Монтаж электронных плат на предприятиях в Китае – вкалывают роботы – счастлив человек!

SMT монтаж печатных плат на заказ в Китае

Электроника в Китае совершенствуется и миниатюризируется очень быстро

пользователи едва успевают познакомиться с гаджетом и «обкатать» его, прежде чем появится еще более интересная в этом плане новинка. Но соревнования между производителями на самый тонкий смартфон, планшет или другое, надежное и удобное устройство обречены на провал без использования тончайших, легких и негабаритных печатных плат.

Поэтому скорость «эволюции» ПП возрастает сегодня в разы. Воочию мы можем наблюдать этот процесс на примере Поднебесной, мирового центра электроники: монтаж печатных плат в Китае - одно из самых востребованных здесь производств. Крупные местные предприятия с новейшим оборудованием, ни на минуту не останавливающим свою работу, и возможностью внедрения самых современных технологий оперативно и с абсолютной повторяемостью выполняют любые заказы по сборке печатных плат.

Технологические особенности процесса

Замысловатый рисунок современных ПП поражает точностью линий и четким, аккуратным размещением их элементов. Секрет столь изящной пайки плотно установленных чип-компонентов кроется, прежде всего, в использовании прогрессивных технологий монтажа печатных плат.

Это самый сложный и трудоемкий этап производства, требующий и высокой квалификации персонала, и качественного и производительного оборудования. Огромное количество используемых электронных компонентов, микросборок, микросхем и разновидностей их соединений на платах различных видов, количество задействованных сторон плат определяют выбор оптимальной технологии пайки компонентов.

Виды монтажа печатных плат

Поверхностный;
выводной;
ручной.

Задача мастеров предприятия-изготовителя при каждом из этих способов - обеспечить надежные и прочные соединения и бесперебойный электрический контакт. Кроме того, выбранная технология должна быть экономичной и в плане времени, и в финансовом аспекте относительно каждого конкретного заказа. О возможности уменьшить вес платы и сделать ее более компактной не стоит и упоминать - это само собой разумеющиеся вещи.

SMT монтаж

Всем высоким требованиям качества идеально отвечает поверхностный монтаж печатной платы . Это полностью автоматизированный экономичный процесс с использованием высокоскоростных установщиков, высокопроизводительных автоматических принтеров, разгрузчиков ПП, точно и быстро выполняющих все операции. Такое оборудование можно быстро и легко переналадить на выпуск плат разных видов.

Преимущества поверхностного монтажа печатной платы

позволяют говорить об эффективности и перспективности метода, особенно в крупносерийном производстве. Наряду с уменьшением габаритов и веса плат, возможностью качественного монтажа SMT компонентов маленьких размеров и плотной трассировки, технология позволяет улучшить надежность и точность изделий за счет автоматизации производственного процесса и тщательного контроля его этапов.

Такие платы более долговечны и отличаются высокой чувствительностью при передаче даже самых слабых сигналов. И, что немаловажно - они хорошо ремонтируются, благодаря простой замене компонентов. Сроки выпуска крупных партий заказов и затраты на подобное производство сводятся к минимуму. Естественно, себестоимость ПП при этом заметно снижается.

Для пайки компонентов с плоскими выводами непосредственно на поверхность ПП применяются технологии оплавления в печи или пайка волной припоя.

Технология оплавления состоит из нескольких этапов:

Поточечное или трафаретное нанесение паяльной пасты на контактные площадки или клея на точки размещения элементов на поверхности платы. В зависимости от объема заказа операцию можно выполнять в ручном, автоматическом или полуавтоматическом режиме. Очень важно на этом начальном этапе, когда закладывается основа платы, соблюсти точность и равномерность нанесения пасты, чтобы получить в результате качественное изделие;

