eng
Выпуск #7/2025
С. Дашков, С. Филиппова
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО: ОТ СЛАБОГО ЗВЕНА К СИЛЬНОЙ ЦЕПИ. ЧАСТЬ 1
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО: ОТ СЛАБОГО ЗВЕНА К СИЛЬНОЙ ЦЕПИ. ЧАСТЬ 1
Просмотры: 769
DOI: 10.22184/1992-4178.2025.249.7.144.148
Рассматриваются проекты, реализованные инженерами А-КОНТРАКТ за более чем 20-летний срок работы предприятия на российском рынке контрактного производства,
и инновационные решения нестандартных задач, возникающих в процессе изготовления высокотехнологичных электронных блоков и модулей.
Рассматриваются проекты, реализованные инженерами А-КОНТРАКТ за более чем 20-летний срок работы предприятия на российском рынке контрактного производства,
и инновационные решения нестандартных задач, возникающих в процессе изготовления высокотехнологичных электронных блоков и модулей.
Теги: contract manufacturing design documentation project optimization конструкторская документация контрактное производство оптимизация проекта
Контрактное производство: от слабого звена к сильной цепи. Часть 1
С. Дашков, С. Филиппова
Описаны интересные проекты, реализованные инженерами А-КОНТРАКТ за более чем 20-летний срок работы предприятия на российском рынке контрактного производства. Авторы рассказывают об инновационных решениях нестандартных задач, возникающих в процессе изготовления высокотехнологичных электронных блоков и модулей. Приведенные
в статье кейсы демонстрируют важность и тщательность выполнения DFM (Design for Manufacturing) анализа на этапе подготовки печатной платы к сборке.
Цепь сильна настолько, насколько сильно ее самое слабое звено. Что является слабым звеном в контрактном производстве? Чтобы это выяснить, необходимо обратиться к многолетнему опыту одного из ведущих российских предприятий в данной отрасли – компании А-КОНТРАКТ. Выполнение большого количества заказов с самой разнообразной спецификой и требованиями к конечному продукту позволяет специалистам А-КОНТРАКТ прийти к выводу, что наиболее уязвимым местом любого проекта электронной сборки является разработка и оптимизация конструкторской документации (КД). Ошибки в КД Заказчика всегда приводят к проблемам в процессе изготовления и монтажа печатных плат, поэтому критически важно, чтобы производитель имел возможность внести все необходимые корректировки еще на этапе подготовки файлов и создания прототипов, когда в будущий продукт закладывается ключевой конструктив и основной функционал.
Несмотря на очевидность этого факта, нередки случаи, когда Заказчик отказывается от оптимизации проекта. По мнению инженеров А-КОНТРАКТ, зачастую причиной такой ситуации является то, что разработчику, вложившему немало сил в создание КД, бывает сложно признать, что проект содержит ошибки. Тем не менее, если производитель видит, что это именно так, и знает способы сделать печатную плату более технологичной, ему нужно аргументировать свою точку зрения и получить согласие на доработку КД, ведь это, прежде всего, в интересах самого Заказчика. Иначе риски возникновения дефектов в процессе изготовления изделия повышаются многократно, а значит и разработчик, и производитель понесут временные и финансовые потери.
Вот почему еще 10 лет назад А-КОНТРАКТ принял решение расширить свои возможности по работе с КД Заказчика. Появляющиеся новые технологии в сфере изготовления электроники потребовали от технических специалистов компании умения проводить глубокий анализ КД, особенно для средне- и крупносерийных партий печатных плат, предназначенных для авто-
матизированного монтажа. С этой целью инженеры А-КОНТРАКТ начали применять новые на тот момент САПРы и ПО, позволявшие выполнять качественный всесторонний DFM и DFA (Design for Assembly) анализ проекта, выявлять в нем нестыковки, которые по большей части сложно обнаружить в процессе изготовления установочной партии.
Первоначально наиболее актуальной задачей при анализе КД Заказчика для технических специалистов А-КОНТРАКТ была проверка посадочных мест (футпринтов) в Gerber-файлах печатной платы. Часто при этом выявлялись несоответствия корпусов, указанных
в спецификации, посадочным местам электронных компонентов на печатной плате или оказывалось, что выбран неверный тип посадочного места (в соответствии со стандартом IPC-7351, существует три типа размеров посадочных мест – A, B, C, которые определяются, исходя из плотности размещения компонентов). С приобретением опыта, специалисты технического отдела А-КОНТРАКТ получили навыки работы с гораздо более сложными и критичными проблемами, такими как ошибки в слоях печатных плат, переходных отверстиях и топологии. В процессе проведения DFM/DFA анализа нередко выяснялось, что в доработке нуждается даже та документация, для создания которой Заказчик обращался к специализированным дизайн-центрам. Таким образом, качество, надежность и работоспособность будущего электронного блока зависели от умения технических специалистов А-КОНТРАКТ находить и исправлять все возможные ошибки, допущенные при подготовке файлов печатных плат к производству.
