ANÁLISIS Y MEJORA DEL PROCESO DE SMD

Universidad Tecnológica
de Querétaro
Firmado digitalmente por Universidad Tecnológica de
Querétaro
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Tecnológica de Querétaro, o=Universidad Tecnológica de
Querétaro, ou, [email protected], c=MX
Fecha: 2013.02.07 13:47:21 -06'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Nombre del proyecto:
“ ANÁLISIS Y MEJORA DEL PROCESO DE SMD”
Empresa:
HARMAN DE MÉXICO S.A DE C.V
Memoria que como parte de los requisitos para obtener el titulo de
TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN
MECATRONICA ÁREA AUTOMATIZACIÓN
Presenta
Maximiliano Aguilar Aguilar
Asesor de la UTEQ
M. En C. Omar Rodriguez Zalapa
Asesor de la Empresa
ING. Manuel Domínguez Ramírez
Santiago de Queretaro QRO. Enero del 2013
RESUMEN
El proyecto surge de una necesidad en el área de SMD (Surface Mount
Device) la actualización de perfiles es un simple registro de temperatura el cual su
proceso esta explicado por pasos. El horno como etapa de unión intermetalica en
los componentes electrónicos es fundamental para el producto, esto depende de
la pasta esta tiene una hoja de datos en la cual está indicado los parámetros que
se tienen que establecer en el horno.
La pasta es aplicada en la PCB (Printed Circuit Board) por medio de una
máquina de bombas esta aplicación está controlada por un esténcil especial para
cada modelo el esténcil es una lámina con orificios milimétricos ubicados en las
áreas que se requiera pasta, el espesor de la lámina es la medida de la pasta a
aplicada en la PCB.
El siguiente proceso es el montaje de los componentes electrónicos para
tecnología de soldado superficial ya sean resistencias, capacitores o transistores
todos son colocados por robots programados.
Una vez que la PCB ya pasó por la imprenta de pasta, por la inspección y
por el colocado de componentes para por el horno de reflujo.
El horno de reflujo está ajustado con los parámetros de la pasta, en el horno
se tienen de 8 y 1 zonas de enfriamiento.
2
En horno ya viene equipado con un sistema de termopares adentro que
constantemente está dando un perfil virtual el cual está conectado a una pc de que
atraves del software KIC 24/7 da una pantalla de proceso que es una gráfica el
cual tiene como base el tiempo por centígrados
Zona de
precalentado.
Rampa
Ascendente.
Reflujo pasta solida pasa a
liquida.
Rampa descendente la pasta
pasa de liquida a solidificarse.
Zona de ajustes de temperatura
Te da un pronóstico de cómo
quedaría mejor (con valore
calculados por la máquina y en
qué zona).
Figura 1.1 Pantalla de procesos del horno héller con un perfil mejorado de un 80%
a un 72 % (entre menos sea el porcentaje mejor es la unión intermetalica de
soldadura) [1].
3
ABSTRACT
The project arose from a need in area of SMD (Surface Mount Device)
profiles have to be improving, updating profiles is a simple temperature record
which is explained by the process steps. The oven as intermetallic bonding step in
the electronic components is critical to the product, this depends on the dough
sheet that has a data which is indicated in the parameters that must be set in the
furnace.
The paste is applied to the PCB (Printed circuit board) by means of a
machine of this application pumps is controlled by a special stencil for each stencil
is a pattern with holes millimeter lamina located in areas requiring paste, the
thickness of as the lamina is applied to the paste on the PCB.
The following process is the assembly of electronic components for surface
soldering technology either resistors, capacitors or transistors are placed by all
robots programmed.
Once the PCB has passed through the printing paste, and by inspection of
the components placed by the reflow oven.
The reflow oven is set with the parameters of the paste, it kilns are 8 and 1
cooling zone.
The oven comes equipped with a thermocouple system is constantly giving
in to a virtual profile which is connected to a PC through software that KIC 24/7
gives a screen is a graphical process which is based on the time by Celsius
4
Preheat zone.
Ramp
Ascendant
Reflux happens to liquid
solid paste.
Ramp down the dough goes
from liquid to solidify
Temperature zone settings
It gives a forecast of how it
would be better (with values
calculated by the machine and
that area).
Figure 1.1 Furnace screen Heller processes a profile improved from 80% to
72% (between minus the percentage the better the welding intermetallic
bond) [1].
5
DEDICATORIAS
Les dedico este trabajo primero a mis padres ya que sin su apoyo no podría
llegar donde esto a mis padres por darme unas palabras de motivación.
