Analiza Metodelor de Reducere a Costurilor de Productie Prin Optimizare Si Introducerea de Noi Metode

Introducere

Această lucrare prezintă într-o formă generala principalele aspecte ale procesului de producție într-o companie axata pe manufacturarea ansamblurilor electronice. Se vor analiza posibile metode de reducere a costurilor de producție prin implementarea noilor tehnologii de automatizare a procesului cu precădere pe analiza procesului de lipire cu val, respectiv cel de lipire selectivă.

Motivul alegerii acestei teme izvorăște din dorința mea de aprofundare a cunoștințelor dobândite in timpul studiilor universitare cu aplicabilitate in cadrul întreprinderii cu specific pe manufacturarea ansamblurilor electronice in care lucrez, și analiză procesului de producție pentru reducerea costurilor.

În primul capitol se face o prezentare generală a ideilor, conceptelor, standardelor referitoare la procesul de producție, îmbunătățirea acestuia și reducerea costurilor.

Capitolul al doilea prezintă lipirea cu val de cositor utilizată pentru ansambluri de circuite imprimate cu componente electronice “through hole” (“prin gaură”) și la cele cu componente cu montare pe suprafață (SMT).

În capitolul trei este prezentată lipirea selectivă, efectul acesteia asupra procesului de lipire și asupra costurilor unei întreprinderi cu specific în fabricarea ansamblurilor electronice.

Acesta este capitolul cu importanța reprezentativă în lucrare deoarece aplicabilitatea acestui tip de lipire este vastă, cu rezultate concrete în eficientizarea procesului și reducerea costurilor.

În capitolul patru se face comparație între cele două moduri de lipire. Îmbunătățirea procesului de producție prin eliminarea și prevenirea defectelor care apar în urma utilizării celor două metode.

Ultimul capitol prezintă concluziile acestei lucrări.

Capitolul 1. Prezentare generală

Îmbunătățirea continua 1

Producția 1

Productivitatea 2

Lean Manufacturing 3

Ideologii 5

Capitolul 2. Tehnologia de lipire cu val 10

Procesul de lipire cu val 10

Fondare (Fluxing) 11

Preîncălzire (Preheating) 11

Lipirea 12

Mașini folosite în procesul de lipire cu val 14

Tipuri de wave soldering 15

Echipamente de lipit 17

Realizarea unei lipituri cu aliaj de lipire 22

Capitolul 3. Metoda de lipire selective soldering 25

3.1 De ce selective soldering? 25

3.2 Date tehnice 25

3.3 Despre ERSA VERSAFLOW 26

3.4 Avantaje /Dezavantaje 28

3.5 Yield-ul 29

Capitolul 4.Comparație între cele două moduri de lipire. Îmbunătățirea procesului de producție prin eliminarea și prevenirea defectelor care apar în urma utilizării celor două metode34

4.1 Defectele care apar la wave soldering 34

4.1.1 Defecte cauzate de abudenta de cositor 34

4.1.2 Cositor apărut pe masca plăcii 37

4.1.3 Stegulețe 38

4.2.1Goluri în lipituri 41

4.2.2 Cositor insuficient pe partea de top a găurii de lipire 43

4.2.3 Cositor insuficient pe partea de bottom a lipiturii 46

4.3.1 Crearea scurturilor (short-uri) 48

4.3.2 Solder skips (open-uri) 51

4.3.3 Biluțele de cositor și stropituri 53

Capitolul 5. Concluzii 56

Glosar 59

Bibliografie 60

Capitolul 1.

Prezentare generală

1.1 Îmbunătățirea continuă

Îmbunătățirea continua reprezintă un concept al noii ere tehnologice susținut și implementat de majoritatea companiilor. Acesta reprezintă o strategie pozitivă care duce la reducerea costurilor, la o standardizare a procesului și la satisfacerea cerințelor de calitate.

Lucrarea este axată pe analiza celor două moduri de lipire automată prin prisma analizei defectelor apărute în timpul procesului, a timpilor alocați reparațiilor, eficientizarea procesului și nu în ultimul rând implementarea standardelor de calitate.

Se poate observa pe parcursul lucrări importanța acordată implementării tehnicilor automate în procesul de producție, tendința de înlăturare a operatorului uman și dorința firmelor de a corespunde standardelor internaționale cu specific, reducând astfel posibilitățile de apariție a defectelor, costurilor din reparații și respectarea datelor de livrare.

De la apariția cuvântului “productivitate” acesta a devenit cel mai utilizat deseori în abuz în vocabularul managerilor și politicienilor. Mulți confunda producția cu productivitatea. În timp ce amândouă sunt importante pentru orice afacere, ele sunt într-adevăr destul de diferite în înțeles.

1.2 Producția

Producția reprezintă procesul de conversie al resurselor într-un produs său serviciu și este de obicei măsurată în ieșirile pe perioada de timp sau costul pe unitatea de produs la ieșire. Obiectivul procesului de producție este acela de îndeplini cerințele prognozate ale pieței care se efectuează la cel mai mic cost.

Resursele care constă în puterea umană, mașini, material și bani sunt convertite prin activități de agricultură, industrie, servicii în ieșiri “outputs” reprezentate de bunuri și servicii.

Rezultatele procesului de producție pot fi îmbunătățite prin creșterea intrărilor de resurse sau prin modificarea procesului. Aceasta a doua categorie ne interesează deoarece dacă putem modifica procesul pentru a putea permite omului să producă mai mult fără a lucra mai greu sau mai mult timp, putem fi capabili de a ne atinge scopul și de a reduce costurile ieșirilor. [6]

Pentru a fi înțeles mai bine, ciclul procesului de producție este reprezentat în figură 1 de mai jos:

[6]

1.3Productivitatea

În schimb productivitatea este măsura raportului dintre ieșirile unui proces și intrările de resurse necesare pentru acesta.

“Costul unui produs” reprezintă principalul termen atunci când vine vorba de “Îmbunatățirea procesului” și este egal cu suma tuturor resurselor folosite pentru producerea să.

Procesul de producție poate fi îmbunătățit prin modalități diferite și anume:

sporirea intrărilor pentru a mari producția

menținerea intrărilor dar cu sporirea ieșirilor

scăderea intrărilor dar cu o scădere mai mică a ieșirilor

scăderea intrărilor dar menținerea ieșirilor

scăderea ieșirilor dar sporirea ieșirilor.

Azi că și niciodată, nici o organizație, publică sau privată nu-și permite să ignore nevoia constantă de a îmbunătăți productivitatea și nici un angajat nu poate să se sustragă din activitatea de îmbunătățire a procesului.

Reducerea costurilor, eliminarea pierderilor din mediul întreprinderilor au devenit priorități ducând la automatizarea proceselor prin intermediul ERP (Enterprise Resource Planning), care înglobează toate operațiunile cheie ale unei companii printre care distribuție, financiar, resurse umane și producție într-un singur sistem software.

1.4 Lean Manufacturing

Lean Manufacturing este o metodă de îmbunătățire a producției, reprezentând un set de principii și instrumente, care a evoluat de-a lungul anilor sub diverse denumiri JUST-IN-TIME (exact la timp) sau PROCESS REDESIGN (reproiectarea procesului), fiind aplicabil oricărui domeniu de activitate. [7]

Pentru ERP-uri Lean Manufacturing reprezintă optimizarea fluxului de producție având în vedere eliminarea pierderilor și controlul asupra tuturor activităților din producție printre care și pierderile datorate defectării produselor prin gestionarea rebuturilor din producție oferind informații pentru decizii de eficientizare.

Henry Ford a fost unul dintre primii oameni care a dezvoltat ideile din spatele Lean Manufacturing. El a folosit ideea de "flux continuu", pe linia de asamblare pentru modelul său T auto, unde a ținut standarde de producție extrem de strânse, astfel încât fiecare etapă a procesului combinată cu altă etapă a ieșit perfect. Acest lucru a dus la puține rebuturi. Nepermițând modificarea cu ușurința a produsului în timpul producerii sale sau chiar al produsului final, deoarece o linie de asamblare modelul T a produs doar T. Acest fapt a fost considerat un proces de “push”, în cazul în care ford a stabilit nivelul producției în locul unui proces de tip “pull” coordonat de cererea consumatorilor. Acest lucru a dus la stocuri mari de automobile nevândute, în cele din urmă rezultatul fiind o mulțime de bani irosiți.

Alți producători au început să folosească ideile Ford, dar implementând flexibilitatea sistemului cum sunt Taiichi Ohno Toyota apoi dezvoltate în Production System Toyota (TPS), care a folosit Just În Time metode de fabricare pentru a crește eficiența. După cum Womack a raportat în cartea sa, Toyota a folosit acest proces cu succes și, ca rezultat, în cele din urmă a apărut ca una dintre companiile de fabricație cele mai profitabile din lume.