Монтаж SMD компонентов. В отличие от выводного способа, установка при поверхностной пайке менее трудоемкая и более производительная. При изготовлении тестовых образцов или мелких партий плат, как правило, используются ручные или полуавтоматические манипуляторы с вакуумными пинцетами. В серийном производстве на китайских предприятиях используются дорогостоящие автоматические установщики с возможностью бесконтактного центрирования элементов платы, поддержкой различных типов питателей, высокой скоростью переналадки системы под разные виды плат;

Оплавление пасты в специальных печах кабинетного или конвейерного типов с различным количеством зон нагрева. Сложные и ответственные платы оплавляются в конвекционных печах, создающих идентичные условия пайки для всех без исключения соединений. Более простые платы можно обрабатывать в инфракрасных и смешанных печах;

Автоматический рентгеновский, оптический, внутрисхемный контроль для оценки качества пайки, правильности сборки и проверки работоспособности изделий проводятся на всех этапах производства;

Отмывка плат в ультразвуковых ваннах, ополаскиванием деионизированной водой и т. д. для удаления остатков пасты.

При пайке волной в инертной среде платы после предварительного флюсования и нагрева укладываются на транспортерную ленту и проходят над волной припоя. И сразу же воздушным ножом устраняются остатки припоя.

Ручной монтаж плат

При единичных заказах прототипов или пробных партий ПП китайские производители применяют ручную сборку. Это целесообразнее с точки зрения экономичности и технических особенностей процесса. Но никоим образом не говорит о низком качестве продукции или низкой скорости выполнения.

Технология, по большому счету, идентична автоматической сборке, но с использованием ручных манипуляторов. Пайка выполняется на современном специализированном оборудовании при постоянной проверке и контроле всех операций.

Выводной монтаж

До недавнего времени это был основной тип монтажа ПП. И хотя появились более производительные и эффективные методы, классическая технология все так же находит применение. Само название уже говорит об особенностях способа: компоненты устанавливаются в отверстиях платы и крепятся пайкой к их внутренней металлизированной поверхности или к контактным площадкам.

В зависимости от количества устанавливаемых элементов, их размеров, расположения на платах и сложности схемы платы могут использоваться различные виды выводного (штыревого DIP) монтажа:

Пайка волной (используется для одностороннего монтажа. Отличается высокой скоростью выполнения, отличной повторяемостью за счет автоматизации процесса, хорошим качеством соединений и отсутствием окислений);

Селективная пайка (экономичный автоматизированный способ избирательного монтажа элементов на платах смешанного типа. Как и пайка волной, производится в среде азота);

Ручная пайка на паяльных станциях (применима для монтажа разной степени сложности, рациональна при изготовлении прототипов или небольших партий плат).

Как выиграть в цене и качестве?

В производстве печатных плат одними из важнейших факторов, удерживающих конкурентные позиции компании-производителя, всегда остаются возможности снижения себестоимости изделий без ущерба качеству. Самым эффективным решением в этом случае является контрактное производство, позволяющее к тому же оптимизировать финансовые ресурсы заказчика и сократить время процесса изготовления. Высокотехнологичные производственные предприятия Китая в этом плане оказываются в наиболее выигрышной позиции, и не только ввиду дешевой рабочей силы.

В Китае не нужно долго искать необходимые комплектующие - здесь разрабатываются и выпускаются сотни тысяч разнообразных электронных компонентов ПП. И их стоимость и качество отнюдь не повергают в шок иностранного заказчика. Профессионально отлаженный производственный алгоритм - одна из главных особенностей китайских предприятий, выполняющих контрактную сборку печатных плат, и воспользоваться ею предпочитает все больше зарубежных компаний.

Компания EWBC за время партнерства с китайскими производителями помогла иностранным заказчикам выполнить уже десятки проектов по изготовлению и монтажу плат разной степени сложности и точности, в том числе и высокотехнологичных ПП, а также монтажу SMD компонентов.

Мы предлагаем индивидуальную работу с каждым клиентом по отработанным схемам взаимовыгодного сотрудничества, независимо от объема или особенностей заказа.