По мере усложнения изделий, которые поступали в работу А-КОНТРАКТ, увеличивалась и глубина анализа КД. Одновременно рос объем производства. На заводе компании монтировались уже не десятки и сотни электронных блоков, а серии в несколько тысяч штук. Это накладывало большую ответственность, ведь ошибка, допущенная при сборке крупной партии, влечет за собой дорогостоящие работы по ее исправлению. А если при этом требуется замена электронных компонентов, то к временным потерям также добавляются и финансовые, которые нередко несет сам производитель.
Таким образом, при монтаже крупных партий печатных плат проведение DFM-анализа обязательно, а не просто желательно. И если Заказчик не согласовывает внесение изменений в КД с целью ее оптимизации, то возможна ситуация отказа производителя от выполнения заказа, так как цена ошибки может значительно превысить ожидаемую прибыль, а срыв сроков и вероятное увеличение стоимости сделает весь проект невыгодным для самого Заказчика.
В практике А-КОНТРАКТ было множество интересных кейсов, в которых выполненный DFM /DFA-анализ приводил инженеров компании к полноценному участию в НИОКР изделия Заказчика и составлению новой КД.
Некоторые из таких проектов описаны ниже. Они наглядно демонстрируют, как тесное и плодотворное сотрудничество между разработчиком и производителем позволяет многократно улучшить характеристики устройства и получить новые компетенции и навыки.
Кейс 1. Производство бортовых радиостанций
В 2013 году один из ведущих отечественных производителей бортовых радиостанций работал над созданием нового изделия. Изготовленный на предприятии экспериментальный образец устройства оказался неработоспособным, и разработчик принял решение
о поиске подрядчика для выполнения сборки электронных модулей.
К тому времени А-КОНТРАКТ уже зарекомендовал себя на российском рынке как ответственный контрактный производитель, способный решать нестандартные задачи. Положительная репутация и богатый опыт компании сыграли свою роль, и заказ был размещен на заводе А-КОНТРАКТ.
На этапе обсуждения условий сотрудничества разработчик озвучил свое ключевое требование, которое заключалось в том, что А-КОНТРАКТ должен был реализовать весь проект «под ключ», начиная с доработки КД и заканчивая проведением испытаний электронных блоков.
Выполнив глубокий анализ КД Заказчика, инженеры А-КОНТРАКТ выявили узкие места проекта, которые с большой долей вероятности могли стать причинами дефектов в процессе сборки плат и привести к отказу готовых изделий. Далее в статье рассмотрены проблемы, с которыми столкнулись технические специалисты А-КОНТРАКТ при выполнении этого заказа, и дано описание найденных решений.
Проблемы
с переходными отверстиями
В соответствии с КД, предполагалось использование корпусов типа BGA484 с малым шагом, при этом переходные отверстия, выполненные в контактных площадках, имели диаметр 200 мкм. Такой диаметр отверстия сделал невозможным обеспечение гарантийного пояс-
ка 25 мкм, что является требованием стандартов IPC для изделий по 3-му классу. Ошибка была исправлена путем уменьшения диаметра переходного отверстия до 150 мкм, чтобы обеспечить требуемую ширину гарантийного пояска.
Кроме того, для снижения рисков возникновения пустот в паяном соединении шариковых выводов BGA в проекте была заложена процедура тентирования переходных отверстий (заполнение отверстий токопроводящей смолой с их последующей металлизацией)
на максимальном уровне в соответствии с типом 7 по стандарту IPC-7095.
Для изготовления плат с указанными выше параметрами инженерам А-КОНТРАКТ следовало найти опытного производителя, который обладает высокотехнологичным оборудованием и достаточной квалификацией, чтобы качественно выполнить переходные отверстия
с нужным размером гарантийного пояска и осуществить технологически сложное тентирование. Эту задачу удалось успешно решить благодаря широкой сети партнеров, с которыми сотрудничала компания. Подрядчик изготовил печатные платы в полном соответствии со всеми требованиями КД.
Проблемы с компланарностью
SMD-разъемов
Для соединения печатной платы с кросс-платой и модулями в проекте было заложено 13 SMD-разъемов, расположенных с обеих сторон платы, частично – перпендикулярно друг другу. При этом контакты были задействованы в электрической схеме более чем на 80%.
