Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Технологія об’ємного монтажу схем приладів
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2006
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Метрологія
Група:
МВ
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет
“Львівська політехніка”
Кафедра метрології,
стандартизації та сертифікації
КУРСОВА РОБОТА
з технології та конструювання засобів вимірювання
Тема: Технологія об’ємного монтажу схем приладів
ЗМІСТ
ВСТУП.......................................................................................................................3
1. Підготовчі операції у виробництві монтажних робіт .......................................5
2. Способи механічного закріплення кінців монтажних провідників і виводів навісних радіодеталей на контактних виводах і пелюстках...............................10
3. Види монтажу......................................................................................................13
4.Монтаж друкованих плат....................................................................................20
4.1 Складання друкованих плат.............................................................................20
4.2 Паяння друкованих плат..................................................................................24
4.3 Методи паяння..................................................................................................25
4.3.1 Паяння зануренням........................................................................................26
4.3.2 Паяння хвилею припою.................................................................................28
4.3.2.1 Флюсування.................................................................................................29
4.3.2.2 Сушіння й попереднє підігрівання............................................................30
4.3.2.3 Паяння..........................................................................................................30
4.3.2.4 Охолодження...............................................................................................32
4.3.2.5 Перевірка паяних з’єднань.........................................................................32
4.3.2.6 Повторне паяння.........................................................................................34
5 Захист друкованих схем від зовнішніх кліматичних і механічних впливів..35
ВИСНОВОК............................................................................................................38
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ........................................................39
ВСТУП
До сучасних приладів ставиться ряд вимог, зв’язаних із підвищенням надійності, покращенням якості, зменшення габаритів і маси, зниження споживчої потужності і забезпечення можливості максимальної автоматизації виробництва. Один із методів, які дозволяють значно зменшити розміри приладів, є використання друкованих схем, при цьому об’ємний (навісний) монтаж заміняється монтажем, що розміщується в одній площині.
Друкований монтаж являє собою металевий рисунок схеми, нанесений на ізолюючу основу (плату). Тоненькі шари металу на платі замінюють звичайні провідники, за допомогою яких здійснювався об’ємний електромонтаж.
Незалежно від способу виготовлення до друкованих провідників ставляться наступні основні вимоги:
А) питома провідність друкованих провідників повинна бути близькою до питомої провідності мідних провідників, що використовуються при об’ємному монтажі;
Б) площа поперечного перерізу металевого шару повинна відповідати допустимій густині струму, робочим частотам, для який призначена друкована схема, і допустимому спадку напруги на окремих частинах схеми; мінімальна ширина друкованих провідників при цьому визначається механічною міцністю їх зчеплення з ізолюючою основою і технологічними можливостями;
В) нанесений металевий шар повинен володіти достатньою силою зчеплення (адгезії) з поверхнею ізолюючої основи.
Матеріал ізолюючої основи для друкованих плат повинен володіти малою величиною діелектричних втрат в робочому діапазоні частот, високою температурною стійкістю і механічною міцністю, водонепроникністю і хімічною стійкістю до кислот. Поверхня матеріалу ізолюючої основи повинна бути чистою і гладкою.
Друкований монтаж має ряд техніко-економічних переваг в порівнянні з звичайним об’ємним монтажем приладів. Він дозволяє значно підвищити рівень механізації і автоматизації виготовлення приладів і їх функціональних вузлів і забезпечує створення мініатюрних і компактних конструкцій.
Механізація дозволяє перейти до напівавтоматичних, а потім і до автоматичних ліній збирання і монтажу радіотехнічних виробів (вузлів, блоків і т.п.) і тим самим сприяти різкому збільшенню їх випуску. Крім того, використання друкованого монтажу значно підвищує надійність апаратури в процесі експлуатації.
Друковані схеми значно розширили область використання радіоапаратури. Невеликі габарити плат з друкованим монтажем і можливістю використання такої апаратури в досить складних експлуатаційних умовах.
Розв’язок питань створення мініатюрної апаратури поряд з введенням друкованого монтажу тісно пов’язано із широким використанням в схемах напівпровідникових приладів і малогабаритних радіодеталей і вузлів. З кожним роком напівпровідникові прилади все більше заміняють громіздкі елементи і в поєднанні з друкованим монтажем міцно входять в техніку самого різного призначення.
В останній час є значні досягнення в області створення надкомпактних радіосхем на основі друкування не тільки самої схеми, але і деякий радіодеталей. Створення таких конструкцій різко знижує трудомісткість виробництва радіоапаратури і сприяє повній його автоматизації.
Новим напрямком в створення надмініатюрної радіоапаратури є мікромініатюризація, основана на використанні мікромодулів. Останні являють собою зібрані спеціальним способом із плоских мікромініатюрних елементів гермитизовані функціональні вузли, обладнані дротовими виводами. Монтажні з’єднання між мікромодулями і мініатюрними елементами в звичайному виконанні також виконується за допомогою плат із друкованим монтажем.