A mis hermanos por ese apoyo desinteresado por su comprensión que hizo
darme cuenta lo valioso que es la familia.
A mis compañeros y colegas que en estos años ayudaron a darme cuenta
que un amigo no es a que te dice que todo está bien sino que te dice como estaría
mejor.
Dedico esta memoria a mis profesores que siempre me brindándome su
orientación con profesionalismo ético en la adquisición de conocimientos y
afianzando mi formación como estudiante universitario.
Dedico este trabajo de igual manera a mi tutor quien me ha orientado en
todo momento en la realización de este proyecto que enmarca el último escalón
hacia un futuro en donde sea partícipe en el mejoramiento del proceso de
enseñanza y aprendizaje.
Dedico por supuesto el trabajo, a nuestros docentes en cada Escuela de los
rincones más apartados de nuestro estado y nuestra grande Patria, quienes
laboran con la materia más valiosa de nuestra patria, las mentes, la personalidad,
la formación integral de nuestros niños y niñas, y, son en definitiva, formadores de
los hombres y mujeres del mañana, sobre la bases de valores morales, éticos y de
mucho humanismo, quienes con mucha paciencia y bondadoso amor cincelan los
corazones de los más pequeños.
6
AGRADECIMIENTOS
Mi gratitud, es para Dios por haberme dado la existencia y permitido llegar
al final de la carrera.
A nuestra casa de estudios por haberme dado la oportunidad de ingresar al
sistema de Educación Superior y cumplir este gran sueño.
A todas y todos quienes de una u otra forma han colocado un granito de
arena para el logro de este Trabajo, agradezco de forma sincera su valiosa
colaboración.
Gracias.
7
INDICE
Página
RESUMEN
2
ABSTRACT
4
DEDICATORIAS
6
AGRADECIMIENTOS
7
INDICE
8
I.
INTRODUCCION
9
II.
ANTECEDENTES
15
III.
JUSTIFICACIÓN
17
IV.
OBJETIVOS
17
V.
ALCANCES
19
VI.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
19
VII.
PLAN DE ACTIVIDADES
29
VIII.
RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS
30
IX.
DESARROLLO DEL PROYECTO
31
X.
RESULTADOS OBTENIDOS
35
XI.
ANÁLISIS DE RIESGOS
35
XII.
CONCLUSIONES
35
XIII.
RECOMENDACIONES
36
8
XIV.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
I.
INTRODUCCIÓN
36
Harman/kardon es una división de Harman International Industries y
manufactura equipo de audio para el hogar y el auto.
Fundado en 1953 por el Dr. Sidney Harman y Bernard Kardon — dos
hombres con un profundo interés en la música y las artes — la compañía ayudó a
crear la industria de audio de alta fidelidad. Su primer producto fue un sintonizador
de FM. Un año después de su fundación, Harman/kardon introdujo el primer
receptor verdadero de alta fidelidad, el Festival D1000. Esta unidad monoaural no
fue sólo dirigida a los consumidores no-técnicos sino que también incorporó
muchas características, hoy familiares, tales como un sintonizador, unidad de
control componente y amplificador en un sólo chasis.
En 1958, Harman/kardon introdujo el primer receptor estéreo del mundo, el
Festival TA230, otra vez dirigido a los usuarios no-técnicos en un intento para
hacer la alta fidelidad ampliamente disponible. El sonido estéreo se logró al usar
un canal de la banda AM, y un canal de la banda FM. El primer Receptor Estéreo
Multiplex verdadero fue vendido por HH Scott en 1961 con la introducción del
sintonizador Modelo 350.
En los tardíos 70's, el amplificador de potencia Harman Kardon Citation XX
fue llamado "el amplificador de potencia con mejor sonido del mundo" por los
editores de The Audio Critic, una revista publicada en los Estados Unidos.1 El
amplificador fues diseñado por Dr. Matti Otala quien descubrió la distorsión
transiente intermodulación (transient intermodulation distortion) (TIM) en 19702 y
trabajó para mitigar sus efectos en los años siguientes.
9
El Citation XX fue un proyecto "a cualquier costo" con la simple meta de las
mejores mediciones posibles de la señal de salida, y el mejor sonido percibido.
Los
Subwoofer
y
SoundSticks
harman/kardon
iSub
2000
fueron
originalmente introducidos en la Apple Worldwide Developers Conference
(WWDC) de julio de 2000. harman/kardon se asoció con Apple para diseñar y
manufacturar los Subwoofer y SoundSticks harman/kardon iSub 2000.4
Apple tomó la ingeniería mecánica y de diseño industrial con la meta de
tener la apariencia del producto como parte de la familia de productos Apple. Este
producto ganó un premio de oro en la Industrial Design Excellence Awards5 y fue
presentado en la portada de I.D. magazine. Los SoundSticks II fueron una mejora
menor, con la adición de botones de control de volumen capacitivos y una entrada
mini-jack de 3.5mm reemplazando la entrada USB previa.