Necesitatea aplicării acestei metode este exemplificata în figură 2. [8]

Figura 2 Metoda Lean

Figura 3 Instrumente Lean

Figura 4 Instrumente Lean

În figura 3 și figura 4 sunt ilustrate instrumentele acestei metode. [8]

1.5 Ideologii

Inițiatorul teoriei” Zero Defecte” Philip Crosby, a introdus patru principii majore în managementul calității și anume:

calitatea prin definiție reprezintă conformitatea cu cerințele (atât cerințele clientului sunt îndeplinite cât și cele ale produsului)

sistemul de calitate este prevenirea

standardul de performanță este zero defecte (relativ la cerințe)

măsura calității este reprezentată de prețul neconformităților

Credința lui a fost că o organizație care stabilește o bună gestionare a principiilor calității va vedea cum economia returnează mai mult decât să plătească pentru costul sistemului de calitate"calitatea este gratuită". Este mai puțin costisitor de a face bine de prima dată decât să se plătească pentru rework și reparații.

Un alt principiu al acestuia cu mare aplicabilitate în eficientizarea și reducerea costurilor din procesul de producție este DRIFT (doing it right the first time) se bazează pe observația că este aproape întotdeauna mai puțin neplăcut, mai sigur și mai puțin costisitor prevenirea defectelor decât descoperirea și corectarea lor.

Fiecare defect reprezintă un cost, care este de multe ori ascuns. Aceste costuri includ timp de inspecție, revizie, materiale irosite și de muncă, venituri pierdute și costuri, respectiv nemulțumirea clienților. Când sunt corect identificate și contabilizate, amploarea acestor costuri se poate face aparenta, având niște avantaje ca urmare. În primul lucrul acesta oferă un cost justificat pentru măsurile de îmbunătățire ale calității.

Principiul Zero Defecte este ilustrat în imaginile din figura 5 (a și b)

Figura 5.A Principiile „zero defecte”

Prețul “non – conformităților” (PONC) reprezintă costul unei companii atunci când face lucruri greșite. Este în proporție de 40% în servicii și administrație și 25% în sectorul de manufacturare. Pentru a determina PONC trebuie știut unde trebuie concentrat efortul de prevenire. Oamenii sunt condiționați să creadă că greșeala este inevitabilă.. Acești ideologisti nu doar accepta eroarea ci o anticipa. Fie că sunt circuite proiectate, programarea unui calculator, planificarea unui proiect, articulații de lipire, asamblarea componentelor sau completarea unui registru, nu deranjează apariția câtorva erori ci planurile de gestionare ale acestora trebuie să apară. Ca om nu menții același standard atunci când vine vorba de viața personală, astfel apare standardul dublu- unul pentru tine ca individ și unul pentru companie.

Zero defecte are un loc în lumea reală ca standard suprem prin care toate procesele trebuiesc măsurate. Soluționarea nu ar trebui să fie niciodată o opțiune. [9]

Figura 5. B [10] Grafic al standardului „zero defecte”

Un alt idealist al acestor principii a fost Joseph M. Duran (1904-2008) născut în Brăila, dar a emigrat alături de familia sa în America (Minnesota). Jurana fost unul dintre primii care a scris despre costul calității proaste. Acest lucru a fost ilustrat în „trilogia Juran” care este o abordare a managementului eco-functional, compus din trei procese manageriale și anume:

planificarea calității

controlul calității

îmbunatățirea calității

Fără schimbare pierderile vor fi constante, în timpul schimbării costurile vor crește, însă după îmbunătățire marjele vor fi mai mari iar costurile suplimentare vor fi recuperate.

Dr. Joseph Juran, care a început, de asemenea, consultanță de calitate pentru japonezi la mijlocul anilor 1950, a atribuit renașterea în calitatea produselor japoneze nu în virtuozitatea consultanților americani, dar la nivelul de angajament manifestat de industriașii japonezi. Juran notează faptul că directorii executivi japonezi nu au delegat preocupările din controlul calității managerilor de mijloc ca și omologii lor americani, ci au participat la seminariile de calitate personal și au utilizat autoritatea de a institui la nivel de companie schimbare(Juran,1993).
Juran citează cele două puncte fundamentale predate de japonezi în 1950:

primele specificații ale produsului de proiectare și apoi inspectarea produselor pentru defecte, pentru a se asigura că, în câteva produse eronate exista posibilitatea să ajungă la clienți

Institutul de programe a companiei care va aduce o îmbunătățire continuă a calității. [10]

Edwards W. Deming a dezvoltat abordarea Total Quality Management (TQM) în anii 1980 pentru a depăși abordarea managementului calității la nivel de companie folosit cu succes în Japonia. Scopul TQM (figura 6) este de a produce cea mai bună calitate din perspectivă:

Calității produsului- atingerea sau depășirea standardelor de producție

Calității serviciilor- să răspundă nevoilor clienților înainte, în timpul și după ce produsul său serviciul este livrat

Calității clientului- respectarea și depășirea așteptării clienților

Figura 6. [12] Managementul calitatii totale

Abordarea orientată spre proces susține că rezultatele provin din procesele care fac parte din organizație. Rolul angajaților este de a pune în aplicare procesele existente și dezvoltarea altora noi, pentru a dezvolta metodele și strategiile care vor genera cele mai bune rezultate. [12]

Capitolul 2. Tehnologia de lipire cu val

Lipirea cu val de cositor este utilizată pentru ansambluri de circuite imprimate cu componente electronice “through hole” (“prin gaură”) și la cele cu componente cu montare pe suprafață. Numele acestui process este dat de aliajul de lipit, care este în stare lichidă, peste care trece placa cu circuite imprimate în scopul lipirii terminalelor componentelor electronice la traseele nemetalice ale plăcii, lipirea fiind realizată pe partea inferioară a plăcii (bottom side).

În cazul lipirii componentelor cu montare la suprafață, acestea sunt lipite de echipamente de plasare pe circuitul imprimat ănainte de a fi trecute prin valul de lipire. Lipirea componentele “through hole” a fost înlocuită, în mare parte, prin metode de lipit reflow în multe aplicații electronice de dimensiuni mari. Cu toate acestea, există încă metode de lipire cu val în cazul în care SMT- ul (Surface Mount Technology) nu este potrivit (de exemplu, în cazul dispozitivelor de mare putere și a conectorilor cu un număr mare de pini), sau în cazul în care tehnologia “through hole” predomină (anumite aparate mari). [1]

Procesul de lipire cu val

Există mai multe tipuri de masini de lipit cu val. Totuși, componentele și principiile de bază ale acestor mașini sunt identice. Echipamentul de bază utilizat în timpul procesului este un transportor (conveior), pe care se mișcă PCB-ul prin diferite zone, o „tigaie” de lipire folosită în procesul de lipire, o pompă care produce valul de aliaj propriu-zis, pulverizatorul pentru flux și suportul de preîncălzire. Aliajul folosit este de obicei un amestec de metale. Un aliaj tipic are în componență 50% staniu, 49,5% plumb, și 0,5% antimoniu. Flux în procesul de val de lipit are un primar și un obiectiv secundar. Obiectivul principal este de a curăța componentele care urmează a fi sudat, în principal orice straturi de oxid care ar fi putut forma.

În cele ce urmează, vor fi enumerate și prezentate pe scurt principalele etape ale procesului de lipire și câteva din caracteristicile fiecăruia.

2.2 Fondare (Fluxing)

Flux-ul are în procesul de lipire cu val un obiectiv primar și unul secundar. Obiectivul principal este de a curăța componentele care urmează a fi lipite, în eventualitatea oxidării unor straturi. Există două tipuri de flux, corozive și necorozive. Flux-ul necoroziv necesită o precurățare și este utilizat atunci când este nevoie o de aciditate scăzută. Flux-ul coroziv, în schimb, acționează rapid și necesită puțină precurățare, dar are o aciditate mai mare. Este necesar controlul atent al cantității de flux care se aplică. Prea puțin flux și va exista un risc ridicat de lipituri care nu sunt conforme cerințelor de lipire, nerealizate în totalitate, iar prea mult flux va cauza apariția unui flux rezidual pe placă. Deși acest lucru nu arată bine din punct de vedere estetic, apare în același timp și riscul de degradare pe termen lung, din cauza naturii acide a flux-ului. Există două tipuri principale de flux:

Spray flux (de tip spray) – un strat subțire de flux este aplicat pe bottom- ul plăcii care urmează a fi lipită. Unele sisteme pot folosi un jet de aer comprimat pentru a îndepărta flux-ul în exces.

Foam flux (de tip spumă) – PCB-ul este trecut peste un cap de tip “cascadă de foam flux”. Acesta este generat utilizând rezervor de flux în care este scufundat un cilindru de plastic cu găuri mici. Cilindrul din plastic este acoperit cu un coș de metal și aerul este forțat prin cilindrul. Acest lucru face ca spuma flux să ridice coșul metalic.

