истина, рожденная в мелочах - новая серия автоматов HITACHI SIGMA.

Понедельник, 25 января 2016.

Гораздо легче найти ошибку, нежели истину. Ошибка лежит на поверхности,
и ее замечаешь сразу, а истина скрыта в глубине, и не всякий может отыскать ее.
Иоганн Вольфганг Гёте
Hitachi – одна из самых крупных компаний в мире – была образована в 1910 году в небольшом городке Хитачи, расположенном к северу от Токио. Поначалу маленькая компания занималась исключительно починкой электрооборудования, несколько позже в ассортимент услуг была включена и его модернизация. Сегодня она имеет более 900 дочерних компаний, из них почти треть – в других странах. Сфера деятельности Hitachi охватывает все регионы земного шара. По объемам производства компания вошла в первую десятку крупнейших корпораций. Численность работающих в ней по всему миру превысила 330 тыс. человек. Кoмпания Hitachi представляет нoвый автoмат устанoвки кoмпoнентoв Sigma G5, oснащенный уникальнoй мнoгoфункциoнальнoй сбoрoчнoй гoлoвкoй, значительнo увеличивающей гибкoсть и oбщую эффективнoсть прoцесса.

В современном мире мы с Вами формируем свое мнение на основе общепринятых стандартов, агрессивной рекламы в средствах массовой информации и рекомендации своих знакомых. При выборе чего-либо мы берем за основу эту информацию. Возьмем, к примеру, персональные компьютеры или ноутбуки. Простой обыватель, выбирая для себя такую вещь, естественно хочет получить максимальные возможности за минимальные деньги. При этом он берет за основу ту информацию, которая написана на ценнике или в кратком описании на рекламной листовке. Например, вы видите такую информацию: 2 ядра, 4 Гб, HDD 500Гб, 1Гб видео. Знакомо? И цена привлекательна, и в соседнем магазине «такой же» компьютер стоит в два раза дороже. Конечно, выбор очевиден. Только те, кто разбирается в компьютерах по- настоящему, понимает, что эти параметры – последнее, на что нужно обращать внимание при выборе компьютера. Сейчас все процессоры, как правило, имеют не менее 2х ядер, а память в мобильных телефонах порой больше чем «4 гига». Если сравнить INTEL Atom и INTEL Core2Duo, то эти процессоры тоже имеют по два ядра, но по производительности между ними лежит пропасть… Не говоря уже о видеокартах, где память почти не имеет значения!
А ведь у большинства людей сформирован именно такой стереотип о компьютерах – чем больше, тем лучше. Но когда со временем этот компьютер, который был выбран именно с таким подходом, начинает «тормозить», «виснуть» и перезагружаться, мы вызываем специалиста, который констатирует, что это нормально для этого компьютера. Надо было покупать более дорогой и в другом магазине, и желательно со знающим человеком. И мы понимаем, что, в общем, нас немного обманули, но признаться в этом неприятно даже самим себе, не говоря уже о знакомых. И мы говорим: ну да, компьютер ничего, а особенно его цена. Берите, конечно. Потому что стыдно признаваться, что мы попали на рекламную уловку магазина.
То же самое можно сказать практически обо всем. Но мы немного отвлеклись от темы данной статьи. Ее цель - не рассказать Вам об общеизвестных достоинствах того оборудования, о котором пойдет речь, а сконцентрировать Ваше внимание именно на том, что ставит это оборудование на первые позиции среди равных ему. В этой статье речь пойдет о новой серии автоматов для установки компонентов поверхностного монтажа SIGMA (обозначение - ∑) от японской компании HITACHI.
Не буду отдельно рассказывать Вам, что представляет из себя компания HITACHI, и какое место она занимает на мировом рынке. Мы прекрасно знаем о качестве продукции выпускаемой под этой маркой, и привыкли доверять ей. SIGMA - не первый автомат установки компонентов поверхностного монтажа от данной компании. История создания автоматов HITACHI берет свое начало еще в 70 годах прошлого века. И каждый новый автомат реализует все лучшие технологии, отработанные на предыдущих продуктах. В настоящий момент SIGMA - новейший продукт, впитавший в себя все знания и технологии HITACHI. Он поистине универсален. С его помощью можно исключительно точно устанавливать широчайший спектр всех современных электронных компонентов поверхностного монтажа, упакованных в любые типы упаковок. Его скорость впечатляет, а если еще более пристально присмотреться к узлам, можно увидеть то, что незаметно сразу, но выделяет его среди подобных.
HITACHI разработала этот автомат еще два года назад, но только на выставке Produktronica 2011 в Мюнхене она официально представила его широкой публике. Такая задержка связана с тем, что HITACHI никогда не будет предлагать недоработанный сырой продукт, как многие это делают. Всех денег все равно не заработать, а вот нанести непоправимый ущерб марке можно раз и навсегда.