Следует отметить, что при работе с большими SMD-разъемами необходимо учитывать плоскостность/компланарность их выводов по отношению другу к другу в одном разъеме. В идеале, для получения наилучшего качества пайки все выводы одного разъема должны находиться на одной высоте (в одной плоскости), однако на деле это недостижимо.
Существуют выводы с большей или меньшей компланарностью. Этот параметр играет важную роль, когда процент использования выводов очень высокий. Такие разъемы сложны в производстве и стоят дороже, чем стандартные разъемы. На рынок нередко попадают бракованные экземпляры, имеющие несоответствие по компланарности (более 100 мкм для выводов в пределах одного компонента).
Помимо большого количества выводов на разъеме и их низкой компланарности в данном проекте были и другие факторы риска возникновения дефектов в процессе пайки печатной платы в печи, а именно:
Таким образом, инженерам А-КОНТРАКТ предстояло найти оптимальное решение этих проблем с учетом следующих нюансов:
много выводов;
разъемы расположены перпендикулярно;
плоскостность контактных площадок при пайке в печи ухудшается из-за того, что материал печатной платы становится пластичным под воздействием высоких температур;
высокая вероятность брака компонентов.
Технологи А-КОНТРАКТ предложили два возможных варианта решения проблем с монтажом разъемов: увеличить толщину печатной платы или использовать стеклотекстолит с характеристикой температуры стеклования Tg210. Поскольку проект не допускал изменения толщины платы, был выбран вариант с применением материала класса Hi Tg210.
В свою очередь специалисты отдела закупок А-КОНТРАКТ с повышенным вниманием отнеслись к выбору поставщика разъемов, чтобы избежать покупки бракованной продукции и гарантировать качество поставляемых компонентов.
Проблема со снятыми с производства катушками индуктивности
КД предполагала использование снятых с производства катушек индуктивности Murata. Заказчик не согласился заменить отсутствующие на рынке компоненты на аналоги, но выполнил поставку этой комплектации на давальческой основе. Катушки индуктивности, которые предоставил Заказчик, успешно прошли входной контроль качества на заводе А-КОНТРАКТ: специалисты компании осуществили замеры и первые четыре параметра соответствовали заявленным характеристикам.
Была выполнена пайка экспериментальных образцов электронных блоков, но последующие испытания показали, что смонтированные опытные экземпляры оказались неработоспособными из-за дефектов в катушках.
Сложилась непростая ситуация: с одной стороны, отсутствовала возможность закупить оригинальные катушки Murata, с другой – качество имеющихся давальческих компонентов не удовлетворяло требованиям проекта.
Выход был найден специалистами отдела закупок А-КОНТРАКТ, которым удалось выяснить, что компания Murata раз в несколько лет выпускает нужные катушки маленькими партиями. Связавшись с производителем и получив контакты одного из поставщиков, А-КОНТРАКТ произвел закупку оригинальных катушек индуктивности и выполнил монтаж печатных плат строго в соответствии с КД Заказчика. После замены катушек испытания электронных блоков прошли успешно.
Кроме того, ситуация с дефектными катушками позволила технологам А-КОНТРАКТ сделать вывод о необходимости полноценного входного контроля катушек индуктивности, который позволит гарантировать качество и подлинность компонента.
Выбор метода пайки чувствительной микросхемы на теплоемкую плату
В соответствии с требованиями КД, в процессе монтажа электронных блоков следовало обеспечить заполнение припоем более чем на 75% глубины монтажных отверстий в условиях пайки на 12-слойную печатную плату с силовыми цепями и «толстой» медью. При этом сочетание теплоемкой платы и невысокой теплостойкости (260±5°С) микросхемы ВА996 в металлостеклянном корпусе делало невозможным применение очевидных решений:
пайку ручным способом с помощью индукционного паяльника нельзя было использовать из-за теплоемкости платы и чувствительности микросборки. Такой подход мог вызвать перегрев выводов и привести к дефекту компонента;
применение технологии PiP (Pin-in-Paste — пайка в отверстия с использованием паяльной пасты) также исключалось, поскольку пайка в конвекционной печи могла повредить микросхему.
Оптимальным решением стало изготовление специально спроектированной оснастки (паяльной маски), защищающей стоящие рядом SMD-компоненты от фонтана с припоем в установке селективной пайки. В комбинации с возможностями автоматизированной селективной пайки этот метод позволил обеспечить заполнение припоем более чем на 75% глубины монтажных отверстий.
