Technologické vybavení laboratoří LVR na FEL ČVUT v Praze

Tento článek volně navazuje na článek prof. Miloše Klímy a kol. o současnosti a budoucnosti výuky elektroniky na FEL ČVUT ze září minulého roku a na článek Ing. Havlíka uveřejněný v listopadovém čísle, který se věnoval nově vznikajícím laboratořím pro vývoj a realizaci vzorků (LVR) na elektrotechnické fakultě ČVUT v Praze. Laboratoře pro vývoj a realizaci vzorků jsou určené pro studenty, akademické pracovníky a pro potřeby externích zákazníků z oblasti vývoje, výroby a diagnostiky. Hlavní těžiště laboratoří je soustředěno na elektrotechnický průmysl, především se jedná o výrobu, vývoj a diagnostiku v oblasti SMT technologií. K vybavení laboratoří však patří i například RTG s možností zpracování rentgenových snímků pro prostorové 3D zobrazení pomocí CT a díky tomu jsou laboratoře schopny vyhovět i některým náročným požadavkům mimo elektrotechnický průmysl.

Obr. 1 Sítotisk A23

V tomto článku se budeme podrobněji věnovat popisu konceptu postupu práce v laboratořích. Především se zaměříme na popis jednotlivých zařízení ve výrobním řetězci s ohledem na jejich technické parametry a na technologickou návaznost.

Obr. 2 Osazovací automat FLX2011V

Koncepce laboratoří spočívá v pokrytí potřeb širokého spektra zadání v oblasti SMT výroby. Hlavní důraz je kladen na flexibilitu a výslednou kvalitu, nikoliv na kvantitu. Z tohoto hlediska jsou laboratoře primárně určeny zejména pro vzorkovou či prototypovou výrobu až po malé série. Oblast výroby je soustředěna především na SMT montáž. Veškeré prostory výroby, včetně vybavení, jsou ESD kompatibilní a jsou vybaveny filtrací vzduchu. V místnosti výroby je deklarována třída čistoty D. Pro udržení potřebné čistoty je vstup do prostor výroby pouze přes přestupovou vstupní místnost, která chrání čisté prostory před prvotním znečištěním. Součástí vstupní místnosti je šatna s ESD oblečením a ESD tester. Osoby vstupující do čistých prostor se musí nejprve v šatně převléknout a následně provést zkoušku, zda vyhovují požadavkům pro vstup do ESD prostor.

Obr. 3 Pájení v parách – pec SLC 509

Výrobní část laboratoří je rozdělena do dvou místností, na které navazuje úsek diagnostiky a měření. V místnosti výroby jsou umístěna jednotlivá technologická zařízení. V druhé navazující místnosti je umístěno skladové hospodářství.

Sklad je vybaven mimo jiné sušící skříní X-Treme (rozsah vlhkosti: 1–50 %, rozsah teploty: +20 až +40 °C), která je určená pro skladování součástek citlivých na vlhkost.

Obr. 4 Mycí zařízení SWASH II

V místnosti s výrobní technologií je umístěn sítotisk A23 (výrobce PBT). Jedná se o poloautomatické sítotiskové zařízení pro malé a střední série určené k nanášení pájecí pasty, případně lepidla. Sítotisk je vybaven kamerovým systémem pro nastavení a kontrolu soukrytu DPS a sítotiskové šablony pro tisk a také kontrolním SW ke správnému provedení tisku.

Pro automatické umístění součástek na DPS jsou laboratoře vybavené osazovacím automatem FLX2011V (výrobce Essemtec). Automat je schopen osazovat součástky od velikosti 01005, pitch 0,3 mm, BGA až do velikosti 50×50 mm s rychlostí osazování 6000 součástek za hodinu. Kromě standardních podavačů je automat vybaven flexibilními podavači pro osazení jednotlivých součástek, atypických pouzder apod. Osazovací automat je vybaven bezkontaktním laserovým středicím systémem a systémem pro verifikaci (elektrické měření) součástek. Součástí automatu je šroubový dispenzer pro nanášení pájecí pasty a lepidla pro součástky od rozměru 0402.

Na přetavení pájecí pasty disponují laboratoře technologií pájení v parách, konkrétně se jedná o pec SLC509 (výrobce IBL). Pec je určena pro přetavení olovnaté i bezolovnaté pájecí pasty. Součástí pece je IR předehřev pro tvrzení lepidel a zrychlení ohřevu DPS. Pec umožňuje přesné nastavení teplotního profilu včetně jeho průběžného měření a vizualizace.

Obr. 5 Opravárenská staice IRPL 650A

Technologie je doplněna o mycí zařízení SWASH II (výrobce PBT). Jedná se o automatické plně programovatelné jednokomorové zařízení s vícestupňovým čištěním. Zařízení je určené pro mytí sítotiskových šablon a DPS, včetně špatně přístupných oblastí jako například místa pod součástkami na DPS.

Maximální možný rozměr DPS, který je na výše uvedených zařízeních možné vyrobit od nanesení pasty, přes osazení a pájení až po finální mytí je 400×350 mm.

Další součástí výrobního úseku je opravárenská stanice IRPL 650A (výrobce ERSA). Na stanici je možné jednotlivě odpájet/zapájet/osadit široké spektrum SMD součástek včetně BGA a fine pitch pouzder. Opravárenská stanice má 9 programovatelných IR topných zón s možností nastavení přesného tvaru teplotního profilu.

Kromě výše uvedených zařízení je zde samozřejmě k dispozici ruční odpájecí stanice, pájecí stanice, ruční dávkovač pájecí pasty a lokální filtrace vzduchu.

Elektronické součástky, mechanické díly, neosazené DPS nebo šablona pro tisk jsou objednávány u subdodavatelů. Jednotlivé komponenty je možné pořídit v rámci komplexnosti celé zakázky nebo lze použít jednotlivé komponenty či celky od zadavatele zakázky.

Přechod do provozního režimu laboratoří je plánován na květen 2011. Nicméně laboratoře jsou v současnosti již plně vybaveny a řeší některá drobná zadání studentů a po individuální dohodě i zadání externích zákazníků. Momentálně je připravován postupný náběh provozního režimu.