Алексей Гнутов
В статье представлены установки селективной пайки компании RPS Automation, рассмотрены их особенности и уникальные преимущества. Эти системы ориентированы на решение задач как мелкосерийного многономенклатурного производства, так и среднесерийного и серийного. Установки селективной пайки RPS Automation отличаются высокой точностью, надежностью, гибкостью, удобством и быстротой освоения и удобным программным обеспечением. По нескольким ключевым показателям установки RPS Automation являются лучшими, из представленных сейчас на рынке.
Установки селективной пайки
Сегодня установки селективной пайки и соответствующие процессы не просто являются альтернативой ручному монтажу или пайке волной, а представляют собой отдельный высокоэффективный класс систем, который с бурным развитием технологии поверхностного монтажа занял свое собственное место в технологических парках предприятий и установил новый уровень эффективности среди автоматизированных процессов пайки.
Современная установка селективной пайки— это комплекс узлов и систем, включающий модуль пайки с системой циркуляции припоя и паяющей насадкой или несколько модулей, систему перемещения, флюсователи, систему подачи азота, средства распознавания реперных знаков и целый ряд других элементов, особое место среди которых занимают система управления и программное обеспечение. К оборудованию селективной пайки предъявляется традиционный комплекс требований в части производительности, надежности, эргономичности, экономичности, удобства обслуживания, быстроты освоения и программирования и массогабаритных характеристик. Специфичными для установок селективной пайки являются следующие требования:
- возможность работы с теплоемкими и миниатюрными узлами,
- возможность пайки в условиях плотного размещения компонентов и пайки компонентов с плотным расположением выводов,
- стабильность геометрии волны и температуры в области пайки,
- гибкость работы и возможности системы флюсования,
- воспроизводимость процессов.
Наличие удобных средств наблюдения и управления процессом пайки в установках селективной пайки имеет особое значение.
Установки RPS Automation
Компания RPS Automation (США) более 20 лет разрабатывает и производит установки селективной пайки и является признанным мировым лидером в этой области. Достижение высочайших показателей в отрасли стало возможным благодаря выбору лучших решений при разработке и конструировании систем и комплексной их интеграции в единое целое (табл. 1).
В настоящее время компания RPS предлагает три модели установок селективной пайки: Rhythm Slide (рис.1), Rhythm иRhythm SPX (они расположены в порядке возрастания размеров рабочей области). Модель Rhythm Slide ориентирована на задачи мелкосерийного многономенклатурного производства и эксплуатацию в качестве отдельно стоящей машины. А установки Rhythm иRhythm SPX имеют возможность интеграции в конвейерные линии с интерфейсом SMEMA.
Модели RPS отличаются небольшими габаритными размерами (табл.2). Этого удалось достичь за счет выбора в качестве подвижного элемента модуля пайки, а не печатного узла. В установке Rhythm Slide модуль пайки перемещается в горизонтальной плоскости по осям X и Y, а печатный узел — в вертикальной, по оси Z. В установках с возможностью включения в конвейерную линию модуль пайки перемещается повсем трем осям, а печатная плата вовремя пайки и флюсования остается неподвижной.
Система перемещения во всех установках RPS выполняется на сервоприводах с шариковинтовой парой (ШВП). Такое решение позволяет достигать существенно большей точности и повторяемости позиционирования паяющей головки и флюсователей по сравнению с используемыми в ряде систем шаговыми двигателями. Точность позиционирования по всем осям— не хуже ±50мкм. Конструкция установки предусматривает защиту элементов приводов от воздействия компонентов рабочей среды.
Модуль пайки и система подачи припоя
Модуль пайки является основным компонентом установок RPS (рис. 2). Вместе с системой подачи и циркуляции припоя с паяющей головкой на модуле пайки располагаются флюсователи, система технического зрения, система подготовки азота и камера наблюдения за процессом пайки RPS LiveView. Все компоненты модулей пайки установок RPS совместимы со свинцовой и бессвинцовой технологией. Подача припоя к месту пайки осуществляет через подъемный конус и насадку. Припой нагнетается погруженной в ванну крыльчаткой, которая приводится в движение шаговым двигателем, соединенным с валом крыльчатки ременной передачей. Ремень — армированный, из теплостойкого материала.
Все элементы, контактирующие с припоем, выполняются из высококачественных материалов, стойких к длительному контакту с ним.
Конструкция элементов привода, крышки ванны и коллектора оптимизированы с учетом минимального контакта расплавленного припоя с воздухом для минимизации образования шлака. Все чувствительные к высокой температуре элементы модуля пайки охлаждаются сжатым воздухом. Управление температурой осуществляется с помощью ПИД-регулятора.
Насадки с волной типа «Гаусс»
Лучшие характеристики по минимальному отступу и допустимой длине выводов, высокая стабильность волны и воспроизводимость процесса достигаются благодаря разработанным в компании RPS уникальным насадкам с миниволной типа «Гаусс». Конструкция насадок позволяет получить высокую стабильную волну с зауженным профилем. Особая форма волны, с одной стороны, позволяет обеспечить наименьший минимальный отступ для системы в целом, а с другой— работать с большей теплопередачей в условиях ограниченного пространства.
Насадки изготавливаются из хорошо смачивающегося припоем сплава на основе хрома. В ассортименте стандартных насадок представлены изделия с внутренним диаметром от 1,5до20мм (рис. 3). Кроме того, в комплект установки могут входить насадки традиционной волны и изготавливаемые под заказ насадки специальной формы (рис. 4).