Общее описание автоматов SIGMA.

Автоматы серии SIGMA - это многофункциональные установщики компонентов поверхностного монтажа модульного типа. Их модульность реализована в программном обеспечении, которое позволяет самостоятельно работать как одному автомату, так и автомату в составе единого производственного комплекса (или линии), состоящего из нескольких таких машин. При этом программное обеспечение способно оптимально распределить сборку одного изделия на всю линию сразу, создав необходимые программы для каждого модуля.

Автомат HITACHI серии SIGMA
Автомат HITACHI серии SIGMA

Рис.1. Автомат серии SIGMA

Каждый модуль включает в себя две установочные головы. Стандартно автомат оснащается двумя высокоскоростными головами револьверного типа с 15 сменными наконечниками для каждой головы. В такой конфигурации максимальная скорость установки для одного модуля может достигать 51 000 компонентов в час по IPC9850. Высокоскоростной головой можно устанавливать все компоненты размерами от 0.4 х 0.2 мм (чип 01005) до 44 х 44 мм. Так же в автомат может быть установлена так называемая многофункциональная голова с 3 сменными наконечниками. Скорость установки компонентов таким типом головы равна 7 500 компонентов в час по IPC9850. Многофункциональная голова в первую очередь была разработана для установки нестандартных компонентов на печатные платы, таких как крупные разъемы, экраны, и т. д. Размер таких компонентов может достигать 141 х 26 мм. Ко всему прочему, этой же головой можно устанавливать классические выводные компоненты, которые, к тому же, могут иметь конструкцию вывода с ЗИГ – замком. Это стало возможно из-за установки на такую голову усиленного двигателя по оси Z. Усилие, которое создает такой привод на компонент, может достигать 50 Ньютон (примерно 5 килограмм). Что интересно, замена одной головы на другую, занимает всего 30 минут, включая все необходимые калибровки.

Установочные головки
Установочные головки

Рис.2. Установочные головки

Для каждой головы в автомате может быть установлено до 4 банков со сменными наконечниками. Всего возможно одновременно хранить и использовать до 120 сменных наконечников разного типа в одном модуле автомата.
Привод осей X и Y, по которым перемещаются головы, реализован при помощи высокоточных скоростных линейных двигателей и оптических энкодеров с разрешением в 1 микрон. Двигатели оси Y дополнительно имеют систему контроля синхронности перемещения с обратной связью. Такое решение позволило максимально синхронно передвигать балку с головой по оси Y, избегая перекосов и неточностей.

Тележка для питателей
Тележка для питателей

Рис.3. Тележка для питателей

Автоматы SIGMA G4 оснащены одной тележкой для питателей емкостью 60 лент шириной 8 миллиметров. SIGMA G5 оснащен 2 двумя такими тележками общей емкостью уже 120 лент по 8 миллиметров. Это максимальная емкость для одного модуля. Каждая тележка оснащена корзиной для отрезков лент, которые автоматически нарезаются специальным ножом. Так же тележки имеют быстросъемное соединение с автоматом, которое реализовано при помощи одного разъема и кнопки готовности тележки. Программное обеспечение позволяет менять отдельные питатели в тележке, не отключая ее и не останавливая процесс сборки плат. Тележки обеспечивают полную коммуникацию с питателями, реализуя в них функцию интеллектуальности. К тележкам опционально доступна специальная станция для подключения ее к компьютеру, которая позволяет работать с питателями, находящимися в тележке, минуя интерфейс автомата. Это позволяет вести переналадку линии, не останавливая ее.

Рабочий сборочный конвейер
Рабочий сборочный конвейер

Рис.4. Рабочий сборочный конвейер

Рабочий сборочный конвейер автомата SIGMA может быть одинарным и двойным. Причем размеры печатных плат, с которыми позволяет работать машина, поистине впечатляют: от 50 х 50 мм до 460 х 830 мм! Поддерживающий стол конвейера оснащен набором поддерживающих игл, которые расставляются по программе автоматически, при помощи специального наконечника для головы. Это позволило значительно сократить время переналадки с изделия на изделие и исключить человеческий фактор. Ведь неправильно поставленная игла от платы к плате может разрушать компоненты, расположенные на нижней стороне. Причем такой дефект, как правило, обнаруживается уже в конце технического процесса производства изделия, когда изделий с таким браком может оказаться очень много.

