35. Сборка компонентов на печатных платах. Технология монтажа микроблоков на печатных платах

Сборка компонентов на ПП состоит из подачи их к месту уста­новки, ориентации выводов относительно монтажных отверстий или контактных площадок, сопряжения со сборочными элемента­ми и фиксации в требуемом положении. Она в зависимости от ха­рактера производства может выполняться вручную, механизиро­ванным или автоматизированным способами (рис. 11.3).

Основная задача сборщика состоит в оперативной и правильной установке требуемого элемента на место, обуслов­ленное конструкцией ПП. Чтобы уменьшить число ошибок, при сборке на ПП со стороны установки компонентов способом шелкографии наносятся их номер и направление установки или ис­пользуется эталонная собранная плата. Кассеты и магазины эле­ментов имеют аналогичные обозначения и располагаются вокруг места сборщика на удобном для него расстоянии. Печатные пла­ты устанавливаются в держателе при помощи быстрозажимных фиксаторов. Повышение производительности достигается исполь­зованием многопозиционного держателя, в котором параллельно друг другу располагается несколько ПП. Рабочий за один прием устанавливает необходимое число одинаковых элементов на все платы.

Автоматические сборочные линии состоят из отдельных сбо­рочных агрегатов, устройства подачи ПП, транспортной системы и накопителя готовых изделий, объединенных централизованным управлением от мини-ЭВМ. Одна линия с 50 станками фирмы Dyna/Pert (США) обеспечивает установку 500 тыс. эл. в день. При построении автоматических линий особое значение приобретает надежность отдельных агрегатов и определение оптимальной дли­ны линии. При малой длине линии увеличиваются простои за счет частых переналадок, а при большой — из-за отказов оборудова­ния. Если линия имеет 20 станков и вероятность безотказной ра­боты каждого составляет 98,5%, то вероятность безотказной рабо­ты линии составит 73%, а при 60 станках —всего 40%. Поэтому целесообразно использовать линию с меньшим числом сборочных агрегатов, а плату собирать полностью за несколько проходов. Это потребует промежуточного складирования изделий и перена­ладки линии, но будет экономически более выгодным, чем построе­ние длинной и ненадежной линии.

ТЕХНОЛОГИЯ МОНТАЖА МИКРОБЛОКОВ РЭА НА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТАХ

Технологический процесс монтажа состоит из следующих опе­раций: нанесение и сушка флюса, предварительный нагрев платы и компонентов, панка, обрезка выводов, очистка. Нанесение флю­са на соединяемые поверхности осуществляется различными спо­собами, выбор которых определяется составом флюса, технологи­ческой схемой пайки, способом закрепления выводов в отверстиях, степенью автоматизации и экономичностью. Наибольшее распро­странение получили следующие способы [1J: кистью, погружени­ем, протягиванием, накатыванием, распылением, вращающимися щетками, которые применяются в единичном и серийном производ­стве. При массовом изготовлении микроблоков РЭА на ПП исполь­зуют пенное или волновое флюсование.

Способ вспенивания широко применяется в автоматизирован­ных поточных линиях вследствие своей экономичности и простоты реализации. Нанесенный тонкий слой при последующей пайке мо­жет быть полностью удален расплавленным припоем. Однако такое нанесение не гарантирует полное смачивание флюсом всех металлизированных, заполненных выводами компонентов. Кроме того, большая поверхность и хорошие условия для испарения в процессе работы изменяют процентный состав раствора и ухудша­ют качество пайки.

Более полное и надежное нанесение флюса на поверхность ПП и МПП при уплотненном монтаже достигается использованием волнового флюсования. При этом способе флюс не только равномерно покрывает нижнюю поверхность платы, но и проникает в металлизированные отверстия под действием гидро­динамического давления и капиллярного эффекта. К недостаткам способа относятся увеличенный расход материалов, усложнение технологического оборудования, повышенные требования к коррознойной стойкости деталей, находящихся во флюсе, и точности поддержания высоты волны.