Занимаясь электроникой «для души» и не претендуя на лавры «профессионала» и «специалиста» тем не менее иногда удается создать что-то интересное не только для себя, но и для других. И тут неизбежно встает вопрос об изготовлении мелкой серии. Про заказ печатных плат уже много раз писали, многие пробовали и, в принципе, тут все более менее понятно, что и как. Первая партия запаяна, прошита и отдана счастливым владельцам, все хорошо. Внезапно выясняется, что нужно сделать еще пару десятков плат, а времени сидеть по вечерам с пинцетом и феном особенно и нет, да и глаза жалко. Настал момент сделать следующий шаг - попробовать сервис PCBA (PCB Assembly).

В данной статье пойдет речь о уже описанном ранее адаптере, предназначенном для энтузиастов симрейсинга. Статья не является маркетинговым исследованием, я описываю свой личный опыт.

Для начала напомню, что нужно чтобы заказать изготовление голых печатных плат. Если у вас уже есть разведенная плата, нужно экспортировать Gerber и Drill файлы. Для каждого слоя печатной платы нужен отдельный Gerber файл. Название Gerber файла должно соответствовать слою печатной платы. Я использую DipTrace для разводки плат и при экспорте Gerber файлов создаются файлы с такими именами:

BoardOutline.gbr
Bottom.gbr
BottomMask.gbr
BottomPaste.gbr
BottomSilk.gbr
Through.drl
Top.gbr
TopMask.gbr
TopPaste.gbr
TopSilk.gbr

Казалось бы, достаточно понятно? Но с такими именами файлов архив примет разве что SeeedStudio. Для всех остальных файлы приходится переименовывать:

Top layer: pcbname.GTL
Inner Layer 1: pcbname.GL1 (for 4-layer board)
Inner Layer 2: pcbname.GL2 (for 4-layer board)
Bottom layer: pcbname.GBL
Solder Stop Mask top: pcbname.GTS
Solder Stop Mask Bottom: pcbname.GBS
Top Paste: pcbname.GTP
Bottom Paste: pcbname.GBP
Silk Top: pcbname.GTO
Silk Bottom: pcbname.GBO
NC Drill: pcbname.TXT
Outline layer: pcbname.GKO or pcbname.DO

Обратите внимание еще на то, что при заказе печатных плат слои с паяльной пастой обычно не экспортируют, но вот при заказе PCBA они нам пригодятся. Также не забудьте экспортировать Drill файл.

Так же нам понадобятся BOM (bill of materials) и pick-and-place файл, который можно экспортировать также из DipTrace (или того софта, который вы используете). Причем BOM можно сделать из pick-and-place файла, сгруппировав одинаковые позиции и исключив те позиции, которые вы монтировать не планируете. Например, я предусмотрел место для установки JTAG-коннектора, но сам коннектор припаивал только на плату, используемую для отладки.

Формат BOM файлов у всех отличается, но в нем практически всегда должны присутствовать следующие поля:

1. Количество
2. Производитель
3. Партнамбер производителя

Для сервиса Makerfabs, где я в итоге заказывал сборку, я делал вот такой BOM файл:

References Qty Description Manufacturer MPN Digikey Mouser RS Newark Farnell
25/27 1 90131-0123 WM8121-ND 538901310123 6703443 60H4442 2381222
C1-C2 2 22pF,0603 C0603C220J1GACTU 399-7874-2-ND 80C0603C220J1G 8015350 75R1532 1813429
C3-C4 2 100nF,0603 C0603C104K5RACTU 399-5089-2-ND 80C0603C104K5R 8015347 72J5992 1692286
C5 1 4.7uF,0603 CL10A475KL8NRNC 1276-6794-6-ND 81GRM188R60J475ME9D 6911155 62W5999 2211163
...

Требования могут отличаться, так что лучше проверить этот момент заранее.

Так же не забудьте о проверке Design Rules / PCB capabilities. Как правило большинство сервисов дает возможность скачать готовые файлы для часто используемого софта, но вот для DipTrace нужно все проверять вручную. С другой стороны, с теми правилами, которые в DipTrace идут «из коробки», большинство контор по производству печатных плат справляется с запасом.