Harman/Kardon es proveedor de equipo de audio para una variedad de
fabricantes de vehículos incluyendo BMW, Land Rover,6 Mercedes-Benz, MINI,
Saab, Harley-Davidson y Subaru.7
harman/kardon también se distribuye en
entretenimiento de autos bajo la marca Mark Levinson para Lexus.8
El proyecto de mejora de SMD (Surface Mount Device) es la actualización
de perfiles de hornos de reflujo. Harman Querétaro cuenta actualmente con 7
hornos de reflujo en las líneas de producción 1, 2, 3, 4, 5, 11,12. En las cuales se
producen mas de 50 productos, para BMW, Chrysler, Subaru, Ferrari, Harley, Kia,
la calidad del producto es Premium lo cual el proceso de SMD. Tiene que ser lo
mas idóneo el perfil del horno es la manera de verificar las temperaturas a las que
se somete las PCBS (Printed circuit board), las pasta y los componentes
electrónicos.
La temperatura es dada por la pasta la cual son indicadas en su hoja de
datos.
10
La comunicación del horno es a trabes una pc y se puede manipular gracias
a su software que es amigable con el usuario. También cuenta con un kic
(perfilador) integrado el cual tiene termopares adentro del horno y pude dar un
perfil virtual Constantemente
En el proceso se introduce nitrógeno N2 esto para desplazar el oxigeno y evitar
oxidaciones futura en la soldadura.
Figura 1.2 Horno de reflujo marca héller de tecnología alemana [2].
11
Figura1.3 Especificaciones de la pasta ALPHA OM-338-T [3]
12
Figura 1.4 Perfilador para hornos de reflujo [4]
Especificaciones técnicas del Slim kic 2000.
Precisión: ± 1.2C
Resolución: 0,3 º C a 0,1 C Variable
Temperatura de funcionamiento interno: 0C a 105C
Termopar Compatibilidad: Tipo K, 9 ó 12
Rango de temperatura:-150C a 1050C
Capacidad Ordenador: PC
Requisitos de alimentación: 9V batería alcalina
Térmico del receptor: 433,92 MHz
Dimensiones: Ver Cuadro de Temperaturas por debajo de la tolerancia para las
especificaciones
Datalogger Modelo: los datos se descargan en el ordenador a través de un
cable después de la carrera.
13
Modelo de unidad doble: los datos se envían al ordenador en tiempo real durante
la carrera. También se almacena internamente para la alta velocidad de descarga
después de la carrera.
Requisitos mínimos del sistema para el kic 24/7(software).
Procesador de 800 MHz / 256 MB RAM1
2 GB de almacenamiento (para la historia del producto)
Vídeo 1024 x 768 de resolución / 16 bits
1 puerto USB disponible (para descarga de datos)
1 disponible puerto paralelo o puerto USB (para las opciones de clave de software)
Microsoft ® Windows ® 2000, XP, Vista, o 7. (32-bits o 64 bits)
14
II.
ANTECEDENTES
La tecnología de montaje superficial fue desarrollada por los años ‘60 y se
volvió ampliamente utilizada a fines de los '80. La labor principal en el desarrollo
de esta tecnología fue gracias a IBM y Siemens. La estructura de los componentes
fue rediseñada para que tuvieran pequeños contactos metálicos que permitiese el
montaje directo sobre la superficie del circuito impreso. De esta manera, los
componentes se volvieron mucho más pequeños y la integración en ambas caras
de una placa se volvió algo más común que con componentes through hole
(inserción manual). Usualmente, los componentes sólo están asegurados a la
placa a través de las soldaduras en los contactos, aunque es común que tengan
también una pequeña gota de adhesivo en la parte inferior. Es por esto, que los
componentes SMD se construyen pequeños y livianos. Esta tecnología permite
altos grados de automatización, reduciendo costos e incrementando la producción.
Los componentes SMD pueden tener entre un cuarto y una décima del peso, y
costar entre un cuarto y la mitad que los componentes through hole.
