Linija za prototipove elektronike – isplati li se ulagati u nju?

U procesu razvoja elektroničkih uređaja prototip ima fundamentalno značenje – rezultati testova provedenih na prototipu presuđuju, naime, o sljedećim koracima koje poduzeće poduzima. Upravo zbog toga mogućnost brze izrade serije testnih primjeraka određuje šanse tvrtke za održavanje željenog tempa razvoja. Isplati li se cjelokupne radove povjeriti specijaliziranom EMS partneru? Ili bi možda bilo bolje uložiti u liniju za proizvodnju prototipova?

Uloga procesa prototipiranja u ciklusu razvoja proizvoda

Najvažnija zadaća prototipova – barem u velikoj većini slučajeva – jest validacija projektne koncepcije te provjera primijenjenih tehničkih rješenja. Intenzivna testiranja usmjerena su kako na otkrivanje potencijalnih pogrešaka, hardverskih ili softverskih, tako i na probleme uporabne prirode. U slučaju uređaja koji trebaju doći do širokog kruga korisnika, neophodna je provjera korisničkog iskustva na reprezentativnoj skupini testera. Prikupljanje informacija dobivenih zahvaljujući prototipu omogućuje znatno smanjenje rizika od problema koji bi, ako se otkriju tek nakon uvođenja proizvoda, bili nemogući za uklanjanje ili bi se njihov popravak pokazao iznimno skupim. Praksa pokazuje da se pogreške, ostavljene kao posljedica nedovoljno temeljito provedenih predimplementacijskih testova, često pokažu katastrofalnima po financijsko stanje poduzeća, kao i po njegov ugled u očima korisnika, investitora i poslovnih partnera.

EMS – najjednostavnije rješenje, ali je li uvijek najbolje?

Jedna od opcija koju koriste neke tvrtke koje projektiraju elektroniku jest povjeravanje ugovorne proizvodnje tvrtki iz EMS sektora. Takvo rješenje, naravno, ima niz prednosti – dovoljno je predati kompletnu dokumentaciju, poput PCB projekta, popisa materijala BOM, projekta sloja slojeva itd., a nakon određenog vremena dobivamo gotove, sastavljene i preliminarno testirane primjerke uređaja. U slučaju masovne proizvodnje na razini tisuća komada, temeljene na precizno validiranom projektu, taj se put doista može pokazati najisplativijim i… najpraktičnijim.

Međutim, ne treba zaboraviti da pokretanje ugovorne proizvodnje uvijek uključuje niz početnih troškova – pripremu upravljačkih programa za pick&place strojeve, kompletiranje zalihe komponenti ili naposljetku logističku podršku cijelog pothvata. Naručitelj ipak nema detaljniji uvid u tijek procesa, a najčešće ne može ni dinamički unositi manje korekcije, primjerice promijeniti vrijednost ili tip komponente ako se iz nekih razloga pojavi takva potreba. Slikovito se stoga može reći da jednom pokrenuta proizvodna „mašinerija” EMS-a ima znatnu inerciju – to rješenje stoga se definitivno ne može primijeniti kod intenzivno razvijanih proizvoda, u fazi prije postizanja tehnološke zrelosti neophodne za uvođenje u masovnu proizvodnju.

Koje su prednosti proizvodnje elektronike u vlastitoj režiji?

Poduzetnici svjesni svih prethodno navedenih problema sve se češće odlučuju za dijametralno drukčiji put. Umjesto da proizvodnju prototipova povjeravaju vanjskim subjektima, odlučuju se na ulaganje u vlastitu proizvodnu liniju, naravno u odgovarajuće smanjenom opsegu. Takvo rješenje ima niz vrlo važnih prednosti.