1.Підготовчі операції у виробництві монтажних робіт
Монтажні роботи зазвичай проводяться із застосуванням голих одножильних провідників порівняно великих перерізів, ізольованих одно- і багатожильних провідників, а також екранованих провідників і високочастотних кабелі. При використанні голих провідників отримують жорсткий монтаж, який потребує спеціальної ізоляції у вигляді ізоляційних трубок. При одно- і багатожильних ізольованих провідників отримають гнучкий монтаж. Цей вид монтажу використовується частіше, ніж жорсткий.
Підготовчі операції монтажних провідників включають наступні види робіт: нарізку мірної довжини заготовки; зачищення кінців заготовки до ізоляції; оброблення кінців ізоляції; лугування жил провідника; закладення екрануючої ізоляції.
Мірні заготовки монтажних провідників нарізають вручну кусачками або ножицями, а також за допомогою гільйотинних ножиців і спеціальних автоматів.
Зняття текстильної, пластикової і плівкової ізоляції з провідників марок МГВ, МГВЛ, МГВСЛ, ПВМ, МЦСЛ і БПВЛ виконують на спеціальному автоматі з одночасною нарізкою мірних заготовок; зняття ізоляції з провідників марок МГВ, МГВЛ, БПВЛ, ПМВ, МГШВ, ЛПЛ проводиться методом обпалювання за допомогою приладу з соленоїдним приводом (Рис. 1.1) або спеціальними електрощипцями (Рис. 1.2). У випадках коли потрібно зняти ізоляцію з провідників марок МГВ, МГВЛ, БПТ, МГВСЛ, БПВЛ, ПМВ, МЦСЛ, ЛПЛ і т. п. використовують спеціальні щипці
Рис. 1.1 Прилад з соленоїдним приводом для зняття ізоляції випалом
Рис.1.2 Електрощипці для випалу ізоляції
Спеціальні кліщі для зняття ізоляції, показані на Рис. 1.3, надрізають ізоляцію провідника спеціальним фігурним ножем і зривають її з провідника.
Рис. 1.3 Кліщі для зняття ізоляції
Незалужені тонкопровідні жили монтажних провідників (ЛПЛ, ЛПРГС і інших) піддають зачистці від окисної плівки. При цьому використовують прилад, який зображений на Рис. 1.4.
Рис. 1.4 Прилад для зняття окисної плівки
В процесі зачистки провідників жили розкручуються; їх скручування проводиться за допомогою приладу, який зображений на Рис. 1.5.
Рис. 1.5 Прилад для скручування жил монтажних провідників
У масовому виробництві легування жил провідників проводиться гарячим способом зануренням їх в електрованну з розплавленим припоєм ПОС-40. Обробку екрануючого обплетення можна проводити різними методами. В одних випадках виводом заземлення служить скрутка самого обплетення, а в інших – до виводу обплетення припаюють спеціальний провідник, а деколи кінці екрануючого обплетення заробляють бандажем із мідно-луженого провідника, який одночасно служить відводом для заземлення. Різні способи обробки екрануючих обплетень на монтажних провідниках показані на Рис. 1.6.
Рис. 1.6 Різновиди обробки екрануючих обплетень
1 – вивід обплетення, 2 – бандаж, 3 – ізоляційна трубка, 4 – екрануюче обплетення
Виводи навісних радіодеталей перед монтажем випрямляють вручну монтажними плоскогубцями і при необхідності залужують. При наявності вказівок виводи вкорочують і загинають, даючи цим їх відповідний профіль, а потім залужують.
Мірну різку ізолюючий трубок (кембрикових, поліхлорвінілових і інших) проводять в процесі підготовки до монтажу. В деяких випадках за допомогою таких трубок виконують маркування з’єднувальних провідників схеми і провідників міжблочних з’єднувальних кабелів. Маркування ізоляційних трубок виконують, наносячи написи рейсфедером (нітрофарбами), наклеювання нумерованих бірок або літографічною фарбою за допомогою спеціальних автоматів, одночасно відтинаючих мірну заготовку трубки.
2.Способи механічного закріплення кінців монтажних провідників і виводів навісних радіодеталей на контактних виводах і пелюстках.
Надійність з’єднання монтажних провідників і виводів радіодеталей забезпечуються попереднім механічним кріпленням їх перед пайкою. Механічне закріплення жил провідників і виводів радіодеталей на контактних пелюстках і стійках (Рис. 2.1) здійснюється загинанням, скручуванням навколо пелюстка або обжаттям. При наявності в контактній стійці чи пелюстках отворів, жилу провідника або вивід радіодеталі попередньо пропускають в нього. Залишки провідника видаляють кусачками.
Рис. 2.1 Способи механічного закріплення провідників і виводів радіодеталей на контактах
1 – контакт, 2 – панель, 3 – вивід провідників, 4 – виводи опорів і конденсаторів
В безконтактних панелях із ізолюючого матеріалу, що використовуються в монтажі, жилки провідників і виводів радіодеталей закріпляють, пропускаючи їх через отвори панелей з наступним скручуванням, як показано на Рис. 2.2.
Рис. 2.2 Методи закріплення жил провідників і виводів радіодеталей скручуванням
1 – опір, 2 – провідник, 3 – панель
Монтажні перемички між окремими контактними розкроювальними панелями здійснюються або мідно-лужним провідником без ізоляції, або ізольованим монтажним провідником. Ізоляцію голих перемичок виконують ізоляційними трубками. Механічна обробка монтажних перемичок на контактних пелюстках проводиться способами, що зображені на Рис.2.3.