Hoy en día la tecnología SMD es ampliamente utilizada en la industria
electrónica, esto es debido al incremento de tecnologías que permiten reducir
cada día más el tamaño y peso de los componentes electrónicos. La evolución del
mercado y la inclinación de los consumidores hacia productos de menor tamaño y
peso, hizo que este tipo de industria creciera y se expandiera; hoy en día
componentes tan pequeños en su dimensión como 0.5 milímetros son montados
por medio de este tipo de tecnología. En la actualidad casi todos los equipos
electrónicos de última generación están constituidos por este tipo de tecnología.
LCD TV's, DVD, reproductores portátiles, teléfonos móviles, laptop's, por
mencionar algunos.
15
Un horno es un dispositivo que genera calor y que lo mantiene dentro de un
compartimento cerrado. Se utiliza tanto en la cocina para cocinar, calentar o secar
alimentos, como en la industria. La energía calorífica utilizada para alimentar un
horno puede obtenerse directamente por combustión (leña, gas u otro
combustible), radiación (luz solar), o indirectamente por medio de electricidad
(horno eléctrico) en este caso el horno es eléctrico y con resistencias eléctricas.
Los hornos de reflujo generan energía calórica atreves de resistencias
eléctricas y ventiladores que hacen circular por de conductos dentro del horno
detal manera que esta es uniforme en las cámaras del horno.
Se conoce como soldadura por refusión o de reflow al proceso en que la
pasta de soldar es usada para unir uno o varios componentes electrónicos a sus
pads de contacto en la placa de circuito impreso mediante la aplicación de calor o
radiación infrarroja por etapas de distintas intensidad que pueden ser
programadas en la maquinaria de fabricación.
La soldadura de reflujo es el método más usado para soldar componentes
de montaje superficial a la placa de circuito impreso. El objetivo del proceso de
reflujo es fundir la soldadura y calentar las superficies que se desean unir, todo
esto sin sobrecalentar o dañar los componentes electrónicos.
16
III.
JUSTIFICACIÓN
La mejora del proceso de SMD en perfiles de hornos es de suma
importancia para el producto tenga una mejor soldado en las PCBS.dando un
producto de la calidad deseada por el cliente.
El problema radica en el acumulamiento de partículas de flux en los
conductos de los hornos esto provoca una descompensación en las temperaturas,
la solución no es solo modificar el perfil en esto es una de las primeras soluciones
pero no es la adecuada.
El perfil correctivo que se pudiera pasar por el horno daría como resultado
una descompensación de la temperatura obligando a aumentar y a modificar el
resto de las temperaturas de cada sección del horno incrementando la
contaminación y el acumulamiento de flux en los conductos.
El proyecto fue evaluado con el área de mantenimiento para cooperación de
su parte esto es el mantenimiento de los hornos y después la tomo de perfil para
cada modelo de pcbs. Y garantizando una mayor duración del perfil en el proceso.
17
IV.
OBJETIVO
Actualizar
perfiles en hornos de SMD mejorando la soldadura de los
componentes en las PCBS reduciendo el scrap (desperdicio) por soldadura fría y
reflejando un ahorro de tiempo y de re-trabajos por fallas de soldadura.
V. ALCANCES
Se
realiza
una
inspección
de
los
perfiles
anteriores
con
las
especificaciones de la pasta de soldadura en uso esto hace que los perfiles
críticos sean prioridad y en el caso de los estables solo se pasa un perfil de
validación esto sin modificar parámetros de temperaturas.
El perfil se hace en la hora de comida de los operadores ya que esto no
impacta a la producción. Por consecuencia hace el proceso lento.
18
V.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
El proceso del montaje de SMT (Surface Mount Technology) también se
conoce como SMD (Surface Mount Device). En esta tecnología, los componentes
electrónicos se montan en la superficie de un PCB. En la tecnología que precedió
SMT, conocida como PTH (Pin Through Hole), los pernos o los terminales de los
componentes electrónicos se insertan y se sueldan manualmente a través de los
agujeros en la tarjeta de circuitos impresos. En este tipo de tecnología (PTH) se
utilizan medios humanos para realizar el montaje. El soldar de los componentes se
hace a través de una máquina de flujo en la cual la soldadura líquida fluya sobre la
superficie inferior del circuito impreso.
En la tecnología de SMT, las máquinas de inserción de componentes (pick
and place, chip placer large placer) se utilizan a lo largo del proceso de producción
entero, del uso de la goma de la soldadura hasta montaje de componentes y la
fusión de la goma de la soldadura, porque los componentes son generalmente
muy pequeños, sensibles y requieren generalmente un alto nivel de precisión de
montaje, requiriendo un control muy rígido de los parámetros del proceso.