2.3 Preîncălzire (Preheating)

După aplicarea stratului de flux, placa intră în zona de preîncălzire. Zona de preîncălzire este formată încălzitoare de convecție care suflă aer cald pe PCB pentru a crește temperatura. Pentru PCB-uri mai groase (mai multe straturi) sau dens populate cu componente, poate fi folosit un preîncălzitor mai puternic. Acesta este, de obicei, un preîncălzitor cu infraroșu. Preîncălzirea este necesară pentru a activa fluxul și pentru a îndepărta orice solvenți purtători de flux. Este necesară și pentru a preveni șocul termic ce poate apărea când o placă este expusă instantaneu temperaturii ridicate al valului de lipire. Astfel este asigurat faptul că placa este uniform încălzită și nu apar zone de “umbrire” pe aceasta.

Plăcile trebuie să fie aduse în mod constant până la temperatura dorită. Dacă rata de creștere a temperaturii este prea mare, atunci placa sau componentele pot fi deteriorate de stresul termic. În plus, în cazul în care placa este adusă la temperatura dorită prea repede atunci unele zone nu pot ajunge la temperatura necesară, din cauza masei termice.Nu este indicată îndicată însă nici să se ajungă în cealaltă extremă, în care temperatura să fie prea joasă pentru a ajunge la temperatura necesară lipirii componentelor pe placă, fluxul neactivându-se. Rata de creștere a temperaturii, care este adesea folosită pentru procesul de reflow cu infra-roșu este între 2 și 3 C pe secundă, deși poate fi folosită ,în anumite ocazii, o rată de crestere cu 1 C pe secundă. [1]

2.4 Lipirea

Rezervorul de lipire are un model de “valuri” staționare (sau, în unele cazuri, valuri intermitente) pe suprafața sa. Când PCB-ul este mutat peste acest rezervor, valul de lipire intră în contact cu partea de jos a plăcii, și aderă la pad-urile de lipire și la componente prin tensiune superficială. Este necesar un control precis al înălțimii valurilor pentru a se asigura că lipirea se realizează în toate zonele și valul nu va ajunge pe partea de top a PCB-ului sau în alte zone nedorite. Acest proces este uneori realizat într-o atmosferă inertă cu azot (N2) pentru a crește calitatealipiturilor. Prezența N2 reduce astfel posibilitatea de oxidare a lipiturilor realizate, fenomen cunoscut sub numele de zgură de oxidare. Reducerea și eliminarea zgurei de oxidare este o preocupare tot mai mare, astfel, tehnologia de lipire cu plumb este înlocuită cu alternative fără plumb la costuri semnificativ mai mari. Apar noi soluții pentru evitarea acestui fenomen pe piață. [13]

Materialul folosit pentru realizarea lipiturilor dintre PCB și componentele electronice este un aliaj de metal fuzibil (solder). De multe ori este format din cositor și plumb, deși utilizarea aliajelor de lipit pe bază de plumb a fost interzisă în Uniunea Europeană în anii 1980. Pe baza RoHS (Restriction of Hazardous Substances) este necesar un material de lipire fără plumb. Cu toate acestea, aliajele tradiționale de lipit bazate pe staniu – plumb sunt încă utilizate pe scară largă în multe domenii, în funcție de cerințele clientului.

Punctul de topire al aliajului de lipire utilizat în electronică este sub 450C, de multe ori în jurul valorii de 200 – 250C pentru aplicațiile electronice, și adesea apar aliaje lipire cu un punct de topire scăzut pentru aplicații speciale la temperaturi joase. Acestea au de obicei temperaturi cu punct de topire de aproximativ 200 ° C.

Forma tradițională de lipire utilizată pentru fabricarea de electronice și producție a fost, în general, un amestec de 60/40% cositor și plumb. Acest lucru a oferit un punct de topire suficient de scăzut, fiind în concordanță cu un randament ridicat de lipituri bune.

Lipirea este o tehnică care este esențială în producția echipamentelor electronice. Conceptul de lipire a fost folosit din vremurile timpurii ale radio-ului și electronicii, astfel, conceptul de bază a rămas neschimbat, deși s-au făcut multe progrese, iar fiabilitatea și siguranța procesului de lipire s-au îmbunătățit considerabil în ultimii ani. Lipirea în producția de echipamente electronice poate lua multe forme. În producția în masă a echipamentelor electronice, tehnicile automate sunt utilizate pe scară largă, și tehnici cum ar fi lipirea cu val, sau lipirea de tip reflow cu infra-rosu sunt susceptibile de a fi utilizate. Cu toate acestea, conceptul de lipire manuală este încă utilizat pe scară largă, atât în ​​medii comerciale cât și acasă. Utilizarea unei stații de lipit și a componentelor electronice cu plumb încă apar în electronică în anumite stuații.

După procesul de lipire, este important ca PCB – ul să fie lăsat să se răcească la o rată rezonabilă. În cazul în care sunt răcite prea repede, atunci PCB-ul poate să se deformeze și procesul de lipire poate fi compromis. Pe de altă parte, în cazul în care PCB este lăsat să se răcească prea încet, acesta poate deveni fragil și unele componente pot fi deteriorate de căldură. PCB-ul ar trebui să fie răcit fie printr-o pulverizare cu apă fină sau cu aer rece pentru a reduce posibilitatea de deteriorare a plăcii.

Profilarea termică – este actul de măsurare a mai multor puncte de pe o placă de circuit pentru a determina traseul termic necesar prin procesul de lipire. În industria prelucrătoare electronică, SPC (Statistical Process Control) ajută să determine dacă procesul este în control, măsurat în parametrii de reîncadrare definiți de tehnologiile de lipit și cerințele componentelor electronice. Produselor precum Solderstar WaveShuttle și Optiminer le-au fost dezvoltate fixture speciale pentru procesul de lipire și pot măsura profilul de temperatură, împreună cu timpii de contact, paralelismul valului și a înălțimii acestuia. Aceste fixture, combinate cu software-ul de analiză, permite inginerului de producție să stabililească și apoi să controleze procesul de lipire cu val.

2.5 Mașini folosite în procesul de lipire cu val

Lipirea și curățarea se încadrează în descrierea procesului "Technology Attachment". Aceste procese implică formarea fizică a legăturii conductoare care conectează o componentă la un circuit. Aceasta este, probabil, faza cea mai critică de asamblare a unei plăci cu circuite imprimate , în care o îmbinare eșuată sau intermitentă între componentă și placă dictează o placă defectă. Aspectele fizice, energia mecanică și termică, și reacțiile chimice trebuiesc înțelese, iar echipamentul trebuie să fie proiectat să suporte procesul economic și cu un “downtime” minim.

Există trei tipuri diferite de mașini utilizate la producerea ansamblurilor de circuite imprimate: lipire reflow, val de lipit și curățare. În mod specific, aceste mașini sunt utilizate în atașarea componentelor la placa de circuit și la îndepărtarea ulterioară, după lipire, a produse chimice de proces și a reziduurilor. O mare varietate de masini sunt disponibile pentru a se potrivi la volumele mari de producție și cerințele de proces diferite. [1]

Procesul de lipire reflow implică componente cu montarea pe suprafață. De obicei, o pastă de lipire se aplică pe contactele de lipire (land-uri) care, atunci când, se va combina cu aliajul lipire de pe land-uri pentru a forma o îmbinare. "Cuptorul" reflow prin urmare, este un cuptor cu convecție cu parametrii de temperatură bine controlați, care va incalzi placa, ajungând la temperatura apropiată punctului specificat lipirii reflow, apoi se răcește placa.

Procesul de lipire cu val este mijlocul cel mai economic pentru lipirea în masă a componentelor cu plumb în găurile dintr-o placă cu circuite imprimate. Placa este transportată pe o stație de flux, apoi preîncălzită, și în cele din urmă a trecut peste un "val de lipire". Există o rezervor mare de lipire ce conține aliajul de lipire topit care este pompat printr-una sau mai multe duze, pentru a forma valul de lipire. Atunci când placa trece razant peste partea de sus a valului, se formează lipiturile între terminalele componentei și land-urile sau găurile plăcii. Cele mai multe sisteme de lipit cu val pentru PCB-uri au două valuri. Primul val este valul turbulent, folosit pentru frecarea suprafețelor umectabile, îndepărtarea oxidării și lipire tuturor zonelor ce trebuiesc lipite. Al doilea val este valul de finisare, un val neted pentru a elimina punți și țurțuri. Valurile sunt perpendicularepe placa care trece prin valul de lipire. PCB-urile vor trece la un unghi, pentru că ajută la eliminarea punților când plăcile ies din valul de finisare. Acest unghi nu trebuie să fie foarte drastic, gama este, de obicei 3-6 grade.

În funcție de tipul de flux utilizat în procesul de lipire, plăcile asamblate ar putea avea nevoie să fie curățate. În aplicații militare și în cele de înaltă fiabilitate, plăcile sunt aproape întotdeauna curățate, cum sunt plăcile care urmează să fie utilizate în medii corozive. Sistemele de curățare pot fi în lot sau in linie si pot folosi apă plată, apă cu aditivi sau solvenți semi-apoși. În conformitate cu protocolul de la Montreal, este important ca procesul de curățare să nu se folosească cholorofluorocarbons (CFC) în chimia de spălare.