Рис. 2.3. Механічна обробка монтажних перемичок на контактних пелюстках.
1 – контакт, 2 – перемичка, 3 – панель, 4 – ізоляційна трубка. 3. ВИДИ МОНТАЖУ
Електричним монтажем називається ряд послідовних операцій, які здійснюються з’єднанням електроелементів в відповідності до принципової чи монтажної схеми.
Розрізняють електромонтаж внутрішній і зовнішній. Внутрішній електромонтаж передбачає з’єднання з’єднань всередині самого приладу (блоку). Зовнішній електромонтаж полягає в виготовленні з’єднуючих кабелів, призначених для комплексного електричного зв’язку між розділеними функціональними блоками складної системи. Внутрішній електромонтаж може бути виконаний різними способами. Існує два види електромонтажу: об’ємний і друкований. Об’ємний монтаж розділяється на жорсткий монтаж, монтаж на розкроювальних панелях, комбінований і джгутовий монтаж.
Жорсткий монтаж використовується тоді, коли до блоку ставляться підвищені вимоги у відношенню наводок і взаємозв’язків і коли виріб має обмежені габаритні розміри, що пов’язано з необхідністю виконання ущільненого монтажу. Про жорсткому монтажу електроелементи з’єднуються між собою і з контактними пелюстками безпосередньо своїми виводами (Рис. 3.1). З’єднувальні провідники виконуються із дроту марки ММ. Для усунення короткого замикання на провідник надівається ізоляційні трубки.
Рис. 3.1 Жорсткий монтаж
Недоліком такого способу є: складність виконання електромонтажних робіт; тіснота розміщення елементів, тяжкий доступ до елементів; важкість заміни елементів, що вийшли із ладу.
Монтаж на розкроювальних панелях (Рис 3.2) застосовуються для низькочастотних кіл в тих випадках, коли до блоку не ставиться високих вимог щодо наводок і взаємодії провідників. Електроелементи розташовуються в одній площині і закріпляються на контактах розкроювальних панелях. Перевага цього типу монтажу є простота виконання електромонтажних робіт. До кожного контакту приєднується тільки один елемент, що забезпечує впорядкування монтажу і доступ до місць з’єднань. Монтаж розкроювальних панелей ведеться паралельно із збиранням блоку. Це скорочує цикл складально-монтажних робіт. Розкроювальна панель кріпиться до шасі гвинтами. Недоліком такого виду монтажу є: незначне збільшення габаритних розмірів виробу, об’ємності монтажу за рахунок збільшення довжини провідників, а також необхідності застосування додаткових деталей кріплення і панелей.
Рис. 3.2 Монтаж на розкроювальних панелях
Комбінований монтаж застосовуються втому випадку, коли схема виробу має низькочастотні кола, кола постійного струму і високочастотні. Високочастотні кола виконуються жорстким монтажем, а інші на розкроювальних панелях.
Джгутовий монтаж (Рис. 3.3) застосовуються в блоках при наявності великої кількості провідників, що ідуть в одному напрямку. Джгутовий монтаж характеризується підвищеною механічною міцністю і вібростійкістю. Він дозволяє значно спростити електромонтажні роботи, які зводяться до розкладання джгута всередині блоку, до пайки провідників джгута на відповідних контактах. Виготовлення джгута на спеціальних шаблонах паралельно збиральним роботам сприяє скороченню циклу збирально-монтажних робіт. Недостаток джгутового монтажу: велика власна ємність, підвищений розхід монтажних провідників.
Рис. 3.3 Джгутовий монтаж
Виготовлення джгута відрізняється великою трудомісткістю . Технологічний процес включає наступні операції: розкладання, в’язка джгута, маркування і підготовка його кінців для паяння. Розкладання джгута проводиться на спеціальному шаблоні, який являє собою лист фанери, на лицевій стороні якого нанесений контур джгута і проставлені номера контактів. В місцях відводу провідників набиваються шпильки. Розкладання провідників проводиться за таблицею з’єднань. Кінець провідника закріпляється на кінцевій шпильці і потім провідник прокладається по контуру шаблону. Розкладання провідника закінчується закріпленням другого його кінця на кінцевій шпильці. В джгути, що мають найбільшу кількість провідників, прокладаються запасні провідники, що маю невелику довжині. При розкладці повинен передбачатися запас провідника по довжині на повторне закріплення кінців у випадку обривання.
Для підвищення продуктивності праці при розкладання провідників використовують електронні шаблони. Після цього здійснюється контроль правильності розкладення провідників.
В’язання джгута проводиться грубими бавовняними нитками №00;10. Суть в’язання полягає в тому, що кожен вивід, який підходить до контакту, відділяється за допомогою вузла. Крок в’язання визначається діаметром джгута. Чим більший діаметр джгута, тим менший крок в’язання і навпаки. В останній час стала використовуватися в’язку джгутів спеціальними кабельними смугами із поліамідних смол. Смуга накладається рифленою поверхнею на джгут, кінець її протягується в отвір. Затягування смуги проводить спеціальними монтажними щипцями, після чого кінець смуги “відкушується”. Таке кріплення джгута набагато простіше.