Izvrsna dinamika rada

Mogućnost brzog pokretanja proizvodnje prototipa, bilo pojedinačnog primjerka ili kratke serije uređaja, kao i prekida ili izmjene procesa u bilo kojem trenutku, pruža iznimnu fleksibilnost odlučivanja i omogućuje učinkovitu reakciju na izmjene projekta koje proizlaze, primjerice, iz paralelno provedenih testova ranije verzije uređaja ili naglih promjena stanja zaliha komponenti. Ta je prednost posebno važna za projektne urede i poduzeća koja provode intenzivne R&D aktivnosti, jer je upravo u takvim tvrtkama broj projekata koji se vode i implementiranih izmjena osobito velik – imajući na raspolaganju kompletnu proizvodnu liniju, poduzetnici mogu pokrenuti montažu u roku od svega nekoliko sati, što je potpuno nedostižno u slučaju korištenja vanjskog strojnog parka.

Potpuna sigurnost IP-a

Proizvodnja u vlastitoj režiji omogućuje smanjenje rizika od curenja osjetljivih informacija praktički na nulu, što ima prvorazredno značenje kako u slučaju inovativnih projekata u ranoj fazi razvoja, tako i u sektorima u kojima je zahtjev za osiguravanjem visoke razine informacijske sigurnosti upisan u samu prirodu poslovanja, primjerice pri projektiranju vojne opreme.

Fleksibilnost u području DFM optimizacije

Mogućnost promatranja cjelokupnog procesa montaže uređaja konstruktorima daje iznimno precizan uvid u specifičnosti određenog projekta i omogućuje uvođenje potrebnih korekcija koje olakšavaju montažu, smanjuju rizik od proizvodnih pogrešaka, pa čak i reduciraju troškove masovne proizvodnje. U kombinaciji s uporabom odgovarajuće inspekcijske opreme – primjerice stereoskopskog mikroskopa ili modernog digitalnog mikroskopa – moguće je trenutačno otkriti probleme povezane, primjerice, s toplinskom asimetrijom padova, koja dovodi do efekta tombstoninga, ili s nepravilnim izvođenjem vodova, što uzrokuje nekontrolirano zakretanje malih elektroničkih komponenti tijekom reflow lemljenja.

Visoka kvaliteta prototipova

Uz minijaturizaciju elektroničkih komponenti, osobito integriranih krugova, postupno se „topi” postotak elemenata koji se mogu učinkovito montirati ručno. To se posebno odnosi na sklopove bez izvoda, odnosno one proizvedene u kućištima DFN, QFN, CSP ili BGA. Primjena visokokvalitetne peći za lemljenje i PnP automata omogućuje postizanje izvrsne kvalitete i ponovljivosti montaže, pritom višestruko smanjujući vrijeme proizvodnje pločica, osobito u slučaju kratkih i srednjih serija.

Besplatna konverzija na maloseriјsku i srednjeseriјsku proizvodnju

Prijelaz iz faze prototipa u serijsku proizvodnju najčešće je povezan s nužnošću uspostavljanja suradnje s EMS tvrtkom te snošenjem prethodno spomenutih troškova pokretanja proizvodnje. U slučaju manjih tvrtki, uključujući startupove, ti troškovi mogu biti jedna od prepreka ulasku na tržište. Primjena vlastite proizvodne linije omogućuje „bezbolan” prolazak kroz tu fazu putem postupnog povećavanja broja proizvedenih primjeraka uređaja – umjesto da odmah naruči seriju od 100 ili 1000 komada, tvrtka koja raspolaže odgovarajućom infrastrukturom može si priuštiti postupno skaliranje proizvodnog kapaciteta u skladu s rastućim tržišnim potrebama, primjerice u serijama od nekoliko ili desetak primjeraka uređaja.

Kako izgleda mala linija za proizvodnju prototipova elektronike?

