2 Metod
3.3 Lödpasta
4.5.4 Material på skruvhandtag
För att se till att förenkla skruvmomentet för operatörerna togs det fram ett T-handtag för skruvarna på skenan samt för spännskruven. Materialvalet för dessa handtag undersöktes i CES EduPack. Kriterier ställdes upp för smältpunkt elektrisk ledande och pris. En graf togs fram där smältpunkten ställdes upp på y-axeln och priset på x-axeln. Grafen för detta finns i Bilaga 11 – Materialval
skruvhandtag där olika kompositer presenteras. Dessa kompositer undersöktes genom att kolla
användningsområdet och på de kriterier som ställdes upp. Rekommendation av material för handtagen blev då en komposit beståendes av polyimid och grafit. Detta material klarar av höga temperaturer då det har en smältpunkt mellan 375–401 o C. Grafiten gör den även lite elektriskt
ledande vilket gör att materialet blir ESD-säkert. 4.5.5 Simulering
För att ytterliga testa ifall konceptet fungerade gjordes en simulering för att se hur inspänningen av kortets kortsidor påverkar nedböjningen av kortet. Simuleringen delades upp i två omgångar, där första omgången utfördes simulering med inspänning på både kort- och långsidorna och andra utfördes med endast inspänning på långsidorna. Två klossar lades till på ovansidan av kortet på båda långsidorna för att representera den övre kanten av MY600. För att även efterlikna inspänningen i MY600 ritades ytor upp längs kortets långsidor på 0,75 x 12,9 mm med 25,1 mm avstånd. Dessa mått togs ur MY600 för att göra simuleringen så realistisk som möjligt. Figur 29 visar första simuleringen där fixeringar sitter på de två klossarna på kortet som innebär att de inte kan röra sig uppåt. Sedan var kortet fixerat på en yta för båda kortsidorna vilket representerade den tänkta fixturen. Den andra simuleringen som visas i Figur 30 ställdes upp med samma parametrar som innan förutom fixeringarna på kortets kortsidor. Från början sattes kraften till 300 N vilket är en vanligt förekommande
inspänningskraft i MY600. Resultatet från detta visade en väldigt lite skillnad mellan kortet med fria kortsidor och med fixerade kortsidor. En anledning till att det blev så liten skillnad var att i
simuleringen är det perfekta förhållanden. Dessutom var kortet rakt från början vilket det inte är i verkligheten, det syntes tydligt under koncepttestet. För att få en tydligare skillnad på deformationen mellan simuleringarna med fria och fixerade kortsidor sattes kraften till 3000 N. Resultatet från detta visas i Figur 29 och Figur 30 nedan, där lägsta punkten för simuleringen med inspänning på kortsidorna blev 0,08 mm och för simuleringen med fria kortsidor blev lägsta punkten 0,13 mm. Resultatet blev alltså en förbättring på 0,05 mm. Det kan även urskiljas i figurerna att området med störst nedböjning blir mindre när kortet spänns fast på kortsidorna. Resultatet från simuleringen visar alltså att det blev en förbättring när kortet spändes fast på kortsidorna och blev därmed planare.
Figur 29: Simulering med fixtur
5 Resultat
I detta kapitel redovisas resultatet av projektet.
5.1 Fixturens uppbyggnad
Slutresultatet innefattar en fixtur som är uppdelad i två identiska delar där dessa spänns fast på vardera sida av ett mönsterkorts kortsidor. Figur 31 visar ena delen av fixturen som består av två komponenter som hålls ihop med hjälp av en skena. En komponent består av en huvuddel, platta, två styrpinnar, en skruv som pressar på plattan och en skruv för att fixera skenan. Infästning av
mönsterkort sker liknande en tving där kortets undersida ligger mot en platta som sedan höjs upp för att trycka kortets övre sida mot taket på huvuddelen. Plattan höjs med hjälp av en skruv med T- handtag och det sitter två styrpinnar på vardera sida av plattan för att hålla den rak och på plats. Figur
32 visar baksidan på komponenterna samt en skena. För att spänna fast komponenterna på skenan
sitter det två skruvar med T-handtag i ett spår på huvuddelen. Spåret gör det möjligt att ändra avstånden mellan komponenterna för att kunna passa på olika storlekar av mönsterkort. Skruvarna med T-handtag är gjorda för att påskynda monteringen av fixturen på mönsterkortet då verktyg inte krävs. Figur 33 visar hela fixturen monterad på ett mönsterkort.