Проблема с отсутствием
соосности на кросс-плате
При проектировании сложного печатного узла важно, чтобы все его части были разработаны в одной САПР в рамках единого проекта. Это позволяет на программном уровне выполнить учет совмещения и соосности всех входящих в модуль электронных блоков по отношению
к кросс-плате, что гарантирует отсутствие нестыковок между частями изделия на этапе сборки.
КД Заказчика была сделана без учета данного требования, и в процессе сборки это стало причиной отсутствия соосности направляющих разъемов на кросс-плате и ответных частей разъемов остальных плат узла. Таким образом, выполнить качественную пайку мешали следующие факторы:
Для решения возникших сложностей требовалось доработать КД. Инженеры А-КОНТРАКТ при содействии со стороны разработчика оперативно внесли в проект требуемые корректировки непосредственно на этапе сборки. В частности, было решено использовать кондукторы для тех участков платы, где располагаются сразу два параллельных разъема.
Эта и другие доработки позволили выполнить финальную сборку с высоким уровнем качества.
Несоответствие технической документации на резисторы
В изделии должны были использоваться новые отечественные резисторы Р1-12 в корпусах 0402, которые производитель НПО «Эркон» выпускал для автоматизированного монтажа. Однако в процессе изучения технической документации на эти компоненты технологи А-КОНТРАКТ выявили критическое несоответствие между характеристиками, которые заявлял поставщик, и информацией в документах. Согласно стандарту, указанному в технической документации, пайку резисторов Р1-12 в корпусах 0402 можно было выполнять только ручным способом в течение 3 секунд, в то время как проект предполагал автоматизированный монтаж в печи с 40-секундным нагревом.
Специалисты А-КОНТРАКТ обратились к представителям НПО «Эркон», чтобы получить дополнительную информацию по данному вопросу. Поставщик подтвердил, что резисторы Р1-12 способны успешно выдерживать пайку в печи и могут быть использованы для SMT-монтажа. Несоответствие в документации объяснялось тем, что она была составлена на базе документов к старому поколению резисторов и для нового продукта была скорректирована не полностью.
Удостоверившись в том, что пайка компонентов в печи возможна, А-КОНТРАКТ мог бы закрыть этот вопрос, но не в традиции компании оставлять без внимания ошибки, даже если они всего лишь на бумаге.
Для того, чтобы привести техническую документацию на резисторы в соответствие с их фактическими параметрами, инженеры А-КОНТРАКТ предложили разработчикам НПО «Эркон» выполнить на своей производственной базе совместное расширенное исследование по возможностям резисторов Р1-12, результаты которого «Эркон» затем смог бы использовать в процессе согласования новой технической документации.
Команда специалистов провела ряд экспериментов по монтажу резисторов на различные виды плат, на платы с разными покрытиями, с использованием четырех типов паяльных паст, в конвекционной печи и в парофазной печи с вакуумной зоной. При оценке качества паяных соединений применялись следующие методы:
Визуальный контроль качества паяных соединений ни на одном из этапов дефектов не выявил. Результат оказался более чем успешным: проведенные испытания (климатические, механические на вибропрочность и удар) подтвердили надежность компонентов и высокое качество пайки.
Впоследствии НПО «Эркон» документально зафиксировал результаты исследований, что позволило А-КОНТРАКТ и Заказчику сохранить гарантию на комплектацию после монтажа.
Этот опыт исследователи описали в статье «Современные технологии поверхностного монтажа для отечественных резисторов» (Электроника НТБ, 2014, №6 ).
Чем все закончилось
А-КОНТРАКТ выполнил поставку Заказчику четырех комплектов изготовленных изделий, каждый из которых содержал пять электронных блоков. Испытания устройств, проведенные на заводе Заказчика, показали работоспособность и полное соответствие требуемым параметрам всех комплектов.
Впоследствии производство этих электронных модулей было запущено на заводе Заказчика, при этом сотрудничество с А-КОНТРАКТ продолжилось в рамках кооперации.
Данный заказ стал одним из самых сложных и интересных в практике А-КОНТРАКТ. Он дал компании новый опыт и показал, что пытливый профессионал всегда найдет наилучшее решение даже для нестандартной задачи. А-КОНТРАКТ стал полноценным участником
НИОКР нового продукта. Инженеры компании сумели своевременно выявить все недочеты в КД Заказчика, оптимизировать проект и оперативно решить все возникшие трудности. В результате устройство, созданное совместными усилиями Заказчика и А-КОНТРАКТ, было отмечено несколькими наградами и широко обсуждалось вышестоящих организациях. На базе этого изделия позже были спроектированы и изготовлены радиостанции, которые и сегодня, в 2025 году, активно используются в гражданской авиации.
