Sorozatgyártásnál a megtervezett egyedi NYÁK terv panelizálása a beültetés és szerelés miatt szinte elengedhetetlen. Azt vettük észre, hogy kétféle ügyfél létezik a panelizálás szempontjából: az egyik, aki valamilyen úton-módon – akár saját kárán tanulva – megszerezte a szükséges tudást ahhoz, hogy korrekt, a NYÁK gyártó által gyártható és a beültetéskor is használható paneltervet készítsen, a másik típus, akinek gyakorlatilag semmilyen információja sincsen a dologról, és hozzákezdeni sem tud a panelizálás megtervezéséhez. A két állapot között elenyészően kevesen vannak. A panelizálással kapcsolatos leírásainkban ezeket a fehér foltokat szeretnénk eltüntetni a tervezők fejéből, és megmutatni, hogy tulajdonképpen egy egyszerű dologról van szó, amire mindenki képes lehet, aki az egyedi NYÁK-jának tervét már el tudta készíteni.
Mivel a panelizálás elsősorban a sorozatgyártás egyik eszköze, ezért főként ebből a szempontól tárgyaljuk a témát.
Fogalmak:
- Egyedi NYÁK: egy darab, különálló NYÁK
- Panel, montír, panelizált NYÁK: egy vagy több különböző egyedi NYÁK-ból összeállított panel
Panelizáljuk a NYÁK-ot! De ez mit jelent?
Ha a prototípus már megfelelően működik, és elindítanánk az első kisebb-nagyobb sorozat gépi beültetéses gyártását, akkor általában feltétlenül szükséges panelizálni az egyedi NYÁK-ot (kivéve, ha pl. A4-es méretű maga a NYÁK és tele van alkatrészekkel, a tapasztalat azonban ma már nem ez).
A panelizálás (vagy montírozás) során az eredeti tervet több példányban egymás mellé másoljuk X és Y irányban, így egy nagyobb “táblát” kapunk, amelyen ugyanaz a NYÁK terv szerepel mérettől függően általában 5-200 példányban. Az egymás mellett levő több NYÁK beültetése könnyebb és gyorsabb, ha egyben, egy panelon vannak. Tehát a panelizálás tulajdonképpen a gazdaságos gyárthatóság egyik alappillére. De a tervek pusztán egymás mellé történő másolása még nem elegendő.
A panelizálás nem tévesztendő össze azzal, amikor a tervező egyszerűen fogja és lemásolva egymás mellé helyezi a terveit. A korrekt panelterv magában foglalja:
- az egyedi NYÁK-ok tervét, a ritzelés vonalait és/vagy a kitördelhető marások/fülek terveit,
- a panel körvonalát, az illesztőfuratokat (amennyiben szükségesek a beültetésnél) és
- a fiducial-okat.
Azaz a panelterv egy gondosan elkészített rajz, akárcsak maga az egyedi NYÁK terve. Az alábbi kép egy panel NYÁK gyártásra és beültetésre alkalmas változatát mutatja.
Mikor ajánljuk a panelizálást?
A panelizálást főként akkor ajánljuk, ha a panelek gépi beültetésre kerülnek majd, amit a beültetendő alkatrészek nagy száma indokol. A panelizálást ajánljuk tipikusan olyan esetekben, mint:
- 100db 100x100mm-es NYÁK rendelése esetén
- 200db 50x50mm-es NYÁK rendelése esetén
- 1000db 20x10mm-es NYÁK rendelése esetén,
- …és minden olyan esetben, ahol a beültetést megkönnyíti (NYÁK gyártás előtt konzultáljon először a beültetővel!)
Tehát olyan darabszámoknál, ahol már biztosan jobban megéri a gépi beültetés, mint a kézi.
Mikor NEM ajánljuk a panelizálást?
Általában NEM ajánljuk kis darabszám rendelése esetén, még akkor sem, ha az egyedi NYÁK-ok mérete kicsi (pl. kisebb, mint 20x20mm), mert ez általában nem kivitelezhető gazdaságosan a pooling gyártásban. (A pooling gyártás azt jelenti, hogy a különböző ügyfelek különböző rendeléseit egy nagyobb táblára montírozva gyártjuk le.) A hazai gyakorlatban a gyártók nagy része – velünk ellentétben – nem alkalmazza a pooling gyártást, hanem a megrendelt NYÁK-okat egyesével gyártja le technológiai kerettel, amit végül eltávolítanak. Ebből következik, hogy ezeknél a gyártóknál megkövetelnek egy minimum megrendelési méretet, vagy épp arra kérik a vevőt, hogy több kis tervet montírozzon össze a minimálisa rendelhető méretbe.