Маркування кінців проводиться до зняття джгута з шаблону і може виконуватися шляхом надягання на кінці провідників поліхлорвінілових трубок, на яких нанесені номера контактів, приклеюванням липкої стрічки з номерами контактів, гарячим тисненням кольорової фольги безпосередньо на пластиковій ізоляції дроту, надяганням спеціальних бирок з позначенням номеру контакту.
Монтажне з’єднання, яке виконується накручуванням, дозволяють механізувати процес розкладання провідників за допомогою координаторів з програмним управлінням. Накручуванням проводиться механічне закріплення і електричний контакт шляхом створення тиску в точках контакту (Рис.3.4).
Рис. 3.4 Монтаж накручуванням
Накручування проводиться наступними методами:
провідник спеціальним пристроєм закручується на декілька витків навколо штифта з гострими гранями, закручування провідника з натягуванням забезпечує щільний контакт із штифтом;
провідник вкладається вздовж штифта, а накручування проводиться іншим провідником.
З’єднання накручуванням проводиться на штифтах розмірами 1.22х0.97; 1.57х0.78 мідним легованим провідником діаметром 0.45 – 0.9 мм. Накручування застосовується і для монтажу апаратури в мікро модульному виконанні із штифтами 0.78х0.38 провідником діаметром 0.027 – 0.003 мм. Перевага монтажу накручуванням є можливість механізації розкладання провідників, висока надійність з’єднань без використання припоїв і флюсів, відсутність температурної взаємодії.
Друкований монтаж представляє собою металізований рисунок схеми, нанесений на ізолюючу основу. Він має ряд переваг перед іншими видами монтажу: забезпечує створення мініатюрних (компактних) конструкцій, сприяє високій механізації і автоматизації процесів і значному підвищенню надійності апаратури.
Безкорпусний монтаж кристалу на платі (СОВ). (Рис. 3.5) Технологія СОВ – популярний метод монтажу інтегральних схем, який передбачає провідне з’єднання безпосередньо прикладеного до плати кристалу з надрукованими провідниками плати. Електричне з’єднання виконується провідниками із золота дуже малого діаметру. Те місце що він займає заливається епоксидною смолою.
Рис 3.5 Безкорпусний монтаж кристалу на платі.
Переваги:
Компактність
Економиться місце по відношенню з технологією поверхового монтажу SMT.
Економічно більш вигідний по відношенню з технологією SMT, так як немає пластикового корпусу.
Технологія SMT. Ця технологія встановлення мікросхеми на друковану плату суттєво змінилася за останні роки. У 80-х роках практично всі мікросхеми випускалися із штирковими виводами, які запаювались у отвори на друкованій платі. Перевагою цієї технології монтажу (РТН-технологія) є її простота – для виробництва таких плат не потрібно складного устаткування і спеціальної підготовки. Недоліком є те, що отвір на платі займає значну площу, і відстань між сусідніми виводами мікросхеми повинно бути значно більшим, ніж при використанні технології поверхового монтажу (SMT - Surface Mount Technology), коли виводи мікросхеми припаюються до поверхні плати.
Рис. 3.6 Використання технології SMT монтажу корпусу типу "gull wing"
Для SMT –монтажу використовуються корпуси з двома основними типами виводів: типу "gull wing" (Рис.3.6) і типу "J" (Рис. 3.7). Обидва типу виводів мають свої переваги. Корпуси із виводами типу "gull wing" дозволяють проводити ручну пайку і забезпечують більш простий контроль друкованих з’єднань. Використання корпусів з виводами типу "J" зменшує площу друкованої плати. В теперішній час корпуси із виводами "gull wing" значно більш популярні, так як їх використання дозволяє використовувати більш просте виробниче обладнання і забезпечувати перехід до надтісного монтажу, коли відстань між центрами виводів зменшується до 0,41 мм.
Рис. 3.7. Використання технології SMT монтажу корпусу типу "J"
Зменшення розміру корпусу і кроку розміщення виводів дозволяє значно збільшити щільність пакування компонентів на платі, яка визначається кількістю корпусів, замінених на одиницю площі. Типове значення кроку розміщення виводів для РТН – корпусів складає 2,54 мм, тоді як SMT – корпуси маю крок виводів від 1,27 мм до 0,41мм. SMT – корпуси із малим кроком виводів відомі як "fine pitch".
4. МОНТАЖ ДРУКОВАНИХ ПЛАТ
Складально-монтажні роботи повинні проводитися згідно з вимогами ТУ 5.633-5087-83, ТУ 5.663-18304-80, ТУ 5.633-18303-80 та ОСТ 4ГО.091.202
Організація робочих місць складально-монтажних робіт повинна відповідати ОСТ 4ГО.091.092.
4.1 Складання друкованих плат
Складання друкованих плат із електрорадіоелементів (ЕРЕ) та інтегральних схем (ІС) є першим необхідним етапом монтажу приладу чи системи. Вона характеризується тим, що ЕРЕ та ІС геометрично розміщуються на друкованій платі згідно із складальним кресленням П91.994...
