3.4 Сборка печатной платы

При рыночных отношениях производителей продукции и покупателей, развитие электронной техники в России требует определенного уровня производства печатных плат, не уступающего мировым показателям. Для обеспечения этого необходимо сочетать как современные технологии, соответствующее оборудование, так и высокую организацию производственного процесса. В настоящее время, наиболее подходящей и перспективной технологией изготовления печатных плат во всем мире является технология поверхностного монтажа компонентов печатных плат, позволяющая существенно снизить производственные затраты при повышении качественных показателей самих печатных плат.

Обеспечение интенсивного теплоотвода, являющегося основной проблемой поверхностного монтажа в связи с уменьшением массогабаритных показателей выводов компонентов, является причиной появления большого количества новых материалов для плат. Техника поверхностного монтажа предъявляет повышенные требования к электрофизическим характеристикам коммутационных плат. Так, для традиционной платы допуск на полное сопротивление, равный ±25%, неприемлем для плат, выполненных по технологии поверхностного монтажа. Величина допуска для ТПМ, не более ±5%, в последнем случае требует включения резистивных нагрузок в конструкцию платы. Однако исключение операции сверления отверстий под компоненты и возможность автоматизации монтажа их на поверхность печатной платы может снизить стоимость изделия на 10-20%. В настоящее время ТМП уже занимает относительно прочную позицию, но полный переход производства печатных плат на ТМП неизбежно ведет к значительным затратам, так как повлечет за собой изменение целой производственной структуры (изготовление самих компонентов, оборудования для монтажа и т.д.).

Преимущества технологии поверхностного монтажа:

• меньшие размеры компонентов приводят к уменьшению размеров плат, что уменьшает себестоимость. Типичное ТПМ преобразование уменьшает пространство на плате до 30 % размера за счет отсутствия отверстий. Большее количество функциональных возможностей для размера платы;

• компоненты могут легко размещаться с обеих сторон платы, что увеличивает плотность размещения;

• меньший размер изделия и вес способствуют уменьшению издержек на упаковку и увеличению оборота рынка;

• меньшая масса изделия и более низкий профиль изделия могут улучшать вибро- и ударопрочностные свойства;

• некоторые более новые компоненты доступны только в ТПМ модулях;

• ручная сборка навесных компонентов, которая заменяется автоматической сборкой ТПМ компонентов, потенциально уменьшает полные издержки производства. ТПМ пайки имеет более высокий потенциал для выхода годных, чем пайка волной ТПМ или навесных компонентов. Пайка волной все еще считается, надежным процессом, но она может уступать по незначительно большему количеству дефектов;

• при наличии требуемого оборудования процесс перепайки и замены элементов на ТПМ проще, чем на платах с навесными компонентами. Интегральные схемы по технологии ТПМ могут удаляться и заменяться неоднократно с той же самой платы без повреждения интегральной схемы или платы, что нельзя сделать с 40-выводными интегральными схемами (ИС) 2-го типа корпуса.

Недостатки технологии поверхностного монтажа:

• платы с ТПМ компонентами требуют специальной разработки и автоматизированного проектирования (САПР), c высокими требованиями к допуску и качеству;

• экономически оправданным методом применения ТПМ компонентов при изготовлении печатных плат является наличием оборудования автоматизации сборки;

• сборка руками практически не допустима;

• применение обычного паяльника при ремонте ТПМ плат не допустимо;

• любые технические изменения влекут за собой изменения расположения компонентов и требуют новых затрат, таких как изготовление нового трафарет для клея и т. п., что влечет за собой дополнительные расходы;

• некоторые разработки требуют применения навесных компонентов. При сборке таких плат приходиться применять автоматическую установку навесных и ТПМ компонентов, что увеличивает издержки на выполнение дополнительных сборочных шагов. Таким образом, существуют платы, реализация которых на навесных компонентах имела бы меньшую стоимость сборочной операции;

• при применении ТПМ появляются дополнительные издержки на программирование процесса автоматизации сборки и изготовление трафаретов.

В разрабатываемом блоке управления НШР для пайки ПП применяются элементы как с планарными так и с штыревыми выводами - это позволило повысить плотность монтажа элементов и улучшить показатели объёма и массы конструкции. Также использование планарных компонентов позволило применить при сборке блока автоматизированные групповые методы обработки, упрощающие и ускоряющие весь технологический процесс изготовления изделия.

Процесс сборки начинается с очистки поверхности печатной платы с последующим дозированным нанесением клея на места установки планарных ЭРЭ и паяльной пасты на контактные площадки на автоматической установке диспенсорного напыления паяльной пасты типа Mechatronic System D20. Автоматическая система D20 предназначена для нанесения паяльной пасты и других разнообразных текучих веществ. Система может быть укомплектована различными насадками для оптимального использования. Точность позиционирования, благодаря приводу с шариковой винтовой парой, достигает +/-0,070 мм. Программа нанесения пасты может быть получена путем конвертирования данных из любого формата (ASCII, Gerber) или может быть создана при помощи графического редактора. Максимальная производительность системы до 15000 капель/час, максимальный размер обрабатываемой печатной платы 380х310 мм.

Далее на плату разрабатываемого изделия необходимо установить элементы поверхностного монтажа. Т.к. блок управления НШР для пайки ПП планируется выпускать небольшими сериями, применение автоматизированных систем установки элементов неоправданно из-за большой цены таких систем, поэтому установка элементов будет осуществляться вручную.

На следующем этапе происходит пайка оплавлением припоя в конвейерной печи типа CORA 250. Профессиональная конвекционная конвейерная печь высокой производительности предназначена для отверждения адгезивов и пайки печатных плат, комбинированным методом. Ширина конвейерной ленты 250 мм. В установке используется оптимальная 3-х зонная система нагрева. Поток воздуха подается в зону пайки через обеспыливающие фильтры. Система черных зеркал позволяет предотвратить как перегрев, так и неравномерный прогрев печатной платы. Микропроцессорная система обеспечивает контроль температурно-временного профиля процесса оплавления с точной отработкой времени разогрева и пайки.

После пайки планарных элементов платы следуют операции установки и пайки ЭРЭ со штыревыми выводами - это операции рихтовки и формовки штыревых выводов, укорочения их до нужного расстояния, лужение, установка на плату и ручная контактная пайка. Применение ручной пайки обусловлено ее дешевизной и простотой, несмотря на плохую производительность процесса; изделие выпускается небольшими партиями и поэтому нет нужды в автоматизации этого процесса.

На следующих этапах проводится очистка платы от остатков флюса на установке ультразвуковой очистки типа PS01000A, c объемом ванны 1 л., размер ванны 155х120х60 мм, установка оснащена подогревом, таймером.

Последними операциями являются проверка качества пайки и настройка блока. Готовая ячейка с обеих сторон покрывается защитным лаком УР-231, сушится и передаётся на общую сборку блока.