При мелком тираже (10-20 штук) вполне возможно, что расставлять компоненты на плате будут вручную. Нужно убедиться, что маркировка всех компонентов на плате соответствует BOM-файлу, даже если у вас есть pick-and-place файл, где расположение каждого компонента тоже указывается.

Допустим, с этим вы справились, дальше нужно сделать следующее. Сначала свяжитесь с сервисом и попросите их прислать расчет стоимости по проекту, отправив им герберы, файл сверловки, BOM и pick-and-place. Обычно ответ приходит в течение одного-двух дней. Внимательно посмотрите на стоимость по позициям. В счет будут включены следующие позиции:

Изготовление печатных плат
- Изготовление трафарета для нанесения пасты на платы
- Подбор компонентов из числа местных аналогов (*)
- Монтаж и тестирование (**)(***)
- Доставка

(*) - позволяет снизить стоимость платы за счет замены оригинальных компонентов на местные, но тоже не бесплатно, мне обошлось в $20. Плата за подбор - однократная, при повторном заказе того же дизайна не взимается.
(**) Процедуру тестирования можно обговорить заранее, в небольших компаниях могут выполнить любой каприз, разумеется, не бесплатно.
(***) Если заказываете мелкую партию - может быть добавлена небольшая комиссия за мелкий тираж, например, у Makerfabs - при партии меньше 20 штук.

Изготовление трафарета - тоже, в общем то, однократная процедура, при повторном заказе оплачивать не нужно, китайцы обещают их хранить.

Обратите особое внимание на способ доставки. Мелкие конторы часто не имеют опыта работы с РФ, могут из лучших побуждений предложить использовать какую нибудь курьерскую службу, название которой вам будет мало что говорить. При этом эта курьерская служба на территории РФ может работать через, скажем, какой-нибудь EMS. И мучиться вам с ним исключительно по собственной вине…

Опять же, не забудьте указать taxpayer number (ИНН) и попросите китайцев указать его на бланке адреса, чтобы не получить проблемы от нашей таможни. Китайцы также могут спросить, указывать на коробке стоимость полностью или занизить её. Я попросил указать полностью, налоги с такой суммы еще не взимают.

После того, как стоимость согласована и заказ оплачен, этап изготовления занимает обычно 1-2 недели. По завершении этапа можете попросить прислать вам фото результата, чтобы не скучно было ждать во время доставки:) Так же попросите отчет как платы прошли согласованное с вами тестирование. Если все хорошо - ждите, скоро приедет.

В целом цикл обработки заказа выглядит вот так:

Если сравнивать стоимость сборки самому и сборки на заказ, то вопрос упирается прежде всего в то, во сколько вы оцениваете свое время. Лично я плату как на КДПВ собираю где то за час с лишним. 10 плат - условно два рабочих дня. Сравнивая стоимость своего рабочего времени и стоимость контрактной сборки - второе мне дешевле. Тем более, если речь идет не о 10 платах, а, скажем, о 50-100 штуках. Да, есть специально обученные монтажники, которые делают это гораздо быстрее и качественнее. Но это не про меня…

Когда точно не стоит пользоваться контрактной сборкой? Например, если вы не до конца уверены в том, что ваш дизайн полностью работоспособен. Ибо это исключительно ваша проблема, сборщики за это не отвечают и заказ будет собран полностью вне зависимости от его работоспособности. Ну и еще в конце января тоже заказывать не стоит. Сделанный после 20 января заказ вы увидите разве что в середине марта. Потому что весь Китай отмечает новый год…

Касательно утечки интеллектуальной собственности - сервис декларирует неприкасаемость вашей интеллектуальной собственности. Как будет гарантирована эта неприкосновенность - не очень понятно, но для опенсорс или хобби проектов это не так важно. В конце концов для хобби электроники схемы обычно достаточно простые, ну а прошивку можно и не предоставлять для тестирования. Но это вам решать.