А недавно Заказчик обратился к А-КОНТРАКТ с предложением участия в разработке и производстве современной бортовой радиостанции нового поколения.
Во второй части статьи будут рассмотрены другие проекты изготовления нестандартных электронных блоков, выполненные специалистами А-КОНТРАКТ.
С. Дашков, С. Филиппова
Описаны интересные проекты, реализованные инженерами А-КОНТРАКТ за более чем 20-летний срок работы предприятия на российском рынке контрактного производства. Авторы рассказывают об инновационных решениях нестандартных задач, возникающих в процессе изготовления высокотехнологичных электронных блоков и модулей. Приведенные
в статье кейсы демонстрируют важность и тщательность выполнения DFM (Design for Manufacturing) анализа на этапе подготовки печатной платы к сборке.
Цепь сильна настолько, насколько сильно ее самое слабое звено. Что является слабым звеном в контрактном производстве? Чтобы это выяснить, необходимо обратиться к многолетнему опыту одного из ведущих российских предприятий в данной отрасли – компании А-КОНТРАКТ. Выполнение большого количества заказов с самой разнообразной спецификой и требованиями к конечному продукту позволяет специалистам А-КОНТРАКТ прийти к выводу, что наиболее уязвимым местом любого проекта электронной сборки является разработка и оптимизация конструкторской документации (КД). Ошибки в КД Заказчика всегда приводят к проблемам в процессе изготовления и монтажа печатных плат, поэтому критически важно, чтобы производитель имел возможность внести все необходимые корректировки еще на этапе подготовки файлов и создания прототипов, когда в будущий продукт закладывается ключевой конструктив и основной функционал.
Несмотря на очевидность этого факта, нередки случаи, когда Заказчик отказывается от оптимизации проекта. По мнению инженеров А-КОНТРАКТ, зачастую причиной такой ситуации является то, что разработчику, вложившему немало сил в создание КД, бывает сложно признать, что проект содержит ошибки. Тем не менее, если производитель видит, что это именно так, и знает способы сделать печатную плату более технологичной, ему нужно аргументировать свою точку зрения и получить согласие на доработку КД, ведь это, прежде всего, в интересах самого Заказчика. Иначе риски возникновения дефектов в процессе изготовления изделия повышаются многократно, а значит и разработчик, и производитель понесут временные и финансовые потери.
Вот почему еще 10 лет назад А-КОНТРАКТ принял решение расширить свои возможности по работе с КД Заказчика. Появляющиеся новые технологии в сфере изготовления электроники потребовали от технических специалистов компании умения проводить глубокий анализ КД, особенно для средне- и крупносерийных партий печатных плат, предназначенных для авто-
матизированного монтажа. С этой целью инженеры А-КОНТРАКТ начали применять новые на тот момент САПРы и ПО, позволявшие выполнять качественный всесторонний DFM и DFA (Design for Assembly) анализ проекта, выявлять в нем нестыковки, которые по большей части сложно обнаружить в процессе изготовления установочной партии.
Первоначально наиболее актуальной задачей при анализе КД Заказчика для технических специалистов А-КОНТРАКТ была проверка посадочных мест (футпринтов) в Gerber-файлах печатной платы. Часто при этом выявлялись несоответствия корпусов, указанных
в спецификации, посадочным местам электронных компонентов на печатной плате или оказывалось, что выбран неверный тип посадочного места (в соответствии со стандартом IPC-7351, существует три типа размеров посадочных мест – A, B, C, которые определяются, исходя из плотности размещения компонентов). С приобретением опыта, специалисты технического отдела А-КОНТРАКТ получили навыки работы с гораздо более сложными и критичными проблемами, такими как ошибки в слоях печатных плат, переходных отверстиях и топологии. В процессе проведения DFM/DFA анализа нередко выяснялось, что в доработке нуждается даже та документация, для создания которой Заказчик обращался к специализированным дизайн-центрам. Таким образом, качество, надежность и работоспособность будущего электронного блока зависели от умения технических специалистов А-КОНТРАКТ находить и исправлять все возможные ошибки, допущенные при подготовке файлов печатных плат к производству.
По мере усложнения изделий, которые поступали в работу А-КОНТРАКТ, увеличивалась и глубина анализа КД. Одновременно рос объем производства. На заводе компании монтировались уже не десятки и сотни электронных блоков, а серии в несколько тысяч штук. Это накладывало большую ответственность, ведь ошибка, допущенная при сборке крупной партии, влечет за собой дорогостоящие работы по ее исправлению. А если при этом требуется замена электронных компонентов, то к временным потерям также добавляются и финансовые, которые нередко несет сам производитель.