Система подачи азота
В установках компании RPS используется уникальная система подачи азота RPS DirectHeat (рис. 5) с независимым подогревом. Коллектор системы выполнен на основе объемной пористой металлической структуры, которая позволяет равномерно распределить азот вокруг паяющей насадки и по области пайки. Независимый нагрев азота перед подачей в коллектор позволяет повысить тепловую эффективность системы, так как тепло не отбирается у припоя, а наоборот, подводится вместе с азотом в область пайки дополнительно. Это решение является уникальным на рынке и позволяет установкам RPS эффективно работать даже с крупными теплоемкими узлами без использования какого-либо дополнительно или предварительного подогрева. Однако по желанию заказчика все три типа установок могут быть укомплектованы инфракрасным подогревателем. Температура азота контролируется ПИД-регулятором. Преимуществом установок селективной пайки RPS является малый расход азота. На одном стандартном баллоне 40 л с одной паяющей головкой можно работать в течение одной-полутора смен в зависимости от загрузки. При предварительной оценке стоимости системы генерации азота в сравнении со сменными баллонами можно говорить об окупаемости системы генерации за период не менее 4–5 лет.
Флюсователи
Установки селективной пайки RPS могут комплектоваться флюсователями трех типов: струйным, распылением и ультразвуковым (УЗВ).При этом на модуль пайки по выбору заказчика может быть установлен либо только один из них, либо пара. Наиболее распространенным вариантом является сочетание струйного флюсователя и флюсователя распылением (рис. 6).
Струйный флюсователь позволяет эффективно наносить флюс с диаметром пятна до 3 мм, обеспечивая минимальный расход и высокое проникновение флюса в отверстия в печатной плате. Этот флюсователь особенно эффективен при работе с флюсами, не требующими отмывки.
Флюсователь распылением может распылять флюсы с пятном диаметром от 3 до 30мм. При установке двух флюсователей системы питания дублируются и работают полностью независимо. Это дает возможность при необходимости использовать разные типы флюсов. Компоненты системы флюсования выполнены из химически стойких материалов и совместимы со всеми существующими на рынке флюсами.
Система RPS Live View
Для наблюдения за процессом пайки установки RPS Automation могут быть укомплектованы системой видеонаблюдения RPS Live View. Камера системы, ориентированная на работу при естественном освещении, устанавливается на модуль пайки и перемещается вместе с ним. Цветное изображение высокого разрешения транслируется на ЖК-монитор, что позволяет наблюдать за движением мини волны по печатному узлу. Эта опция особенно полезна при отработке процессов, но удобна и при сборке серийных изделий.
Система распознавания реперных знаков
Все установки RPS могут комплектоваться системой распознавания реперных знаков и соответствующим программным обеспечением коррекции. Эта система необходима для установок, включаемых в конвейерную линию. Если установка используется обособленно, то привязка по реперным знакам требуется только при неровно отрезанных платах.
Программное обеспечение
Установки селективной пайки RPS поставляются с предустановленным программным обеспечением RPS CamConductor и RPS MaestroLite. Каждый из продуктов может быть установлен на удаленный компьютер и поставляется без ограничения числа лицензий с возможностью бесплатного обновления. RPS CamConductor— удобное и простое в работе программное обеспечение с гибким и интуитивно понятным интерфейсом (рис.7).
В качестве исходных данных используется графический файл, сформированный из Gerber-файла печатного узла, или скан-копия топологии в масштабе 1:1. С помощью инструментов программист прокладывает трассы флюсователей и паяющей головки, выбирает скорость движения, длительность выдержки, скорость вращения помпы и другие параметры на различных этапах технологического процесса. После сохранения файла проекта автоматически формируется программный код в формате ПОRPS MaestroLite. RPS MaestroLite— управляющее программное обеспечение, которое непосредственно взаимодействует с блоком управления установки и контроллерами. В этом программном обеспечении можно управлять всеми настройками установки и контролировать параметры процесса в реальном времени. Сформированный вRPS CamConductor программный код загружается в RPS MaestroLite, отрабатывается и проверяется в имитационном режиме, а затем запускается с реальным печатным узлом. Панели управления ПО MaestroLite выполнены в традиционном для автоматизированных систем эффективном стиле. Структура системы управления, реализованной на ПК с операционной системой Microsoft Windows, позволяет при необходимости осуществлять удаленную диагностику установки.
Комбинированные и конвейерные системы
Установки селективной пайки RPS Automation имеют широчайший потенциал конфигурирования и модификаций. При необходимости установка может быть выполнена с двойным модулем пайки, с паяющей головкой и насадкой специальной формы, с головкой традиционной волны ит.д. Еще одной возможностью, направленной на решение задач серийного производства, является каскадное включение нескольких установок и распределение операций технологического процесса между ними. В таком случае обеспечивается необходимый уровень производительности, но одновременно сохраняется высочайшая гибкость— особенность установок селективной пайки RPS— качество, в значительно меньшей степени свойственное машинам, ориентированным на крупную серию.
Заключение
Вместе с представленными в этой статье установками селективной пайки компания RPS Automation разрабатывает и производит роботизированные системы проверки паяемости и искусственного старения компонентов.
Это прецизионное оборудование позволяет провести испытания компонентов и печатных плат на паяемость и стойкость к длительному хранению и тепловому удару в соответствии с требованиями действующих стандартов.
Литература
- www.rpsautomation.com
- Gaither R. Soldering: Riding the Mini Wave. July 31, 2009.— ASSEMBLYMAG.com
- Rhythm Slide User Guidev1.1. RPS Automation.