Figur 33: Fixtur monterad på mönsterkort
Två storlekar på komponenterna är framtagna där den mindre modellen är 60 mm lång, vilket visas ovan i Figur 31, Figur 32 och Figur 33. Denna storlek fungerar för mönsterkorten som har en bredd mellan 130–190 mm. Eftersom konceptet är modulärt kan flera komponenter kombineras för att på bästa sätt anpassas efter kortens storlek. När korten blir större än 180 mm kan tre av de mindre komponenterna sättas ihop för att undvika för stora mellanrum. För den större modellen är komponenterna 120 mm långa, dessa visas i Bilaga 12 – Resultat av större komponenter. Denna variant fungerar för kort med bredden mellan 250–320 mm. När korten är över 310 mm breda kan två stora komponenter kombineras med en mindre komponent för att undvika mellanrum genom att konceptet är modulärt. Två längder på skenorna togs fram, där ena är 120 mm lång och den andra är 180 mm. Här rekommenderas att använda 120 mm skenan upp till mönsterkort med en bredd på 190 mm. För mönsterkort med bredden över 190 rekommenderas att använda skenan som är 180 mm lång. I Bilaga 13 – Kombination av komponenter visas det modulära resultatet där både
komponenterna på 60 mm och 120 mm kombineras för att passa på olika mönsterkort. Tabell 11 nedan visar förslag på kombination av komponenterna samt vilken skena som borde användas för de olika mönsterkorten.
Tabell 11: Rekommendation av komponentkombination
Tabell Bredd på mönsterkort [mm] Skena [mm] Antal 60 mm komponenter Antal 120 mm komponenter 135 120 2 0 140 120 2 0 170 120 2 0 200 180 3 0 300 180 0 2 317 180 1 2
5.2 Specifikationer
Tiden det tar att montera fixturen på ett mönsterkort ligger på ungefär 15 sekunder. Här ingår det åtta moment som innefattar åtta skruvar. Fyra av skruvarna ställer in längden på fixturen och de övriga fyra skruvarna är till för att spänna åt plattan mot kortet. De fyra skruvarna som ställer in längden på fixturen behöver endast ställas in en gång på en serie eftersom efterföljande kort har samma storlek. Montering av fixturen kan ske medan ett annat kort går igenom SMD-linan och därmed stoppas inte produktionen upp varje gång ett nytt kort ska in i produktionen.
I Tabell 12 nedan visas resultatet och målvärden från de tekniska specifikationerna som är framtagna utifrån kundbehoven. Det visar att nästan alla kundbehov uppnåddes där för vissa specifikationer översteg resultatet målvärdet. Två mål som sattes tidigt i projektet var ”Mål 1: Förbättra produktionen genom att göra korten 50 % planare” och ”Mål 2: Tre storlekar på fixturerna ska täcka alla storlekar av
mönsterkort”. Första målet uppnåddes inte då koncepttestet visade att medelvärdet på nedböjning låg
på 0,44 mm vilket är en förbättring på nästan 42 %. Det andra målet som sattes upp handlade om att göra fixturen universell där målet var tre storlekar på fixturen. Resultatet överträffade målet då det endast behövdes två storlekar. Då materialet i fixturen består av aluminium och stål är det elektriskt ledande vilket gör det ESD-godkänt samt att det kan klara av en temperatur på över 260 o C. Även
alkohol vilket gör att den klarar av att tvättas. Fixturen täcker endast panelen på mönsterkortet och ser då till att inte täcka monteringsytan på kortet. Eftersom fixturen endast befinner sig på kortsidorna påverkar det inte mönsterkortets transportprocess. Den totala kostnaden är inte framtagen för detta projekt då det inte var ett primärt kundbehov och en avgränsning i arbetet. Ritningar för fixturen finns i Bilaga 14 – Ritningar. För fixturen med 120 mm komponenter visas endast en sammanställning av fixturen eftersom det använde samma delar som för 60 mm komponenterna. Det som skiljer dem åt är att huvuddelen, plattan och skenan är längre. Längden på huvuddelen och plattan ökas från 60 till 120 mm och skenan ökas från 120 till 180 mm.
Tabell 12: Tekniska specifikationer, målvärden och resultat
Tekniska specifikationer Målvärde Resultat
ESD-godkänd Ja Ja
Tid för montering 15 sekunder Cirka 15 s
Antal moment för montering 10 st 8 st (12 st)
Avvikelse från arbetsplan 50 % av referensvärde (0,77 mm) 42 % (0,44 mm)
Inte täcka monteringsytan Ja Ja
Miljövänligt material Ja Ja
Passa på transportbandet Ja Ja
Temperaturtålig 260 o C > 260 o C
Alkoholbeständig Ja Ja
Totalkostnad N/A N/A
6 Analys
Här besvaras de två forskningsfrågorna och resultatet analyseras.