Таким образом, при монтаже крупных партий печатных плат проведение DFM-анализа обязательно, а не просто желательно. И если Заказчик не согласовывает внесение изменений в КД с целью ее оптимизации, то возможна ситуация отказа производителя от выполнения заказа, так как цена ошибки может значительно превысить ожидаемую прибыль, а срыв сроков и вероятное увеличение стоимости сделает весь проект невыгодным для самого Заказчика.
В практике А-КОНТРАКТ было множество интересных кейсов, в которых выполненный DFM /DFA-анализ приводил инженеров компании к полноценному участию в НИОКР изделия Заказчика и составлению новой КД.
Некоторые из таких проектов описаны ниже. Они наглядно демонстрируют, как тесное и плодотворное сотрудничество между разработчиком и производителем позволяет многократно улучшить характеристики устройства и получить новые компетенции и навыки.
Кейс 1. Производство бортовых радиостанций
В 2013 году один из ведущих отечественных производителей бортовых радиостанций работал над созданием нового изделия. Изготовленный на предприятии экспериментальный образец устройства оказался неработоспособным, и разработчик принял решение
о поиске подрядчика для выполнения сборки электронных модулей.
К тому времени А-КОНТРАКТ уже зарекомендовал себя на российском рынке как ответственный контрактный производитель, способный решать нестандартные задачи. Положительная репутация и богатый опыт компании сыграли свою роль, и заказ был размещен на заводе А-КОНТРАКТ.
На этапе обсуждения условий сотрудничества разработчик озвучил свое ключевое требование, которое заключалось в том, что А-КОНТРАКТ должен был реализовать весь проект «под ключ», начиная с доработки КД и заканчивая проведением испытаний электронных блоков.
Выполнив глубокий анализ КД Заказчика, инженеры А-КОНТРАКТ выявили узкие места проекта, которые с большой долей вероятности могли стать причинами дефектов в процессе сборки плат и привести к отказу готовых изделий. Далее в статье рассмотрены проблемы, с которыми столкнулись технические специалисты А-КОНТРАКТ при выполнении этого заказа, и дано описание найденных решений.
Проблемы
с переходными отверстиями
В соответствии с КД, предполагалось использование корпусов типа BGA484 с малым шагом, при этом переходные отверстия, выполненные в контактных площадках, имели диаметр 200 мкм. Такой диаметр отверстия сделал невозможным обеспечение гарантийного пояс-
ка 25 мкм, что является требованием стандартов IPC для изделий по 3-му классу. Ошибка была исправлена путем уменьшения диаметра переходного отверстия до 150 мкм, чтобы обеспечить требуемую ширину гарантийного пояска.
Кроме того, для снижения рисков возникновения пустот в паяном соединении шариковых выводов BGA в проекте была заложена процедура тентирования переходных отверстий (заполнение отверстий токопроводящей смолой с их последующей металлизацией)
на максимальном уровне в соответствии с типом 7 по стандарту IPC-7095.
Для изготовления плат с указанными выше параметрами инженерам А-КОНТРАКТ следовало найти опытного производителя, который обладает высокотехнологичным оборудованием и достаточной квалификацией, чтобы качественно выполнить переходные отверстия
с нужным размером гарантийного пояска и осуществить технологически сложное тентирование. Эту задачу удалось успешно решить благодаря широкой сети партнеров, с которыми сотрудничала компания. Подрядчик изготовил печатные платы в полном соответствии со всеми требованиями КД.
Проблемы с компланарностью
SMD-разъемов
Для соединения печатной платы с кросс-платой и модулями в проекте было заложено 13 SMD-разъемов, расположенных с обеих сторон платы, частично – перпендикулярно друг другу. При этом контакты были задействованы в электрической схеме более чем на 80%.
Следует отметить, что при работе с большими SMD-разъемами необходимо учитывать плоскостность/компланарность их выводов по отношению другу к другу в одном разъеме. В идеале, для получения наилучшего качества пайки все выводы одного разъема должны находиться на одной высоте (в одной плоскости), однако на деле это недостижимо.
Существуют выводы с большей или меньшей компланарностью. Этот параметр играет важную роль, когда процент использования выводов очень высокий. Такие разъемы сложны в производстве и стоят дороже, чем стандартные разъемы. На рынок нередко попадают бракованные экземпляры, имеющие несоответствие по компланарности (более 100 мкм для выводов в пределах одного компонента).
Помимо большого количества выводов на разъеме и их низкой компланарности в данном проекте были и другие факторы риска возникновения дефектов в процессе пайки печатной платы в печи, а именно:
- деформация печатной платы в результате нагрева;
- плохая смачиваемость финишного покрытия контактных площадок или выводов разъемов;
- невысокая температура стеклования стеклотекстолита (Tg ниже 180).