Mivel nálunk és partnereinknél is a gyártás legalább 3db-os pooling tábla pakettekben készül, így legalább 3db készül a megrendelt panelből. Ha Ön összemontírozza a terveit 1db nagy panelre, amit aztán megrendel, akkor a minimum másik 2db panel a veszélyes hulladékban végzi majd, a gyártási költségünk azonban jóval magasabb lesz, mintha 3 kisebb panelt rendelt volna. Tehát míg más gyártók a technológiai lehetőségeik miatt kifejezetten kérik a kis darabszámok panelizálását, addig mi – költséghatékonysági szempontból – ezt inkább nem javasoljuk.
A kis mennyiségű panelizált rendelések (pl. 1db panel, benne 5db egyforma vagy különböző egyedi NYÁK) gyártásának egyébként technológiai akadálya nincsen, de a felmerülő pluszköltségeket kérjük, mindig vegyék figyelembe, továbbá online rendeléskor a megfelelő opciókat válasszuk ki (részletesebben lejjebb). Kis darabszámú paneleket általában akkor rendelnek ügyfeleink, ha a sorozatgyártás előkészítése miatt van szükségük próba darabra.
Hány különböző tervet montírozhatok a panelre?
A NYÁK gyártás szempontjából lehetőleg egyfélét. A beültetésnél elő szokott fordulni olyan eset, hogy pl. egy adott készülékhez két különböző NYÁK-ra van szükség azonos darabszámban, és amíg az egyik NYÁK sok alkatrészt tartalmaz (processzor, ellenállások, stb.), a másikon csak néhány LED található állapotjelzőként. A beültetésnél gazdaságosabb, ha a két terv párban kerül a panelra montírozáskor, így a beültetéskor egyféle panelre kell ráállni, tehát idő takarítható meg.
A NYÁK gyártás szempontjából hátrányos lehet, ha a két NYÁK rajzolatának sűrűsége nem egyforma, ugyanis ettől inhomogén lehet a rézgalvanizálás vastagsága, extrém esetben nagy selejtarányt okozhat. Tehát lehetőleg egyféle terv kerüljön egy panelra, de ha mindenképpen szükséges több tervet panelizálni egyszerre, akkor a rajzolatsűrűség lehetőleg hasonló legyen.
Miért kell panelizálni a NYÁK-ot?
A gépi beültetésnél elsődleges szempont a mellékidők csökkentése. Ha az egyedi NYÁK-okat egyesével ültetné be a gép, akkor a szükséges NYÁK-onkénti beállás nagyban növelné a beültetés és ellenőrzés teljes idejét. A másik ok pedig, hogy a gépi beültetésnél szükséges általában legalább két szemközti oldalon legalább 5-5mm széles technológiai keret, ahol a gép megfogja a panelt, mert enélkül a beültetéskor a rögzítés lehetetlen lenne. Ha pedig technológiai keretre mindenképpen szükség van, akkor az gazdaságosabb, ha az csak egy nagyobb panel szélén van rajta, minthogy minden egyedi NYÁK szélein legyen technológiai keret.
TIPP: Amennyiben nálunk rendeli meg a beültetést, akkor számunkra nem feltétlenül szükséges technológiai keret, tehát kevesebb lesz a NYÁK gyártás költsége!
A panelizálás tehát gyorsasági, gazdaságossági, és a beültetés kivitelezhetőségét érintő szempontok miatt szükséges.
Miért előnyös, ha Ön tervezi meg a panelizálást?