Figura 7. [1] Masina de lipire cu val

2.6 Tipuri de wave soldering:

Procesul Mini-Wave – cositorul (aliajul de lipre) topit este pompat în sus printr-o formă de fântână a duzei la îmbinarea ce urmează a fi lipită. Overflow- ul este îndreptat înapoi în baia de lipire pe toate laturile duzei. Suprafața de contact rezultată corespunde dimensiunilor fiecărei îmbinări individuale. Timpul de contact al lipirii este selectat astfel încât cositorul umple complet găurile-“thru-hole” și o conexiune apare în partea de top a plăcii. Multiplele lipituri care sunt aranjate în rânduri, la fel ca

în cazul conectorilor, pot fi prelucrate într-un mod liniar, deoarece placa poate fi transportate peste fântana de val într-o direcție xy. Mediul din jurul punctului de emisie de lipire este menținut într-o atmosferă de N2, din motive de integritate a procesului.

Un dispozitiv de pulverizare aplică selectiv fluxul astfel încât numai îmbinările care

trebuie cositorite va avea un efect reactiv. Activarea fluxului de preîncălzire nu este selectivă, dar afectează întreaga suprafață a ansamblului. Acest lucru previne deformarea precum și disiparea căldurii în zone ale plăcii care nu au fost preîncălzit. Ansamblul este menținut în siguranță și poziționat peste stațiile de flux și lipire printr-un sistem de transport xy CNC controlat. Configurațiile de sistem sunt disponibile ca procese in-​​linie și off-line. Modificările produse sunt ușor de făcut, necesitând doar noul program. Flexibilitate mare, cum ar fi ajustarea automată a lățimii, programare nelimitată de coordonate și parametrii individuali ale îmbinărilor prezintă un avantaj al acestui concept.

2.Procesul Stencil-Dip

O pompa și duză de lipire sunt utilizate pentru a crea o zonă de lipit într-o baie de

lipire. Dimensiunea zonei de lipire corespunde peste toată zona de lipire a plăcii de circuit. Placa este coborâtă pe o matriță, care este apoi coborâtă pe zona de lipire. Deschiderile din matriță (șablon) corespund zonelor de îmbinare de pe placă. Fabricată dintr-un material rezistent la căldură, matrița acoperă complet celelalte zone ale plăcii. Cavități Relief sunt utilizate pentru SMD și / sau alte componente montate pe partea de bottom a plăcii. În principiu, nu există nici o limită la înălțimea acestor componente. După fiecare ciclu, matrița este ridicată și un ștergător este folosit pentru a degresa orice urmă de oxidare de pe suprafață plăcii. Fluxul se aplică prin pulverizare printr-o matrită de acoperire. Cavitățile de relief pentru SMD și / sau alte componente sunt necesare doar în anumite situații. La o schimbare de design de producție, matrițele sunt schimbate. Datorită schimbării în timp a matrițelor, acest sistem este foarte flexibil.

Deoarece aplicațiile de fluxare și lipire sunt efectuate simultan, acest proces este relativ rapid, oferind un randament ridicat. Configurațiile de sistem sunt disponibile pentru procesele in-line și off-line. Acest proces este utilizat frecvent pentru electronica auto, cum ar fi controlere ABS, sisteme de fixare scaun, display-uri pentru bord.

Procesul Prin Transfer

O bilă de lipire topită în volumul adecvat este direcționată către articulația lipire de jos și stabilește conexiunea. Scufundarea unui pin de transfer sub suprafața băii de lipire creează bila de lipire. La ridicare, pin-ul creează o bilă de lipire datorită formei concave a suprafeței de top. Pin-ul de transfer rămâne în contact cu bila de lipire șicu îmbinarea ce urmează a fi lipită. Aplicarea flux-ului poate fi, de asemenea, efectuată de către pin-ul de transfer sau se face prin pulverizarea printr-o matriță de acoperire. O atmosferă controlată previne formarea oxizilor pe suprafața superioară a băii de lipire, dar nu este necesară pentru această procedura. Poziția pin-ilor de transfer poate fi întotdeauna adaptată la geometria articulațiilor de lipire. Acest proces este relativ rapid și preferat pentru utilizarea în aplicații de volum mare.

2.7 Echipamente de lipit

Există unele cerințe evidente pentru echipamentele de lipit. Unele dintre echipamentele de

lipit sunt mai puțin evidente, dar la fel de importante. O listă a unora dintre echipamentele de lipit este prezentată mai jos:

a) Stația de lipit (Figura 8 )- aceasta este, evident, piesa cheie a echipamentului de lipit,

acesta fiind potrivită pentru locurile de munca. Pentru munca, comercială, stații de lipit cu temperatură controlată sunt esențiale pentru a asigura că realizarea lipiturilor este facută în mod fiabil. Versiunea mai ieftină ar fi ciocanele de lipit fără control de temperatură, acestea pot fi potrivite pentru ocazionale lucrări individuale de acasă. Cu toate acestea, ele nu sunt ideale, deoarece rezultatele lor de reglare a temperaturii pur și simplu duc la răcirea zonei de lipit, și atunci când sunt folosite pentru lipire, căldura va fi disipată, iar temperatura va scădea. In plus temperatura de lipire va crește și câva coborî, în funcție de o varietate de alți factori: locație, temperatura zilei, dacă fierul este într-un proiect, etc. Astfel temperatura lor va fi doar aproximativ corectă pentru regiunea pentru lipire. Stațiile de lipit au temperatura reglabilă, care poate fi menținută, astfel se vor asigura condiții propice pentru lipirea componentelor, eliminând dezavantajele ce apar la ciocanele de lipit.

b) Suport de lipit (Figura 9 )- având în vedere faptul că stațiile de lipit pot atinge

temperaturi de peste 200 C, este esențial din motive de sănătate și siguranță ca acestea să fie ținute într-un suport adecvat atunci când nu sunt utilizate. Acest lucru va oferi o protecție, pentru a nu fi atinse accidental – o cerință esențială în orice situație de laborator. Suporturile de lipit sunt disponibile pentru stațiile de lipit profesionale.

c) Aliaj de lipire (Figura 10) – de asemenea, este necesar un aliaj de lipire adecvat.

Acesta este în mod normal în forma unui tambur de lipire "wire". Astăzi lipirea fără plumb este de obicei necesară pentru aplicații de fabricație comerciale pentru a se conforma normele cu sănătate și siguranță, precum și directivele de mediu pentru multe țări. Aliajul de lipit care este folosit este cel produs pentru aplicațiile electronice. Acesta conține nuclee de flux, pentru a permite lipiturilor să fie curățate, astfel încât să fie realizate lipituri corecte

d) Unealtă pentru tăiat cabluri sau terminale ale componentelor (Figura 11)– este necesară în procesul de lipire manuală. De multe ori cablurile trebuiesc tăiate după ce componentele au fost lipite în loc. Pentru majoritatea aplicațiilor de astăzi, o astfel de unealtă este adecvată în cazul în care componentele sunt mici și fire nu sunt foarte groase.\În plus, o pereche specială de tăiat este folosită pentru tunderea capetelelor de fire, sau a terminalelor componentelor care sunt prea lungi, care au fost trecute printr-o placă de circuit imprimată și ulterior lipite.

e) Clește (Figura12 ) – o pereche de clești mici este, de asemenea, utilă pentru lipire, deoarece acestea pot fi necesare pentru tragerea firelor, formarea lor și punerea acestora în poziție. Deoarece majoritatea componentelor în ziua de azi sunt mici, o pereche de clești mici este deasemenea necesară.

f) Cadru de susținere (Figura 13 ) – prima etapă a oricărei acțiune de lipire este de a pune componentele în poziția corespunzîtoare. De multe ori este nevoie de un instrument de susținere dacă placa nu este suficient de mare pentru a sta pe o masă de lucru. Adesea, ansamblurile mici trebuie să fie ținute în poziție și un cadru adecvat permite lucrarea care va avea loc la unghiul corect pentru a permite ca, componentele să fie asamblate și lipite. Plăcile cu circuite imprimate, care folosesc componente cu plumb convenționale au în mod normal componentele pe partea de top a plăcii și lipiturile sunt făcute pe bottom. Prin urmare, este necesar să se încarce placa dintr-o parte și apoi va fi întoarsă pentru lipire. Pentru a preveni căderea componentele atunci când placa este întoarsă pe bottom, acestea pot fi îndoite ușor spre exterior. Cadrul este format din cadru de bază, cu o foaie de metal de placă acoperită în mod normal în cauciuc. Odată ce componentele sunt montate, cadrul poate fi plasat peste componente pentru a le ține în loc atunci când placa va fi întoarsă. Acest lucru face ca procesul de montare și lipire a componentelor să fie mult mai ușor.

h) Alte echipamente de lipire – În plus față de elementele de bază menționate mai sus,o zonă de lipire va avea o varietate de alte instrumente. Unul dintre elementele importante care este întotdeauna necesar în orice domeniu de producție ansambluri de electronice este posibilitatea de re-work. Întotdeauna vor exista plăci cu defecte și, ca rezultat, componentele trebuie să fie îndepărtate și înlocuite. Acest lucru trebuie să fie făcut cu ajutor calificat și echipamente potrivite, astfel încâtsa nu apară o deteriorare a plăcii. În timp ce instrumentele de lipit sunt utile, o stație de lipire completă este un element esențial. Stația de lipire cuprinde echipamente pentru lipire si dezlipire. Elementele de dezlipire ale stației de lipire cuprind în mod normal un element încălzit cu un orificiu central, care este conectat la o pompă de vid. În acest fel, stația de lipire poate fi utilizată pentru a aplica în mod eficient căldură plăcii și pentru a îndepărta lipitura de îmbinare a componentelor la placă. Acest lucru înseamnă că o stație de lipire va fi cea mai eficientă cale de a asigura că orice re-work se desfășoară cu un minim de risc pentru placă.