Перед пайкой флюс подсушивается при температуре 80... ... 100'С, а плата подогревается. Это вызвано следующими сооб­ражениями. При соприкосновении жидкого флюсующего состава с расплавленным припоем происходит бурное кипение раствори­теля с образованием значительного количества газов и паров, ко­торые оттесняют расплавленный припой от зоны пайки и приводят к пористости монтажных соединений. Контактирование расплав­ленного припоя с невысохшнм флюсом охлаждает его поверхност­ные слои за счет теплоты парообразования, что ухудшает качест­во пайки. Предварительный нагрев платы также способствует ус­тановлению теплового баланса в системе «плата — припой», умень­шает тепловой удар, внутренние напряжения в соединениях и коробление ПП.

Предварительная тепловая обработка смонтированных блоков обычно проводится в два этапа: сначала при температуре кипения постепенно удаляется растворитель флюса, а затем плату интен­сивно нагревают до температуры 120... 150°С. Для этого приме­няют радиационные нагревательные плиты или трубчатые инфра­красные излучатели, которые располагают под движущимися платами.

Групповая пайка компонентов со штыревыми выводами прово­дится волной припоя на автоматизированных установках модуль­ного типа, которые оснащают конвейерами с постоянным или ре­гулируемым углом наклона относительно зеркала припоя (табл. 11.3). Включение в состав линии модуля обрезки выводов (1... ...5 фрез, вращающихся с частотой 4000 ...5000 мин"^-1) позволяет упростить процесс подготовки ЭРЭ к пайке. Использование карби­да вольфрама для режущих частей фрез, а также возможность их подзаточкн, не снимая с оси, обеспечивают высокое качество обра­ботки и производительность. Работа всех модулей синхронизиро­вана с движением ПП по конвейеру: они начинают работу в ра­бочем режиме при подходе платы к модулю, что делает работу линии экономичной.

После пайки на поверхности плат остается некоторое количест­во флюса и продуктов его разложения, которые способны вызвать коррозию контактных соединений и ухудшить диэлектрические ха­рактеристики используемых материалов. Поэтому предусматрива­ется очистка смонтированных ПП, способ проведения которой оп­ределяется степенью и характером загрязнений, требуемой надеж­ностью выполнения операции. Обычно применяют отмывку в раз­личных моющих средах. Технологически просто происходит уда­ление остатков водорастворимых флюсов путем промывки плат в проточной горячей воде с ис­пользованием мягких щеток или кистей. Следы канифольных флю­сов удаляются промывкой в тече­ние 0,5... 1 мни в таких растворителях, как спирт, смесь бензина и спирта (1:1) или фреона и ацетона (7: I), трихлорэтилен, че-тыреххлорнстый углерод и др. Отмывка выполняется в специаль­ных вибрационных установках, колеблющихся с частотой 50 Гц и амплитудой 1-2 мм, на волне моющего раствора со щетками или струйным методом. Если печатный монтаж способен выдер­жать температуру паровой обработки, то рекомендуются эффектив­ные установки, в которых очистная жидкость, конденсируясь на поверхности холодного изделия, растворяет остатки флюса. Пер­спективной является очистка плат с применением УЗ-колебаний частотой 2U...22 кГц и амплитудой 0,5... ! мм в спирто-бензнновой или спирто-фреоновой смеси. Для исключения повреждения эле­ментов монтажа обработку проводят в докавитационных режимах при интенсивном образовании монотоков.

Одной промывкой не удается удалить все загрязнения с по­верхности ПП, поэтому применяют многократную обработку с из­менением способа и реагента. Это также исключает загрязнение изделия накапливающимися продуктами в очистной ванне. Для повышения производительности в условиях серийного производст­ва используют программируемые манипуляторы. При больших объемах производства применяют обработку на конвей­ере с синхронно действующими струйными или вибрационными промывочными устройствами. Такие линии заканчиваются моду­лями сушки, которые строятся по тому же принципу, что н модули подготовки плат к пайке.

36. Содержание задачи организационно-технологического проектирования ТС при автоматизации ТПП РЭА. Последовательность проектирования сборочно-монтажных цехов. Участков.линий, рабочих мест основного производства.

