Сборка компонентов на печатных платах
Сборка компонентов на ПП состоит из подачи их к месту установки, ориентации выводов относительно монтажных отверстий или контактных площадок, сопряжение со сборочными элементами и фиксации в требуемом положении. Она в зависимости от характера производства может выполняться вручную, механизированным или автоматизированным способами. Применение ручной сборки экономически выгодно при установке порядка 1,5 млн. компонентов в год. Ее существенным достоинством является возможность постоянного визуального контроля, что позволяет использовать относительно большие допуски на размеры выводов, контактных площадок и монтажных отверстий, делает возможным обнаружение дефектов ПП и компонентов. При установке от 0,5 до 5 млн. компонентов в год, применяют оборудование с пантографами, оснащенное механизированными укладочными головками.
Если число устанавливаемых компонентов составляет от 5 до 50 млн. шт., целесообразно устанавливать автоматизированное оборудование с управлением от ЭВМ. В условиях массового выпуска однотипных ПП (0,5...1 млн. шт. в год) применяются многостаночные линии, в которые входит до 50 единиц автоматического оборудования.
Основная задача сборщика при ручной сборке состоит в оперативной и правильной установке требуемого элемента на соответствующее место на ПП. Для уменьшения количества ошибок на печатную плату со стороны установки элементов методом сеткографии наносятся позиционные обозначения элементов и направление их установки или используется эталонная собранная плата. Такие же обозначения имеют кассеты и магазины с элементами. Печатные платы устанавливаются в держателе при помощи быстрозажимных фиксаторов. Повышение производительности достигается применением многопозиционного держателя, в котором параллельно друг другу располагается несколько печатных плат. Рабочий за один прием устанавливает необходимое число одинаковых элементов во все платы.
При ручной сборке ИС используют специальные механические держатели, обеспечивающие заданное положение всех выводов или вакуумные захваты. После сопряжения компонентов с поверхностью ПП их положение может фиксироваться: подгибкой выводов у пассивных элементов, двумя диагонально расположенными выводами и ИС со штыревыми выводами, приклеивание к плате флюсом, клеем, липкой лентой или путем установки в специальные держатели, расположенные на плате.
Производительность и качество ручной сборки повышаются при использовании сборочных столов с индексацией адреса установки компонентов. Каждое рабочее место комплектуется кассетницей элеваторного или тарельчатого типа, связанной с устройством индексации. При работе по жесткой программе предварительно создается сборочная матрица, в которой в соответствии с чертежом ПП располагаются светодиоды в местах установки элементов. При подключении сборочного стола к сети загорается первая пара светодиодов в матрице, которые определяют положение элемента на плате. Одновременно загорается лампочка на кассете, из которой нужно взять элемент (или кассетница поворачивается нужной позицией к окошку). После установки элемента загорается следующая пара светодиодов и т.д.. Направление установки полярных или многопозиционных элементов отмечается с помощью мигающего светодиода.
Технологические возможности расширяются с применением сборочных столов с гибкой индексацией адреса. В этом случае программа установки записывается на магнитный диск и переход на новую плату не вызывает затруднений. Индикация места установки в этом случае может производится сфокусированным лучом света (лазерная "указка"). За смену с помощью такого стола можно установить до 6000 компонентов.
Механизированная установка с пантографом состоит из монтажного стола с двухкоординатным перемещением, на котором укрепляется держатель одной или нескольких плат, магазина компонентов, установочной головки, механизма фиксации компонентов и устройства позиционирования стола. Компоненты с аксиальными и радиальными выводами поступают на сборку вклеенными в ленту в заданной последовательности, а призматические компоненты подаются в зону установки из вертикально расположенных магазинов.
Печатная плата по базовым штифтам устанавливается на держатель и закрепляется зажимным элементом. Ее позиционирование производится вручную при помощи пантографа, состоящего из копирного щупа и системы рычагов, передающих движение от щупа к присоединенному монтажному столу. Копирный щуп пантографа вводится в соответствующее отверстие шаблона, определяя положение монтажного стола относительно установочной головки. Так как пантограф работает в масштабе 1:1, то в качестве шаблона используется ПП с рассверленными отверстиями. Производительность сборочных установок с пантографами достигает 2...2,5 тыс. компонентов в час.
В автоматических станках позиционирование сборочного стола осуществляется с высокой скоростью и точностью. Одновременно автоматизируется весь комплекс работ по установке и фиксации элементов на плате, включая контроль. Возможность гибкого управления сборочным оборудованием и высокая производительность (18...24 тыс. эл./час) позволяют использовать их как в условиях серийного, так и крупносерийного производства. Однако стоимость такого оборудования в 5...7 раз выше стоимости станков с пантографами, повышаются требования к жесткости конструкции станка и точности выполнения рисунка ПП.
Сборочные машины для компонентов с планарными выводами снабжаются контактирующими устройствами, которые выполняют монтажные операции сразу после сопряжения элементов. Наибольшее распространение для этих целей получил способ пайки оплавлением U-образным электродом. В качестве материала электрода используется вольфрам или молибден, не смачиваемые припоем. Совершенствование автоматического оборудования идет по пути повышения универсальности и расширения технических возможностей. Автоматы снабжаются системами оперативного контроля ИС и диагностики собранных изделий, модулями загрузки и выгрузки на основе программируемых роботов, модулями сборки нестандартных элементов (теплоотводов, потенциометров, переключателей) и др.
Развитием монтажно-сборочных работ на ПП является переход от монтажа компонентов с выводами в отверстия к поверхностному монтажу безвыводных компонентов в микрокорпусах или компонентах с планарными выводами. Через 30 лет после своего появления техника поверхностного монтажа компонентов (ТПМ) вышла на мировую арену как наиболее перспективное средство повышения производительности труда при изготовлении схемных плат и улучшения их функциональных характеристик. Если в 1983 г. в США доля общих поставок компонентов для ТПМ составляла менее 1%, то в 1986 г. на долю поверхностного монтажа пришлось уже12%, а в 1992 г. -35% (в Японии - 60%) всего объема сборки электронных устройств.
Промышленно развитые страны, прежде всего США и Япония, благодаря координированным усилиям ученых, предпринимателей и правительственных органов лидируют в освоении техники поверхностного монтажа при массовом выпуске радиоэлектронной аппаратуры. Стремительное развитие техники поверхностного монтажа объясняется прежде всего экономическими соображениями, так как позволяет в процессе конструирования радиоэлектронной аппаратуры уменьшить габариты, снизить расход материалов и энергии, объем и массу корпусов и стоек, в которых должны размещаться электронные системы и, следовательно, уменьшить площадь сооружений. Используя технику поверхностного монтажа, можно создавать более быстродействующие, помехоустойчивые и надежные радиоэлектронные и вычислительные средства.
К сожалению, в России на сегодняшний день нет не только широкомасштабного производства аппаратуры с использованием ТПМ, но даже прекратилась пропаганда и изучение опыта в этой области, начатые в период существования СССР. Однако внедрять ТПМ несомненно предстоит, поскольку это объективный процесс, магистральный путь развития технологии производства в эпоху микроэлектроники /1/.