Система распознавания компонентов
Система распознавания компонентов

Рис.5. Система распознавания компонентов

Стандартная система распознавания компонентов основана на применении 2 цифровых видеокамер с разрешением по 2 мегапикселя (одна камера для одной головы). Они позволяют распознавать все компоненты, которые находятся на голове, за один снимок. Скорость обработки информации с камер настолько велика, что при работе автомата голова не останавливается над камерой, делая снимок «на лету». Эти камеры позволяют устанавливать выводные компоненты с шагом вывода до 0.1 мм. Минимальный же шаг для BGA – компонента - 0,26 мм при минимальном размере шарика вывода 0,26 мм.
Так же доступна опциональная система распознавания компонентов на основе камеры с 5 мегапиксельной матрицей. Такое разрешение уже позволяет ставить выводные компоненты с минимальным шагом вывода 0,05 мм и BGA с шагом выводов 0.14 мм при минимальном размере шарика вывода, равном 0.07 мм.

Ленточный питатель
Ленточный питатель

Рис.6. Ленточный питатель

Ленточные питатели для компонентов, используемые в автоматах SIGMA, заслуживают особого внимания. Они полностью интеллектуальны. Для своей работы им не требуется пневмопитание. В основе питателя находиться высокоскоростной шаговый двигатель, который позволяет передвигать ленту с компонентами с любым шагом, начиная от 2 мм. Покровная прозрачная лента собирается в специальном накопителе внутри питателя. При перезарядке питателя её не надо сматывать с какой-либо катушки, которые, как правило, используются в классических питателях. Это так же ускоряет работу оператора с автоматом.
Восьмимиллиметровый ленточный питатель рассчитан на 2 ленты по 8 миллиметров. Он универсален для всех типов лент и всех компонентов, которые упаковываются в ленты 8 мм. Питатель для лент на 12 миллиметров работает и с лентами 16 миллиметров. То же самое и с лентами 24 – 32 мм и 44 – 56 мм. То есть для автоматов серии SIGMA существует всего 4 вида питателей. Это значительно упрощает работу, например, контрактных производств, где неизвестно, сколько нужно соответствующих питателей для каждого нового изделия. Достаточно иметь универсальный комплект универсальных питателей. В автоматах SIGMA доступны и классические питатели для микросхем в «стиках» или «тюбах».

Система загрузки паллет
Система загрузки паллет

Рис.7. Система загрузки паллет

Особо стоит отметить систему загрузки в автомат паллет с микросхемами. Для этой цели существует действительно уникальное по своим характеристикам устройство. Оно имеет два независимых сменных банка для 30 паллет с микросхемами в каждом. Эти банки легко извлекаются даже в момент, когда автомат находиться в работе. Каждый поддон для паллета в банке имеет штрих-код, который используется как номер питателя. Машина сама найдет нужный поддон в банке и начнет с ним работать. Можно заказать несколько банков и те, которые не используются, но в которых находятся компоненты, помещать в шкаф для хранения влагочувствительных компонентов. Не будем объяснять, для чего это нужно, так как любой технолог знает эту проблему и оценит такие возможности переналадки. Вдобавок ко всему это устройство легко снимается с автомата силами простого оператора всего за несколько минут, тем самым позволяя получить доступ для обслуживания той стороны автомата, где оно установлено.

Две революционные технологии, реализованные в SIGMA

Технология «Over Drive».

В основе данной технологии лежит принцип, когда обе головы с наконечниками для взятия компонентов одновременно могут работать с одной базой питателей на одной стороне автомата. SIGMA - первая машина, которая реализовала эту технологию. Это позволило использовать меньшее количество питателей для компонентов, а особенно в случае, когда автомат использует двойной конвейер и параллельно собирает два одинаковых изделия. Так же эта функция дает дополнительные возможности для программного обеспечения, оптимизирующего сборку изделия в автомате.

Технология Over Drive
Технология Over Drive

Рис.8. Технология Over Drive

К тому же, например, SIGMA G4, в отличие от G5, имеет только одну тележку с питателями, находящуюся с фронтальной стороны автомата, с которой одновременно могут работать обе головы с наконечниками. Модель SIGMA G4 специально разработана для производств, где много сборочных линий и они очень близко стоят тыловой стороной друг другу. Это позволяет значительно сократить занимаемые площади без особого ущерба производительности и универсальности.

Установочная головка револьверного типа
Установочная головка револьверного типа

Рис.9. Установочная головка револьверного типа

Технология «Over Drive» это не только то, что описано выше. Это еще отсутствие так называемых «мертвых зон» на тележках с питателями, которые можно обнаружить на многих других автоматах. «Мертвая зона» - это когда часть наконечников головы или верхняя камера не может дотянуться до крайних позиций базы питателей на автомате. Как правило, мертвые зоны создают большие проблемы при программировании и настройке автомата на собираемое изделие. Они значительно ограничивают возможность для работы оптимизирующего программного обеспечения. В автоматах HITACHI SIGMA такие зоны отсутствуют. Еще отсутствие таких зон обусловлено строением самой головы, о которой расскажем далее.