Таким образом, инженерам А-КОНТРАКТ предстояло найти оптимальное решение этих проблем с учетом следующих нюансов:
много выводов;
разъемы расположены перпендикулярно;
плоскостность контактных площадок при пайке в печи ухудшается из-за того, что материал печатной платы становится пластичным под воздействием высоких температур;
высокая вероятность брака компонентов.
Технологи А-КОНТРАКТ предложили два возможных варианта решения проблем с монтажом разъемов: увеличить толщину печатной платы или использовать стеклотекстолит с характеристикой температуры стеклования Tg210. Поскольку проект не допускал изменения толщины платы, был выбран вариант с применением материала класса Hi Tg210.
В свою очередь специалисты отдела закупок А-КОНТРАКТ с повышенным вниманием отнеслись к выбору поставщика разъемов, чтобы избежать покупки бракованной продукции и гарантировать качество поставляемых компонентов.
Проблема со снятыми с производства катушками индуктивности
КД предполагала использование снятых с производства катушек индуктивности Murata. Заказчик не согласился заменить отсутствующие на рынке компоненты на аналоги, но выполнил поставку этой комплектации на давальческой основе. Катушки индуктивности, которые предоставил Заказчик, успешно прошли входной контроль качества на заводе А-КОНТРАКТ: специалисты компании осуществили замеры и первые четыре параметра соответствовали заявленным характеристикам.
Была выполнена пайка экспериментальных образцов электронных блоков, но последующие испытания показали, что смонтированные опытные экземпляры оказались неработоспособными из-за дефектов в катушках.
Сложилась непростая ситуация: с одной стороны, отсутствовала возможность закупить оригинальные катушки Murata, с другой – качество имеющихся давальческих компонентов не удовлетворяло требованиям проекта.
Выход был найден специалистами отдела закупок А-КОНТРАКТ, которым удалось выяснить, что компания Murata раз в несколько лет выпускает нужные катушки маленькими партиями. Связавшись с производителем и получив контакты одного из поставщиков, А-КОНТРАКТ произвел закупку оригинальных катушек индуктивности и выполнил монтаж печатных плат строго в соответствии с КД Заказчика. После замены катушек испытания электронных блоков прошли успешно.
Кроме того, ситуация с дефектными катушками позволила технологам А-КОНТРАКТ сделать вывод о необходимости полноценного входного контроля катушек индуктивности, который позволит гарантировать качество и подлинность компонента.
Выбор метода пайки чувствительной микросхемы на теплоемкую плату
В соответствии с требованиями КД, в процессе монтажа электронных блоков следовало обеспечить заполнение припоем более чем на 75% глубины монтажных отверстий в условиях пайки на 12-слойную печатную плату с силовыми цепями и «толстой» медью. При этом сочетание теплоемкой платы и невысокой теплостойкости (260±5°С) микросхемы ВА996 в металлостеклянном корпусе делало невозможным применение очевидных решений:
пайку ручным способом с помощью индукционного паяльника нельзя было использовать из-за теплоемкости платы и чувствительности микросборки. Такой подход мог вызвать перегрев выводов и привести к дефекту компонента;
применение технологии PiP (Pin-in-Paste — пайка в отверстия с использованием паяльной пасты) также исключалось, поскольку пайка в конвекционной печи могла повредить микросхему.
Оптимальным решением стало изготовление специально спроектированной оснастки (паяльной маски), защищающей стоящие рядом SMD-компоненты от фонтана с припоем в установке селективной пайки. В комбинации с возможностями автоматизированной селективной пайки этот метод позволил обеспечить заполнение припоем более чем на 75% глубины монтажных отверстий.
Проблема с отсутствием
соосности на кросс-плате
При проектировании сложного печатного узла важно, чтобы все его части были разработаны в одной САПР в рамках единого проекта. Это позволяет на программном уровне выполнить учет совмещения и соосности всех входящих в модуль электронных блоков по отношению
к кросс-плате, что гарантирует отсутствие нестыковок между частями изделия на этапе сборки.
КД Заказчика была сделана без учета данного требования, и в процессе сборки это стало причиной отсутствия соосности направляющих разъемов на кросс-плате и ответных частей разъемов остальных плат узла. Таким образом, выполнить качественную пайку мешали следующие факторы:
- очень маленький шаг и люфты разъемов на электронных блоках и самой кросс-плате;
- слишком много допусков, возникших из-за большого количества разъемов;
- бóльшая, по сравнению со стандартной, толщина печатной платы и 5-й класс точности, по которому она изготавливалась.
