Jak powstaje płytka drukowana
LeuzeTego rodzaju know-how znaleźć można w Unterstadion, społeczności liczącej około 800 mieszkańców w powiecie Alb-Donau – to właśnie tam znajduje się siedziba firmy Leuze Electronic Assembly. Ponad 200 pracowników pracuje na trzy zmiany w zakładzie o powierzchni ponad 3 000 metrów kwadratowych. Leuze Electronic Assembly, spółka zależna grupy Leuze Electronic, istnieje od 1977 roku. Jest to jeden z sześciu zakładów produkcyjnych Leuze na całym świecie, który specjalizuje się w produkcji komponentów elektronicznych Electronic Manufacturing Services (EMS).
Niezawodny partner
Leuze Electronic Assembly nieustannie oraz z sukcesami rozwija się, począwszy od momentu założenia firmy w 1977 roku. W 2022 roku sprzedaż wyniosła około 64,5 miliona euro, a produkcja rosła średnio o 17% rocznie w ciągu ostatnich dziesięciu lat. Historia sukcesu opiera się częściowo na unikalnej strukturze produkcji.
– Dwie trzecie naszych produktów trafia do grupy Leuze, a jedna trzecia przeznaczona jest dla klientów zewnętrznych. Połączenie wewnętrznej działalności produkcyjnej z produkcją na zlecenie jest dość wyjątkowe. Wiele firm konkurencyjnych próbuje tego samego, ale nie odnosi sukcesu – wyjaśnia kierownik produkcji Georg Denkinger.
Według Denkingera wymaga to od firmy alternatywnego sposobu myślenia oraz umiejętności adaptacyjnych, również w odniesieniu do wykorzystywanego oprogramowania. Oraz, co nie mniej ważne, zdolności do utrzymania się na rynku, ponieważ potrzeba czasu, aby niektóre inwestycje się zwróciły. Klienci Leuze Electronic Assembly uważają, że mają tu zapewnioną właściwą obsługę.
– Traktujemy klientów zewnętrznych i wewnętrznych jednakowo. Łatwo tak twierdzić podczas dobrej koniunktury. Jest to jednak coś, co należy udowodnić również w trudnych czasach i rzecz jasna oznaczać to może priorytetowe traktowanie zamówień zewnętrznych, jeśli klienci zgłaszają problemy. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy potrafi się przewidzieć takie sytuacje – wyjaśnia Georg Denkinger.
A Leuze Electronic Assembly w Unterstadion jest na nie przygotowany, co dobrze widać już przy pierwszym rzucie oka na ultranowoczesne zakłady produkcyjne z trzema liniami produkcyjnymi.
Miliony małych części
– Montaż płytki drukowanej jest równie skomplikowany, co wytworzenie nowoczesnego smartfona – mówi Georg Denkinger.
W 2022 r. Leuze Electronic Assembly w technologii montażu powierzchniowego przetworzyła ponad 320 milionów komponentów SMD (surface-mounted device). Są to niewielkie podzespoły elektroniczne lutowane na powierzchni płytki drukowanej. Oprócz tego wykorzystano około dziesięć milionów układów w technologii montażu przewlekanego THT (Through-Hole Technology). To komponenty z końcówkami, które są przewlekane przez otwory w płytce drukowanej, a następnie lutowane na jej tylnej stronie.
Precyzja jest niezbędna
Montaż płytek drukowanych rozpoczyna się od programowania. W tym celu Leuze wykorzystuje jedną maszynę programującą dla wszystkich typów urządzeń. Każdego roku przez ten etap przechodzi ponad 500 000 podzespołów. Następnie, na komponencie laserowo nanosi się kod matrycy danych, zawierający numery części i zamówienia oraz numer seryjny. Jeśli na kolejnych etapach okaże się, że dany komponent jest wadliwy, kod ten może być użyty do precyzyjnego śledzenia wszystkich elementów procesu – na przykład, kiedy część została wyprodukowana, przez które stacje przeszła i jak została przetestowana. Po wygrawerowaniu kodu elementy trafiają na linię SMD w celu naniesienia pasty lutowniczej: na tym etapie na płytkę nakłada się matrycę pełniącą funkcję szablonu. Wówczas wgłębienia w matrycy wypełnia się pastą lutowniczą.
– Pastę można porównać do tradycyjnego drutu lutowniczego; łączy ona powierzchniowo montowane elementy z płytką drukowaną – mówi Georg Denkinger.
Ważna jest wysokość warstwy pasty – jest ona bardzo precyzyjnie nakładana z dokładnością do jednego mikrometra. Dla porównania: Przeciętny ludzki włos ma grubość od około 50 do 80 mikrometrów. Aby określić prawidłowość nałożenia pasty maszyna dokonuje pomiarów płytki drukowanej w technologii skanowania 3D,.