Технология «Direct Drive»

Автоматы серии SIGMA, как и предыдущей серии GXH, имеют основную установочную голову револьверного типа. В каждом автомате их всегда две.
Каждая револьверная голова имеет 15 наконечников для взятия компонентов. Но суть технологии заключается в том, что наконечники неподвижны по оси «R» (Rotation – или вращение). Они могут перемещаться только по оси «Z» (ось перемещения вверх – вниз). Сразу же возникает вопрос: каким же образом происходит вращение компонента на наконечнике перед установкой его на плату? Ответ: никак! Вращается вся голова. Программное обеспечение задает угол поворота головы и рассчитывает соответствующую позицию головы по осям X и Y.

Мертвые зоны″ в базах питателей автоматов
Мертвые зоны″ в базах питателей автоматов

Рис.10. ″Мертвые зоны″ в базах питателей автоматов

Таким образом, инженеры HITACHI удалили целый узел управления и 15 – поворотных механизмов наконечников, тем самым значительно повысив точность установки компонентов и существенно уменьшив объем обслуживания автомата, что, конечно, сказывается и на цене его владения. В основе головы лежит только один двигатель с прямым приводом, т. е. в самой голове нет дополнительных механизмов для передачи вращения от двигателя к голове. Это еще один момент, который позволил еще больше упростить голову и ее обслуживание. По сути, вся голова - это двигатель с закрепленными на нем 15 штоками для наконечников.
Стоит особо отметить, что все головы в автомате оснащены лазерным сенсором измерения толщины компонента. Не многие автоматы имеют такую функцию, которая позволяет дополнительно распознавать компонент по его толщине (очень полезно для установки чип – конденсаторов, так как по ширине и длине они одинаковы, а по высоте нет). Данные о толщине компонента, полученные с сенсора, учитываются при установке этого компонента на плату. Это сказывается на «деликатности» установки каждого компонента на печатную плату. Также лазерный сенсор позволил исключить из автомата такой узел как вакуумный сенсор наличия компонента. И это опять отразилось наилучшим образом на обслуживании автомата.
Револьверная голова по своему строению гораздо эффективнее классической головы, где наконечники установлены в один ряд, хотя такая конструкция на первый взгляд сложнее. Эффективность ее сказывается в отсутствии «мертвых зон», о которых мы говорили ранее.

Не будем подробно описывать другие возможности автоматов SIGMA, так как для этого не хватит формата статьи. Мы лишь перечислим их:

  • Проверка «компланарности» выводов компонента (3D coplanarity inspection).
  • Лазер для измерения неровности платы (Warpage compensation).
  • Питатель для установки кремневых кристаллов прямо из полупроводникового основания на печатную плату (Wafer supple unit).
  • Поддержка новейших технологий для установки компонентов SiP и MCM.
  • Клеевая станция для работы с компонентами, которые устанавливаются по технологии PoP (Package on Package)
  • Конвейер для вывода «деликатных» компонентов из автомата, не прошедших автоматическую проверку перед установкой (Outlet conveyer).
  • Проверка лент в питателях на предмет их сращивания «Splicing» (автомат определяет стык старой ленты и новой и проматывает питатель до первого компонента автоматически).
  • Автоматическое распознавание центра кармана с компонентом в ленте перед его взятием (Pre pick Inspection).
  • Распознавание автоматом 1D и 2D штрих – кодов на печатных платах.
  • Программное обеспечение для трансляции данных из CAD.
  • Программное обеспечение для прослеживаемости процесса всего производства, включая сбор данных со всех питателей, находящихся в работе, во всех автоматах.
  • Программное обеспечение для планирования производства и очередности запуска изделий на автоматах SIGMA.
  • Программное обеспечение для написания программ вне линии (Offline Programming).
  • Комплекс на основе ПО и специальной станции для внесения в общую библиотеку компонентов новые корпуса при помощи автоматического распознавания.
  • Комплекс на основе ПО и специального устройства для замера CPK автоматов.

Резюмируя, хотелось бы особо отметить инженеров компании HITACHI, создавших не просто установщик компонентов, а целый комплекс, который позволяет выполнить любые производственые задачи с высокой точностью, скоростью, и с максимальной экономией времени на обслуживание и переналадку.

ООО «Новые Технологии»

Митичев Даниил

mitichev@tecnew.ru