Так як складання є першим етапом монтажу, то дефекти складання в разі, коли вони залишаються не виявленими, негативно впливають на подальші етапи монтажу і є причиною додаткових витрат.
Незалежно від методу складання можна сформулювати принцип збірки друкованих плат: плати і компоненти повинні так переміщуватися один до одного, щоб в результаті цього переміщення всі виводи компонентів зайняли свої місця, зумовлені електричною схемою вузла і необхідним контактуванням з друкованою платою.
Із аналізу цього принципу визначаються робочі операції, які повинні робитися при складанні друкованих плат (Рис. 4.1).
Рис. 4.1 Основні етапи процесу зборки
Перед монтажем всі ЕРЕ повинні проходити вхідний контроль по електричних параметрах. Організація вхідного контролю залежить від типу виробництва. В масовому виробництві контроль здійснюють на спеціальних стендах, де на шкалах приладів нанесені граничні значення параметрів ЕРЕ. Всі прилади на стендах повинні мати точність у відповідності з ТУ на ці вироби. Інколи вхідний контроль здійснюють разом з підготовкою до монтажу.
Підготовка ЕРЕ до монтажу включає слідуючи операції
розпаковка елементів;
вхідний контроль;
формування виводів;
обрізання виводів;
лудіння виводів.
Лудіння ЕРЕ повинно проводитись тими ж припоями, що і наступне паяння. При лудінні ЕРЕ чутливих до теплового впливу, дозволяється лудіння припоєм з пониженою температурою плавлення (таблиця 1).
Основні дані припоїв та їх використання
Таблиця 1
Марка
Хімічний склад, %
Температура плавлення, (C
Границя міцності при розтягу, кг/мм2
Призначення
1
2
3
4
5
ПОС-90
Олово(89-90); сурма(0,15), свинець - решта
222
4,3
Для паяння деталей і складальних одиниць, що в подальшому покриваються сріблом чи золотом
ПОС-61
Олово(59-61); сурма(0,8), свинець - решта; домішок не більше 0,314
190
6-7
Для паяння відповідальних деталей, коли не припустимий чи небажаний високий нагрів в зоні пайки, а також коли потребується підвищена механічна міцність
ПОС-50
Олово(49-50); сурма(0,8), свинець - решта; домішок не більше 0,314
222
3,6
Те саме, коли допустима більш вища температура нагріву
Продовження таблиці 1
1
2
3
4
5
ПОС-40
Олово(39-40); сурма(1,5-2), свинець - решта; домішок не більше 0,314
235
3,2
Для пайки менш відповідальних струмопровідних деталей, коли допустимий більш вищий нагрів
ПОС-30
Олово(29-30); сурма(1,5-2), свинець - решта; домішок не більше 0,424
256
3,3
Для лудіння та паяння менш відповідальних механічних деталей з міді, її сплавів, сталі
ПОС-18
Олово(17-18); сурма(2-2,25), свинець - решта
277
2,8
Для паяння при пониженій вимозі до міцності шву, для лудіння перед паянням
ПОС-4-6
Олово(3-4); сурма(5-6), свинець - решта; домішок не більше 0,424
265
5,8
Для паянням зануренням у ванну з розплавленим припоєм
ПОСК-50
Олово(49,0-51,0); свинець (32); кадмій(17-19); домішок не більше 0,35
145
–
Для паяння деталей з міді та її сплавів, що не допускають місцевого перегріву
ПОСВ-33
Олово(32,4-34,4); свинець (32,3-34,3); вісмут(49,0-51,0); домішок не більше 0,3
130
–
Для паяння плавких запобіжників; мідь, срібло, нанесене на кераміку методом впалювання й паяння константану
В індивідуальному виробництві всі ці роботи виконують вручну.
В масовому виробництві згинання та обрізання виводів ЕРЕ виконуються на спеціальних напівавтоматах.
Встановлення ЕРЕ на друковану плату складається із наступних операцій:
подача ЕРЕ в зону встановлення;
орієнтування виводів відносно монтажних отворів;
фіксація ЕРЕ в потрібному положенні.
Встановлюють ЕРЕ в такій послідовності: резистори, конденсатори, мікросхеми.
Розміщення ЕРЕ на друкованій платі повинне сприяти спрощенню технологічного процесу і можливості застосовувати механізацію.
Найзручніше розташовувати всі елементи на тій стороні плати, де немає друкованих провідників. Таке розташування полегшує процес паяння. При розміщенні ЕРЕ необхідно дотримуватися паралельності. Всі ЕРЕ повинні бути міцно закріпленні на платі, щоб не було зміщень при механічних впливах.
Закріплення ЕРЕ виконується в основному за допомогою виводів. Виводи вставляють в отвори і підгинають, після чого з’єднують з печатним провідником паянням. Таке з’єднання забезпечує механічну міцність і електричний контакт.
Встановлення і закріплення ЕРЕ на друкованих платах може бути здійснене повністю на автоматичних лініях. Застосування автоматичних і механічних пристроїв має смисл тільки в багатосерійному чи масовому виробництвах, так як ці пристрої складні й дорого коштують.