Azon ügyfelek, akik nem járatosak a gépi beültetésben, elképzelhető, hogy csak akkor szembesülnek a panelizálás lehetőségével, amikor a beültető cégtől hallják, hogy a NYÁK-okat jó lenne, ha “ilyen-és-ilyen” elrendezésű vagy méretű panelen hoznák. Az ügyfél pedig már így is késésben van a projekttel, és nincs ideje arra, hogy elmélyedjen a panelizálás rejtelmeiben, ezért megkéri a NYÁK gyártót, hogy készítse el az egyedi tervek alapján a panelizálást. Azonban nem ad át minden szükséges információt a NYÁK gyártónak a paneltervezéshez, így a beültetés nem lesz zökkenőmentes. Néhány példa:
– nem hívja fel a figyelmet egy a NYÁK kontúrján túllógó csatlakozóra, amely azt okozza, hogy a NYÁK szélére tervezett alkatrészek miatt a csatlakozók csak a panel széttördelése után ültethetők be kézzel
– nem kér elegendően széles panelkeretet, így a beültetőgép esetleg nem tudja megfogni a paneleket
– nem kér és nem is tesz le a tervre lokális fiducial-okat, így a beültetés és annak ellenőrzése bizonytalanná válik a nagy pontosságot igénylő forrasztásoknál (nagy lábszámú IC-k)
– az ügyfél nem ismeri a törőfüles marás és a ritzelés, illetve ezek kombinációinak lehetőségét, ezért végösszegben vagy az egyedi NYÁK-ok kontúrjának minőségében nem azt kapja, amit elképzelt
– stb.
Összefoglalva: a panelizálás egy igen egyszerű dolog, mindössze néhány apró szabályra kell odafigyelni. Az ügyfél, a NYÁK gyártó és a beültető is csak előnyét látja egy korrektül megtervezett panelnek. Kerüljük tehát azokat a szituációkat, hogy a gépi beültetésre szánt tervet csak úgy “odadobjuk” a NYÁK gyártónak és a beültetőnek, mondván hogy “ebből kérek 500db-ot, mindenki kezdjen a rajzokkal, amit akar”.
Hogy néz ki konkrétan egy "panel"?
A sorozatgyártásra alkalmas panel (ebbe beleértjük természetesen a NYÁK gyártásra és alkatrészek beültetésére való alkalmasságot is) mindössze néhány nevezetes részt tartalmaz.
1. Panelkeret: ez a panel két szemközti vagy két-két szemközti oldalán levő, általában a beültetést segítő technológiai keret (a NYÁK gyártáshoz erre egyébként nincsen szükség, csak a beültetéshez). A beültető és ellenörző gépek ezeknél a kereteknél fogják meg a panelt, amíg a munka zajlik. A gyártás befejezése után erre már nem lesz szükség, hulladékot képez.
2. Fiducial marks: “magyarul” rövidítve a szakzsargonban fidu-nak nevezzük őket (a rézrétegben leggyakoribb esetben egy 1mm átmérőjű kör, a lötstop rétegben pedig egy 3mm-es kör alakú kihagyás). Ezek olyan referenciajelek, amelyekhez a beültető és ellenőrző gépek szinkronizálnak.
A panel befogása során mindig van egy adott pontatlanság. A beültetést a gép azzal kezdi, hogy kamerával megnézi, hol vannak pontosan a fidu-k, és szoftveresen ehhez képest transzformálja a beültetés koordinátáit. Ha tehát a panel a beültetőgépbe kicsit ferdén kerül be, semmi probléma sem lesz, hiszen a gép ezt a problémát automatikusan kompenzálja. A fenti képen kétféle fiducial látható: kör és kereszt alakúak. A leggyakrabban használt alakzat a kör, de más alakzatot is használhatunk, pl. háromszöget, kettőskeresztet, stb.
Nincs szükség egyébként többféle alakú fiducial lerakására, sőt elegendő mindössze egyféléből 2db (de a pontos beültetéshez inkább 3db) a panel különböző (lehetőleg minél távolabbi) pontjára. A mi panelterveinken (NYÁKÁRUHÁZ Kft.) azért használunk kétféle fiducial-t, mert bizonyos beültetőgépek jobban “felismerik” az egyiket, mint a másikat, így bizonytalanság esetén több fidu is rendelkezésre áll a szinkronizáláshoz, de erre általában nincsen szükség.