Vrijedi obratiti pozornost na dva glavna čimbenika koja potencijalne korisnike mogu obeshrabriti od kupnje proizvodne linije. Prvo – sam pojam „proizvodna linija” obično se povezuje s nizom velikih industrijskih strojeva ukupne duljine od desetak metara – naposljetku, upravo tako izgledaju montažne linije u velikim poduzećima koja proizvode elektroniku. Drugi „odvraćajući” čimbenik, naravno, jest cijena – višezonske reflow peći, automatski pisači lemne paste ili naposljetku pick&place automati velike učinkovitosti uglavnom su prilično skupi, pa se njihova kupnja isplati samo u slučaju masovne proizvodnje, koja se najčešće odvija kontinuirano.

Rješenje koje u potpunosti raskida s klasičnim modelom proizvodne linije pune veličine jest primjena strojeva razvijenih upravo s obzirom na potrebe prototipnih radionica, R&D odjela i projektnih ureda. Marka NeoDen, čiji je službeni predstavnik tvrtka Renex, razvila je seriju kompaktnih uređaja jednostavnih za rukovanje, koji omogućuju učinkovito vođenje proizvodnje već od pojedinačnih primjeraka uređaja. Okosnicu ponude čini oprema koja realizira tri glavne faze proizvodnje

• nanošenje lemne paste na PCB padove,
• automatsko postavljanje komponenti,
• reflow lemljenje s digitalno kontroliranim termičkim profilom.

Koji se šablonski pisač isplati kupiti?

Kompaktan i jednostavan za rukovanje ručni pisač NeoDen FP2636 omogućuje precizno i ponovljivo nanošenje lemne paste na padove SMD komponenti uz uporabu šablona dimenzija 260 x 360 mm, pri čemu su minimalne dimenzije PCB-a svega 10 x 5 mm, a maksimalne 250 x 350 mm. Sustav preciznih regulacijskih kotačića omogućuje prilagodbu kuta rotacije u rasponu od +/-15° te pomaka u trima osima (X, Y, Z) u rasponima od +/-15 mm. Jednom podešen pisač može se koristiti za proizvodnju serije pločica – cijeli se proces, naime, svodi na postavljanje pločice u držače koji se nalaze u kompletu te nanošenje lemne paste pomoću rakela.

Pisač surađuje sa šablonama bez okvira, što omogućuje znatno smanjenje troškova prototipiranja, osobito u slučaju brojnih iteracija. Važno je istaknuti da uređaj ima vrlo kompaktne dimenzije – dubina od 660 mm i širina od 470 mm omogućuju postavljanje pisača na standardno montažno radno mjesto s dubinom radne plohe od 750 mm, pri čemu se znatan dio površine stola može iskoristiti u druge svrhe.

Automat za montažu NeoDen4 – kako ubrzati montažu tiskanih pločica?

Marka NeoDen od početka svojeg postojanja razvila je devet različitih modela pick&place automata, čiji se raspon primjena proteže od montaže pojedinačnih primjeraka tiskanih pločica pa sve do serijske proizvodnje s učinkom do 16 tisuća komponenti na sat. U segmentu prototipova i maloseriјske proizvodnje vrhunsko rješenje marke NeoDen jest četveroglavi automat NeoDen4. Stroj ima ugrađeni vizijski sustav opremljen dvjema kamerama zajedno s bezsjenskim osvjetljivačima – jedna od njih omogućuje prepoznavanje fiduciala na PCB-u, dok je druga odgovorna za automatsku korekciju položaja komponenti preuzetih iz spremnika. U slučaju primjene dodavača za trake širine 8 milimetara, koje se koriste primjerice za komponente 0201, 0402 ili 0603, istodobno je moguće učitati čak 48 rola – osim njih, stroj podržava i komponente pakirane u štapićima, za što služi 5 ugrađenih vibracijskih dodavača, te komponente smještene na ladicama. Minimalna veličina komponenti iznosi 0201, a maksimalna 35 x 35 mm, što odgovara kućištu TQFP240.