SMT y SMD pueden ser confundidos fácilmente porque son señalados por
siglas muy similares pero, en verdad, son dos diversas porciones del proceso de
montaje de circuitos impresos.
Surface Mount Technology (SMT) señala el método por el cual los
componentes de SMC son montados directamente en la superficie de la tarjeta de
circuitos impresos (PCB), permitiendo el uso de ambos lados. Componentes
electrónicos creados de esta manera se conocen como dispositivos superficiales
de montaje o SMD (Surface-Mount Devices). En la industria, ha substituido
ampliamente el método de montaje through-hole en el cual los componentes se
colocan a través de terminales puestos en agujeros de la tarjeta de circuitos,
permitiendo el uso de solamente un lado.
19
Un componente de SMT es generalmente más pequeño que su equivalente
through-hole porque posee terminales más cortos o puede hasta no tenerlos. Los
terminales también varían en formato, teniendo contactos planos, matrices de bola
de soldadura (BGAs) o adaptadores en el cuerpo del componente.
Puesto que los sistemas de SMD intentan siempre utilizar la última
tecnología disponible, se equipa de tres plantas de fabricación SMT totalmente
automatizadas así que podemos, rápidamente y eficientemente, satisfacer las
peticiones de nuestros clientes.
Encapsulación de circuitos señala el diseño y la puesta en práctica de las
estructuras destinadas para la protección de circuitos integrados. En esta fase el
circuito integrado se cubre con una cáscara protectora hecha de plástico, de
cerámica, o de resine para evitar daño físico o corrosión.
Los sistemas usados actualmente en la encapsulación san de poliuretano,
convertido para la producción en masa de módulos electrónicos en los cuales el
poliuretano, además de proteger el usuario y el componente encapsulado, también
sirve como cáscara. Hace mucho tiempo, los resines basados en poliuretano se
han utilizado con éxito en la industria de componentes eléctricos y electrónicos. La
encapsulación, fijación y la integración de componentes eléctricos con sistemas
compactos de poliuretano sin burbujas se ha convertido en un campo de uso
importante. Los resines tradicionales, con sus largos ciclos de fabricación, han
alcanzado ya sus límites en términos de productividad.
20
Para atender a los requisitos resultantes, fue necesario desarrollar nuevos
procesos de producción y los productos correspondientes. Los resultados
obtenidos se distinguen por tiempos de reacción muy cortos. Estos sistemas de
poliuretano permiten trabajar con tecnología RIM y, desta manera, aprovecharse
de las ventajas de esta tecnología.
Figura 1.5 Comparación de la tecnología de poliuretano [5]
21
Línea de Montaje
Una línea de montaje se constituye esencialmente por tres fases.
Durante la primera fase, la goma de soldadura o pegamento se coloca en el
circuito donde los componentes SMD serán puestos.
En la segunda fase, conocida como pick and place, los componentes se
ponen en sus posiciones correctas antes de mover a la fase pasada de la línea de
montaje.
Durante la fase final del proceso de ensamble, los circuitos se ponen en los
hornos del flujo que producen calor suficiente para que la soldadura alcance el
estado líquido y una los substratos uniformemente. Después de un breve período
de enfriamiento, los circuitos están listos para ser utilizados.
Soldadura
Es un proceso metalúrgico a bajas temperaturas en la cual el material de
soldadura tiene un punto de fundición mucho más reducido que las superficies
previstas para ser ensambladas, conocidas como substratos. Dado su punto más
bajo de fundición, la soldadura puede ser derretida y puesta en contacto con los
substratos sin peligro de derretirlos. El proceso de soldadura consiste en mojar las
superficies de los substratos con la soldadura fundida que entonces solidifica
creando una aleación entre las dos superficies.
El uso más común de este proceso es en el montaje de componentes en
circuitos impresos con la intención de crear conexiones entre alambres
conductores y entre otros tipos de contactos.
22
Reflow/IR
La soldadura de flujo (reflow soldering) es el proceso más usado de
ensamblar componentes SMD a tarjetas de circuitos impresos. El proceso incluye
la colocación de goma de soldadura en la tarjeta, la colación de los componentes y
la fusión de la soldadura en un horno de flujo, ensamblando las superficies con
una aleación metalúrgica. Las fases del proceso sí mismo ocurren en cuatro
zonas:
Zona de Precalentamiento: fase en la cual la goma de la soldadura es
heated a la tarifa constante suficiente evaporar impurezas en la goma pero bajo
bastante evitar daño a los componentes debido al choque termal.