4.2 Паяння друкованих плат
Одним з останніх етапів у складанні друкованих плат є паяння. При паянні необхідно забезпечити механічне закріплення і електричний контакт між провідником і ЕРЕ. Паяння проводиться на повітрі з застосуванням різних флюсів, які захищають поверхні з’єднуваних елементів від окислення в процесі нагріву.
Окремі технологічні операції, що забезпечують якісні паяні з’єднання наступні:
отримання металевих поверхонь шляхом очищення від поверхневих шарів при допомозі флюсу;
нагрівання вище точки плавлення припою;
витіснення флюсу з допомогою наступального припою;
розпливання рідкого припою по металевій поверхні – процес змочування;
дифузія атомів з твердої металевої фази в рідкий припой і навпаки – утворення сплавної зони;
наступна обробка паяних з’єднань – очищення, коли видаляються флюси, що сприяють корозії.
Перед паянням всі зпаювані поверхні очищають від захисних покрить. Припой, який застосовується при паянні, повинен мати температуру плавлення не менше, ніж на 60(С нижче температури плавлення з’єднуваних металів і не більше 300(С, так як її обмежує відносно невисока термічна стійкість майже всіх ЕРЕ і друкованих плат. Найчастіше для гарячого лудіння провідників друкованих плат використовується сплав Розе (олово – 28%, свинець – 22%, вісмут – 50%), а для паяння – олов’яно-свинцевий припой ПОС-61(олово – 60-62%, свинець – 40-38%).
Флюс є неметалевим матеріалом, який створює передумови для міцності у місці паяння. При флюсуванні здійснюються наступні операції:
швидке і повне змочування металевої поверхні завдяки впливу сил поверхневого натягу;
видалення окислених шарів на контактуючих металах, а також розчинення і видалення продуктів реакцій при температурі нижче температури плавлення припою;
захист очищеної металевої поверхні від нового окислення.
Залишки флюсу повинні легко видалятися або бути нейтральними, тобто не повинні змінювати електричні параметри початкового матеріалу і не викликати корозії. Найбільш придатним є флюс ФКТ (соснова каніфоль – 10-40%, етиловий спирт – 59,9-89,9%, нітробромідіксітен – 0,05-0,1%).
4.3 Методи паяння
При паянні компонентів зі стержневими виводами (дискретних ЕРЕ, ІС в пластмасових корпусах зі стержневими виводами) для контактування використовується тільки та сторона друкованої плати, де проводиться паяння. Дротові виводи, що виступають над платою до 3 мм міцно з’єднуються тільки методом групового паяння. Таким методом є паяння зануренням, при якому металеві поверхні зі сторони паяння під час занурення в паяльну ванну покриваються припоєм. Інколи металеві поверхні на платі захищають від змочування припоєм, залишаючи вільними контактуючі поверхні зі стержнями, щоб запобігти утворенню перемичок та зекономити припой. Це селективне паяння досягається за допомогою паяльних масок, які утворюють шляхом покриття провідників захисним паяльним лаком. Паяльна маска залишає чистими тільки ті місця, які повинні бути покриті припоєм. Для інших металевих провідників захисний паяльний лак є не тільки відштовхувальною припой речовиною, але на основі свого складу (модифікована епоксидна смола) засобом корозійного захисту.
Методи паяння повинні задовольняти вимоги поточного виробництва і гарантувати надійність зпаюваних з’єднань (щоб менше 1% зпаюваних з’єднань підлягали наступному допаюванню). Якщо паяння зануренням не можливе (обумовлена комбінація речовин, невелика партія, особлива форма компонентів), то доводиться застосовувати інші методи, наприклад, інфрачервоне паяння. Ручне паяння паяльником застосовується тільки під час ремонтних робіт для паяння стержневих виводів ЕРЕ. Для цього існують удосконалені багаточисленні паяльники і допоміжні засоби, які дозволяють виділяти певну кількість тепла, вносити дозовану кількість припою і відсмоктувати зайву його кількість від місця паяння. Паяння друкованих плат вручну не повинно застосовуватися, бо воно значно зменшує міцність і надійність, технологічність та являється конструктивно та економічно недоцільним.
4.3.1 Паяння зануренням
При паяння зануренням складена плата стороною паяння опускається в розплавлений припой (паяльна ванна). При цьому на стороні паяння всі виводи ЕРЕ, що виступають із монтажних отворів, з’єднуються з контактними площадками плати. Одночасно всі металеві поверхні (провідники, монтажні отвори) змочуються припоєм, оскільки вони не покриті паяльною маскою. В платах з металізованими отворами припой повинен піднятися до установочної сторони, завдяки чому підвищується надійність контакту.
При паянні зануренням паяльною ванною підводиться не тільки припой, але й необхідна кількість тепла. Так як перехід тепла від рідкого припою до твердих контактуючих металів проходить швидко, то температура паяння установлюється протягом 1-2 секунд.
Щоб втрати тепла ванни були незначні, сторона паяння друкованої плати попередньо підігрівається. Завдяки цьому вдається також запобігти теплового удару чутливих до нагріву базових матеріалів. Труднощі нагріву багатошарової друкованої плати в тім, що тепло швидко відводиться через багаточисельні проміжкові мідні поверхні. Щоб не змінилися умови паяння, необхідно підтримувати постійний температурний режим паяльної ванни.