În continuare, vor fi prezentate figurile în care vor apărea echipamentele de lipit:

Figura 8. Statie de lipit

Figura 9. Suport hand piece

Figura 10. a Cositor fara plumb

Figura 10.b Cositor cu plumb

Figura 11. Cleste pentru taiat terminale

Figura 12. Patent

Figura 13. [1] menghina pentru fixarea placilor

2.8 Realizarea unei lipituri cu aliaj de lipire

Există o serie de cerințe ce trebuiesc luate în seamă atunci când se realizează o lipire cu aliaj de lipit. Principalele două cerințe ce trebuiesc îndeplinite ar fi:

Furnizarea unei conexiuni electrice stabile

Furnizarea unei rezistențe mecanice suficiente pentru a menține componentele electronice la locul lor.

Pentru a atinge aceste obiective, este necesar ca îmbinarea să se facă în mod corespunzător. Există patru puncte principale care ar fi de notat atunci când se face olipitură. Dacă acestea sunt corecte, atunci când se face îmbinarea prin lipire, aceasta ar trebui să rămână sigur atât timp cât produsul este în uz. Dacă lipirea nu se realizează în mod corect, atunci ceea ce se numește o “lipitură uscată” poate apărea ca rezultat, iar acestea dau conductivitate electrică slabă, oferind uneori performanță intermitentă la funcționare, și, de asemenea rezistența mecanică va fi mult mai slabă. Aceste 4 puncte principale ce apar în realizarea unei lipituri sunt:

Asigurarea că suprafețele ce urmează a fi lipite sunt curate și fără urme de grăsimi.

Asigurarea că temperatura aliajului de lipire este cea corectă.

Asigurarea faptului că, căldura care este aplicată lipiturii nu se va aplica mai mult decât este necesar.

Asigurarea folosirii unei cantități corecte de aliaj de lipire.

Fiecare dintre aceste etape sunt importante în producerea de lipituri de bună calitate. De fapt, este deosebit de important să se asigure că toate lipiturile sunt făcute după cel mai înalt standard, deoarece este nevoie de doar o singură lipitură pentru a provoca probleme într-un circuit. Având în vedere faptul că lipiturile uscate pot cauza aceste probleme, este necesar să reverifice lipiturile individuale după răcirea aliajului de lipit pentru a se asigura că acestea sunt corecte. O lipitură corectă pare să aibă o suprafață lucioasă la lipire. Pe de altă parte, o îmbinare uscată poate fi identificată de faptul că suprafața pare să aibă un finisaj "mat". De asemenea, nu are aceeași rezistență mecanică ca o îmbinare făcută în mod corespunzător, iar când este găsită o astfel de îmbinare uscată, aceasta trebuie eliminată ți refăcută.

În timpul lipirii, este necesar să se asigure că sunt luate măsurile potrivite pentru a se asigura că lipiturile vor fi unele de mare calitate. Stația de lipit trebuie setată la temperatura corectă. Punctul de topire al majorității aliajelor tradiționale de lipire care conțin plumb este în regiunea de 180 C și pentru ca suficientă căldură să poată fi transferateîmbinării, temperatura vârfului de fier ar trebui să fie de obicei setată în gama 330C – 350C. Cu toate acestea, noile aliaje de lipire fără plumb necesită de obicei o temperatură puțin mai mare.

Una dintre cerințele majore pentru a se asigura o îmbinare corectă este să se asigure că totul este curat. Vărful de lipit trebuie să fie curățat. Multe standuri de lipit au un suport pentru un burete umed. Acest burete ar trebui umezit și vârful de lipit șters de acest burete, iar orice reziduu va trebui îndepărtat. O cantitate mică de lipire poate fi apoi topită pe vârful stației de lipit, astfel încât acesta este adecvat pentru a realiza o lipire corectă. [1]

Suprafețele componentelor care urmează să fie lipite trebuie sa fie curate și fără grăsime. Pentru a se asigura că pe suprafețele ce urmează a fi lipite aderă cositorul (aliajul de lipire), este de multe ori înțelept să se aplice staniu pe aceste suprafețe. Circuitele imprimate de multe ori au deja în componență acest material, iar cositorul va curge pe ele cu ușurință. În afară de aceasta, este uneori necesar să se aplice staniu și în alte zone care vor urma să fie lipite. În mod obișnuit aceasta poate include firele componentelor cablate și orice alte suprafețe, cum ar fi benzi tag, sau zonele de pe un conectorcare urmează a fi cositorit. Odată suprafețele de lipit unite, vărful stației de lipit trebuie aplicat pentru a încălzi zona ce urmează a fi cositorită. Apoi, cositorul trebuie să fie adus la îmbinarea creată și topit pe zona care urmează să fie lipită. Un secret pentru o lipitură de calitate ar fi folosirea unei cantități corecte de cositor. Experienta spune cât de mult ar trebui să fie utilizat într-o anumită situație, dar ar trebui să fie suficient pentru a acoperi zona care urmează să fie sudat. Conturul lipirii trebuie să fie ușor concav.

Este important să nu țineți vârful stației de lipit pe îmbinare prea mult timp. Ar trebui să fie ținut pe îmbinare suficient de mult pentru ca, cositorul să curgă liber pe îmbinare și apoi eliminat dacă este în exces. În cazul în care zona de îmbinare este încălzită prea mult timp, atunci fluxul va arde și cositorul se va oxida și o îmbinare uscată se va forma. Deși anumite orientări pot fi stabilite pentru a rezuma cele mai bune metode de lipit, este o abilitate care se învață prin exercițiu. Din fericire lipirea nu este greu de stăpânit și cu echipament si instrumente adecvate este posibilă realizarea unor lipituri fiabile cu puține șanse de eroare. [1]

Capitolul 3. Metoda de lipire selective soldering

3.1 De ce selective soldering?

De multe ori există hardware-uri de interconectare, display-uri sau alte componente electronice care nu rezista temperaturii ridicate din timpul procesului de lipire cu val , iar lipirea manuală poate fi considerată un proces lent și inconsistent în care calitatea rezultatelor este în totalitate dependenta de calificarea operatorului și poate varia mult de la o zi la alta, chiar de la o oră la alta.

Lipirea selectivă este precisă, ușor programabila și consecvență,fiind un atu și un beneficiu în fabricile de fabricație a produselor electronice , îmbunătățind calitatea produsului prin reducerea defectelor , a timpilor din reparații , de proces și automat a costurilor, toate acestea însumate asigurând continuitate și progres. [14]

Creșterea diversității producției are influență asupra procesului de fabricație sub aspect organizatoric și tehnologic ținând seama că se cere o trecere mai frecvența de la realizarea unui tip de produs la altul. Aceasta conduce la necesitatea realizării unei mari flexibilități a producției sub aspect proiectiv și tehnologic

Vorbim despre îmbunatățire deoarece este necesar în procesul de manufacturare.

O strânsă legătura între calitate și costurile din reparații s-a dezvoltat de-a lungul timpului, acest lucru ducând la necesitatea soluțiilor tehnice , automate,informatizate, operatorul uman fiind încet înlocuit. [15]

Se poate spune că trendul este clar trecerea de le producția cu un singur val la procesul de reflow pe ambele părți ale plăcii. Astfel puținele component PTH [Pin Trough Hole] vor fi lipite manual, cu mașina de wave soldering sau mai nou prin procesul de selective soldering.

3.2 Date tehnice

O mașină standard de lipire cu val este formată din trei zone:

Zona de fluxare

Aici prin intermediul unui cap cu ultrasunete sau a unei serii de duze , un pulverizator aplica o ceață fină de flux pe bottom-ul PCB-ului [Printed Circuit Board]. Cantitățile de flux sunt controlate și aplicate cu precizie deoarece insuficientă acestuia provoacă o lipire slabă (uneori fisurată) , în timp ce prea mult flux cauzează problem cosmetice ceea ce duce la neconformități din punct de vedere calitativ.

Zona de preîncălzire

Aceasta folosește încălzitoare prin convecție sau infraroșu rădicând temperatura plăcii evitând astfel șocul termic la care vafi supusă în zona se lipire. Preincalizirea activează fluxul, elimina toți solvenții purtători de flux.

