Monitorování klimatických podmínek při skladování pájecí pasty

Říká se, že ševcovy děti nemají boty a instalatérovi kape kohoutek. A jak je tomu s automatizací u dodavatele automatizačních technologií? Výrobci málokdy dokážou každou inovaci okamžitě zavést do své vlastní výroby. Nová řešení totiž musí být přizpůsobena aktuálním výzvám a na jejich zavedení během běžného provozu musí být ten správný čas. Společnost TURCK nyní ve svém závodě v Beierfeldu dokázala přímo zavést nedávno představenou inovaci a automatizovat manipulaci s pájecími pastami při výrobě elektroniky.

V Beierfeldu společnost kromě mnoha dalších výrobních linek provozuje také výrobní závod SMT pro desky s plošnými spoji. Zkratka SMT znamená Surface Mounted Technology (technologie povrchové montáže) a označuje výrobní proces, při kterém se součástky, jako jsou rezistory nebo kondenzátory, připájejí přímo na desku s plošnými spoji – na rozdíl od tradičního procesu THT (Through Hole Technology, technologie průchozích otvorů), při kterém se součástky s malými vývody zasunují do otvorů v desce s plošnými spoji a poté se připájejí. V procesu SMT se pomocí tiskáren nanáší na desky plošných spojů velmi tenká vrstva pájecí pasty (<150 mikrometrů). Deska plošných spojů se poté osadí součástkami a v následném procesu reflow se spájkuje.

Kvalitu ovlivňují klimatické podmínky, v nichž se pájecí pasty nacházejí 

Aby bylo dosaženo co nejlepší kvality pájených spojů, musí být pájecí pasta skladována v určitém teplotním rozmezí. Navíc otevřené nádoby nesmí být používány déle než 30 dní. Před zpracováním v tiskárně musí být skladovány při pokojové teplotě po dobu nejméně čtyř hodin, než je možné nádoby otevřít. Po této aklimatizaci, která zabraňuje kondenzaci, musí být pasta míchána po dobu 60 až 90 sekund – protřepávána, nikoli míchána. V průměru smí být pasta zpracovávána pouze při teplotě 23–27 stupňů Celsia – při vlhkosti vzduchu 40–60 procent (v závislosti na výrobci). Po potisku desek plošných spojů nesmí uplynout více než osm hodin, než budou desky spájeny v peci.

Celkově vzato existuje řada parametrů, které je nutné dodržovat, a ruční kontrola těchto parametrů vyžaduje při pořizování ručně psaných poznámek velkou pozornost a pečlivost. Stejně jako u všech lidských procesů neexistuje ani v případě ruční kontroly pájecí pasty stoprocentní jistota. Pokud nejsou specifikace přesně dodrženy, hrozí riziko snížení kvality. Pasta pak neplní optimálně svůj úkol, kterým je usnadnění procesu tavení a zabránění oxidaci, což vede k většímu množství odpadu. Vedoucí výroby ve společnosti Beierfeld chtěli automatizovat a tím optimalizovat sledování pájecích past. Nejen v rámci certifikace podle norem ISO 9001 a IATF 16949, kterým podléhá společnost Turck Beierfeld jako dodavatel pro automobilový průmysl, je povinné průběžné sledování procesů a meziproduktů.

Ruční sledování pájecích past

Dosud se časy, kdy byly položky uloženy do chladničky, zaznamenávaly ručně naskenováním obalů s pastou. Vyjmutí a otevření se zaznamenávalo poznámkami na obalech nebo do dokumentačních listů. Chladničky již byly vybaveny systémem pro monitorování vnitřní teploty, ten však nezaznamenával trendy; pouze v případě, že teplota klesla pod nebo překročila stanovený rozsah, odeslal e-mail logistickému oddělení.

Christian Seliger, který má na starosti divizi výzkumu a vývoje v závodě v Beierfeldu, společně se svým týmem a projektovou manažerkou Lindou Galle naplánoval a zavedl automatizované zaznamenávání a dokumentaci manipulace s pastou. „Abychom dosáhli rychlého úspěchu projektu i při pokračujícím provozu, rozdělili jsme projekt na několik částí,“ říká Linda Galle. „Díky našemu přístupu Plan-Do-Check-Act zajišťujeme, že každá část je úspěšně dokončena, než se přistoupí k další.“

V první části bylo úvodním úkolem monitorovat a centrálně dokumentovat klimatické podmínky v chladničkách, tiskárnách a na pracovních stanicích určených k předehřívání. Systém musí generovat příslušné zprávy nebo alarmy při dosažení kritických hodnot. V další fázi projektu má být implementováno RFID-podporované zaznamenávání plechovek s pájecí pastou a propojení s výrobním informačním systémem (MES).