Процесс ТПП, как один из этапов проектирования, может быть автоматизирован. При этом различные задачи ТПП

поддаются автоматизации в различной мере.

Такие задачи, как расчет себестоимости техпроцесса, временные затраты могут решаться в автоматическом режиме.

Задачи выбора основного оборудования, оснастки и средств контроля могут быть решены, как правило, в диалоговом

режиме.

Построение технологических маршрутов может быть осуществлено в диалоговом режиме, но часто, особенно при

разработке новых технологий – только в ручном.Кроме автоматизации традиционных задач ТПП, использование вычислительной техники позволяет решать новые

задачи, значительно повышающие качество ТПП. Это моделирование технологического процесса, разработанного на этапе

ТПП, путем соответствующих расчетов и визуализации средствами машинной графики.

Важнейшим преимуществом АСТПП по сравнению с ручной ТПП является возможность оптимизации

технологического маршрута, выбора оборудования и т. д. для обработки конкретной детали.

Рассмотрим постановки оптимизационных задач при ТПП.

Найти материал детали, обеспечивающий минимум ее стоимости при выполнении заданных требований.

Найти форму и метод изготовления заготовки, обеспечивающие минимум потерь материала.

Определить последовательность технологических переходов, обеспечивающую минимальное время изготовления партии деталей. Выбрать оборудование, обеспечивающее: а) минимальную стоимость при удовлетворении требований техпроцесса; б)

минимальные приведенные затраты на выполнение технологического контроля; в) минимальный период окупаемости

оборудования.

Оптимизационные задачи также могут быть поставлены при программировании станков с ЧПУ; выборе метода

обработки; выборе методов и средств контроля; определении требований техники безопасности и обеспечения устойчивости

экологической среды и др.

Кроме отдельных оптимизационных задач, рассмотренных выше, в АСТПП, как правило, решается и обобщенная

оптимизационная задача: получение ТП, имеющего минимальные затраты на производство единицы продукции. При

решении обобщенной задачи учитываются все отдельные критерии путем их суммирования, обобщения, выбора

главного критерия и т.д.

Проектирование участков Проблема проектирования состоит в необходимости наиболее оптимально расположить основное оборудование, станки и транспорт в одном производственном помещении. Основным направлением, которое может решить эту проблему, является внедрение в производство механизированных поточных линий сборки. По номенклатуре закрепленных за линией изделий, поточные линии подразделяются на однопредметные и многопредметные.

.Рабочие места на линии располагаются по ходу технологического процесса и каждое из них специализировано на выполнении одной операции. На участке используются два стеллажа - для комплектующих и готовой продукции. Участок сборки состоит из отдельных линий сборки и монтажа. Расчет работы участка сборки производится в соответствии с технологическим процессом сборки изделия. При этом учитываются направления технологических маршрутов, подготовительно-заключительные времена на партию запуска и штучные времена сборки изделия.

Требования, которые должны быть учтены при планировке участка:

1) технологический поток изготовления изделий должен быть непрерывным;

2) транспортно-складские работы должны быть максимально автоматизированы и механизированы;

3) должна быть обеспечена сохранность материальных ценностей, а также возможность учета деталей, полуфабрикатов и готовых изделий;

4) капитальные затраты должны быть оптимальными, а окупаемость оборудования должна укладываться в нормативы.

При разработке планировок в зависимости от их назначения должны быть предусмотрены площади для размещения:

- технологического и контрольно-испытательного оборудования;

- обслуживающих подразделений;

- рабочих мест;

- проходов и проездов;

- средств и путей перемещения материалов, изделий и технологических отходов;

- материалов, заготовок, полуфабрикатов и комплектующих изделий;

- готовой продукции;

- вспомогательных помещений.

Планировка оборудования на участке сборки считается рациональной, если удовлетворяет следующим требованиям:

- технологический поток собираемых изделий должен быть последовательным;

- все транспортно-погрузочные и складские работы должны входить в общий технологический поток.