Zona de lipire

Este dotată cu un rezervor care conține o cantitate mare de aliaj topit și o pompă pentru a crea un val cu înălțime precis controlată prin program . În momentul trecerii plăcii deasupra reezervorului are loc contactul dintre bottomul acesteia și valul de aliaj lipindu-se astfel pad-urile și componentele creând o legătură mecanică și electrică fiabila printr-un process de transfer rapid. [16]

3.3 Despre ERSA VERSAFLOW

Pentru concretizare se va lua în considerare mașina de lipire selectivă ESRA VERSAFLOW cum se observă în Figură 14 , iar pentru evidențierea reducerii costurilor, îmbunătățirea eficienței și a calității utilizând aceasta se va lua ca exemplu un modul al unui ansamblu electronic utilizat ca Onboard Computer.

Figura 14. Masina de lipire selectiva [1]

VERSAFLOW 3/45 este o mașină ce cuprinde o nouă platformă modulară . Vasele suplimentare de lipire, fluxere și / sau a modulede preîncălzire pot fi adăugate la mașina după instalarea inițială. În funcție de cerințele specifice, configurația de peincalzire respectiv lungimea totală a mașinii poate varia pentru a se asigura o eficiență optimă și flexibilitate maximă în fluxul de lucru.Datorită multijet-ului și a părții de încălzire prin convecție se asigura o flexibilitate extinsă a procesului de producție reprezentat în Figura 15.

Figura 15 Derularea procesului de lipire [16]

3.4 Avantaje /Dezavantaje

Randamentul acestui proces este mult mai ridicat , lucru demonstrat prin rezultatul final care este superior din punct de vedere calitativ și al costului de producție. Pe lângă reproductibilitate, (cerința tot mai des întâlnită în rândul clienților) se poate menționa importanta măștilor special dedicate lipiriicare acoperacomponentele SMD (sourface mounted soldering )lipite prin procesul de reflow, respectiv zonenle populate cu componente PTH, care sunt lipite prin procesul de reflow.

Ca dezavantaj al acestei mașini putem aminti costul ridicat al măștilor de lipire , acestea fiind proiectate și obținute la un cost ridicat , însă toate aceste cheltuieli suplimentare se amortizează în timp relativ scurt având o producție continua , invariabila și o fiabilitate ridicată a produselor. [17]

Ca răspuns la aceste provocări tehnologia de lipire selectivă oferă soluții concludente păstrând costurile operationalle și un PDM (Product Data Management) la nivel minim posibil .

“ Cel mai bun, cel mai ieftin,cel mai curat și cel mai rapid” este ceea ce se dorește de la procesul de lipire selectva în opinia producătorilor acestor mașini. [16]

Datorită faptului că se dorește atingerea unui țel înalt prin realizarea acestor mașini trebuiesc enumerate câteva avantaje :reducerea costurilor și a materialelor consumabile( azot, flux,etc); lipire robotizată , brațul robotic deplasand-use pe trei axe “ X, Ysi Z”; cicluri rapide , nivel de transfer optim datorat procesării paralele în adevăratul sens al cuvântului folosind simultan flux, preîncălzirea și lipirea; lipituri consistente , fiabile, calitate superioară a acestora datorate aliajului LF (Lead Free Soldering) și reducerea PDM aproape la nivelul “ zero defecte”; lipire optimă a plăcilor multistrat și a componentelor din zona de masă, încălzind partea de sus prin convective în timpul lipirii selective pe bottom; placa nu se mișca în timpul procesului de lipire; un process perfect “ No Clean” și consum de flux redus

Figura 17. Comparatie a ratei de defecte DPM [16]

Tabelul din Figura 17 arata avantajele acestei masini din punct de vedere al defectelor din procesul de productie, comparativ cu operatorul uman, robotul, respectiv masina de wave soldering.

Costul acesteia este destul de mare, insa necesar pentru realizarea produsului final care va amortiza aceasta cheltuiala prin eficienta ridicata ,timpi redusi de productie si respectarea datelor de livrare.

3.5 YIELD-ul

Asemanator se va observa diferenta dintre yield-urile de test ale acestui produs inainte Figura 18 si dupa implementarea selective soldering Figura 19.

Figure 18: Yield-ul de test inainte de automatizare [1]

Yield-ul este stabilit de managementul companiei,este revizuit anual si stabileste target-ul care trebuie atins. In cazul in care target-ul nu este atins, se verifica cauza prin analiza datelor de la procesele implicate.Se observa un randament ridicat datorat lipsei defectelor si automat a reparatiilor.

Figure19. Yield-ul de test dupa automatizare [1]

Optimizarea productiei este strans legata de perfomante in proiectare si design-ul statistic deoarece proiectantii aleg o configuratie de circuit pentru a atinge o performanta dorita dupa care testeaza randamentul „ the YIELD” (este definit ca numărul de unități care provin dintr-un proces împărțit la numărul de unități care intra in acest proces într-o perioadă specificată de timp) circuitului.

Placa va trece prin urmatoarele faze, concretizate aici prin imagini luate direct de pe monitorul masinii:

Figure 20: Editarea programului [18]

In Figura 20. Este prezentata editarea programului nou offline. Ca beneficiu putem spune, deorece in acest timp un alt proiect este acum in masina de lipit.

Mentiunea speciala este facuta de faptul ca orice aplicatie ERSASOFT in cadrul unei generari de sistem este complet compatibila. Asta inseamna ca un client poate fi sigur ca orice functie inovatoare care va fi dezvoltata dupa livrarea unitatii sale poate fi adaugata la sistemul sau.

Figure 21. Trecerea prin masina [18]

In Figura 21 este ilustrat procesul prin masina,respectiv setarile de program pentru proiectul PBXXXX.

Figura 22. ilustreaza programul in sine cu coordonatele de lipire si flaxare.

Figure 22. Programul de lipire [18]

Avantajoasă este prezența a două unități de lipire ceea ce permite folosirea unui cap mai îngust pentru zonele apropiate componentelor SMD, respectiv unul mai mare folosit la lipirea componentelor cu terminale multiple și pe mai multe rânduri cum se poate observa în Figură 22..

Se poate seta din program lipirea mai multor paneluri în rama însă atunci se va folosi același cap pentru ambele unități de lipire.

Eficiența procesului este considerabil mai mare decât atunci când operatorul uman realiza acest proiect manual, atingând un timp total de 236 secunde cumulate astfel: 36 secunde flaxare+ 40 secunde preîncălzire+ 160 secunde lipire. La acesta se adăugă timpul de implantare a componentelor PTH care este dat de sistem ca fiind 6 sec/ comp și inevitabil controlul visual care urmărește calitatea lipiturilor și este făcut tot de operator.

toate acestea eficientă a crescut cu aproximativ 50% în urma implementării acestui proces, vizibil în bazele de eficienta zilnică a producției. [1]

S-a demonstrat astfel îmbunătățirea procesului de producție prin automatizare, eliminarea operatorului uman din cât mai multe faze de producție, reducerea timpilor și a costurilor realizând un produs în concordanță cu cerințele de calitate și fiabilitate a clientului.

Capitolul 4. Comparație între cele două moduri de lipire. Îmbunătățirea procesului de producție prin eliminarea și prevenirea defectelor care apar în urma utilizării celor două metode.

4.1 Defectele care apar la wave soldering

Defectele apărute în urma lipirii PCB-urilor folosind metoda lipirii cu val de cositor pot fi împărțite în două mari categorii:

Defectele cauzate de abudenta de cositor

Defectele cauzate de insuficiență de cositor apărută la lipiturile vizate de acest process.

4.1.1 Defecte cauzate de abudența de cositor

a)Aceste defecte apar atunci când un circuit imprimat care trece printr-un proces de lipire ține cositor în exces.

Principalele procese care ar trebui verificate în acest caz ar fi:

Viteza conveiorului – s-ar putea să fie prea mare.

Timpul de trecere a plăcii prin mașina de wave soldering este prea scurt.

O cantitate de flux insuficientă sau flux-ul nu se activează la trecerea plăcii prin mașina de wave soldering.

Temperatura cositorului este prea joasă.

Pentru a preveniacest tip de defecte, încercând astfel să eliminăm eventualele costuri care ar fi alocate reparațiilor, trebuiesc verificați că următorii parametrii să fie corespunzători:

Figura 23. Lipitura nu adera la pad

Figura 24. Surplus de cositor

Alte posibile cauze ar putea apărea în procesul de Asamblare, aici fiind lungimea terminalelor componentelor o posibilă cauză (terminalele componentelor suntprea lungi).

Alte posibile cauze ar putea apărea și la faza de Design Board, acestea fiind:

Sudabilitatea componentei sau a plăcii

Raportul incorect al lungimii plumbului pe pad-uri

Aspectul său orientarea plăcii

Design incorect al paletului plăcii

b) Inundarea plăcilor cu cositor – în timpul treceri prin mașina de wave soldering, are loc o inundare a plăcii cu cositor, deoarece acesta ajunge în zonele care nu sunt destinate lipirii.

