Omron-ul este că pasta de cositor se comportă ca o oglindă și prin urmare poate măsura cantitatea de cositor în funcție de culorile ce le primește de la cameră:

Roșu : reprezintă suprafața plană,

Verde : reprezintă suprafața până în 20 grade;

Albastru: reprezintă suprafața de cositor în unghi de la 20 la 80 grade.

Camera optică poate detecta exact culoarea reflectată de cositor pentru că are lentile telecentrice care văd perpendicular pe suprafața pcb-ului.

Camera are 3 inele concentrice cu flashuri, cel din interior e roșu, cel din mijloc e verde, iar inelul din exterior e albastru.

In funcție de culoarea primită, algoritmul de calcul din softul mașinii poate calcula exact înălțimea cositorului pe terminalul componentei, grosimea lipiturii, zonele nelipite sau lipite insuficient.

Fig60 Interiorul mașinii de inspecție Omron

4.5.2 Crearea unui program nou:

Scriem numele programului ( nu se acceptă caractere ! # $ % & ' ( ) – = ^ ~ @`􃨇 { ;+ } 􃨉 ,._ );

Setăm lungimea, lățimea și înalțimea în MM a pcb-ului;

Setăm suprafața ce dorim să o inspecteze;

Încărcăm pcb-ul ok ( ok sample ) pe care vom optimiza programul;

Găsim fiducialii pcb-ului ( sunt referințele după care se ghideaza AOI-ul pentru a determina poziția celorlalte componente pe pcb );

Încărcăm datele CAD ( date ce conțin placementul componentelor );

Definim culorile corespunzătoare pcb-ului, pad-ului, a cositorului ( position correction );

Fig 61 Position correction

Definim setările pentru tipul pastă ( electrode ) ținând cont de componentă;

Fig62 Definirea setarilor pt pasta

Definim înălțimea pastei pe piciorușul componentei;

Activăm funcția de eliminare a reflexilor secundare și a umbririlor (poza înainte/ după);

Înregistrăm componentele;

Setăm tipul de inspecție ce dorim să îl efectuăm la componentă;

Fig63 Definirea tipului de inspectie

Repetăm procesul pentru toate componentele de pe pcb (avem posibilitatea de a copia setările de la o componentă la alta);

Salvăm programul facut;

Testăm placa ok în modul offline ( fără manipulare, direct în AOI );

Clasificăm erorile la stația de clasificare;

Erorile false trebuiesc eliminate cât mai mult cu putință, optimizăm programul cu placa test până obținem un FPY cât mai bun ( First pass yield = un procent care ne indică de câte ori a fost pass pcb-ul din prima testare fără a da erori );

Avem opțiunea de a schimba informațiile legate de lipitură sau de componentă, este important ca după modificări să testăm pcb-ul cu noile setări;

Salvăm programul făcut;

Validăm programul pentru producția de serie ( release ).

Dupa fiecare optimizarein timp a programului trebuie sa dam release la program , fara acest ultim pas, programul nu este valid pentru a fi folosit in productia de serie

4.5.3 Intretinerea programului la AOI

Cerința internă Hella pentru First pass yield ( FPY) este de 90%. Este important să ajungem la acest procent la majoritatea produselor pentru a putea da un răspuns corect și real referitor la problemele din procesul de SMT.

Daca FPY este mic, există riscul ca datorită multitudinilor de alarme false la fiecare pcb, să ii scape operatorului ce clasifică erorile și pcb-uri de defecte reale. Componentele de pe pcb sunt testate ulterior în ICT ( in circuit test ) și EOL ( end of line ) pentru a simula funcționarea unității.

Tabelul 6 FPY pe luna Mai 2013 pt SMT 1

Cap. 5. CONCLUZII

Pentru ca testele ICT și EOL testează în proporție de 90% componentele de pe placă, datorită lipsei punctelor de test dedesubtul fiecărei componente. AOI-ul este un echipament vital pentru linia de SMT.

Una din cerințele industriei automotive este sa avem minim 2 furnizori pentru fiecare componentă ce se foloseste pe placă, deasemenea pentru fiecare model de pcb nepopulat avem minim 2 furnizori diferiti. Pentru a menține un FPY corespunzător, trebuie zilnic să optimizăm programul de inspecție a componentelor la AOI.