A fiduk lehetnek panel, globális vagy lokális típusúak. A különbség köztük mindössze az elhelyezkedésük, alakjuk ugyanolyan. A panel fiduk a panelkereten helyezkednek el, és jelentésük a teljes panelre értendő. A globális fiduk az egyedi NYÁK-okon belül találhatóak, általában a két átlós sarokban. Ha olyan alkatrészt kell beültetni, melynek a pontossága kritikus a nagy lábszám és kis méret miatt, akkor célszerű az alkatrész mellé az átlós sarkokba fidukat letenni, így még pontosabban végezhető el és ellenőrizhető le egy ilyen alkatrész beültetése. Ezeket hívjuk lokális fiduknak. Lokális fiduk lehetnek még az egyedi NYÁK-ok sarkaiban vagy az egyedi NYÁK-okon levő nagy lábszámú precíz beültetést igénylő alkatrészeknél is, amelyek segítik a beültetés utáni ellenőrzést (AOI – Automated Optical Inspection), ha szükségünk van erre (főleg közepes-nagy sorozat esetén lehet fontos, ahol a selejtek kiszűrését minél előbb el kell végezni). A fenti fényképen lokális fiduk nincsenek, de példaként ha az alábbi képen az U2 IC beültetését szeretnénk utólag ellenőrizni, akkor a lokális fidu-kat így tennénk le (a fehér nyilak mutatják a lokális fidu-kat):
Mielőtt még összezavarnánk az olvasót a rengeteg fiducial-lal, jó ha tudjuk, hogy a gyakorlatban teljesen felesleges teleszórni fidukkal biztos-ami-biztos alapon a panelt. Tervezés előtt mindenképpen egyeztessünk a beültetés és az ellenőrzés lehetőségeiről a beültetést végző céggel vagy személlyel! Néhány példa a fiducialok elhelyezésére a panelkereten:
A jobb alsó képen a ritzelés vonala átszeli a fiducialt, ami miatt lehetséges, hogy nem ismeri majd fel a fidut a beültetőgép. Lehetőleg kerüljük az ilyen helyzeteket, és tegyük arrébb néhány mm-rel a fidut!
3. Illesztőfuratok: régebbi gépeken a tájolást illesztőfuratokkal oldották meg fidu-k helyett. Az illesztőfuratokhoz is lehet szinkronizálni a beültetési pozíciókat, viszont ez általában pontatlanabb, mint a fidu-khoz való szinkronozás. Az illesztőfuratokat ma már inkább csak hullámforrasztás esetén a megvezetéshez használják, vagy egyéb ellenőrzésekhez. Az esetek legnagyobb részében elhagyhatók.
4. Az egyedi NYÁK: a főszereplők maguk a panelen belüli egyedi NYÁK-ok, amelyeket a beültetés után eltávolítunk a panelből.
5. Kitördelhető marás és/vagy ritzelés: mindenképpen szükséges megrajzolnunk, hogy az egyedi NYÁK-ok elválasztása pontosan milyen legyen a panelen belül. A lehetőségekről lejjebb lesz szó.
A képek egy-egy valós környezetben történő beültetést mutatnak. A bal oldalon a panel kitördelhető marással, míg a jobb oldalon ritzeléssel készült. A fent leírt nevezetes részek is megfigyelhetők a panelokon.
A panelizálás előkészítése
Az egyes lépéseket célszerű a megadott sorrendben elvégezni, hogy ne érjen meglepetés minket.
1. lépés: válasszunk egy beültető céget! Elsősorban természetesen a saját beültetési szolgáltatásunkat ajánljuk, mivel ebben az esetben elkerülheti a vitás helyzeteket, amikor a NYÁK gyártója és a beültető cég egymásra mutogatnak, amiért a panelek nem működnek, Önnek pedig már szállítania kellene a kész áramköröket. Továbbá a NYÁK tervet is tudjuk módosítani úgy, hogy a beültetési technológiánkhoz a legjobban illeszkedjen, így minimalizáljuk a hibákat. Ráadásul nálunk stencilköltséggel sem kell számolnia, mert a beültetéshez szükséges stencilt házon belül kivágjuk lézerrel, aminek árát nem számítjuk fel.