Температура паяння повинна бути по можливості більш низькою, щоб зменшились втрати припою за рахунок окислення. Продукти окислення плавають на поверхні ванни і забруднюють її. Перед паянням вони повинні бути видалені, так як є перепоною до утворення якісних паяних з’єднань й іноді у вигляді плівки залишаються на друкованій платі. Видалення продуктів окислення проводиться майже виключно за допомогою механічних пристроїв (очищення, фільтрування), так як інші методи, наприклад, покриття маслом, каніфоллю чи воском, придатні тільки умовно. Недоліком є те, що захисні засоби забруднюють сторону паяння і при наступній обробці повинні видалятися при допомозі розчинників і миючих засобів.
При паянні зануренням паяльна ванна поряд з віддачею певної кількості припою і теплоти виконує ще й функцію активізації флюсу. Флюс наноситься на сторону паяння зануренням, розбризкуванням, намазуванням або валиками. Летючі компоненти під час сушіння при попередньому підігріві випаровуються. Активна частина флюсу – каніфоль – рівномірно вкриває паяну поверхню. При зануренні в розплавлений припой флюс стає активним, відновлюються окисли і витісняються припоєм разом з продуктами відновлення з паяних з’єднань. На металевій очищеній поверхні здійснюється процес паяння.
Методи паяння зануренням поділяються на методи зі спокійною та переміщуваною поверхнею ванни:
паяння зануренням з вертикальним переміщенням;
паяння зануренням з нахилом плати;
паяння з використанням коливальних рухів;
поверхневе паяння і паяння протягуванням;
маятникове паяння;
струменеве паяння (спосіб sylvania);
каскадне паяння;
паяння хвилею припою.
4.3.2 Паяння хвилею припою
Паяння хвилею припою найбільш придатне при контактуванні стержневих ЕРЕ з друкованою платою. Переважна більшість всіх односторонніх друкованих плат і друкованих плат з металізованими отворами в масовому виробництві контактують за допомогою хвилевого паяння.
Принцип методу полягає в тому, що плата прямолінійно рухається через гребінь хвилі припою. Хвиля припою залишається вільною від окислів завдяки постійному рухові, і друкована плата теоретично занурюється тільки на невеликій площі. Для якості паяння важливий кут входу і виходу, а також форма хвилі припою. Завдяки цьому в основному вирішується питання, утворяться чи ні перемички й висячі краплини. На заповнення металізованих отворів впливає форма хвилі, яка формується завдяки геометричному виконанню хвилеутворюючих сопел в широких межах.
Доведено, що найбільш сприятливою умовою паяння є рух друкованої плати назустріч припою і при цьому витримується кут від 0( до 10( відносно хвилі припою. Злегка навпроти текуче дзеркало припою запобігає утворенню перемичок. Вторинною хвилею, яка підтримується трохи нижче, ніж основна хвиля розплавляються висячі краплини, так що паяні з’єднання не перевищують встановленої довжини.
Плоска хвиля забезпечує більш довгочасний контакт з друкованою платою. Завдяки цьому забезпечується паяння металізованих отворів, але підвищується теплове навантаження.
Сучасні машини паяння хвилею припою є комплексними нормалізованими вузлами, котрі розміщуються в кінці складальної лінії. Вони виконують одна за одною наступні етапи (Рис. 4.2):
Рис. 4.2 – Технологічні етапи процесу хвильової пайки
4.3.2.1 Флюсування.
Під час цієї операції на сторону паяння наноситься флюс. При хвилевому флюсуванні у відповідному пристрої створюється хвиля флюсу заввишки біля 1 см та шириною 30-35 см, над якою проходить друкована плата. При цьому флюс змочує поверхню і на основі капілярної дії проникає на сторону установки ЕРЕ.
При продуванні повітрям певного тиску через вузькі сопла флюс запінюється. Якщо із хвилі рідини виходить пінна хвиля, то говориться про пінне флюсування. Товщина плівки флюсу, що наноситься, не повинна перевищувати 3-4 мкм. Якщо товщина плівки велика, то в процесі паяння для її видалення необхідно багато тепла і це може стати передумовою недоброякісних паяних з’єднань.
4.3.2.2 Сушіння й попереднє підігрівання.
Після флюсування друкована плата злегка підігрівається і частково продувається гарячим повітрям. При підігріванні з флюсу вивітрюється розчинник. Після цього друковані плати потрапляють на ділянку, де вони підігріваються зі сторони паяння за допомогою нагрітої шляхом теплової радіації плити. Це підготовлює відновлювальну дію флюсу, що починає плавитися при температурі вище 130(С. Друга мета попереднього нагріву – уникнути теплового удару друкованої плати.
4.3.2.3 Паяння.
При цій операції плата проводиться через гребінь хвилі. При цьому в першій фазі флюс стає активним. Утворюється металева поверхня, і після цього флюс разом з продуктами реакції витісняється припоєм. На очищеній металевій поверхні проходить бажаний процес зв’язку. Паяння проводиться при температурі 240-270(С. Вибрана температура підтримується постійною. При швидкості переміщення від 0,5 до 3,0 м/хв час паяння становить від 1 до 7 секунд. Залежність часу паяння від температури зображена на Рис. 4.3. В залежності від довжини друкованих плат можна контактувати відповідно за годину від 200 до 800 плат.