Zona de Impregnación Termal: Tiene una duración de 60 a 120 segundos
para quitar las impurezas presentes en la goma de la soldadura y para activar el
flujo. Una temperatura demasiado baja puede hacer burbujas formar en la goma
mientras que una temperatura demasiado arriba puede hacer la goma estallar
manchando los componentes y a la tarjeta.
En el final de esta fase, es ideal tener equilibrio termal antes de proceder a
la fase próxima.
Zona de Flujo: El tiempo durante el cual la soldadura está en el estado
líquido, o time above liquidus. Durante esta fase, la soldadura se licueface para
ensamblar las superficies. La temperatura máxima es limitada por la tolerancia
termal del componente más frágil del circuito. Si esta fase dura demasiado, el flujo
puede secarse antes que la soldadura cree un empalme. Un periodo de tiempo
escaso en esta fase puede llevar el flujo a hacer una limpieza de calidad inferior,
originando menos distribución de la soldadura sobre las superficies y aleaciones
deficientes. Esta fase tiene generalmente una duración inferior a 60 segundos con
una duración mínima de 30 segundos. Tiempos superiores de flujo pueden causar
23
daño a los componentes y originar aleaciones de calidad inferior que pueden
convertirse en el origen de averías futuras de los componentes.
Zona de Enfriamiento: La fase durante la cual la soldadura resolidifica
creando la aleación entre las superficies. La temperatura durante esta fase está
alrededor los 30-100°C reduccindo a un ritmo constante para evitar los daños
causados por choque termal y la formación intermetálica excesiva.
Goma de Soldadura
La goma de soldadura es una mezcla de partículas de soldadura
suspendidas en flujo líquido. Se utiliza en procesos de soldadura automáticos. Las
partículas de soldadura son generalmente una mezcla de aluminio y plomo pero la
legislación introducida por la norma de RoHS obliga los Estados miembros de la
Unión Europea a adoptar el uso de soldadura con porcentajes muy limitados de
plomo.
La goma de soldadura conocida como sin plomo (lead-free) adviene de la
obligación legal de limitar el uso de materiales nocivos en el equipo eléctrico y
electrónico impuso por la norma RoHS de 1 de Julio de 2006 de la UE. Entre esos
componentes son el plomo, el mercurio, el cadmio, y el cromo hexavalente,
sustancias comunes en el proceso de soldadura.
Después de varios años de investigación, fue observado que la opción de
mejor calidad es una soldadura con el principio activo SnAg3.8Cu0.7 (SAC) que es
sin plomo y que suministra una soldadura de alta calidad sin poner los técnicos
que entran en contacto directo con esta sustancia en peligro.
Este tipo de soldadura requiere tres segundos de contacto a una
temperatura de 260º para alcanzar un nivel de calidad aceptable.
24
Diseño y Concepto
El diseño CAD se puede utilizar como plan y punto de partida para la fase de
la creación de un prototipo. La capacidad de crear objetos en 3 dimensiones da al
designar una mayor opinión de las dimensiones reales del producto final, sea un
motor eléctrico, un automóvil o un edificio.
Figura 1.6 Software utilizado para diseñar PCBS [6]
El propósito de la creación de un prototipo es la adquisición de información
vital para el desarrollo inicial de un proyecto para identificar defectos posibles en el
diseño o la programación inicial y aplicar las correcciones adecuadas a posteriori.
En muchos proyectos de desarrollo de software y de hardware, el primer
prototipo es lento e inadecuado debido a la carencia del conocimiento de
requisitos mínimos. La única alternativa en estos casos es volver a la fase de
designó y construir una versión reajustada con la solución adecuada para los
problemas encontrados.
La construcción de un prototipo entero puede llegar a ser costosa, en
términos de tiempo y en el nivel financiero, especialmente cuando este proceso
25
necesita ser repetido cada vez se detecta una anomalía. La creación rápida de
prototipos se utiliza como alternativa y ejecutan módulos limitados del producto
final, permitiendo que el equipo de desarrollo pruebe partes del producto
rápidamente y a bajo costo, solucione problemas eventuales y se mueve a la
puesta en práctica del producto final.
El diseño CAD en la rama de la electrónica, más conocido como
automatización de diseño electrónica (EDA), consiste en utilizar medios
automatizados de diseñar, presentar, verificar y simular el funcionamiento de
circuitos electrónicos montó en un chip o un circuito impreso.
Hasta la década de 70, los circuitos eran diseñados a mano que le hacía un
proceso muy retrasado. El diseño del cad vino hacer posible el diseño de
esquemas con medios automatizados mientras que el CAE (computer aided
engineering) comenzó a ser utilizado como herramienta de análisis de esos
mismos diseños.