Osim osnovne verzije, proizvođač nudi i model stroja opremljen automatskim transporterom (NeoDen4C), što omogućuje povezivanje uređaja s reflow peći NeoDen IN6 te transporterima koje marka nudi. U kombinaciji s učinkovitošću do 10 000 cph bez vizije ili 5 000 cph s uključenim vizijskim sustavom, te uz male ukupne dimenzije od 870 x 680 x 480 mm, uređaj pruža dosad neviđen proizvodni kapacitet u iznenađujuće kompaktnoj formi, što je posebno važno u slučaju manjih projektnih ureda i prototipnih radionica.

Reflow peć NeoDen IN6 – najbolja reflow peć za prototipove?

Posljednji element proizvodne linije koju nudi marka NeoDen jest reflow peć oznake NeoDen IN6. Kompaktna konstrukcija duljine svega 1020 mm temelji se na integriranom transporteru koji automatski pomiče pločicu kroz tri zone s neovisnim upravljanjem gornjim i donjim grijaćim elementima. Dodatna, četvrta zona, zadužena je za hlađenje pločice pomoću strujanja zraka uz uporabu učinkovitih ventilatora. Peć IN6 može raditi s temperaturama do 300 °C, što omogućuje primjenu kako u procesima temeljenima na olovnim legurama, tako i na bezolovnim pastama, primjerice SAC305, čija je uporaba propisana važećom RoHS direktivom. Procesna širina iznosi 260 mm, dok je duljina elemenata praktički neograničena, upravo zahvaljujući transporterskoj konstrukciji – zbog toga se stroj izvrsno pokazuje čak i pri montaži dugih LED traka.

Iznimno važna prednost reflow peći NeoDen IN6 jest niska potrošnja energije, koja ne prelazi 2000 W, što uz jednofazno napajanje naponom od 230 V omogućuje rad u standardnim uredskim prostorijama koje nisu opremljene priključkom na trofaznu mrežu.

Sažetak – isplati li se ulagati u liniju za proizvodnju prototipova?

Ponuda marke NeoDen idealno se uklapa u potrebe suvremenih poduzeća, istraživačko-razvojnih institucija, kao i projektnih ureda i prototipnih radionica. Kompaktni uređaji jednostavni za rukovanje omogućuju učinkovitu montažu pojedinačnih prototipova, kao i malih i srednjih serija – kako za potrebe testiranja uporabljivosti, tako i za proizvodnju završnih proizvoda koji se na tržište uvode vlastitim sredstvima.

Ulaganje u liniju za maloseriјsku proizvodnju isplati se kako kroz uštedu vremena, tako i kroz uštedu financijskih sredstava. Jedna od najvećih prednosti takvog rješenja jest potpuna operativna fleksibilnost, povezana s visokom kvalitetom proizvodnje PCBA, koja ni po čemu ne zaostaje za kvalitetom očekivanom u slučaju proizvodnje pomoću strojnog parka pune veličine. Ušteda prostora, postignuta primjenom malog pick&place automata i reflow peći NeoDen IN6, omogućuje pak instalaciju u standardnom uredskom prostoru, doslovno pokraj radnog mjesta. Na taj način tvrtke iz hardware sektora dobivaju dosad neviđene mogućnosti razvoja i iznimno povećavaju skalabilnost pothvata, što dugoročno može presuditi o znatno boljim financijskim rezultatima.

Uzimanje u obzir dodatnih aspekata povezanih s vođenjem proizvodnje u modelu in-house manufacturing – uključujući bolju zaštitu IP-a inovativnih tehnologija u ranim fazama razvoja – omogućuje razumijevanje zašto će izgradnja vlastite linije za proizvodnju prototipova uskoro postati industrijski standard.

Vrijedi dodati da su uređaji marke NeoDen koje nudi Renex obuhvaćeni podrškom našeg višestruko nagrađivanog servisa, dok kvalificirani tehničko-komercijalni savjetnici pružaju podršku pri odabiru odgovarajućih modela uređaja i neophodne dodatne opreme.