6.1 Forskningsfrågor
F1: Hur förbättras produktionen i en SMD-lina när mönsterkorten hålls plana?
Som inom alla producerande företag kan det uppstå problem som kan förhindra eller stoppa
produktionen. Inom kretskorttillverkning med SMT innebär detta specifika problem. Exempel på dessa problem är enligt Su, et al (2017) fel mängd lödpasta vilket antingen kan leda till en bro som skapar kortslutning eller att det skapas en öppen slutning på grund av för lite lödpasta. Dessa problem står för över 50 % av problemen inom kretskortstillverkning. Ett annat problem som Heywood (1991) nämner är att det är viktigt att mönsterkorten är helt plana och förblir plana genom hela SMD-linan för att maskinerna ska kunna utföra dess moment på ett korrekt sätt. I MY600 som har varit främsta
inriktningen i detta projekt, är det avgörande att mönsterkorten hålls plana för att maskinen ska kunna applicera lödpastan utan att den smetas ut eller sugs upp. Om lödpastan smetas ut eller sugs upp måste operatören tvätta rent kortet och sedan börja om tillverkningsprocessen. Dock finns det ingen säkerhet på att kortet kommer klara av tillverkningsprocessen den andra gången då kortet fortfarande kan vara böjt. Operatörerna kan själva försöka att böja tillbaka kortet för att få det planare men det är en osäker process. Skulle det fortfarande inte fungera måste operatören manuellt applicera lödpastan på mönsterkortet. När lödpasta appliceras för hand är det omöjligt att veta hur mycket lödpasta som appliceras vilket nämnt ovan kan orsaka broar eller en öppen slutning. Alla dessa problem har något gemensamt och det är att grunden till problemet ofta beror på att mönsterkortet är böjt. Det finns flera anledningar till att mönsterkorten kan vara böjda, en anledning beror på att vid tillverkningen av mönsterkorten uppstår det spänningar på grund av att kopparledningar och laminatet har olika
materialegenskaper. En annan anledning kan vara att i lödugnen böjs kortet nedåt på grund av värmen och tyngden från komponenterna.
Koncepttestet som utfördes i studien bekräftade att det framtagna konceptet gör korten planare med nästan 42 % vilket visas i Tabell 8. Enligt standarden IPC-A600G (Association Connecting Electronics Industries, 2004) ska böjningen på ett mönsterkort ligga under 0,75 % i en SMD-lina. Genom en beräkning på mönsterkortets böjning med det framtagna konceptet hamnade böjningen på 0,33 %. Simuleringen som gjordes utan och med konceptet visade att nedböjningen minskade när kortsidorna på kortet är fixerade, samt att området minskades där deformationen är som störst. Genom att använda det framtagna konceptet bör de nämnda problemen ovan kunna minskas avsevärt. En nackdel med konceptet är förstås tiden det tar att montera den på korten. Den tiden bör dock sparas in då lödpasta inte behöver appliceras för hand, samt annat manuellt arbete som tar tid. Utifrån respondenternas svar i intervjun som genomfördes framgick det att i värsta fall kan lödpasta behövas appliceras på mönsterkorten för en hel order på grund av att korten är för böjda. Enligt
respondenterna kan detta ta flera timmar beroende på hur många kort det gäller. Som nämnt ovan måste korten tvättas av när lödpastan smetas ut eller sugs upp. Från intervjun framgick det att tvättningen endast tar ett par minuter, det finns dock ingen exakt framtagen siffra på tiden då den varierar beroende på hur mycket lödpasta MY600 har hunnit applicerat och vilket mönsterkort det gäller. Manuell applicering av lödpasta finns inte heller någon exakt siffra på då det även varierar mycket. Uppskattningsvis tar det ett par minuter per mönsterkort att åtgärda problemet. Montering av fixturen på ett mönsterkort tar cirka 15 sekunder och eftersom detta koncept gör korten planare kan flera minuters arbete minskas till några sekunder. Tiden för monteringen av fixturen på ett kort är endast uppskattat med hjälp av prototypen som togs fram inför koncepttestet. I denna prototyp satt plattorna löst som pressas fast mot mönsterkortets undersida och gjorde att monteringstiden tog
produkten har blivit vana vid att montera fixturen på mönsterkorten. Det är viktigt att notera att fixturen inte behöver användas till alla mönsterkort, utan det gäller endast de kort som är kända att orsaka problem vilket visas i Tabell 3.