Principalele procese care ar trebui verificate în acest caz ar fi:

Plăcile pot fi deformate, având nevoie de un sprijin central în mașina de wave soldering

Înălțimea valului de cositor este prea ridicată

Lanțul conveiorului este prea strâns sau destrans

Pentru a preveni acest tip de defecte, încercând astfel să eliminăm eventualele costuri care ar fi alocate reparațiilor, trebuies cverificati că următorii parametrii să fie corespunzători:

Alte posibile cauze ar putea apărea și la faza de Design Board, acestea fiind:

Design incorect al paletului plăcii

Dimensiunea plăcii

Distribuția greutății

Figura 25. Placa inundata cu cositor

4.1.2 Cositor apărut pe masca placii

Cositorul pe masca plăcii poate apărea pe suprafața plăcii, degetele conveiorului.

Principalele procese care artrebui verificate în acest caz ar fi:

Flux aplicat necorespunzător

Incompatibilitate între flux și cositor

Cură necorespunzătoare a măștii de lipire

Temperatura de încălzire esteprea mare

Temperature cositorului este prea mare

Figura 26.

4.1.3 Stegulețe

Acest defect este definit ca fiind o proeminență nedorită de lipire de la o ce apare la lipituri în urma utilizării procesului de wave soldering.

Principalele procese care ar trebui verificate in acest caz ar fi:

Viteza conveiorului este prea mică

Timpul de preîncălzire este prea mare cauzând astfel arderea flux-ului

Temperatura cositorului este insuficientă pentru a executa o lipire corectă

Flux insuficient

Pentru a preveni acest tip de defect, ar trebui verificați următorii parametrii:

Parametrii ce trebuiesc verificați în procesul de fabricare a plăcii:

Figura 27. Stegulete de cositor

Figura 28. Cositor neaderat si scurt

Figura 29. Stegulete de cositor

4.2 Defectele cauzate de insuficienta de cositor aparută la lipiturile vizate de acest proces

4.2.1 Goluri în lipituri

Apar în cazurile în care lipitura are o gaură mică vizibilă care pătrunde din suprafața unei îmbinări între modelele conductoare pe straturile interioare, cele exterioare sau ambele dintr-o placă. Acest lucru se datorează în mod obișnuit umiditatății care apare în timpul procesului de lipire pe acea lipitură. [3]

Principalele procese care ar trebui verificate in acest caz ar fi:

Temperatura părții de top a plăcii sau a întregului ansamblu este joasă, reținând umiditate, care este apoi eliberată la trecerea plăcii prin mașina de wave

Fluid reținut de componentele PTH

Contaminanți chimici care nu sunt îndepărtați în timpul procesului de fabricare a pcb-ului.

Contaminare ce apare în gaura de lipire

Partea superioară a găurii de lipire este acoperită de componenta plasată în acea gaură

Pentru a preveni acest tip de defect, ar trebui verificați următorii parametrii:

Parametrii ce trebuiesc verificați în procesul de fabricare a plăcii:

Figura 30. Gaura in lipitura

Figura 31. Gaura in lipitura

4.2.2 Cositor insuficient pe partea de top a găurii de lipire

Acest defect apare în cazul în care lipitura nu este corectă pe partea de top a găurii de lipire. Aici sunt acceptate IPC lipiturile care au un maxim de 25% adâncire.

Principalele procese care ar trebui verificate in acest caz ar fi:

Parametrii ce trebuiesc verificați în procesul de Asamblare:

Parametrii ce trebuiesc verificați în procesul de fabricare a plăcii:

Figura 32 Cositor insuficient

Figura 33. Insuficienta de cositor

Figura 34. Cositor insuficient si placa contaminata

4.2.3 Cositor insuficient pe partea de bottom a lipiturii

Acest defect apare atunci când pe partea de bottom a lipiturii nu se realizează o acoperire corespunzătoare cu cositor. Lipiturile acceptabile din punct de vedere IPC trebuie să aibe o acoperire cu cositor de 330 de grade în circumferință pentru plăcile ce aparțin clasei a III – a IPC și o acoperire de 270 de grade în circumferință pentru plăcile ce aparțin claselor I și II. [3]

Principalele procese care ar trebui verificate in acest caz ar fi:

Viteza conveiorului este prea mică

Timpul de preîncălzire este prea mare cauzând astfel arderea flux-ului

Temperatura părții de bottom a plăcii este prea ridicată, cauzând astfel arderea flux-ului înainte de lipire

Flux insuficient

Înălțimea valului de cositor este prea mare [1]

Parametrii ce trebuiesc verificați în procesul de Asamblare:

Parametrii ce trebuiesc verificați în procesul de fabricare a plăcii:

Figura 35. Lipitura necorespunzatoare

Figura 36. Gaura in lipitura

4.3 Defectele ce apar la metoda de lipire selective soldering

4.3.1 Crearea scurturilor (short-uri)

Acest tip de defect este întâlnit la ambele metode de lipire, însă este prezentat în această secțiune al capitolului deoarece defectele prezentate la wave au fost, în mare parte, eliminate prin introducerea conceptului de selective soldering, îmbunătățind astfel procesul de producție, prin scăderea ratei defectelor apărute la această metodă de lipire. Folosind această metodă, se reduc costurile de reparare a acestor defecte, fiind metoda de ales în cazul în care se dorește un proces de producție cu costuri minime de reparare. Tipul de defect care va fi prezentat în continuare este definit ca fiind o formație de traseu conductiv care apare între conductorii de pe placă, acolo unde nu se dorește existența unui traseu conductiv.

Principalele procese care ar trebui verificate in acest caz ar fi:

Viteza conveiorului este prea mică sau alte setări incorecte ale mașinii de selective soldering

Timpul de preîncălzire este prea lung cauzând arderea flux-ului

Temperatura părții de top a placii este prea joasă

Insuficient flux aplicat sau flux-ul nu este activat

Principalele procese care ar trebui verificate in acest caz ar fi:

Parametrii ce trebuiesc verificați în procesul de Asamblare:

Parametrii ce trebuiesc verificați în procesul de fabricare a plăcii:

Figura 36. [1] Turturi de aliaj

Figura 37. Scurt

Figura 38 Scurt

4.3.2 Solder skips (open-uri)

Acest tip de defect apare atunci când componenta nu este lipită după trecerea plăcii prin mașina de selective soldering.

Principalele procese care ar trebui verificate in acest caz ar fi:

Parametrii ce trebuiesc verificați în procesul de Asamblare:

Parametrii ce trebuiesc verificați în procesul de fabricare a plăcii:

Alte posibile cauze ar putea aparea si la faza de Design Board, acestea fiind:

Figura 39. Lipsa cositor pe pad

Figura 40. Open

Figura 41. [3] Nelipit

4.3.3 Biluțele de cositor și stropituri

Acest tip de defect apare ca o sferă de cositor ce aderă la suprafața plăcii sau la un conductor. Există trei tipure de astfel de defecte:

a) Aleator – biluțele de cositor apar sub formă de stropi.

– sunt cele mai ușor de identificat, deoarece sunt legate de proces.

– dacă se aude o “sfîrîială” în timpul trecerii plăcii peste valul de cositor, atunci

temperatura de preîncălzire este prea joasă sau vehiculul nu este în totalitate

evaporat

– valul de cositor nu este uniform, necesită curățarea duzei de cositorire și

verificarea paralelismului

– fluxul este contaminat

b) Ne-aleator – de obicei apar pe partea bottom a plăcii

– flux-ul aplicat este insuficient

– viteza conveiorului este prea mare

c) Splash back – înălțimea valului de cositor este prea mare

– turbulențe apărute în mașina de selective soldering

– o tensiune sporită a suprafeței plăcii datorată nitrogenului [24]

Principalele procese care ar trebui verificate in acest caz ar fi:

Viteza conveiorului este prea mică

Viteza conveiorului este prea mare

Temperatura părții de top a plăcii este prea joasă

Utilizarea nitrogenului poate să sporească apariția biluțelor de cositor

Fluxurile pe baza de apă ar trebui să utilizeze o convecție aer forțată de preîncălzire

Figura 42. [24] Contaminare cu bilute de cositor

Figura 43 [23] Contaminare( bilute)

Figura 44 [23] Contaminare

Capitolul 5. Concluzii

Îmbunătățirea continuă este parte a managementului calității și de control al producției referitor la simplificarea fluxului de lucru și fiabilitatea acestuia, astfel încât instrumente complexe bazate pe calculator nu sunt necesare pentru a-l gestiona în mod eficient. Ideea principală este de a face fluxul de lucru usor si rapid la costuri reduse

Tehnologia aduce companiile mai aproape de clienti. Această dezvoltare rapidă a determinat schimbări profunde calitative în structura producției industriale de către reînnoirea și diversificarea materiilor prime și materialelor utilizate în principal de creșterea complexității și performanță tehnologică considerabilă de echipamente și facilități cu care întreprinderile sunt echipate . Produsele electronice realizate in intreprinderile cu specific vor fi din punct de vedere calitativ corespunzatoare cerintelor clintului (ceea ce se realizeaza prin reducerea defectelor, a costurilor din reparatii, eficintizarea/optimizarea procesului, imbunatatire continua) vor fi im partite conform standardelor IPC in trei clase si anume:

Clasa 1 Clasa produselor de uz general, care necesita functionarea si nimic mai mult

Clasa 2 Clasa produselor electronice dedicate, pentru aplicatii unde functionarea continua si o viata de lucru extinsa este , de dorit nelimitata, dar aceasta nu este un punct chiar critic. Mediul de lucru nu poate cauza probleme.