Podmínky uvnitř chladniček jsou monitorovány pomocí systému pro monitorování stavu IM18-CCM50 od společnosti TURCK. Každá z pěti chladniček obsahuje jeden z těchto monitorů pro rozvaděče s integrovaným počítačem s operačním systémem Linux. Jejich integrované senzory měří vzdálenost od dveří chladničky a teplotu uvnitř skříně. Zařízení mohou měřit také vlhkost, což však v této aplikaci není relevantní, protože v chladničkách jsou skladovány pouze uzavřené nádoby s pastou.

Teplota a vlhkost v tiskárnách jsou naopak bezpochyby důležité, a proto tyto veličiny zaznamenává kombinovaný snímač teploty a vlhkosti CMTH. Každá ze tří samostatných tiskáren pájecí pasty je vybavena jedním z těchto snímačů pro monitorování podmínek, zatímco další snímač zaznamenává podmínky na pracovišti, kde jsou pasty skladovány za účelem aklimatizace. Každý snímač CMTH je připojen ke kompaktnímu masteru TBEN-S s rozhraním IO-Link, který přenáší data do výrobní sítě. Spravovaný přepínač TBEN-L5-SE-M2 s krytím IP67 rovněž integruje všechny jednotky IM18-CCM50 do výrobní sítě.

Díky otevřenému operačnímu systému Linux jsou jednotky IM18-CCM50 určeny k instalaci softwaru specifického pro daného výrobce (OEM), což uživatelům umožňuje implementovat vlastní softwarová řešení. Tvoří mozek systému, který ukládá data a komunikuje se senzory, sítí a cloudem TURCK. Pro monitorování chladniček jsou na platformě pro monitorování stavu nainstalovány pouze síťové ovladače a skripty pro sběr dat ze senzorů. Moduly IM18-CCM50 přenášejí data z integrovaných senzorů a senzorů CMTH přímo do cloudu TURCK Cloud prostřednictvím sítě Ethernet.

Přehledné panely v TURCK Cloud zobrazují klimatické podmínky

Tato první fáze projektu sledování pájecí pasty nyní automaticky zajišťuje, že teploty v chladničkách, na aklimatizačním pracovišti a v tiskárnách odpovídají specifikacím. Časy, kdy jsou pasty uloženy a odebrány, se v současné době stále dokumentují ručně nebo zaznamenávají naskenováním QR kódů na nádobách. Pokud dojde ke zvýšení vlhkosti nebo teploty, mohou to zaměstnanci sledovat na přehledovém panelu v TURCK Cloud. Kromě aktuálních hodnot lze identifikovat i dlouhodobé trendy. Detekci trendů a korelace mezi datovými řadami by v budoucnu mohl analyzovat systém MES, který bude připojen.

„Řešení pro monitorování stavu založené na systému IM18-CCM, které jsme nyní zavedli, bylo pouze prvním krokem na cestě k plně automatizovanému monitorování skladování a používání pájecích past. V navazujícím projektu propojíme náš MES a tím dokončíme digitalizaci a automatizaci naší výroby. To nám umožní udržet nejvyšší úroveň kvality i při maximální kapacitě a vyhnout se zbytečným nákladům způsobeným prošlými pájecími pastami,“ shrnuje dosavadní výsledky Christian Seliger.

Výhled: Plynulé sledování pájecí pasty s využitím technologie RFID

Ve druhé fázi rozšíření bude sledování past prováděno přímo pomocí RFID štítků na každé nádobě, což rovněž umožní zaznamenat správnou aklimatizaci ještě před otevřením nádob. Jelikož zařízení IM18-CCM poté komunikují přímo s MES, který řídí výrobní zakázky pro tiskárny, může systém okamžitě zkontrolovat, zda byla použitá nádoba s pastou správně skladována a aklimatizována před potiskem desek plošných spojů, nebo v případě porušení podmínek její použití zablokovat. Jsou-li v systému MES k dispozici všechna data, lze z něj získat i další informace, například k identifikaci slabých míst a zdrojů chyb.