F2: Vilka faktorer bör beaktas när en fixtur tas fram för en SMD-lina?
I en SMD-lina ingår det tre steg vilket är applicering av lödpasta, montering av komponenter och lödning (Surface Mount Process, 2015). Dessa tre moment sker i varsin maskin vilket är MY600, MY200 och Heller 1809 MKIII. Mellan dessa maskiner transporteras mönsterkorten på ett transportband. Detta är någonting som måste finnas i åtanke om en extern komponent i form av en fixtur ska tas fram i SMD-linan. Mönsterkortets långsidor ligger längs transportbandet och har därmed kortsidorna fria. Resultatet från projektet visar att med en lösning som endast spänns fast på mönsterkortets kortsidor och dessutom är justerbar går det att samspela med transportbandet och inte hindra
transportprocessen. Förutom transportbandet måste en fixtur även samspela med varje maskin i SMD- linan och inte hindra maskinerna från att utföra sina moment på mönsterkortet. Något som är
gemensamt för alla maskiner är att de utför moment direkt på mönsterkortet. Alltså går det inte att ha en fixtur som täcker mönsterkortets ovansida då det skulle hindra alla tre maskiner från att utföra dess moment. För MY600 är det viktigt att fixturen inte sticker upp eller ned på kortet för mycket. Om det sticker upp för mycket över kortet riskerar det att slå i maskinens munstycke som ligger 2,15 mm över kortet. Om fixturen sticker ned för mycket kan den slå i bordet som är 23 mm under mönsterkortet. Om detta ska bli ett problem så måste mönsterkorten vara minst 4,5 mm tjocka, problemkorten i detta projekt har varit på max 1,6 mm vilket gör att fixturen klarar sig ifrån att slå i bordet. Kanten på det framtagna konceptet är 2 mm hög vilket innebär att motorn inte kommer att slå i fixturen. Munstycket som går på 0,65 mm höjd riskerar inte att slå i fixturen då den håller sig inom monteringsytan på mönsterkortet.
I koncepttestet upptäcktes det att koncept A fick sämre resultat än koncept E. Att maskinen spänner fast långsidorna på själva fixturen i koncept A istället för direkt på mönsterkortet kan vara en orsak till detta. Detta skiljer sig från koncept E där fixturen endast spänns fast på kortets kortsidor och
maskinen spänner fast långsidorna på kortet. Simulering bekräftar att koncept E gör att mönsterkortet blir planare vid en inspänning på kortsidorna. Alltså är det viktigt att kortet spänns i maskinen och inte ligger fritt i fixturen. Senare i SMD-linan löds komponenter fast vilket sker i lödugnen Heller 1809 MK III. Lödugnen kommer upp i en temperatur på 260 o C och därav blir materialvalet viktigt. Det som även
behövs ha i åtanke med materialval för en fixtur i en SMD-lina är att det måste vara ESD-godkänt. Detta innebär alltså att materialet måste vara elektrisk ledande för att inte riskera att statisk elektricitet alstras och skadar elektronisk utrustning (Boedeker Plastics Inc, 2020).
Utifrån datainsamlingen kunde det konstateras att större och tunnare mönsterkort orsakar fler problem än mindre kort i SMD-linan på grund av att de enklare böjs. Det visade sig även vara en utspridd variation på dessa större kort, både på arean och tjockleken. Detta innebär att vid
implementation av en fixtur behöver den vara universell för olika storlekar på mönsterkort. Någonting som upptäcktes vid tillverkning av prototyperna och i koncepttestet var att när fixturen innehöll fler rörliga delar så blev fixturen mer instabil. Detta kan delvis beaktas som en trade-off där desto mer universell fixturen är med rörliga delar desto mindre stabil blir den. I det slutgiltiga konceptet delades fixturen upp i två delar för att eliminera en rörlig del. Detta leder till en mer stabil fixtur än om fixturen skulle vara rörlig på både bredden och längden. Nackdelen blev dock att det blir två delar istället för en.
Resultatet är framtaget utifrån att ha beaktat dessa faktorer som att kunna samspela med de olika maskinerna i SMD-linan. Alltså att inte störa maskinernas moment samt att inte påverka
det kan påverka mönsterkortets stabilitet. Till slut är materialvalet en faktor att ha i åtanke då det inte får störa elektroniska utrustningen samt att det ska klara av lödugnens temperatur.