2. lépés: küldjük el az egyedi NYÁK tervét a beültető cégnek, és egyeztessünk velük, hogy mekkora panelizált panelre van szükségük és milyen elrendezés a legjobb számukra. Az elrendezés alatt értjük: hányszor hányas montír legyen? A panelméretet nagymértékben befolyásolja a NYÁK alapanyagának vastagsága. Míg egy 1,6mm-es alapanyagból készült A4-es méretű panel ritzeléssel elválasztva igen stabil marad, addig ugyanez a panel 0,8mm-es vastagságban már szinte papírszerűen hajlik és törik! Az ideális panelméret általában kb. A6 és A4 méret közötti (A6 méret: 105x148mm, A4 méret: 210x297mm).
3. lépés: ha a szokásosnál nagyobb tömegű alkatrészt (pl. NYÁK-ba ültethető trafót) tartalmaz a terv, akkor külön kérdezzük meg a beültetőt, hogy mit javasol, mekkora méretbe és milyen elrendezéssel panelizáljuk a NYÁK-ot, hogy a beültetendő panel még stabil maradjon?
4. lépés: döntsük el, hogy a panelon belül az egyes NYÁK-ok elválasztását hogyan szeretnénk kérni a NYÁK gyártótól (kitördelhető marás, ritzelés vagy ezek kombinációja) – ez összefüggésben van a 3. lépéssel, mert befolyásolja a panel stabilitását.
5. lépés: végezzük el a panelizálást és küldjük el gyártásra a paneltervet.
Extrém hiba a sorozatgyártásban: legyártatok 500db 50x50mm-es NYÁK-ot egyesével kontúrmarva (a terv tele van SMD alkatrésszel, amik természetesen a panel széléig kilógnak, hogy véletlenül se maradjon hely a beültetőgépnek a NYÁK befogásához), MAJD EZUTÁN keresek egy szimpatikus beültetőcéget, aki tájékoztat arról, hogy ebben a nem panelizált formában csak kézzel tudja beültetni az alkatrészeket, ami 2-5x annyiba fog kerülni, mint a gépi beültetés és 2 héttel tovább is tart majd…
A sorozatgyártásnál további szempont, hogy a NYÁK-ok gépi szerelésre alkalmasak legyenek. Ez azt jelenti, hogy általában szelektív felületkezeléssel kell készülniük. A nem szelektív ónozású NYÁK-ok esetében a lötstop alatt is ónréteg van (általában galvánón). Ennek a szerkezete viszonylag porózus, és a reflow kemencés forrasztás vagy nem szelektív hullámforrasztás során megolvad. Emiatt a lötstop alatt megolvadt ón felráncosítja a lötstopot, és széles vezetők esetén elszívhatja az ónt a pad-ekről, amely végül selejtet is eredményezhet. Gépi beültetésnél kizárólag szelektív ónos NYÁK-ok használjon (nincsen ón a lötstop alatt, csak a pad-eken), kerülje a ma már elavult galvánónos technológiát.
Részletesebben a kitördelhető marásról és a ritzelésről
A két legelterjedtebb eljárás a NYÁK-ok elválasztására panelen belül a kitördelhető marás és a ritzelés (V-cut).
Panlizált NYÁK kitördelhető marással
A kitördelhető marással készült panelen belül az egyedi NYÁK-okat szinte teljesen körbemarjuk, mindössze néhány törőfület hagyunk meg, amelyek a beültetéshez és szereléshez egyben tartják a teljes panelt. A beültetés befejezése után az egyedi NYÁK-ok kitördelhetőek a panelból.
Előnyei:
- szép felület a marás mentén
- szinte tetszőleges alakzat lehetséges
Hátrányai:
- csökkenti a panel stabilitását
- összességében nagyobb panelméret
- bonyolultabb tervezés
Panlizált NYÁK ritzeléssel
A ritzeléssel készült panelen belül az egyedi NYÁK-okat úgynevezett ritzeléssel választjuk el egymástól. A ritzelés azt jelenti, hogy a megtervezett ritzelési vonalak mentén a kész panel V alakú bevágásokkal lesz elvékonyítva. Így a beültetéshez és szereléshez egyben marad a teljes panel, viszont a beültetés befejezése után az egyedi NYÁK-ok kitördelhetőek a panelból.
