Правило десяти. Или как произвести серверные платы в России качественно и с умом
Согласно “Правилу десяти” японского ученого Джениши Тагуши затраты на ремонт возрастают в 10 раз с каждым последующим переходом на дальнейший этап производства. Поэтому эффективный подход - это когда дефект определяется и устраняется на самом первом переходе. Именно этого и придерживается умное производство НПО СтарЛайн. Максимальная автоматизация, поэтапный контроль качества и применение новейших технологий позволяют обеспечивать высокое качества выпускаемых изделий и высокий уровень производительности.
Сегодня НПО СтарЛайн выпускает собственную продукцию – автомобильное охранно-телематическое оборудование под брендом StarLine, а также выполняет контрактные заказы разной степени сложности для других предприятий.
Начиная с 2018 года увеличился спрос на изготовление специализированных серверных материнских плат среди контрактных заказчиков, в связи с требованиями Правительства РФ по локализации производства вычислительной техники. Уже несколько лет НПО СтарЛайн, отвечая высоким требованиям качества, изготавливает для ряда российских компаний, таких как DEPO, Аквариус, 3Logic и др., сложные и уникальные серверные платы, каждая из которых состоит из свыше 5000 компонентов. Производство таких изделий требует множество дополнительных операций, функционального ICT-тестирования, рентген-контроля, 100% функционального тестирования.
Основой радиоэлектронного производства НПО СтарЛайн, расположенного в Ленинградской области, являются четыре автоматизированные линии поверхностного монтажа, пять линий селективной пайки выводных электронных компонентов и две линии пайки волной припоя. Именно для изготовления серверных материнских плат были закуплены линии пайки волной припоя. Скорость изготовления одной серверной платы с установленными 6 тысячами электронных компонентов на линии пайки волной ERSA составляет около 30 секунд. При помощи компрессоров в ванне с расплавленным припоем создается непрерывный поток – волна припоя, через которую движется печатная плата с установленными на нее компонентами. При соприкосновении нижней поверхности печатной платы с волной припоя и происходит формирование паяных соединений.
«Выбор был сделан в пользу волновой пайки, так как именно «волна» позволяет достичь наибольшей производительности. За десять секунд она пропаивает большую серверную плату, на которой установлено шесть тысяч компонентов. В селективной пайке невозможно добиться такого результата, скорость обработки одного изделия будет намного ниже. Производительность пайки волной компенсирует значительное потребление припоя, электроэнергии и азота», – комментирует директор по производству.
Поверхностный монтаж с глубоким подходом
После нанесения на плату паяльной пасты, изделие отправляется на 3D-инспекцию качества ее нанесения. спешно пройдя 3D-инспекцию качества нанесения паяльной пасты, серверные материнские платы попадают в «сердце» производственной линии, где осуществляется поверхностный монтаж SMD-компонентов.
SMD-компоненты захватывают и устанавливают на печатную плату высокопроизводительные автоматы Panasonic NPM-W. Поверхностный монтаж осуществляется с точностью 20 микрон. Притом, что размер таких компонентов может быть от 0,2 мм × 0,15 мм до 120 мм × 120 мм.
Все электронные компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа, на производство приходят в специальных катушках. Им присваивают уникальный код, а затем заносят в электронную базу SAP, что позволяет отслеживать, в каком изделии и какой элемент находится. У каждого оператора линии есть портативный компьютер, с помощью которого сканируется код на катушке и код на питателе. Автомат видит, какой компонент здесь стоит. Если компонент не тот, он сообщает об ошибке. Так что человеческий фактор максимально исключен.
«Ведущие мировые производители оборудования и запчастей закрыли официальные поставки в Россию, что еще больше усложнило цепочку поставок запчастей и оснасток для высокотехнологичного производства. Элементная база потребовала глубокой переработки. Иногда для этого требуется произвести редизайн контрактных изделий, в том числе серверных материнских плат», - отмечает руководитель отдела закупок.
Во все производственные линии НПО СтарЛайн внедрен пооперационный автоматизированный контроль качества: автоматизированные оптические 3D-инспекции, рентгеновский контроль, внутрисхемное тестирование, функциональное тестирование и многое другое.
Силами инженеров компании были разработаны и созданы собственные стенды функционального тестирования серверных плат, которые позволили автоматизировать ряд контрольных тестов готового оборудования. Этот процесс реализуется сотрудниками производства в полуавтоматическом режиме.
«Сложность производства серверных материнских плат заключается, в первую очередь, в том, что такие платы имеют большие физические размеры, до 500 мм. Вторая сложность - это большое количество компонентов на каждой плате, порядка 5000 разного типономинала. Иногда их число достигает 300 только для одного изделия. Все компоненты, естественно, должны быть качественно припаяны, все должны стоять на своих местах и, соответственно, все должны работать. Перед запуском производства контрактного изделия проводится большая подготовка: нужно написать программы, которые гораздо сложнее из-за особенностей платы, нужно подготовить особые термопрофили для индукционных печей, требуется изготовление масок для того, чтобы паять платы с помощью пайки волной и селективной пайки, то есть приходится задействовать металлообработку. Естественно, и большое количество компонентов ведет за собой большую подготовительную работу: написание программ и инспекций, тестирование с помощью ICT-тестера. Это очень трудоемкий процесс. Сейчас наша компания производит серверные материнские платы для 10 российских компаний», – рассказывает ведущий специалист отдела контрактного производства.
Селективная пайка и летающие пробники
Автоматизированные линии монтажа штыревых и сквозных компонентов на производстве позволяют установить штыревые компоненты, которых много на серверных платах, с последующей селективной пайкой в атмосфере азота.
Бездефектную пайку обеспечивают роботизированные линии селективной (выборочной) пайки компонентов сквозного монтажа SEHO SelectLine. Каждый автомат включает четыре роботизированных наконечника с припоем.
Также производство оснащено рентгеном, с помощью которого проверяется качество паяных соединений. А проверку электрических цепей платы и параметров компонентов до подачи питания на схему проводит система внутрисхемного тестирования Takaya APT1400FA, работающая по технологии «летающих пробников».
«Мы используем IСT-тестер для проверки серверных плат. Серверная плата, на которой более 5000 компонентов, – это очень дорогостоящее изделие. Тестер позволяет выявить, нет ли замыканий на печатной плате, все ли компоненты соответствуют заявленным характеристикам. С помощью ICT-тестера можно провести углубленную полную проверку, которая занимает около 30 минут. На проверку одной такой серверной платы специалисту потребовалась бы минимум неделя», – уточняет ведущий специалист отдела контрактного производства.
Завершается трудоемкий процесс изготовление серверных материнских плат в отделе технического контроля. Здесь изделия еще раз визуально проверяют сотрудники производства НПО СтарЛайн: сканируется QR-код изделия, уточняется, были ли в ходе производства дефекты и, только после этого, изделия попадают на склад.