Datorita flexibilității cerute de companie trebuie sa putem rula aceleasi produse pe mai multe linii de SMT , in caz de nefunctionare a unor echipamente sa putem muta productia pe alta linie de SMT astfel incat clientul final sa nu aiba de suferit .

Pentru a atinge cifrele de producție și pentru a realiza exportul sau eventualele urgențe, trebuie sa fim siguri ca echipamentul de inspecție a pcb-urilor este mereu pregătit si baza de componente este la zi.

AOI-ul este un echipament vital pentru îmbunatățirea calității produselor fabricate, optimizarea programelor se va face țintiind spre perfecție pentru a ajuta munca celorlalți colegi implicați in procesul de fabricație a produsului final.

BIBLIOGRAFIE

1. Aplicații Power point educaționale – Bogdan Patruț, Monica Patruț, Bacau, Editura EduSoft, 2005

2. Bazele informaticii – Remus Joldes, Alba Iulia, 2002

3. Construcția și tehnologia echipamentelor radioelectronice – Rodica Strugaru, Vasile Catuneanu, Editura Didactică și Pedagogică, 1979

4. Hella Romania SA – Basic Electronic Components- Prezentari

5. Hella Romania SA – HRO Presentation March 2013

6. http://www.agilent.com/go/manufacturing

7. http:// www.dek.com

8. http:// www.fuji.co.jp/e/SMT/index.html

9. http://www.omrom.com

10. http://www.agilent.com/go/manufacturing

11. http://www.electromagnetica.ro/

12. Introduction to Statistical Quality Control – Montgomery, D.C., 1996

13. IPC-A-610E , Acceptability of Electronic Assemblies , ASSOCIATION CONNECTING

ELECTRONICS INDUSTRIES , Aprilie 2010

14. IPC J-STD-001E, Requirements for soldered electrical and electronic assemblies, Aprilie 2010

15. Issues on Developing Real-Time Control Applications- V.Groza, Vladimir-Ioan Cretu, D.Zmaranda, 2001

16 Signal Integrity Issues and Printed Circuit Board Design – Douglas Brooks, Iunie 2003

17. Printed Circuits Handbook- Hill McGraw, August 2007

18. Rejection analysis based on first pass yield – Vijaykumar, N. and S.S. Mantha, 2007.

19. Understanding First Pass Yield- Sophronia Ward, Iunie 2006

20. What is Software Testing? And Why Is It So Hard- J. A. Whittaker, IEEE Software, Ianuarie 2000

BIBLIOGRAFIE

1. Aplicații Power point educaționale – Bogdan Patruț, Monica Patruț, Bacau, Editura EduSoft, 2005

2. Bazele informaticii – Remus Joldes, Alba Iulia, 2002

3. Construcția și tehnologia echipamentelor radioelectronice – Rodica Strugaru, Vasile Catuneanu, Editura Didactică și Pedagogică, 1979

4. Hella Romania SA – Basic Electronic Components- Prezentari

5. Hella Romania SA – HRO Presentation March 2013

6. http://www.agilent.com/go/manufacturing

7. http:// www.dek.com

8. http:// www.fuji.co.jp/e/SMT/index.html

9. http://www.omrom.com

10. http://www.agilent.com/go/manufacturing

11. http://www.electromagnetica.ro/

12. Introduction to Statistical Quality Control – Montgomery, D.C., 1996

13. IPC-A-610E , Acceptability of Electronic Assemblies , ASSOCIATION CONNECTING

ELECTRONICS INDUSTRIES , Aprilie 2010

14. IPC J-STD-001E, Requirements for soldered electrical and electronic assemblies, Aprilie 2010

15. Issues on Developing Real-Time Control Applications- V.Groza, Vladimir-Ioan Cretu, D.Zmaranda, 2001

16 Signal Integrity Issues and Printed Circuit Board Design – Douglas Brooks, Iunie 2003

17. Printed Circuits Handbook- Hill McGraw, August 2007

18. Rejection analysis based on first pass yield – Vijaykumar, N. and S.S. Mantha, 2007.

19. Understanding First Pass Yield- Sophronia Ward, Iunie 2006

20. What is Software Testing? And Why Is It So Hard- J. A. Whittaker, IEEE Software, Ianuarie 2000