Clasa 3 Clasa produselor electronice de performanta ridicata, pentru aplicatii unde functionarea continua si performantele ridicate sunt de ordin critic. Echipamentele trebuie sa reziste in mai multe medii, oricat de dure, iar echipamennntul sa functioneze oricand e necesar, deci si pentru aplicatii de mentinere a vietii. [2]

Întreprinderile industriale trebuie să facă față concurenței la nivel național și internațional din ce în ce mai mare, generând o presiune continuă asupra acestora.

O abordare eficienta de asigurare a calitatii se obtine atunci cand in intreprindere exisata angajamentul separat referitor la implicarea in procesul de imbunatatire continua a serviciului prin intermediul personalului din organizatie, aceasta ducand-ui in directia indeplinirii obiectivelor stabilite.

Una din cele mai utilizate standarde aplicate in majoritatea intreprinderilor din diferite domenii pentru a furniza organizatiei si clientilor sai increderea ca este capabila sa furnizeze produse care indeplinesc in mod consecvent cerintele este Standardul SR EN ISO 9001:2008 (ISO 9001:2008). [1 ]

Prin abordarea acestui sistem de management al calitatii se doreste analiza cerintelor, definirea proceselor care duc la crearea nui produs acceptabil, tinand sub control toate aceste procese.

Scopul abordării bazate pe acest proces este de a îmbunătăți eficacitatea și eficiența organizației în îndeplinirea obiectivelor pe care le-a stabilit

Optimizarea procesului de productie se face prin minimizarea diferentei dintre randamentele estimate si cele efective pentru yield-uri ale modelelor de placi sau ansambluri diferite . [19]

Cum este demonstrat si pe parcursul lucrarii,se poate afirma in termeni generali faptul ca pentru o reducere a costurilor totale sunt necesare investitii in automatizarea , standardizarea si urmarirea procesului, acestea fiind amortizate in timp , in functie de comenzi.

Există mai multe sisteme de lipit selective disponibil în piață, de la Sisteme de mare volum complet automatizate la sistemele entry-level pentru volume mai mici in aplicații. În plus, mai multe caracteristici și opțiuni sunt disponibile pentru aceste sisteme care trebuie avute în vedere in cererile de o anumită aplicație. Indiferent de lipitura selectiva sistemuuil utilizat, este esențial ca variabilele procesului de lipit sa includa cantitatea flux care se depune, temperatura de preîncălzire pe partea superioara(Top) a placii, temperatura de lipire si timpul de contact, precum și interacțiunile dintre aceste variabile de proces, fie optimizate în totalitate în scopul de a dezvolta un proces solid pentru dificultatile termice la placi cu masa mare. [20]

In cazul sistemelor de lipire selectivă disponibile astăzi pe piață, devine evident că multe caracteristici ale sistemului sunt disponibile ca optiuni suplimentare, care ar trebui luate în considerare atunci când se compară investițiile de capital . În timpul procesului de evaluare syde by-syde ar trebui de asemenea, făcută referirea la fluxer, metodologia de control a preîncălzirii și ltemperatura de lipire pe baie pentru a determina care platforma va satisface cel mai bine cerințele produsului prevăzută pentru actualele și viitoarele cerinte de producție.

Sistemul ales este capabil de a realiza vertical prin gaura de umplere mai mare de 75% și că platforma aleasa de lipirea selectiva este metoda de lipire eficienta , fiind alegerea perfecta in intreprinderile cu specific de fabricatie a produselor electronice de capacitate medie si mare.

Productiile flexibile sunt raspunsul la schimbarea permanenta conform cererii pietei si cresterii diversificarii produselor. Sarcina acestora este de adaptare a capacităților la nevoile reale, in comparație cu liniile de producție dedicate.
Această ajustare a capacității minimizează volumul de muncă în proces și reduce fluxul de materiale limitând mișcarea pieselor și componentelor . Astfel mai puțin capital este blocat, și timpii de trecere sunt scurtati.. [20]

Pe parcursul crearii si editarii lucrarii am urmarit procesul de productie , permanent analizand si comparand rezultatul testelor efectuate in diferite stadii ale productiei.. Utilizarea acestor rezultate ca si un feed-back asupra procesului au ajutat la imbunatatirea acestuia. In acest fel am reusit sa imbunatatesc yield-ul, reducand in mod semnificativ (pana la 10%) numarul produselor neconforme.

Aplicarea cu strictete a standardelor de calitate internationale (IPC, ISO) au avut si ele un aport important in imbunatatirea calitatii produselor.

Prin achizitionarea noii linii de “selective soldering”s-a reusit reducerea timpului de productie, precum si reducerea costurilor. Utilizarea acestei tehnologii, prin repetivitatea sa de mare acuratete , aduce si aceasta o imbunatatire a calitatii produselor.

Glosar

1.SMT- componente montate la suprafata

2.PTH- componente montate prin gauri

3.Soldering- lipire

4. ERP- solutie pentru companii care cuprinde intr-un singur sistem toate operatiunile cheie

5.Process Redesign- solutie pentru companii prin reproiectarea procesului

6. Lean Manufacturing- metoda de optimizare a procesului de productie initiata de Henry Ford

7.DRIFT- ideologie a calitatii care cere sa se faca un produs bine de la inceput

8.Zero Defecte- idologie a calitatii aplicata in procesul de productie

9. TOP- partea superioara a placii/ fata destinatie a aliajului

10. BOTTOM- partea inferioara a placii /fata sursa a aliajului

11. Land- contact de lipire

12. Reflow- lipire prin retopire

13. Procesul Stencil-Dip , -depunere chimica de material

14. Solder Skips- lipsa de aliaj, nelipit

15. Splash back- stropituri de cositor

16. IPC- Institutul pentru interconectarea și ambalare circuitelor electronice

17.Yield test – este definit ca numărul total de produse care au trecut testul final împărțit la numărul total de produse testate

18.PONC- pretul non- conformitatilor

19. TQM- managementul total al calitatii

Bibliografie

Materialul primit de la Connectronics

Draghiciu Nicolae, Dan Scurtu. Tendinte in Tehnologia Electronica. Editura de Vest Oradea 2009

Standard IPC 610 E

Wave Soldering Defect Guide PDF

Draghiciu Nicolae, Kun Simona. Reducing the cost of the production process. Selective soldering-cntinuous improvement .University of Oradea Publisher 2015

http://mail.ubv.ro/~janeta.sârbu/MP3.pdf

http://www.softzone.ro/download/Prezentare-Productie-ISOtop-Enterprise.pdf

(leanmanufacturingtools.org/)

http://www.qualitydigest.com/april05/articles/05_article.shtml

((1996). Quality îs still free: Making Quality Certain în Uncertain Times. McGraw)

(http://eme6607-quality-management.wikispaces.com/Research)

http://eme6607-quality-management.wikispaces.com/Total+Quality+Management+%28TQM%29

Nicolae Draghiciu . Tehnologie Electronica. Editura Universitatii din Oradea 2012

http://kr.ersa.com/media/pdf/prospekte_kataloge/loetmaschinen/selektiv_prospekt_e_251007_web.pdf. (n.d.).

L. CRĂCIUN, Managementul producției, Ed. PrintExpert, Craiova 2008

http://kr.ersa.com/media/pdf/prospekte_kataloge/loetmaschinen/selektiv_prospekt_e_251007_web.pdf. (n.d.).

http://www.ersa.com/art-versaflow-3-45-344-1457.html

Versaflow 3, Selective soldering system, Translation of the original Operating instructions: 163458

K Lenaburg, S.Valocchi, J Campbell, “Yield Enhancement Using Final Outgoing Automated Inspection 2003 GaAs MANTECH Technical Digest, pp. 213-217 April 2003

http://www.kurtzersa.com/fileadmin/medien/Electronics-Production-Equipment/aktuelles/veroeffentlichungen/fachartikel/ersa_epp_europe2013_selective.pdf

http://www.aimsolder.com/sites/default/files/documents/wave_ts.pdf

http://alpha.alent.com/~/media/Files/CooksonElectronics/Troubleshooting%20Guides/wave_trouble_10_06.pdf

http://www.kester.com/kester-content/uploads/2013/03/Lead-free_Wave-Insight_on_Optimization.pdf

http://ecee.colorado.edu/~mcclurel/Metcal_Hand_Soldering_Basics.pdf

http://kr.ersa.com/media/pdf/prospekte_kataloge/loetmaschinen/selektiv_prospekt_e_251007_web.pdf