Рис. 4.3 – Залежність часу паяння від температури пайки
Важливою проблемою є окислення олово-свинець. Швидке переміщення припою відкриває доступ кисню повітря до вільної від окислів поверхні, тобто оксидний шар збагачується, а ванна, внаслідок цього, збіднюється оловом, тому в паяльну ванну необхідно додавати припой, збагачений оловом.
Іноді, при хвилевому паянні для гальмування окислення і зменшенні шкідливої дії окислів на паяні з’єднання до рідкого припою додають жири (олія з земляного горіха, пальмова олія з незначною кількістю води). Добавляється жир накладанням олійної хвилі на хвилю припою чи безпосередньо змішуванням в припої. Завдяки цьому досягають деяких переваг (більш низька температура паяння, незначні витрати припою, блискуча поверхня паяних з’єднань). Після паяння необхідне якісне промивання, при якому жир видаляється без залишку, в гіршому разі утворюється поживна основа для всіляких грибкових колоній та знижується кліматична стійкість виробу. При перемішуванні жиру з припоєм в паяних з’єднаннях спостерігається вміст олії. Тому в більшості випадків працюють без жирів і підтримують хорошою фільтрацією незначний вміст окислів у ванні з припоєм.
4.3.2.4 Охолодження.
Після проведення хвилевого паяння необхідне часткове чергове оброблювання. Воно може бути складовою в процесі промивання і очищення (жирове паяння). Залишки флюсу в основному не потребують видалення, так як застосовуються флюси, що не спричиняють корозії. Раптового охолодження необхідно уникати, так як із-за різноманітності коефіцієнтів лінійного розширення базового матеріалу і металевої фази (мідь, припой) можуть утворитися тріщини.
4.3.2.5 Перевірка паяних з’єднань
Процес хвилевого паяння закінчується візуальним контролем паяних друкованих плат. Огляд є важливою операцією для дотримання певних параметрів методу. Накопичення характерних дефектів (перемички, висячі краплини, незмочені місця) повинне приводити до термінової перепровірки і доналагоджування певних технологічних параметрів.
На Рис. 4.4 показано позицію процесу паяння хвилею у загальній технології виготовлення вузла. Рентабельність машинного паяння вимірюється процентом наступного допаювання. Паяння хвилею є ефективним, якщо менше 1% паяних з’єднань будуть підлягати наступному допаюванню.
Рис. 4.4 – Процес пайки хвилею припою при виготовленні вузлів
Якісні паяні з’єднання мають всебічно замкнений конус припою, в якому неозброєним оком чітко проглядаються контури виводів ЕРЕ. Припой на виводах ЕРЕ повинен проглядатися по всій поверхні і бути вільним від дефектів. Поверхня паяного конуса повинна бути гладкою. При нормальному зорі на відстані до 25 см не повинні бути помітні пори і раковини. Ці вимоги відносяться до односторонніх плат і плат з металізованими отворами.
4.3.2.6 Повторне паяння
При повторному паянні виникає небезпека руйнування чутливих елементів із-за повторної дії тепла. Міцність зчеплення міді також обмежена, в основному при допаюванні відшаровуються контактні площадки. Зменшення високого проценту допаювання є важливим фактором в ефективності загального процесу. Тому повинні видалятися тільки такі дефекти, які знижують надійність вузлів чи однозначно не дають контакту. Такими дефектами є:
холодні паяні з’єднання;
невидимі контури провідників у паяному конусі;
щілинні пори при переході паяного конуса до виводу;
багаточисленні дрібні, круглі пори при переході паяного конуса до виводу;
окремі великі, не круглої форми отвори в паяному конусі;
непроникнення на складальну сторону припою;
паяння після механічних навантажень.
Не повинні допаюватися друковані плати при таких дефектах:
поглиблені пайки (кільце припою видно на обох сторонах і замкнене);
при потовщенні паяного з’єднання (провід знаходиться в припої так, що контур чітко видно);
при надлишку припою на провідниках;
при наявності окремих маленьких пор в паяному конусі чи біля переходу до виводу з проводу (величина пор менше перерізу проводу).
Виконання вимог по усуненню тільки технічно обгрунтованих дефектів, а також однозначне визначення дефектів припускає високу кваліфікацію контролюючого і ремонтуючого персоналу. Всі труднощі повинні припадати на постійне розпізнавання і оцінку всіх виявлених дефектів з тим, щоб усувати їх за допомогою контролю і зміни окремих ступенів процесу паяння чи загального технологічного процесу.
5.Захист друкованих схем від зовнішніх кліматичних і механічних впливів
Для підвищення надійності роботи радіоапаратури з друкованим монтажем в різних кліматичних умовах і при наявності механічної дії (волога, холод, тепло, вібраційне і ударне навантаження) на плати із друкованим монтажем наносять захисне покриття.
В якості матеріалів для захисних покриттів застосовують високоякісні електроі...
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора