Электролитическое разложение также как и горение происходит по формуле:
2H O = 2H + O
Так как чистая вода - изолятор, то в качестве электролита применяется водный раствор калиевой щелочи (29,4%).
На катоде выделяются положительно заряженные ионы калия, а на аноде - отрицательно заряженные группы OH. Оба компонента в воде неустойчивы и сразу реагируют дальше:
2K + 2H O = 2KOH + H - чистый водород;
2OH + H O = 2HH O + Ѕ O - чистый кислород.
С катода улетучивается водород, а с анода кислород в соотношении 2:1. Расходуется только вода, количество калиевой щелочи остается неизменным, концентрация электролита возрастает, поэтому через определенные интервалы времени емкость наполняется дистиллированной водой.
Скорость изготовления газа составляет около 10 л/час при расходе воды 14 г/час.
Технологическое оборудование метода пайки микропламенем состоит из источника газа, защиты от обратного удара и горелки в виде тонкого сопла (например, стандартная медицинская игла).
Перед отверстием горелки образуется факел, который при правильно отрегулированной скорости образования газа не нагревает конца сопла. В конусе пламени достигается температура до 3400 С.
Сгорание газа происходит полностью, так что загрязнения не происходит. В качестве продукта реакции образуется только вода, которая в виде тонкой пленки конденсируется вблизи пламени, однако она быстро испаряется без остатка. Несмотря на очень высокую температуру пламени, луженные контакты можно паять, если вершина пламени находится на расстоянии 2-4 мм от места контакта.
При использовании нескольких сопл происходит групповая пайка рядов и столбцов ИМС.
Оптимальные рабочие параметры метода:
при пайке выводов сечением 0,3 х 0,1 мм к КП шириной 0,6 мм;
диаметр сопла 0,32 мм;
расстояние от сопла до места контакта - 16,5 мм;
длина пламени - 14 мм;
скорость транспортирования ПП - 9,3 мм/сек (7,4 выв./см при шаге 1,25 мм).
Достоинства метода:
высокая производительность;
невысокая стоимость оборудования;
легкая управляемость условиями горения.
Пайка и сварка электронным лучом
Создается сжатый поток ускоренных электронов и направляется на место контакта. Кинетическая энергия при торможении на детали превращается в тепло.
При использовании этого метода достигается плотность энергии до 10 Вт/см. Минимально возможный диаметр пятна нагрева приблизительно равен 1 мкм. Время сварки - 5 мс, время пайки - 50 мс. Для увеличения сечения контакта применяется синусоидальное сканирование луча.
возможность автоматического позиционирования электронного луча на изделие;
получается очень чистое соединение, так как процесс происходит в вакууме (10 мм рт.столба);
незначительный объем зоны контактирования обеспечивает быстрое охлаждение
незначительный тепловой удар на изделие;
можно контактировать термочувствитель-ные и тугоплавкие металлы;
высокая производительность (25 контактов в сек при шаге 1,25 мм);
КПД от 70 до 90%.
Недостатки метода:
дорогостоящее оборудование;
необходимость вакуума;
для обеспечения плотности припаиваемых контактов требуется использовать специальные держатели;
критичность к позиционированию луча +0,1 мм на 0,3 вывода.
Пайка и сварка лазерным лучом
Ядром лазерной установки является резонатор, который состоит из отполированного с двух концов рубинового кристалла.
В этом кристалле часть испускаемой световой энергии накапливается в форме коротких импульсов. Благодаря фокусировке этого излучения на пятне нагрева интенсивность энергии доходит до 10 Вт/см . Энергию можно сконцентрировать на пятне 10 мкм.
Существенным недостатком этого метода является необходимость охлаждения лазера, так как его КПД = 0,1 - 15%, то есть почти вся мощность накачки отводится в виде тепла. Остальные недостатки те же, что и в предыдущем методе за исключением потребности в вакууме. Кроме того, позиционирование луча осуществляется только механическим перемещением платы под лучом.
При использовании лазера для сварки выводов возможны следующие виды соединений:
- концевая сварка - лазерный луч расплавляет конец вывода и частично проводник ПП;
- центральная сварка - лазерный луч направлен на вывод и проплавляет его;
- сварка с пробивкой отверстия - лазерный луч проплавляет отверстие и через него часть печатного проводника.
В связи со сложным позиционированием при сварке с пробивкой отверстия и концевой сварке наиболее широкое распространение получила центральная сварка.
Регулируемыми технологическими параметрами являются:
- энергия импульса 1 - 2 Вт/см2,
- продолжительность 4 - 8 мсек;
- диаметр пятна нагрева - 200 мкм.
При использовании лазера для пайки продолжительность импульса составляет не менее 30 мсек, поэтому здесь применяется квазинепрерывный и непрерывный твердотельный лазер.
Пайка и сварка лазером пока не получили широкого распространения в технологии для контактирования выводов ПП.
В данной дипломной работе рассмотрена разработка блока управления накладным шаговым роботом (НШР) для пайки ПП. Проект накладного шагового робота разработан на основе накладного информационно-технологического устройства, авторами которого являются Мельников Владимир Павлович и Малыгин Леонид Александрович (патент №2052766). Накладное информационно-технологическое устройство содержит платформу, стойки с опорами, образующие опорный треугольник, исполнительный узел и систему регистрации и управления. Платформа представляет собой раму, поперечные стержни которой выполнены в виде предварительно напряженных балок. Устройство снабжено направляющей, установленной с возможностью перемещения вдоль поперечных стержней рамы и выполненной в виде предварительно напряженной балки. Каретка установлена на направляющей и имеет возможность перемещаться вдоль нее. Рама также имеет 2 механизма перемещения. Исполнительный узел и размещен на каретке, механизмы перемещения рамы, каретки и направляющей связаны с системой управления и регистрации, а стойка выполнена в виде стержневых элементов, связанных с соответствующими механизмами перемещения рамы.
Накладной шаговый робот для пайки ПП использует общую концепцию и идеи, заложенные в накладном информационно-технологическом устройстве. НШР также представляет собой раму на 3-х неподвижных опорах, на раме закреплены поперечные направляющие, по которым перемещается каретка с установленным на нее технологическим узлом пайки. Перемещение вдоль направляющих и позиционирования рамы параллельно палете с заготовками печатных плат осуществляется с помощью шаговых двигателей и винтовых передач с шагом 1мм. Это позволяет точно позиционировать технологический узел пайки ПП относительно обрабатываемых заготовок. В качестве метода паяния элементов в обрабатываемых НШР заготовках печатных плат выбран метод контактной штырьевой пайки с помощью паяльника, т.к. этот метод прост, очень широко распространен и изучен, и еще долго будет оставаться актуальным методом паяния элементов в печатных платах.
НШР для пайки ПП является переносным устройством, т.е. его можно разобрать, перенести на другое место, если это необходимо, и вновь собрать. Вес НШР составляет около 25 кг., в собранном виде устройство умещается в чемодан. Учитывая, что разрабатываемый блок управления можно подключить практически к любому персональному компьютеру, достигается большая мобильность по сравнению со стационарными паяльными станками. Общий вид НШР и системы управления представлен на чертеже.