Algunas áreas donde EDA está aplicado son síntesis lógica, bases de datos
EDA, emulación de operación de circuitos y emulación de hardware, optimización
de hardware, verificación de equivalencia y pruebas de fabricación.
26
Figura 1.7 software utilizado para diagrama electrónico [7]
Circuitos Impresos
Un circuito impreso es una placa donde los componentes SMD se ponen en
el proceso de SMT. Generalmente, se componen de dos a diez capas que
conecten los componentes por pistas de cobre.
Como resultado directo de la complejidad creciente de los circuitos impresos,
se ha creado programas avanzados de CAE para automatizar su diseño.
Esta automatización del diseño de P.C.B. (pressed circuit board) es
extremadamente segura, rápida y de eficaz en comparación con el proceso del
diseño manual. Para eso, la SMD Systems ha dado a sus profesionales los
mejores softwares de diseño del P.C.B. para dar a sus clientes un producto con
pequeñas dimensiones usando la técnica de múltiples capas y de alta calidad.
La Empresa
27
SMD Systems es una empresa especializada en el montaje de circuitos
impresos, localizado en la Península Ibérica. Hemos equipo especializado para
proveer de un producto final de la más alta calidad en el mercado.
Figura 1.8 software utilizado en el diseño de circuitos impresos [8]
28
VII.
Diagrama de Gantt de actividades desarrolladas
29
VIII.
RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS
Recursos materiales
Descripción
Cantidad
1 PCB con
tablilla que tiene terminado
componentes.
un lado completo (top o bot)
Kic completo de perfilador
1 kic perfilador.
Costo unitario
Total
$ 400.00
$ 400.00
$60,000.00
$60,000.00
$ 350.00
1750.00
$150.00
$150.00
$1250.00
$1250.00
$70.00
$70.00
antena cable de datos y
cargador de pila.
5 termopares tipo k
Termopares colocados en
diferentes áreas de la
Pcb para medir y registrar
la temperatura en diferentes
secciones.
1 cinta de aluminio.
Cinta para adherir la punta
del termopar y la PCB.
1 cinta capton.
Cinta resistente a altas
temperaturas.
Cúter.
Objeto delgado y filoso
para cortar a medida la
cinta de aluminio y capton.
7 Horno heler.
Horno de reflujo de
$8,000,895,000.00 $5600,626,500.00
fabricación alemana con 9
zonas de calentamiento.
Recursos humanos
Descripción
Cantidad
1 ingeniero de procesos
Ingeniero con experiencia
con experiencia en área
en perfiles en hornos de
de SMD.
reflujo.
Costo por hora
$125.00
Total
$ 6,000.00
30
IX.
DESARROLLO DEL PROYECTO
Se implementó la ayuda visual e informativa del procedimiento para un perfil de
verificación esto para el personal de mantenimiento ya que en el turno de la noche
no hay ingenieros de procesos.
PASO 1
PASO 2
Foto 1. Toma de perfil de temperatura con perfilador KIC,
deberá realizarse cuando sea la primera vez en que el
producto corra en cualquier de la líneas de SMD o cuando
se tenga el semáforo del perfilador virtual del KIC en color
amarillo o rojo sigue la forma SMD-GEN-260-330-52. La
prueba la pasara el técnico de Mantenimiento y será
validado por algún Ingeniero de Procesos de SMD.
PASO 3
Tome el pcb con los termopares de el modelo a realizar
el perfil de temperatura el cual deberá contar minino 4
termopares por el lado que vayas a obtener el perfil,
uno de los termopares es utilizado libre el cual debe de
ir una pulgada aproximadamente al frente del tablero,
los otros termopares deben ser colocados en
componentes de SMD, el Ingeniero de Procesos
decidirá donde y como serán colocados y será
responsable de preparar el pcb perfilador.
PASO 4
Foto 2. Conecte
perfilador KIC
los
termopares
al
Figura 1.9 Pantalla
elige el icono como
31
PASO 5
Figura 1.10. Te aparece la siguiente pantalla mostrada,
debes de llenar los datos correctos como explica el
paso 6. [10],
PASO 7
PASO 6
Nombre del Producto: Aquí desde de poner el
nombre igual como se llama el programa del Horno.
Ventana de Proceso: Debes de elegir “Alpha OM338
HARMAN” para modelos estándar, el Ing. de Procesos
tiene la posibilidad de generar una nueva ventana de
procesos de acuerdo a las necesidades térmicas del
producto.