6.2 Analys av resultat
Resultatet visar att det slutgiltiga konceptet uppfyller nästan alla målvärden från de tekniska specifikationerna. Dock är det inte helt bekräftat att målvärdet 15 sekunder för montering är helt uppnått då detta endast uppskattades med hjälp av den tillverkade prototypen. Detta är något som bör undersökas närmare för att få fram en exakt siffra på hur mycket tid som kan sparas vid
implementering av konceptet då problemen som beskrevs ovan skulle minska oerhört mycket.
Konceptet uppfyllde materialkraven vilket var ESD-godkänd samt att klara av 260 grader Celsius som är temperaturen i lödugnen. Att konceptet skulle klara av denna temperatur är inte något som har varit ett stort fokus i studien utan endast ett målvärde som är extra positivt om det uppnås. ESD-godkänd har däremot varit ett viktigt mål eftersom konceptet inte skulle kunna användas i SMD-linan om det inte uppnåddes. Ett annat mål som det har lagts stort fokus på under projektets gång är antal moment för montering. För att det ska vara värt att ta fram ett koncept måste monteringstiden på
mönsterkortet vara lägre än vad det tar att åtgärda problemen som uppstår i dagsläget. Målet som sattes var tio moment för att montera fixturen på kortet, där resultatet blev åtta moment. Dessa moment innefattar åtta skruvar varav fyra ska skruvas åt för att hålla fast skenan och de resterande fyra för att skruva fast plattorna mot mönsterkortets undersida. Eftersom konceptet är modulärt kan två extra delar behövas sättas fast på skenan vilket innebär att fyra extra skruvar behöver dras åt. Detta resulterar i totalt tolv moment, men händer endast när avståndet blir för stort mellan
komponenterna. Även fast det blir fyra extra moment i vissa specialfall är extratiden minimal jämfört med att åtgärda problemen. Skruvarna på fixturen har tagits fram för att slippa använda verktyg. På varje skruv finns ett T-handtag för att på ett enkelt och snabbt sätt kunna montera fixturen på kortet. Dessa skruvar är endast en rekommendation och skulle kunna bytas ut mot andra skruvar eller någon annan form av låsning. För att säkra att glapp inte ska uppstå valdes en säker lösning i form av skruvar. Ett annat avgörande mål var att fixturen inte får täcka monteringsytan eftersom maskinerna i SMD- linan måste kunna utföra dess arbete. Detta uppnåddes eftersom fixturen är anpassad för att spännas fast på mönsterkortens panel, på detta område appliceras alltså inte lödpasta eller komponenter. Att fixturen måste passa på transportbandet var ett relativt viktigt målvärde då fixturen ska gå igenom flera processer i SMD-linan. Detta mål uppnåddes genom att fixturen sitter på kortets kortsidor fast inte går hela vägen ut till kanten, det gör att kortet passar på transportbandet som vanligt.
En del av målvärdena var inte lika avgörande för konceptets funktionalitet utan hade fastställts för att göra konceptet mer tillfredsställande för uppdragsgivaren. Här ingick miljövänligt material,
alkoholbeständig och totalkostnad. Dessa målvärden togs i åtanke men var inte nödvändiga. Det togs inte fram något målvärde för totalkostnaden per fixtur eftersom uppdragsgivaren inte hade det som främsta mål. På grund av detta lades inte lika mycket fokus på det, men det togs i beaktande under vidareutvecklingen där delarna i konceptet utvecklades för att underlätta tillverkning. Utöver dessa målvärden fanns det två till som ställdes upp tidigt i projektet vilka besvaras nedan.
Det framtagna resultatet i projektet är specificerat för företaget och maskinerna som de använder. Konceptet skulle dock kunna vara relevant för liknande företag som upplever samma problem. Enligt Su, et al (2017) handlar 50 % av problemen i en SMD-lina om fel mängd applicering av lödpasta. Då
konceptet visar att det kan plana ut mönsterkort och minska risken för fel mängd lödpasta kan det vara relevant för andra företag som använder sig av en SMD-produktion.
Mål 1: Förbättra produktionen genom att göra korten 50 % planare.
Ett av de viktigaste målen som behövde uppnås var att göra mönsterkorten planare genom att ta fram en fixtur som minskar höjdskillnaden på ett mönsterkort med 50 %. Detta för att minska stopp i