Standardowe podzespoły elektroniczne umieszczane są na rolkach taśmy. Poszczególne rolki są kierowane do asemblera, w którym umieszcza się komponenty na płytce drukowanej.
Elastyczne wykorzystanie trzech linii produkcyjnych
Na kolejnym etapie procesu wstępnie sprawdzone rolki ze standardowymi komponentami trafiają do assemblera. Maszyna pobiera elementy i umieszcza je w we właściwych miejscach na paście lutowniczej. Aby poprawić wydajność i wyeliminować błędy w kompletacji zamówień zastosowano system "pick-by-light": sygnały świetlne dokładnie wskazują pracownikom miejsce umieszczenia kolejnych rolek, a czynności wymagają potwierdzenia. Kolejną zaletą systemu montażu płytek drukowanych w Leuze jest to, że wszystkie trzy linie mogą przetwarzać dowolny rodzaj komponentów, niezależnie od ich wielkości. Proces jest kontrolowany przez centralny komputer linii ASYS. Teraz elementy trafiają do pieca, gdzie do stopienia pasty niezbędna jest prawidłowa temperatura. Monitorowanie trendu temperatury odbywa się zgodnie ze standardem J-STD-020, a lutowanie przebiega w atmosferze gazu obojętnego.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Nastawienie na jakość
Następnym krokiem jest inspekcja optyczna płytki drukowanej – i tym razem w pełni zautomatyzowana. Zastosowano tu zaawansowaną technologię w postaci automatycznego systemu kontroli optycznej (AOI-3D) firmy KohYoung. Na płytce drukowanej laser wyświetla wzór szachownicy, co znacznie ułatwia pomiar powierzchni. Dodatkowo, do kontroli komponentów urządzenie wykorzystuje przetwarzanie obrazu.
– Przed tym systemem nic nie zdoła się ukryć. Nie ma znaczenia, czy brakuje podzespołu elektronicznego, czy też nie został on prawidłowo przylutowany, lub wreszcie czy wyrównanie oraz wysokość nie są prawidłowe – te i wiele innych możliwych błędów można bezbłędnie wykryć – a wówczas wadliwa płytka jest odrzucana i przetwarzana ponownie – podkreśla Georg Denkinger
Pełna kontrola płytki drukowanej zajmuje maksymalnie 17 sekund. Przy kilkuset niezwykle małych komponentach jest to spore osiągnięcie. Dla kierownika produkcji, AOI-3D jest ważnym czynnikiem zapewnienia jakości.
– Korzystamy z procesu AOI już od 2007 roku. W 2019 roku przeszliśmy na wersję 3D. To pozwala nam wyprzedzić wielu konkurentów – dodaj Georg Denkinger.
Klienci Leuze Electronic Assembly zyskują na tym dzięki maksymalnemu bezpieczeństwu pracy podzespołów elektronicznych wyprodukowanych w Unterstadion.
Jakość i sprawność działania mają najwyższy priorytet na każdym etapie procesu i są stale kontrolowane.
Obwody drukowane do pracy w trudnym środowisku
W kolejnej fazie maszyna nakłada membrany na wybrane czujniki z dokładnością do około 15 mikrometrów. W ten sposób tworzy się wyraźny próg przełączania z ciemnego na jasny. Rocznie w zakładzie nanosi się od 600 000 do 700 000 membran. Następnie przeprowadzany jest test za pomocą profesjonalnego testera igłowego metodą Flying Probe: Sonda uzbrojona w maksymalnie osiem igieł przesuwa się nad płytką drukowaną. Igły pozwalają na łatwy dostęp do komponentów elektronicznych i przeprowadzenie testu ich funkcjonowania. Ten sam proces odbywa się z drugiej strony. Oprócz tego dostępny jest tester z magazynkiem z ponad 1500 igłami – w przypadku, gdy podzespół jest produkowany seryjnie. Wreszcie, na życzenie klienta, Leuze Electronic Assembly dostarcza płytki drukowane z powłoką ochronną.
– Powłoka jest przydatna między innymi w środowisku, w którym może wystąpić kondensacja – wyjaśnia Georg Denkinger. – Produkujemy na przykład płytki drukowane do dużych ciężarówek górniczych i ratraków. Muszą one działać niezawodnie nawet w trudnych warunkach.
Teraz płytki drukowane są już prawie gotowe: Są one teraz automatycznie wycinane za pomocą frezarki lub lasera. Jeśli klient zleca wykonanie kompletnych modułów, pracownicy w Unterstadion montują płytki drukowane w obudowach oraz instalują dodatkowe komponenty. Proces dopełnia programowanie, parametryzacja i testy działania na poziomie modułu. Tego rodzaju moduły są tworzone, na przykład, dla urządzeń do analizy krwi.
Źródło: Leuze