Aplicación: Selecciona “Soldadura de Reflujo”
Descripción: Aquí coloca el modelo y el lado que
estas perfilando por ejemplo “Graffix Bot”
Dale clic a la flecha de siguiente.
PASO 8
Foto 3
Figura 1.11
Figura 1.13
Figura, 1.12
Pantalla.
Dale clic a la flecha de siguiente a las siguientes
dos pantallas, figuras 1.11 y 1.12. [11], [12]
Conecta el cable de Down load y enciende el KIC como se
muestra en la foto 3 y asegúrate que los termopares estén
conectados al KIC, en esta pantalla (mostrada en la figura
1.13) en la parte T1, T2, T3, T4 y T5 te debe de aparecer un
valor de temperatura ambiente cuando sean menor de 33
grados puedes darle clic al semáforo para empezar a
perfilar. [13],
32
PASO 9
Figura 1.14. Pantalla Te aparecerá pantalla de que
desconectes el cable, desconéctalo sin apagar el KIC
PASO 10
Figura 1.15. Pantalla Prepara el tablero junto con el kic
como se muestra en la pantalla.
PASO 11
PASO 12
Figura 1.16 Pantalla Ahora deja ir el tablero por el
horno, al terminar deberás conectar el cable de
Down load al KIC cuando el KIC baje de 110
grados empezara a bajar los datos. [16],
Figura 1.17 Pantalla Si el valor de PWI fue menor de 80
puedes darle clic a la flecha de bien y darle salirse, si el
PWI salió mal avisar al Ingeniero de Procesos para su
ajuste. Este valor de PWI aplica a nuevos perfiles, en
perfiles actuales favor de basarse en el semáforo según
indica la SMD-GEN-260-330-52. [17],
33
PASO 13
Los valores de temperatura que te hayan resultado de
la prueba deben de darse de alta en la forma FPR-4
Registro de Control de Temperatura Horno Heller.
Figura 1.18. Pantalla Elige el perfil que acaba de
pasar y dale clic al semáforo de perfil virtual para
que se accione. [18],
34
IV. RESULTADOS OBTENIDOS
En la actualización de perfiles se obtuvo un mejor control del proceso en un
15% [19], mejorando la unión itermetalica de los componentes electrónicos y la
PCB.
Esto ahorro tiempo de re-trabajo y scrap 20% [ 20],
XI. ANÁLISIS DE RIESGO
El tiempo como un limitante es el principal detalle en la actualización del
perfil ya que al corregir las temperaturas estas tardan al encontrar el punto
óptimo, el tiempo de corrección no es constante sino que puede variar y el tiempo
de actualización está sujeta a la experiencia del ingeniero y la velocidad de
respuesta del horno.
XII. CONCLUSION
Los riesgos del proyecto radican en el horno de reflujo y su estabilidad en el
trabajo, esto por el proceso de perfil ya que para cumplir con el perfil se debe de
tener en cuenta que al trabajar el horno pasan en su interior mas PCB y esto
demanda una aumento de energía calórica al contrario del perfil que es solo una
PCB que requiere un menor consumo de energía calórica.
El otro factor es el tiempo esto por la limitación de la disposición del horno
por el cargado de pedidos del cliente este se mantiene produciendo las 24 horas
del día 7 días de la semana, la hora de la comida es un tiempo de 30 minutos esto
limita la perfección del parámetro del horno.
35
XIII. RECOMENDACIONES
El tener un inventario de las PCB preparadas para perfilar ahorra
tiempo, también un control de mantenimiento en los hornos puede ayudar a
la mejora del producto final.
El mantener informado y documentado el tiempo de duración de las
partes del horno da como ventaja el conocer su vida útil y ahorrando tiempo
para llevar a cabo la planeación de mantenimiento preventivo y reduciendo
así el mantenimiento correctivo. Por ejemplo, para las resistencias
eléctricas que tiene el horno es necesario cambiar a tiempo y no
desperdiciar tiempo en cambiarlas cuando fallen. Ya que ésto consume un
turno casi completo de paro y se pierde más en el tiempo muerto que en el
cambio de la pieza.
XIV.
REFERENCIAS VIRTUALES
[1] Software kic 24/7.
[2] http://www.hellerindustries.com/smt-reflow-mark3.php.
[3] http://cooksonpmd.com/.
[4] Software kic 24/7.
[5,6,7,8] http://www.smdsystems.com/esp/smtpth.htm.
[9,10,11,12,13,14,15,16,17,18] Software kic 24/7.
[19, 20] De acuerdo con la gráficas de calidad de la empresa en el periodo de
Noviembre – Diciembre.
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