Előnyei:
- összességében stabilabb marad a panel a kitördelhető maráshoz viszonyítva
- egyszerű tervezhetőség és kivitelezhetőség
- összességében kisebb panelméret -> gazdaságosabb kivitel
Hátrányai:
- csökkenti a panel stabilitását
- szétördelés után sorjás marad a NYÁK széle
- csak egyenes vonal mentén lehetséges a kivitelezése gazdaságosan és gyorsan
Ritzelésnél általában az anyagvastagság 1/3-a marad meg középen. Stabilitási szempontból ezzel mindenképpen számoljunk!
Melyiket válasszuk?
Döntési szempontok:
- Mi a fontosabb?
Esztétika -> kitördelhető marás
Ár -> ritzelés - Mennyi időt szeretnénk sorjázással tölteni (ha egyáltalán szükséges sorjázni esztétikai vagy mechanikai szempontból)?
Keveset -> kitördelhető marás
Többet -> ritzelés - Mennyire nehéz alkatrészek lesznek a panelen?
Könnyűek -> ritzelés
Nehezek (pl. paneltrafó) -> ritzelés vagy kitördelhető marás több törőfüllel - Milyen a NYÁK alapanyag vastagsága?
1,2mm alatti -> kitördelhető marás
1,2mm-tól felfelé -> ritzelés
Ellentmondó szempontok esetén: kitördelhető marás és ritzelés kombinációja
Ha egy-egy NYÁK a panelen belül viszonylag kevés számú alkatrészt tartalmaz, akkor a beültető azt fogja valószínűleg kérni, hogy minél több egyedi NYÁK legyen a panelon, hiszen így gazdaságosabb a beültetés, kevesebbszer kell cserélni a panelt a gépeken. Amennyiben az egyedi NYÁK terve mindenképpen valamilyen a téglalap formától eltérő alakú kell, hogy legyen, akkor csak a kitördelhető marás jöhet szóba, vagy a kitördelhető marás és a ritzelés kombinációja. Ha csak a kitördelhető marás valósítható meg, az csökkenti a panel stabilitását. Ebben az esetben javasoljuk az egyes egyedi NYÁK-ok közti távolság növelését!
Ha az anyagvastagság túlságosan vékony, pl. 0,8mm, és ragaszkodunk a ritzeléshez, akkor kompromisszumos megoldásként használhatjuk a ritzelés és a kitördelhető marás kombinációját a panel stabilitásának növelése érdekében. Az alábbi képen az egyedi NYÁK-okat marás választja el egymástól, a panelkeret pedig ritzelt. A ritzelés és a kitördelhető marás kombinációjának alkalmazása a panelen belül akkor is előnyös lehet, ha az egyedi NYÁK kontúrjának csak bizonyos részei lesznek szerelés után szemmel láthatóak.
Esztétikai szempontból tehát érdemes úgy tervezni, hogy a látható részek lehetőleg kontúrmarással készüljenek, és a kevésbé láthatók vagy rövidebb élek ritzeléssel. Ebben a példában a kis NYÁK-ok hosszabbik oldalán volt fontosabb az esztétika, illetve a kontúrmart oldalak jobban illeszkednek mechanikailag a szűk helyekre, mivel a kontúrmarás pontossága nagyobb, mint a ritzelésé (a ritzelés felületi érdessége nagyobb).
A panelizálás tervezésének egyéb szempontjai
A beültető céggel történt egyeztetés után már tudjuk, hogy mekkora és milyen elrendezésű panelt kell (érdemes) terveznünk az egyedi NYÁK tervünkből. Ha pl. 100db egyedi NYÁK-ra van szükségünk, és a legjobb elrendezés beültetés szempontjából a 6×4-es, akkor 4db panel rendelése esetén 96db egyedi NYÁK-unk lesz, 5db panel rendelésekor pedig 120db. Ekkor célszerű a nagyobb mennyiséget választani.
Mindig tervezzünk 10-20% többlettel! Ha 100db kész áramkörre van szükségünk, akkor rendeljünk mindenből 110-120db-ot. A beültetési folyamatnál is lehetnek hibák, és ritkán előfordul, hogy a beültetett alkatrészek is hibásak (Aliexpress, eBay-ről rendelt gyanúsan olcsó selejt IC-k, stb.). A legkellemetlenebb, ha maga a NYÁK hibás, és ez csak a drága alkatrészek beültetése után derül ki. Ennek megelőzése érdekében csak E-tesztelt NYÁK-ot rendeljen!
Hozzászólások