Для решения возникших сложностей требовалось доработать КД. Инженеры А-КОНТРАКТ при содействии со стороны разработчика оперативно внесли в проект требуемые корректировки непосредственно на этапе сборки. В частности, было решено использовать кондукторы для тех участков платы, где располагаются сразу два параллельных разъема.
Эта и другие доработки позволили выполнить финальную сборку с высоким уровнем качества.
Несоответствие технической документации на резисторы
В изделии должны были использоваться новые отечественные резисторы Р1-12 в корпусах 0402, которые производитель НПО «Эркон» выпускал для автоматизированного монтажа. Однако в процессе изучения технической документации на эти компоненты технологи А-КОНТРАКТ выявили критическое несоответствие между характеристиками, которые заявлял поставщик, и информацией в документах. Согласно стандарту, указанному в технической документации, пайку резисторов Р1-12 в корпусах 0402 можно было выполнять только ручным способом в течение 3 секунд, в то время как проект предполагал автоматизированный монтаж в печи с 40-секундным нагревом.
Специалисты А-КОНТРАКТ обратились к представителям НПО «Эркон», чтобы получить дополнительную информацию по данному вопросу. Поставщик подтвердил, что резисторы Р1-12 способны успешно выдерживать пайку в печи и могут быть использованы для SMT-монтажа. Несоответствие в документации объяснялось тем, что она была составлена на базе документов к старому поколению резисторов и для нового продукта была скорректирована не полностью.
Удостоверившись в том, что пайка компонентов в печи возможна, А-КОНТРАКТ мог бы закрыть этот вопрос, но не в традиции компании оставлять без внимания ошибки, даже если они всего лишь на бумаге.
Для того, чтобы привести техническую документацию на резисторы в соответствие с их фактическими параметрами, инженеры А-КОНТРАКТ предложили разработчикам НПО «Эркон» выполнить на своей производственной базе совместное расширенное исследование по возможностям резисторов Р1-12, результаты которого «Эркон» затем смог бы использовать в процессе согласования новой технической документации.
Команда специалистов провела ряд экспериментов по монтажу резисторов на различные виды плат, на платы с разными покрытиями, с использованием четырех типов паяльных паст, в конвекционной печи и в парофазной печи с вакуумной зоной. При оценке качества паяных соединений применялись следующие методы:
- визуальный с помощью стереомикроскопа LYNX S16 (в соответствии со стандартом IPC-610);
- рентген-контроль;
- микрошлифы;
- контроль электрических параметров.
Визуальный контроль качества паяных соединений ни на одном из этапов дефектов не выявил. Результат оказался более чем успешным: проведенные испытания (климатические, механические на вибропрочность и удар) подтвердили надежность компонентов и высокое качество пайки.
Впоследствии НПО «Эркон» документально зафиксировал результаты исследований, что позволило А-КОНТРАКТ и Заказчику сохранить гарантию на комплектацию после монтажа.
Этот опыт исследователи описали в статье «Современные технологии поверхностного монтажа для отечественных резисторов» (Электроника НТБ, 2014, №6 ).
Чем все закончилось
А-КОНТРАКТ выполнил поставку Заказчику четырех комплектов изготовленных изделий, каждый из которых содержал пять электронных блоков. Испытания устройств, проведенные на заводе Заказчика, показали работоспособность и полное соответствие требуемым параметрам всех комплектов.
Впоследствии производство этих электронных модулей было запущено на заводе Заказчика, при этом сотрудничество с А-КОНТРАКТ продолжилось в рамках кооперации.
Данный заказ стал одним из самых сложных и интересных в практике А-КОНТРАКТ. Он дал компании новый опыт и показал, что пытливый профессионал всегда найдет наилучшее решение даже для нестандартной задачи. А-КОНТРАКТ стал полноценным участником
НИОКР нового продукта. Инженеры компании сумели своевременно выявить все недочеты в КД Заказчика, оптимизировать проект и оперативно решить все возникшие трудности. В результате устройство, созданное совместными усилиями Заказчика и А-КОНТРАКТ, было отмечено несколькими наградами и широко обсуждалось вышестоящих организациях. На базе этого изделия позже были спроектированы и изготовлены радиостанции, которые и сегодня, в 2025 году, активно используются в гражданской авиации.
А недавно Заказчик обратился к А-КОНТРАКТ с предложением участия в разработке и производстве современной бортовой радиостанции нового поколения.
Во второй части статьи будут рассмотрены другие проекты изготовления нестандартных электронных блоков, выполненные специалистами А-КОНТРАКТ.
Отзывы читателей
